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2014 年度 実績報告書

脳内細胞長期モニタリング埋込みエレクトロニクス

研究課題

研究課題/領域番号 25249047
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

石田 誠  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30126924)

研究分担者 河野 剛士  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70452216)
秋田 一平  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10612385)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード電子デバイス / 電子機器 / 集積回路 / センサ / MEMS
研究実績の概要

神経電位を長期間計測するための技術として、プローブデバイス及び無線通信デバイスの開発を行い、次に示す項目について、それぞれ有効性の実証を行った。

(1)低侵襲性プローブの刺入法と長期埋め込みデバイスの検討・評価
(2)バッファアンプを搭載するマイクロプローブの評価
(3)フレキシブル基板とCMOS LSIの異種材料融合プロセスの開発を行い生体適合性の高い、無線給電システムを実証した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

低浸襲プローブの刺入れ法として、溶解性材料によるプローブ保護を新しく提案し、その刺入における有効性を確認した。次の研究段階として、長期的な安定測定用のデバイスを製作し、急性実験においてマウス大脳皮質からの神経活動(スパイク信号)の記録を確認している。

プローブアレイと同一基板上にに混載したMOSFETバッファアンプの生理溶液中での擬似的細胞外信号信号を用いた計測評価において、信号対雑音(S/N)比の改善を確認した。

RF無線通信・給電システムにおいては、体内埋込みを実現するためには、生体適合性の高い実装技術の開発が不可欠である。このために、無線通信・給電の処理を行うためのCMOS LSIを、フレキシブル基板に埋め込む実装プロセスを開発し、フレキシブルアンテナと無線給電LSIを融合したデバイスが、無線給電動作可能であることを実証した。

今後の研究の推進方策

低消費電力無線通信・給電デバイスを実現するための回路・デバイス開発を引き続き行う。また、フレキシブル材用とCMOS LSIとの融合プロセス開発も行い、アンテナ・受電回路同様に、センサ部もアンプ等の信号処理LSIと融合し、その有効性を確認する。

開発したデバイスのマウス/ラット大脳皮質(可能であればサル大脳皮質を含む)による低侵襲性・長期埋込み評価を実施する。生体内へのチップ埋込みにおいては、脳の場合、大脳皮質の表層にチップを配置し、その後頭部を封じる手術を予定する。評価には、埋込み後の長期計測や生体反応等を検討する。

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 6件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (21件) (うち招待講演 2件) 備考 (4件)

  • [雑誌論文] A current noise reduction technique in chopper instrumentation amplifier for high-impedance sensors2015

    • 著者名/発表者名
      I. Akita, M. Ishida
    • 雑誌名

      IEICE Electron. Express

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1587/elex.12.20150374

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Layer-by-layer assembled nanorough iridium-oxide/platinum-black for low-voltage microscale electrode neurostimulation2015

    • 著者名/発表者名
      S. Yamagiwa, A. Fujishiro, H. Sawahata, R. Numano, M. Ishida, T. Kawano
    • 雑誌名

      Sens. Actuator B-Chem.

      巻: 206 ページ: 205-211

    • DOI

      10.1016/j.snb.2014.09.048

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A chopper-stabilized instrumentation amplifier using area-efficient self-trimming technique2014

    • 著者名/発表者名
      I. Akita, M. Ishida
    • 雑誌名

      Analog Integr. Circuits Signal Process.

      巻: 81 ページ: 571-582

    • DOI

      10.1007/s10470-014-0371-4

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A digitally calibrated dynamic comparator using time-domain offset detection2014

    • 著者名/発表者名
      T. Okazawa, I. Akita, M. Ishida
    • 雑誌名

      Analog Integr. Circuits Signal Process.

