豊橋技術科学大学（組織）

マイクロLEDを埋め込んだ極薄フィルムで脳を覆う光遺伝学用デバイスを開発、脳神経の包括的な理解に道

開発したマイクロLEDアレイ。写真左：マイクロLEDアレイ中空構造。写真右：マイクロLEDアレイ極薄フィルムの発光像

豊橋技術科学大学（関口寛人准教授）、獨協医科大学（大川宜昭准教授）、沖縄科学技術大学院大学（福永泉美准教授）は3月18日、脳を覆って神経細胞を光で操作する、柔軟で極薄の生体適合性フィルムに多数のマイクロLEDを埋め込んだ光遺伝学用デバイスを開発したと発表した。

近年、特定波長の光で活性化するタンパク質を使って神経細胞の活動をコントロールする「光遺伝学的手法」が注目されている。特に、複雑な脳の神経ネットワークの包括的な理解に役立つことが期待されているが、それには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必要となる。従来の光ファイバーや顕微鏡を用いる方法では、複数の部位に同時に光をあてることが難しく、また自由に行動する動物への適用も限られる。そこで、生体に埋め込めるLEDデバイスに期待が集まっているのだが、通常のLEDでは大きすぎてこの目的にはそぐわない。

そこで研究グループは、サイズが100μm（マイクロメートル）以下、厚さが数μmというマイクロLEDを、生体適合材料である極薄のパリレンフィルムの上に格子状に配置する手法を編み出した。化学薬品で半導体結晶の特定方向だけを溶かす「異方性ウェットエッチング」という技術を使い、シリコン基板の上に形成されたマイクロLED層の下側を溶かして浮かせ、マイクロLED層だけを剥がした後、パリレンフィルムに転写した。こうすることで、曲げても光照射特性が劣化しないフィルムができあがった。これをマウスの脳の表面に貼り付けたところ、明るい青い光を放った。

マイクロLEDを埋め込んだ極薄フィルムで脳を覆う光遺伝学用デバイスを開発、脳神経の包括的な理解に道

マウス脳に密着したマイクロLEDアレイ極薄フィルムにおいて、3点の狙ったLEDを点灯させた光照射の様子

脳の広い範囲を覆うことができるこのデバイスを使えば、光を使った複雑な脳活動の制御が可能になる。計測技術を組み合わせれば、脳の活動と、行動や疾患との関係が包括的に理解できるようになり、新しい神経科学研究の道が拓かれることも期待される。さらに、光に反応する生体内機能分子の開発が進めば、光をあてることで薬剤を狙った部位に好きなタイミングで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の応用も期待できるということだ。

パワーウェーブと大成建設、マリノアシティ福岡で電動キックボードmobbyのワイヤレス充電を実証実験中

豊橋技術科学大学発のスタートアップ企業としてワイヤレス電力伝送技術の社会実装を進めるパワーウェーブは、1月15日から30日までの土曜日・日曜日に、福岡県のマリノアシティ福岡で開催中の「モビリティサーキット in マリノア」において、電動キックボードのワイヤレス給電の有用性に関する実証実験を行っている。

写真左は停車中給電の様子。写真右は受電ユニットを外に出した模型

この実証実験は、大成建設と共同で実施しているもの。会場には、大成建設が開発したワイヤレス充電システムと路面太陽光発電ユニットを掛け合わせた「グリーン充電ポート」を設置。そこで、mobby rideから提供された電動キックボード「mobby」（モビー）のワイヤレス充電が行われている。

ここで使われているワイヤレス充電は、グリーン充電ポートの床に設置された送電板を介して高周波電源がキックボードの受電ユニットに送られ、非接触でバッテリーに充電するというもの。パワーウェーブは、その送受電の開発を行った。大成建設によれば、この実験の目的は、同社の技術による発電と、車体の受電装置の安定性を明らかにすることだという。

「モビリティサーキット in マリノア」では、特設コースにてmobbyの試乗体験ができる。パワーウェーブと大成建設、マリノアシティ福岡で電動キックボードmobbyのワイヤレス充電を実証実験中

新型コロナウイルスを検出するバイオセンサーを東海大学・豊橋技術科学大学・中部大学・デンソーが共同開発

新型コロナウイルスを検出するバイオセンサーを東海大学・豊橋技術科学大学・中部大学・デンソーが開発

東海大学・豊橋技術科学大学・中部大学・デンソーは、日本医療研究開発機構（AMED）の支援のもと、新型コロナウイルス検査機器の開発に取り組んでおり、新しい仕組みのバイオセンサーを開発し、新型コロナウイルスの検出に成功したと発表した。今後は、感染症の早期診断に貢献することを目指し、実用化に向けた開発を加速する。

感染症の拡大および医療のひっ迫を防ぐには、感染症の早期診断、早期隔離によるウイルス拡散の未然防止が重要とされる。しかし現在、新型コロナウイルス感染症の診断には、PCR検査・抗原検査などが利用される一方、それら検査では検出したウイルスの感染力の有無を示す「ウイルスの感染性」が評価できないことが課題となっている。

また、PCR検査はウイルスの検出感度は高いものの前処理など医療従事者への負荷が大きく、抗原検査は簡便な検査であるが検出精度にバラツキがあるなどの課題があり、「ウイルスの感染性」を評価する高感度かつ簡便な検出方法の開発が求められている。

