光ファイバー型電極
【課題】生体組織に刺入する際に生体及び電極自体に損傷が生じることを軽減でき、神経細胞に電気的、化学的あるいは光学的刺激を印加したり、神経細胞の電気的、光学的応答を計測することを可能にする光ファイバー型電極を提供する。
【解決手段】光ファイバー１と、光ファイバー１上に積層形成された導電層２と、導電層２上の一部に積層形成された導電性高分子層３とを備えてなる光ファイバー型電極Ａであって、導電性高分子層３が積層されていない導電層２上に絶縁層４を積層形成した。また、導電性高分子層３内に、正又は負に帯電した化学物質を埋包する。
【解決手段】光ファイバー１と、光ファイバー１上に積層形成された導電層２と、導電層２上の一部に積層形成された導電性高分子層３とを備えてなる光ファイバー型電極Ａであって、導電性高分子層３が積層されていない導電層２上に絶縁層４を積層形成した。また、導電性高分子層３内に、正又は負に帯電した化学物質を埋包する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、神経細胞の活動（電気的、光学的応答）を計測するために用いる光ファイバー型電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
中枢／末梢神経系を構成する神経細胞は、電気的刺激や特定の化学物質による化学的刺激を受けると、神経細胞の細胞膜におけるイオン透過性の変化に伴う電位の変化に起因して電気的活動が励起され、活動電位と呼ばれる信号を発する。また、神経細胞の一種である視細胞は、光学的刺激を受けることにより（光のエネルギーを吸収することにより）、電気的活動が励起される。
【０００３】
そして、電気生理学や医療分野などにおいては、各種電気的、化学的、光学的刺激法で神経細胞に刺激を与え、これら電気的、化学的、光学的刺激によって生じる神経細胞近傍の電位（細胞外電位）を、神経細胞の電気的活動として計測することが行われている。
【０００４】
具体的に、電気的刺激法としては、単極通電法と双極通電法が知られており、単極通電法では、２個の電極のうち一方の電極（関電極）を刺激部位近傍に、他方の電極（不関電極）を刺激部位から離れた部位に設置し、双極通電法では、２個の電極を刺激部位近傍に設置する。そして、このように設置した一対の電極で神経細胞に一定の電流あるいは電圧を印加して電気的刺激を与えるようにしている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
化学的刺激法では、神経細胞の周囲の溶液を、化学物質を添加した溶液と交換したり、神経細胞近傍に化学物質を滴下したりするなどして、神経細胞に化学的刺激を与えるようにしている。あるいは、正又は負に帯電した化学物質を含有した導電性高分子（導電性高分子層）を備えた電極を神経細胞近傍の溶液中に設置し、負又は正の電圧を印加することにより化学物質を溶液中に放出させて化学的刺激を与える手法も用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
光学的刺激方法としては、特定の波長および強度の光を照射して光学的刺激を神経細胞に与えるようにしている。
【０００７】
一方、神経細胞の電気的活動の計測法としては、神経細胞近傍に設置された電極や神経細胞に刺入された電極を用いて活動電位を計測する電気的計測法が多用されている。また、イオンの濃度や電位に応じて蛍光強度が変化する色素（膜電位感受性色素）を用い、細胞内に存在するイオンの濃度や細胞膜の内外の電位差（膜電位）を蛍光顕微鏡で計測する光学的計測法が知られている（例えば、非特許文献２参照）。さらに、光学的計測法として、直径３μｍの単一ファイバーを束ねた光ファイバーを用い、生体組織の蛍光像を取得する手法が知られている（例えば、非特許文献３参照）。また、電極が予め設置された光ファイバーを用いて電気的計測と光学的計測の同時計測を可能にした手法もある（例えば、非特許文献４）。さらに、光ファイバーとして、先端を研磨するなどしてレンズ加工を施すことにより光を収束させるレンズド光ファイバーが広く用いられている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２０５７５６号公報
【特許文献２】特開平０８−４３６４７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Daniel A. Wagenaar, Jerome Pine, Steve M. Potter, Effective parameters for stimulation of dissociated cultures using multi-electrode arrays，Journal of Neuroscience Methods, 138(2004)，P.27-37
【非特許文献２】W.N.Ross，B.M.Salzberg，L.B.Cohen，A.Grinvald，H.V.Davila，A.S.Waggoner，C.H.Wang，Changes in Absorpution,Fluorescence,Dichroism,and Briefringence in Stained Giant Axons:Optical Measurement of Membrane Potential, J. Membrane Biol.，33(1977)，P.141-183
【非特許文献３】「世界初！「臓器深部の生きた細胞が見える」次世代内視鏡技術の実用化」［平成２２年２月９日検索］ インターネットＵＲＬ<http://www.hamatech.or.jp/opt-cluster/cgi-bin/pressrelease/img/press_44_f.pdf>
【非特許文献４】S.Trolier-McKinstry，G.R.Fox，A.Kholkin，C.A.P.Muller，N.Setter，Optical fibers with patterned ZnO/electrode coatings for flexural actuators，Sensors and Actuators，73(1999)，P.267-274
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように、生体組織に対し、同一の電極を用いて細胞外から電気的、化学的あるいは光学的刺激のいずれか１つ又は２つを組み合わせて印加し、神経細胞の活動を計測することは広く行われている。しかしながら、電気的、化学的及び光学的刺激を同一の電極で印加したり、電気的、光学的応答を同一の電極で計測することは困難であった。
