豊技大ら,脳に貼れるマイクロLEDアレーを開発

豊橋技術科学大学,獨協医科大学,沖縄科学技術大学院大学は,脳を覆うように柔軟に取り付けができ,多点に配置したマイクロLEDで脳の特定部位を狙って光を照射できるフレキシブルフィルムを開発した(ニュースリリース)。

特定の色の光に反応する光感受性タンパク質を神経細胞に発現させることで神経活動を光で制御できる光遺伝学的手法は,時間分解能が高く,脳機能の理解に向けて活用されている。

そこでは,神経細胞が作る複雑な脳の神経ネットワークの包括的な理解に向け,脳の広範囲に分布する特定の神経細胞の部位を自在に制御できる光刺激技術が求められていたが,従来の光ファイバや顕微鏡を用いた方法では特定の部位や複数の部位を同時に光照射することは困難であり,自由行動中の動物への利用も限られていた。

そのため,生体に埋め込むことのできるLEDデバイスの活用が期待されていたが,市販のLEDのサイズは200µmと大きく,厚さも数十µm~100µmと厚いため,脳の広範囲を覆うことができず,部位上の特異的な神経細胞を光刺激できるデバイスとしての利用は不向きと考えられていた。

研究グループは,薄くて軽くて曲げることができるフレキシブルフィルムの利用を目指し,その上にサイズが100µm以下と小さく厚さ数µmとなる極微薄のマイクロLEDの多点配置を試みた。

まず,水酸化カリウム溶液による異方性ウェットエッチング法を適用してLED層下部を選択的に除去し,高密度に配置されたマイクロLED中空構造を形成した。中空構造の形成によりLED層が基板から分離されるため,熱剥離シートを用いて一括でLED層のみを剥がし,マイクロLEDおよび生体適合フィルムであるパリレンフィルムのどちらも損傷することなく,フィルム上にマイクロLEDを配列させることに成功した。

この実装マイクロLEDフィルムは曲げても光照射特性が劣化することなく,実際にマウスの脳表面に密着して光遺伝学実験に利用可能な明るい青色発光が得られることを実証した。

多点マイクロLEDフィルムは,光によって時空間的に自在に複雑な脳活動の制御を実現する。今後,計測技術と組み合わせることで因果関係に裏打ちされた脳活動と行動や疾患との包括的な理解を目指す,新しい神経科学研究の開拓への適用が期待されるという。

研究グループは,さらに光感受性の生体内機能分子の開発がさらに進むことによって,光を照射することにより,薬剤を狙った部位で好きなタイミングに効かせることができる,生体埋め込みデバイスによる光治療技術へと応用されることが期待できるとしている。

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