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2019 Fiscal Year Annual Research Report

The world's smallest needle-electrode: enabling low-invasive neuronal recording electronics for the brain

Research Project

Project/Area Number 17H03250
Research InstitutionToyohashi University of Technology

Principal Investigator

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)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 鯉田 孝和  豊橋技術科学大学, エレクトロニクス先端融合研究所, 准教授 (10455222)
秋田 一平  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (10612385)
沼野 利佳  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30462716)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywordsマイクロ・ナノデバイス / 細胞外電極 / MOSFET / 実装技術 / 脳計測 / 無線化
Outline of Annual Research Achievements

米国、欧州をはじめとし脳科学研究分野の重要性が拡大している。時空間分解能等における“質”の高い脳信号計測には、侵襲型電極が必須だが、既存の技術では電極直径が数十~数百μm以上と大きく電極刺入に伴う組織損傷、細胞損傷、これに起因した長期安定測定が重要な課題であった。本研究では、これまでの科研費研究(基盤研究、若手研究)で開発してきた直径5 μmの世界で最も細いプローブ電極の発展として、基板を含む電極デバイス全体を小型化し、さらには無線化技術を確立し、これをもって既存デバイスでは成し得なかった超低侵襲、超低負担な脳計測エレクトロニクスを実現する。本研究提案を実現することで、脳神経科学への貢献、医療分野では次世代脳計測技術・質の高い医療サービスの提供のみならず、脳疾患への応用として例えばヒトてんかんの診断やそのメカニズムの解明、さらには侵襲型ブレイン・マシン・インターフェース技術の発展につなげる。
2019年度は、本研究の最終年度として提案デバイスの無線化、埋め込みにおいてはその手技を確立すると共に長期計測記録技術を確立し、これらをもって提案する超侵襲、超低負担な脳計測エレクトロニクスを実現した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (25 results)

All 2020 2019 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Flexible Parylene-thread Bioprobe and the Sewing Method for in vivo Neuronal Recordings2020

    • Author(s)
      Yamashita Koji、Sawahata Hirohito、Yamagiwa Shota、Morikawa Yusuke、Numano Rika、Koida Kowa、Kawano Takeshi
    • Journal Title

      Sensors and Actuators B: Chemical

      Volume: 316 Pages: 127835~127835

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.127835

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Donut‐Shaped Stretchable Kirigami: Enabling Electronics to Integrate with the Deformable Muscle2019

    • Author(s)
      Morikawa Yusuke、Yamagiwa Shota、Sawahata Hirohito、Numano Rika、Koida Kowa、Kawano Takeshi
    • Journal Title

      Advanced Healthcare Materials

      Volume: 8 Pages: 1900939~1900939

    • DOI

      https://doi.org/10.1002/adhm.201900939

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 3D Micro/nanoneedle and 2D Flexible Film Devices for Neural Interfaces2020

    • Author(s)
      Takeshi Kawano
    • Organizer
      The 6th CiNet Conference:Brain-Machine InterfaceMedical Engineering based on Neuroscience
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 3D Micro/nanoneedle and 2D Flexible Film Devices for Neural Interfaces2020

    • Author(s)
      Takeshi Kawano
    • Organizer
      2020 IBRO Workshop
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 低侵襲慢性神経計測のためのフローティングデバイス2020

    • Author(s)
      山下 幸司、澤畑 博人、山際 翔太、沼野 利佳、鯉田 孝和、河野 剛士
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 心臓を用いた光遺伝学実験のためのLEDと電極を搭載した高伸縮性Kirigamiデバイス2020

    • Author(s)
      森川 雄介、Ayub Suleman、Paul Oliver、河野 剛士、Ruther Patrick
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] フォトレジストパターン上へのマイクロワイヤの磁気的アセンブリ- 神経プローブ電極への応用2020

    • Author(s)
      クレアキン テックセン、安井 大貴、伊藤 嘉崇、井戸川 槙之介、森川 雄介、河野 剛士
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 神経計測応用に向けたシリコンニードル電極と信号増幅器の実装2019

    • Author(s)
      清木場 悠、北 祐人、鶴原 秋平、久保 寛、澤畑 博人、山際 翔太、山下 幸司、井戸川 槙之介、Leong Xian Long Angela、沼野 利佳、鯉田 孝和、河野 剛士
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 高密度マイクロニードル電極アレイによるマウス脳内スパ イク信号の空間分解能評価2019

