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研究概要
電球，蛍光灯はすっかりLEDライトに変わり，LEDは我々の生活を支える身近なものになりました。最近，「マイクロLED」という従来のLEDよりも1/10，1/100以下となる小さなLEDの集積化技術が注目されており，高輝度・高精細なディスプレイ応用や安心安全の観点から自動車の照明や表示機，スマート繊維への応用，空間光通信(Li-Fi)やプラスチックファイバーを用いた光伝送，水中での通信技術への応用，バイオアプリケーションと幅広い分野への活用が期待されています。本研究室では，マイクロLEDを利用した新たな神経プローブ開発による脳科学への応用を始めとして，マイクロLEDのディスプレイ応用やフレキシブルデバイスへの展開，脳神経活動モニタリングデバイスなど幅広いテーマで研究を進めています。
テーマ１：刺入型マイクロLED／神経電極プローブの開発
大脳皮質における神経活動を捉えるためのツール開発を進めています。これまで神経活動の制御には薬や電気による刺激が行われてきましたが，薬は次の刺激を与えるときに前の薬が抜けるのを待つ必要がありますし，電気の場合は刺激したい場所以外にも影響を与えてしまいます。光の場合には特定の場所へのON/OFFが容易にできるため正確に刺激場所と脳活動の関係を調べることができます。脳の神経は本来光には反応しませんから遺伝子工学の技術によって光に反応する脳神経へと変えることでこのような実験を可能にします(光遺伝学：オプトジェネティクス)。従来はマウスの脳組織に光ファイバを刺すことで光刺激をしていたのですが，ファイバは太く脳へとダメージを与えたり，脳神経活動の相関関係を調べるために複数個所を刺激するのが困難でした。半導体技術を用いて低侵襲な構造をもつ針型マイクロLEDを実現すれば脳組織を傷つけにくく複雑な刺激を可能にしてこれまでの医学・薬学分野では調べることが難しかった脳の仕組みの理解に貢献します。
テーマ２：マイクロLEDディスプレイの開発および光遺伝学応用
マイクロLEDを高密度に配列することでマイクロLEDディスプレイやプロジェクタへの応用が期待できる。マイクロLEDに適した駆動回路の開発や指向性を制御するためのマイクロレンズの集積化，トンネル接合を活用した低抵抗なコンタクト抵抗の実現などに着手している。またこのようなマイクロLEDアレイは光遺伝学における空間的光パターン刺激を可能にすることで複雑な脳活動を再現することができます。研究室では，光パターンによる疑似的な嗅覚の再現技術に着目し，嗅覚情報から脳が認知するまでの情報の流れを理解するためのデバイスツールへの応用を目指しています。
テーマ３：フレキシブルマイクロLEDシートの開発
紙のように丸めてポケットに入れたり，人の手や腕に貼れるような柔軟性に優れた新しいタイプの電子ディスプレイの実現を目指しています。半導体LEDウエハからエピタキシャル薄膜のみをピックアップし，柔らかいシート上へと配列させる技術の開発を進めています。脳表の複雑な構造に対しても密着できるようなシート上にLEDデバイスを配列させることで，折りたたみ型ディスプレイなどの応用のみならず，脳表の神経活動を複雑に制御するための光技術への活用にも期待されています。
テーマ４：脳広範囲を網羅可能なECoGデバイスとLEDの一体ツール
低侵襲で優れた脳情報を取得できることから皮質脳波(ECoG)デバイスに注目が集まっています。脳計測には様々な手法がありますが，計測領域と時間解像度にトレードオフの関係があり，脳全領域を高い時間解像度で調べることが困難でした。本研究では，時間解像度・空間解像度に優れるECoGデバイスに着目し，脳側部を含めた広範囲領域の脳情報を取得可能なデバイス及びデバイス配置手技を開発しています。また脳の広範囲領域の脳活動計測に加えて，LEDを用いた光刺激を可能にすることで神経活動の因果関係を明確にする脳活動可視化ツールの実現を目指します。このような低コストかつ高性能で小型なBMI技術を開発して脳情報科学の発展に寄与することで，医療分野のみだけでなく，脳情報と拡張現実を組み合わせた感覚拡張型デバイスや身体サポート技術などの産業技術への展開が期待されます。
テーマ５：ナノコラム／ナノワイヤによる新材料の開拓および物性評価
特徴的な形状や特性を示すナノコラム／ナノワイヤ結晶に着目した研究を進めています。ミリ秒の単一光子量子メモリ時間や数時間の核スピンコヒーレンス時間をもつユーロピウム(Eu)元素を精密に制御してGaN結晶へと取り込めば光共振器とのモノリシック集積を可能にして量子メディア変換デバイスや量子中継デバイスを実現できます。しかし，Eu元素の添加は結晶性の劣化を招き，量子準位の不活性化が起こります。そこで高品質なナノコラム結晶を活用した材料開発を行っています。