      巻: 81 ページ: 561-570

    • DOI

      10.1007/s10470-014-0410-1

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] In vivo neuronal action potential recordings via three-dimensional microscale needle-electrode arrays2014

    • 著者名/発表者名
      A. Fujishiro, H. Kaneko, T. Kawashima, M. Ishida, T. Kawano
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 4 ページ: 4868(9pages)

    • DOI

      10.1038/srep04868

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Vertically integrated metal-clad/silicon dioxide-shell microtube arrays for high-spatial-resolution light stimuli in saline2014

    • 著者名/発表者名
      M. Sakata, T. Nakamura, T. Matsuo, A. Goryu, M. Ishida, T. Kawano
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 104 ページ: 164101(5pages)

    • DOI

      10.1063/1.4871458

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] A Thin Film Flexible Antenna with CMOS Rectifier Chip for RF-Powered Implantable Neural Interfaces2015

    • 著者名/発表者名
      K. Okabe, I. Akita, S. Yamagiwa, T. Kawano, M. Ishida
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems(Transducers 2015)
    • 発表場所
      Anchorage, Alaska, USA
    • 年月日
      2015-06-21 – 2015-06-25
  • [学会発表] Flexible Optrode Array: Parylene-Film Waveguide Arrays with Microelectrodes for Optogenetics2015

    • 著者名/発表者名
      S. Yamagiwa, M. Ishida, T. Kawano
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems(Transducers 2015)
    • 発表場所
      Anchorate, Alaska, USA
    • 年月日
      2015-06-21 – 2015-06-25
  • [学会発表] 完全埋込み神経インターフェースデバイスに向けたフレキシブル基板上へのフリップチップ実装技術2015

    • 著者名/発表者名
      Horagodage Prabhath Jeewan, 岡部謙志, 秋田一平, 山際翔太, 河野剛士, 石田 誠
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学(湘南キャンパス), 神奈川
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-13
  • [学会発表] Pt/SiO2マイクロチューブ神経電極アレイの高空間分解能光刺激への応用2015

    • 著者名/発表者名
      松尾朋幸, 中邨友彦, 山際翔太, 澤畑博人, 石田 誠, 河野剛士
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学(湘南キャンパス), 神奈川
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-13
  • [学会発表] 長さ500 μm以上の高アスペクト比Siマイクロワイヤの生体組織への刺入2015

    • 著者名/発表者名
      八木智史, 山際翔太, 今塩谷竜也, 大井英生, 久保田吉博, 石田 誠, 河野剛士
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学(湘南キャンパス), 神奈川
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-13
  • [学会発表] TSV Siアイランドの集積化に向けたDeep-Trenchへの酸化物埋め込み2015

    • 著者名/発表者名
      浦岡泰之, 大井英生, 石田 誠, 河野剛士
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学(湘南キャンパス), 神奈川
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-13
  • [学会発表] An Array of Vertically Aligned Nanoscale Tipped Microprobe Electrodes2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Kubota, H. Oi, H. Sawahata, A. Goryu, M. Ishida, T. Kawano
    • 学会等名
      Neuroscience 2014
    • 発表場所
      Washington, DC, USA
    • 年月日
      2014-11-15 – 2014-11-19
  • [学会発表] In vivo Recordings via Microscale Diameter Neuroprobe Block Devices2014

    • 著者名/発表者名
      H. Sawahata, S. Yamagiwa, A. Moriya, H. Oi, Y. Ando, R. Numano, M. Ishida, K. Koida, T. Kawano
    • 学会等名
      Neuroscience 2014
    • 発表場所
      Washington, DC, USA
    • 年月日
      2014-11-15 – 2014-11-19
  • [学会発表] Microfabricated Single Whisker Electrode for Neural Recording2014

    • 著者名/発表者名
      S. Yamagiwa, H. Sawahata, K. Koida, M. Ishida, T. Kawano
    • 学会等名
      Neuroscience 2014
    • 発表場所
      Washington, DC, USA
    • 年月日
      2014-11-15 – 2014-11-19
  • [学会発表] ワイヤレス神経インターフェイスに向けた無線電力伝送用パ リレンフィルムアンテナ2014

    • 著者名/発表者名
      岡部謙志, 秋田一平, 浅井翔地, 石田誠
    • 学会等名
      第6回集積化MEMSシンポジウム
    • 発表場所
      くにびきメッセ, 島根
    • 年月日
      2014-10-20 – 2014-10-22
  • [学会発表] シリコンマイクロ/ナノワイヤ:ニューロン・エレクトロニクス・インタフェースデバイスへの応用2014

