Research and development of neural interface devices using nanotubes and artificial cell membranes

利用纳米管和人造细胞膜的神经接口装置的研发

• 批准号: 22H03937
• 负责人: 八木 透
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H03937/
• 关键词: 神経インタフェース; 電極; 脂質二重膜; 管状ナノ構造体; 管状ナノ構造物

本研究では脂質二重膜（人工細胞膜）に埋め込んだDNAナノチューブやカーボンナノチューブなどの管状ナノ構造体（ナノチューブ）を電気シナプスとして利用し，神経細胞を細胞内刺激可能な電極を有する神経インタフェースデバイスの開発を目指している．カーボンナノチューブ(Carbon Nanotube, CNT)は中空円筒状の炭素材料であり，中でも単層のCNTは約1-2 nmの直径を持つ．近年，約10 nmに切断した単層CNTは細胞膜やその基本要素である人工脂質膜に自発的に侵入し，膜内に留まることが報告された．CNTが膜内に留まることで，物質透過性や導電性，疎水性表面といったCNTの特性を膜に付加することができる．したがってCNTは，センサ保護膜，ドラッグデリバリーシステム，ナノ双極電極等に利用できるとして注目されている．一方で，CNTの疎水性表面は脂質二重膜内層の疎水性部分と相互作用し膜を変形させる恐れがある．膜形態の変化は細胞毒性の一因と考えられているが， 数～数十　nmに切断されたCNTが膜形態に及ぼす影響については未だよくわかっていない．そこで本年度は細胞膜のモデルとして脂質二重膜小胞(Giant Unilamellar Vesicle, GUV)に対しCNTを曝露し，各濃度のCNTによる膜形態の変化を蛍光顕微鏡によって評価した．その結果，球形状からダンベル様形状へのGUV膜の変形を観察した．この変形形態から，CNT挿入が膜の面積だけでなく，2分子膜である脂質二重膜の内層と外層の面積の非対称性を増加させたことが明らかとなった．

This study で は (artificial cell membrane lipid double membrane に buried め 込 ん だ DNA ナ ノ チ ュ ー ブ や カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ な ど の tubular ナ ノ constructs (ナ ノ チ ュ ー ブ) を electric 気 シ ナ プ ス と し て using し, god 経 cells may stimulate な を cell electrode を す る god 経 イ ン タ フ ェ ー ス デ バ イ ス の open 発 を refers し て い る. カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ (Carbon Nanotube, CNT) は has drifted back towards &yen; hollow tubular の Carbon material で あ り, in で も 単 layer の CNT は about 1-2 nm diameter の を つ. In recent years, about 10 nm に cut し た 単 layer は CNT membranes や そ の basic elements で あ る bilayer lipid membrane に に invasion し 発, membrane に stay within ま る こ と が report さ れ た. CNT が に stay within membrane ま る こ と で, material permeability や electrical conductivity, 疎 water surface と い っ た CNT の を membrane に plus す る こ と が で き る. し た が っ て CNT は, セ ン サ protective film, ド ラ ッ グ デ リ バ リ ー シ ス テ ム, ナ ノ bipolar electrode etc に using で き る と し て attention さ れ て い る. One side で, CNT 疎 疎 aqueous surface lipid double membrane inner layer 疎 疎 aqueous part と interaction the membrane を deformation させる is afraid れがある. Membrane morphology の variations change は cytotoxicity の for と え test ら れ て い る が, several to tens of nm に cut さ れ た が CNT film morphology に and ぼ す influence に つ い て は not だ よ く わ か っ て い な い. そ こ で this year は membrane の モ デ ル と し て double membrane lipid small cell (Giant Unilamellar Vesicle, GUV) に し seaborne CNT を exposure し, each concentration の CNT に よ る の membrane form - the を 蛍 light 顕 micromirror に よ っ て review 価 し た. Youdaoplaceholder0 <s:1> result, the shape of the ball is そ らダ ベ ベ へ the shape is へ GUV membrane <s:1> deformation を観 observe た た. こ の - shaped form か ら, scions into が CNT film の area だ け で な く, 2 molecular membrane で あ る double membrane lipid の inner と outer の area の non said seaborne を raised plus さ せ た こ と が Ming ら か と な っ た.

项目成果

東京工業大学 八木研究室

东京工业大学八木实验室

Neural Interface for Biohybrid Prosthetic Hands to Realize Sensory and Motor Functions

用于实现感觉和运动功能的生物混合假手的神经接口

• DOI: 10.20965/jrm.2022.p0316
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Robotics and Mechatronics
• 影响因子: 1.1
• 作者: Tohru Yagi;Zugui Peng;Shoichiro Kanno
• 通讯作者: Shoichiro Kanno

Transmembrane Carbon Nanotubes for Intracellular Stimulation

用于细胞内刺激的跨膜碳纳米管

• 发表时间: 2022
• 作者: Shoichiro Kanno;Zugui Peng;Kenta Shimba;Yoshitaka Miyamoto;Tohru Yagi
• 通讯作者: Tohru Yagi

人工細胞のコミュニケーションツールの創成に向けた 細胞膜貫通DNAナノチューブに関する研究

研究穿透细胞膜的 DNA 纳米管，用于创建人造细胞的通讯工具

• 发表时间: 2022
• 作者: 彭 祖癸;榛葉 健太;宮本 義孝;八木 透
• 通讯作者: 八木 透

カーボンナノチューブの膜挿入が脂質二重膜の形態に及ぼす影響について

碳纳米管插膜对脂质双层膜形貌的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 菅野翔一朗;彭 祖癸;榛葉健太;宮本義孝;八木透
• 通讯作者: 八木透