東海大学、豊橋技術科学大学、中部大学、デンソーが共同開発を進めているバイオセンサーは、「ウイルスの感染性」を高感度かつ迅速に定量検出する臨床検査機器としての活用を目指したもの。PCR検査や抗原検査とは異なり、感染のきっかけとなるウイルス表面のスパイクタンパク質を、半導体センサーとアプタマー（人工的に合成した核酸分子。特定の物質に結合する性質を備える）で検出することが可能という。

この技術は世界で初めてものとしており、今回同手法を用いて新型コロナウイルスを高感度で検出することに成功した。

新型コロナウイルス検出イメージ

半導体センサーは、ウイルス量を電気信号で定量的に計測できるため、高い精度での感染状況の把握や、治療の有効性の確認などへの活用が期待できるという。また、アプタマーはサイズが小さく、さまざまなタンパク質と選択的に結合する性質を持つとともに、設計が容易であり短期間での量産も可能であることから、未知のウイルスの検出に応用することも可能としている。

3大学とデンソーは、同バイオセンサーが、新型コロナウイルスの感染性が把握できることに加えて、PCR検査と同等レベルのウイルス検出感度を持ち、抗原検査と同等レベルの簡便な検査となることを目指し、さらに基礎技術を固めていくとともに、実用化に向けた開発を加速する。

各機関の役割およびコメント

東海大学：感染制御と検査の専門医の立場から、感度・特異度に優れ、感染性の有無がわかる操作が簡便かつ迅速な検査機器の開発を切望している。世界に誇る技術力で開発された検査機器についてニーズに対応する仕様と性能、信頼性と精度の確保を目指す
豊橋技術科学大学：ウイルス量を電気信号に変換できる半導体センサーを製作して、同プロジェクトに提供。半導体技術を使うと、米粒大のセンサーにより、1種類のウイルスだけではなく、症状が極めて似て区別がつきにくい場合でも1回の検査で区別できるようになる
中部大学：半導体センサーの性能を評価するため、様々な種類のウイルスを準備し提供。同バイオセンサーは、従来のPCR検査だけでは把握できない「感染力を有するウイルス」を短時間で検出できる技術。体内に入ったウイルスが増殖の真っただ中なのか、終息に向かっているかなどの現状認識が可能になれば、隔離解除のタイミングが明確になり、安心した社会復帰の実現が期待できる
デンソー：快適な車室内空間を作るための先行研究の1つとして行っていた、様々なウイルスやバイオマーカー検出の研究開発の中で得た知見を生かし、より感度高く半導体センサーでウイルスを検出するためのバイオ技術を提供。これまで培ってきたバイオと半導体技術を生かし、実用化を目指した開発を加速する

チームが極度の集中状態「ゾーン」に入り高パフォーマンスを発揮する「チームフロー」の脳活動を豊橋技術科学大学が解明

チームが極度の集中状態「ゾーン」に入り高いパフォーマンスを発揮する「チームフロー」状態の脳の活動を豊橋技術科学大学が解明

チームフロー時の中側頭皮質のベータ、ガンマ帯域の脳波。脳波解析の結果、チームフロー時に左側頭葉が特異的に活性化することがわかった

豊橋技術科学大学は10月6日、スポーツチームなど、複数の人間が協調して「ゾーン」（極度の集中状態）に入り、チームとして特別に高いパフォーマンスを発揮する「チームフロー」に関係する脳波と脳の領域を発見したことを発表した。チームフロー時の心理状態を客観的に研究する世界初の試みということだ。

これは、豊橋技術科学大学エレクトロニクス先端融合研究所モハンマド・シェハタ（Mohammad Shehata）准教授が率いる研究チームと、カリフォルニア工科大学、東北大学の研究者との共同研究によるもの。チームフロー状態を調べるには、その状態を研究室で再現し、客観的に測定する必要があるが、それが長年の課題だった。研究チームは、それを可能にする方法を発見し、世界で初めてチームフローの神経科学的な証拠を明らかにした。

研究では、チームフローの状態を測定するために、チームフローではない状態も再現して、これらと比較した。被験者に2人1組で音楽ゲームをプレイしてもらい、通常のチームフローの状態、仕切りで互いの顔を見えなくしたソロフローの状態、音楽を編集してランダムな音列にしてフローになれないようにしたチームワークの状態をそれぞれ再現し、実験後、被験者に質問に答えてもらってフロー状態のレベルを評価した。

その結果、チームフロー状態のとき、中側頭皮質でベータ波とガンマ波が増加していることがわかった。またチームフロー状態では、通常のチームワーク状態に比べて、チームメイトの脳活動がより強く同期することもわかった。

研究チームは、この研究を「ビジネス、スポーツ、音楽、舞台芸術、ゲーム、エンターテインメントなど、人のパフォーマンスや喜びが重要な分野において、脳神経モデルに基づいたより効果的なチームビルディング戦略に活用できる方法論を提供するもの」だとしている。

今後は政府機関や産業界と協力して、チームのパフォーマンスのモニターや強化、効果的なチーム構築に、この研究を役立ててゆくという。また、「楽しさを維持しながらパフォーマンスを向上させることは、うつ病やパニック障害、不安症の発生率を低減するなど、生活の質の向上につながる可能性があります」とも話している。