    • 著者名/発表者名
      河野剛士
    • 学会等名
      第31回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 発表場所
      くにびきメッセ, 島根
    • 年月日
      2014-10-20 – 2014-10-22
    • 招待講演
  • [学会発表] Ir/SiO2マイクロチューブ,ガラス管アレイ集積化神経電極デバイス2014

    • 著者名/発表者名
      松尾朋幸, 中邨友彦, 坂田真浩, 山際翔太, 澤畑博人, 石田 誠, 河野剛士
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学, 北海道
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] バッファアンプを搭載するマイクロプローブ細胞外電極アレイ2014

    • 著者名/発表者名
      牧野浩樹, 浅井皓平, 田中将徳, 石田 誠, 河野剛士
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学, 北海道
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] 無線神経インターフェースに向けたパリレンフィルムアンテナの設計2014

    • 著者名/発表者名
      岡部謙志, 秋田一平, 石田誠
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学, 北海道
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] ナノプローブ神経電極アレイの細胞内電位計測応用2014

    • 著者名/発表者名
      久保田吉博, 大井英生, 澤畑博人, 牛流章弘, 安東頼子, 沼野利佳, 石田 誠, 河野剛士
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学, 北海道
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] シリコンウィスカ神経電極ブロックモジュール2014

    • 著者名/発表者名
      澤畑博人, 山際翔太, 守谷愛里, 大井英生, 安東頼子, 沼野利佳, 石田 誠, 鯉田孝和, 河野剛士
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学, 北海道
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] 溶解材料塗布によるハイアスペクト比フレキシブルワイヤの刺入2014

    • 著者名/発表者名
      八木智史, 山際翔太, 今塩谷竜也, 大井英生, 久保田吉博, 石田 誠, 河野剛士
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] A flexible antenna using a parylene film for wireless powered neural recording devices2014

    • 著者名/発表者名
      K. Okabe, I. Akita, S. Asai, M. Ishida
    • 学会等名
      Int. Conf. Solid-State Devices and Materials (SSDM)
    • 発表場所
      Tsukuba, Ibaragi
    • 年月日
      2014-09-08 – 2014-09-11
  • [学会発表] SARロジックの低消費電力化に関する検討2014

    • 著者名/発表者名
      藤澤良太, 秋田一平, 石田 誠
    • 学会等名
      電気情報通信学会 アナログRF研究会
    • 発表場所
      屋久島環境文化村センター, 鹿児島
    • 年月日
      2014-07-16 – 2014-07-18
  • [学会発表] Design of a Flexible Antenna using Parylene Film for Implantable Sensor Nodes on Brain Surface2014

    • 著者名/発表者名
      K. Okabe, I. Akita, M. Ishida
    • 学会等名
      The 7th Asia-Pacific Conf. Transducers and Micro/Nano Technologies (APCOT 2014)
    • 発表場所
      Daegu, Korea
    • 年月日
      2014-06-29 – 2014-07-02
  • [学会発表] Electrical, Chemical, Optical Micro/Nanoscale Neuroprobes2014

    • 著者名/発表者名
      T. Kawano
    • 学会等名
      The 7th Asia-Pacific Conf. Transducers and Micro/Nano Technologies (APCOT 2014)
    • 発表場所
      Daegu, Korea
    • 年月日
      2014-06-29 – 2014-07-02
    • 招待講演
  • [備考] Integrated Circuit and Sensor System Group

    • URL

      http://www.int.ee.tut.ac.jp/icg/

  • [備考] 豊橋技術科学大学 教員紹介 電気・電子情報工学系

    • URL

      http://www.tut.ac.jp/university/faculty/ee/

  • [備考] Home page of Tekashi Kawano

    • URL

      http://www.int.ee.tut.ac.jp/icg/member/~takekawano

  • [備考] Ippei Akita@ICG

    • URL

      http://www.ee.tut.ac.jp/~akita/

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公開日: 2016-06-01  

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