2019 Fiscal Year Annual Research Report
Needle-type functional brain imaging device with low invasiveness and high sensitivity by laser lift-off process
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18H03519
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
笹川 清隆 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (50392725)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 蛍光観察 / 励起光除去フィルタ / 生体埋植デバイス / イメージセンサ / 脳機能計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、生体埋植可能な刺入型イメージングデバイスにおいて高い蛍光検出感度と数μm程度のマウス脳などの生体深部において神経活動等を明瞭に観察可能とすることを目的としている。
前年度までに、干渉フィルタと吸収フィルタを積層したハイブリッドフィルタを提案し、レーザーによる剥離を応用した転写手法によって微小な生体イメージセンサ上への搭載が可能であることを実証した。本年度は、これを用いた蛍光観察性能評価を行った。観察対象として蛍光ビーズと蛍光タンパク質を導入したマウスの脳スライスを用い、光ファイバを介したレーザー照射光によって、最適な照射条件とすることで、これらを明瞭にイメージングできることを実証した。
また、干渉フィルタの剥離手法としてエッチングを用いた転写手法についても検討を行った。本手法では、複数のデバイスに対して一括して転写が可能となるため、ハイブリッドフィルタ搭載デバイスを多数作製することができるものと期待される。また、作製にクラックの発生が抑えられることも利点として挙げられる。
励起光源については、青色LEDの発光層をレーザー剥離したものに角度制限層とフィルタ層を重ねたデバイス試作を行った。これまでに試作したLED励起光源では、励起フィルタとして干渉フィルタのみを用いており、傾きの大きい方向への不要波長成分が透過するという問題があったが、提案手法によって励起波長成分のみを抽出可能であることを実証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究成果により、イメージセンサ上への蛍光観察用フィルタの高性能化に加えて、生体埋植型デバイスに統合可能なマイクロLEDデバイス上へのフィルタ統合の基本的な手法を確立することができた。光源を光ファイバ結合したレーザー光源からマイクロLEDへと変更することでシステム全体小型化、および、フレキシブル性の向上が可能となる。
実際に生体埋植して、蛍光観察を行うにはこれらを統合し、光源とセンサで構成される単一のデバイスとする必要がある。光源については、波長の問題が解決したが、光の放射方向がデバイス面に対してほぼ垂直方向となる。撮像面に隣接する形で搭載した場合に、照射効率が低くなるため、照射光の方向を変更するための構成が求められる。これについては、幾つかの対応手法があり、今後、比較検討を行う。
蛍光観察のための励起フィルタおよび励起光除去フィルタについての課題はほぼ解決しており、概ね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
フィルタ作製法については、これまでの成果によりほぼ課題は解決されている。照射光の方向制御を行うための手法の開発とイメージセンサへの入射光角度制御によって撮像性能の改善を図る。
また、統合したデバイスを作製し、脳スライスを用いた評価およびマウスを用いた生体埋植実験へと展開をする。カルシウムイメージング等の手法と組み合わせることによって、覚醒下で、生体の刺激に対する細胞の応答を可視化することを目指す。
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