3次元構造物によるマルチチャンネル神経インターフェース

使用 3D 结构的多通道神经接口

• 批准号: 05J11277
• 负责人: 星野 隆行
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J11277/
• 关键词: 神経インターフェース; 再生型電極; 集束イオンビーム; 3次元造形; マイクロチューブ; ダイヤモンドライクカーボン; 集束イオンビーム励起表面反応; 神経再生型電極; 3次元造形法; PC12; Diamon-like Carbon (DLC)

本研究は集束イオンビーム(FIB)を用いて作製した立体構造物を神経電極の多チャンネル化とその配線技術と応用するための基礎研究である.以下本年度行われた実験について述べる.(1)FIBによる構造制御をより精緻に行うために,オーバハング構造の堆積モデルを提案した.オーバハング構造の造形においては透過イオンによる堆積が重要である.この現象を膜厚50nmのSiN薄膜下部において観察し,この堆積機構を考慮したモデルを提案した.シミュレーションによってオーバハングの勾配が制御可能であることを示した.(2)FIBにより堆積した材料であるDLC,タングステン(W)およびSiOxが神経電極として機能するための条件を検討した.培養容器内に配置した多点電極アレイ上に,FIBによりSiOxを膜厚0.2umに堆積させ,一辺20umのPt電極表面をカバーさせた.SiOxをエッチングした直径数umの穴にW(CO)_6の反応により直径約100〜200μm,高さ約10μmのWピラーを作製した.現在,この電極構造を生理食塩水に浸漬させインピーダンス計測を行い評価しているが,SiOx膜の絶縁特性が良好ではなく生体計測が可能な範囲には達していない.(3)神経電極材料としてポリパラキシリレン(PPX)の可能性を検討した.構造材および絶縁材として使用が考えられるPPXの生体適合性を評価するため,PPXの側鎖にアミノ基を修飾(数種類),酸素プラズマを照射,培養用ポリスチレン(PS),コラーゲン(Col)に関して,ラット由来副腎細胞腫PC12をもちいて細胞接着性を定量評価した.アミノ基の修飾は培養用PSと同等の効果であることが分かった.酸素プラズマ照射によりPPX-Cは,XPS分析により酸素が検出され親水性が向上し,培養用PSの接着性と同等であった.以上からPPXは生体と融合させる材料として可能性があると考えられる.

这项研究是一项基本研究，用于将神经电极及其接线技术的多通道应用于使用聚焦离子束（FIB）生成的三维结构。今年进行的实验将在下面描述。 （1）为了更精确地使用FIB控制结构，提出了一个悬垂结构的沉积模型。在建造悬垂结构时，具有渗透离子的沉积很重要。在厚度为50 nm的罪薄膜下观察到了这种现象，并考虑了这种沉积机制。我们提出了一个模型。模拟表明可以控制悬垂的梯度。 （2）通过FIB沉积的材料DLC，Tungsten（W）和Siox的条件，以充当神经电极。将Siox通过FIB沉积在膜的厚度为0.2UM的膜厚度上，放在放置在培养容器中的多点电极阵列上，并覆盖了具有20UM侧的Pt电极的表面。将Siox蚀刻到一个直径为几个UM的孔中。通过该电极结构的反应产生直径约为100-200μm，高度约为10μm的W支柱。当前，电极结构浸入盐水中，并通过阻抗进行测量，但是Siox膜的绝缘特性不好，生物特征测量的范围尚未达到可以测量的范围。 （3）研究了息肉苯乙烯（PPX）作为神经电极材料的可能性。为了评估PPX的生物相容性，可以用作结构材料和绝缘材料，在PPX的侧链中修复了氨基组。使用大鼠衍生的肾上腺细胞瘤PC12定量评估细胞粘附，以进行装饰（几种类型），氧血浆照射以及培养的聚苯乙烯（PS）和胶原蛋白（Col）。发现氨基群的修饰具有与培养物ps相同的作用。通过XPS分析检测到氧血浆PPX-C的照射，改善亲水性，并且等效于培养基PS的粘附。从上面，PPX可以是可以与活生物体融合的材料。

项目成果

カーボンマイクロチューブを用いた神経再生電極の開発-デバイスの試作と神経系培養細胞を用いた検討-

使用碳微管开发神经再生电极 - 使用培养的神经系统细胞制作原型装置并进行研究 -

• 发表时间: 2005
• 期刊: 生体医工学 43 suppl. 1
• 作者: 星野隆行;満渕邦彦
• 通讯作者: 満渕邦彦

Three-Dimensional Fabrication Using Focused-Ion-Beam Chemical-Vapor-Deposition : Overhang Deposition Mechanism and Its Simulation

使用聚焦离子束化学气相沉积进行三维制造：悬垂沉积机制及其模拟

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of the 50th International Conference on Electron, Ion, and Photon Beam Technology & Nanofabrication (EIPBN2006)
• 作者: Takayuki Hoshino;Takafumi Suzuki;Kunihiko Mabuchi
• 通讯作者: Kunihiko Mabuchi

Development of a Regeneration-type Neural Interface : A Microtube Guide for Axon Growth of Neuronal Cells Fabricated Using Focused-ion-beam Chemical Vapor Deposition

再生型神经接口的开发：使用聚焦离子束化学气相沉积制造的神经元细胞轴突生长的微管指南

• 发表时间: 2006
• 期刊: Journal of Vacuum Science and Technology B 24 (6)
• 作者: Takayuki Hoshino;Takafumi Suzuki;Kunihiko Mabuchi
• 通讯作者: Kunihiko Mabuchi

A Gate Support System for Human Locomotion without Holding Lower Extremity : Preliminary Design of Mechanism and Control

一种无需支撑下肢的人体运动门支撑系统：机构与控制的初步设计

• 发表时间: 2006
• 期刊: The 28th Annual International Conference IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2006) FrBP11.3
• 作者: 立間 徹;久保若奈;Takayuki Hoshino;Takayuki Hoshino;Takayuki Hoshino
• 通讯作者: Takayuki Hoshino