    • Author(s)
      小谷 裕太,澤畑 博人,山際 翔太,河野 剛士, 鯉田 孝和,沼野 利佳
    • Organizer
      第36回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • [Presentation] ドーナツ型Kirigami構造を有した伸縮性筋電計測電極の開 発と特性評価2019

    • Author(s)
      森川 雄介,山際 翔太,澤畑 博人,沼野 利佳, 鯉田 孝和,河野 剛士
    • Organizer
      第36回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • [Presentation] 低侵襲な慢性ニューロン計測のためのフローティング電極 デバイス2019

    • Author(s)
      山下 幸司,澤畑 博人,山際 翔太,沼野 利佳,鯉田 孝和, 河野 剛士
    • Organizer
      第36回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • [Presentation] 神経インターフェース用多機能マイクロチューブモジュー ルデバイスの製作と実装技術2019

    • Author(s)
      小野崎 健人,Liyana,山際 翔太,澤畑 博人, 河野 剛士
    • Organizer
      第36回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • [Presentation] Fine marking Method of Metal Microelectrode for the Electrophysiological Recording in vivo2019

    • Author(s)
      Kowa Koida, Hirohito Sawahata, Rika Numano, Takeshi Kawano, Toshimitsu Hara
    • Organizer
      Neuroscience2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Bluetooth low energy技術を用いたマウス脳信号の無線測定2019

    • Author(s)
      井戸川 槙之介、山下 幸司、沼野 利佳、鯉田 孝和、河野 剛士
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] ドーナツ型kirigami構造を有した伸縮性心電計測電極デバイス2019

    • Author(s)
      森川 雄介、山際 翔太、澤畑 博人、沼野 利佳、鯉田 孝和、河野 剛士
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 糸状パリレン神経電極デバイスによるマウス脳スパイク信号計測2019

    • Author(s)
      山下 幸司、澤畑 博人、山際 翔太、森川 雄介、沼野 利佳、鯉田 孝和、河野 剛士
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 直径5 μmプローブ電極による糖尿病モデルマウス脳計測2019

    • Author(s)
      三田 理央毅、澤畑 博人、山際 翔太、山下 幸司、沼野 利佳、鯉田 孝和、河野 剛士
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 原 利充、澤畑 博人、沼野 利佳、河野 剛士、鯉田 孝和2019

    • Author(s)
      めっきと電気分解を応用した金属微小電極による高精度細位置マーキング手法
    • Organizer
      電子情報通信学会技術研究報告
  • [Presentation] Floating 5-μm-Diameter Needle for Low Invasive Chronic Recording2019

    • Author(s)
      Koji Yamashita, Hirohito Sawahata, Shota Yamagiwa, Rika Numano, Kowa Koida,Takeshi Kawano
    • Organizer
      The 20th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2019 - EUROSENSORS XXXIII)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nanoneedle-Electrode Array Packaged with Amplifiers for Recording Biological-Signals with A High Voltage Gain2019

    • Author(s)
      Shuhei Tsuruhara, Yoshihiro Kubota, Hiroshi Kubo, Hirohito Sawahata, Shota Yamagiwa, Shinnosuke Idogawa,Takeshi Kawano
    • Organizer
      The 20th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2019 - EUROSENSORS XXXIII)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A High-Density Array of 3D Microneedle-Electrodes for Evaluation of Spatial Resolution of Neuronal Activity2019

    • Author(s)
      Yuta Kotani, Hirohito Sawahata, Shota Yamagiwa, Rika Numano, Kowa Koida, Takeshi Kawano
    • Organizer
      The 20th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2019 - EUROSENSORS XXXIII)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Three Dimensional Core-Shell Microneedle-Electrode for Multisite Neuronal Recoding2019

    • Author(s)
      Shinnosuke Idogawa, Yoshihiro Kubota, Shota Yamagiwa, Hirohito Sawahata, Rika Numano, Kowa Koida1, Takeshi Kawano
    • Organizer
      The 20th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2019 - EUROSENSORS XXXIII)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Highly Stretchable Kirigami Structure with Integrated Led Chips and Electrodes for Optogenetic Experiments on Perfused Hearts2019

    • Author(s)
      Yusuke Morikawa, Suleman Ayub, Oliver Paul, Takeshi Kawano,Patrick Ruther
    • Organizer
      The 20th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2019 - EUROSENSORS XXXIII)
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] Homepage of Takeshi Kawano

    • URL

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

  • [Remarks] researchmap (Takeshi Kawano)

    • URL

      https://researchmap.jp/takekawano

URL: 

Published: 2021-01-27  

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