【００１１】
また、正又は負に帯電した化学物質を含有した導電性高分子層を備えた電極においては、神経細胞に対して電気的刺激と化学的刺激を印加することが可能である反面、電極を生体組織に刺入する際に、生体に損傷を与えたり、導電性高分子層が損傷を受けたりするなどの問題があった。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑み、生体組織に刺入する際に生体及び電極自体に損傷が生じることを軽減でき、神経細胞に電気的、化学的あるいは光学的刺激を印加したり、神経細胞の電気的、光学的応答を計測することを可能にする光ファイバー型電極を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１４】
本発明の光ファイバー型電極は、光ファイバーと、光ファイバー上に積層形成された導電層と、導電層上の一部に積層形成された導電性高分子層とを備えてなる光ファイバー型電極であって、前記導電性高分子層が積層されていない前記導電層上に絶縁層が積層形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の光ファイバー型電極においては、前記光ファイバーの先端にレンズを備えていることが望ましい。
【００１６】
さらに、本発明の光ファイバー型電極においては、互いに電気的に絶縁した状態で複数の導電層が前記光ファイバー上に積層形成され、互いに電気的に絶縁した状態で複数の導電性高分子層がそれぞれ、各導電層に積層形成されていることが望ましい。
【００１７】
また、本発明の光ファイバー型電極においては、前記複数の導電層がそれぞれ、光ファイバー型電極の軸線方向に延設されていることがより望ましい。
【００１８】
さらに、本発明の光ファイバー型電極においては、前記複数の導電性高分子層の少なくとも一部が光ファイバー型電極の軸線方向の位置をずらして配設されていてもよい。
【００１９】
また、本発明の光ファイバー型電極においては、前記導電性高分子層内に、正又は負に帯電した化学物質が埋包されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光ファイバー型電極によれば、生体組織に刺入する際の生体組織及び電極自体の損傷を軽減することが可能になるとともに、生体組織に対し、同一の電極を用いて細胞外から電気的、化学的、光学的刺激を印加したり、電気的及び光学的応答を計測することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光ファイバー型電極を示す正面図である。
【図２】図１のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図３】図１のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る光ファイバー型電極の製作過程において、光ファイバー上に導電層を積層形成した状態を示す図である。
【図５】図４のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図６】図４のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る光ファイバー型電極の製作過程において、導電層上に絶縁層を積層形成した状態を示す図である。
【図８】図７のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図９】図７のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る光ファイバー型電極の変形例を示す正面図である。
【図１１】図１０のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図１２】図１０のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る光ファイバー型電極を示す正面図である。
【図１４】図１３のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図１５】図１３のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係る光ファイバー型電極の製作過程において、導電層上に絶縁層を積層形成した状態を示す図である。
【図１７】図１６のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図１８】図１６のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図１９】本発明の第２実施形態に係る光ファイバー型電極の変形例を示す正面図である。
【図２０】図１９のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図２１】図１９のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図２２】図１９のＸ３−Ｘ３線矢視図である。
【図２３】図１９のＸ４−Ｘ４線矢視図である。
【図２４】図１９の光ファイバー型電極の製作過程において、導電層上に絶縁層を積層形成した状態を示す図である。
【図２５】図２４のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図２６】図２４のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図２７】図２４のＸ３−Ｘ３線矢視図である。
【図２８】図２４のＸ４−Ｘ４線矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図１から図９を参照し、本発明の第１実施形態に係る光ファイバー型電極について説明する。
【００２３】
本実施形態の光ファイバー型電極Ａは、図１から図３に示すように、光ファイバー１と、光ファイバー１の外周面に成膜して、光ファイバー１上に一体に積層形成された導電層（導電膜）２と、導電層２上に一体に積層形成された導電性高分子層３及び絶縁層４とを備えて構成されている。また、この光ファイバー型電極Ａでは、光ファイバー型電極Ａの軸線Ｏ１方向先端側（光ファイバー１の先端１ａ側）の導電層２上に導電性高分子層３が積層形成され、この導電性高分子層３よりも軸線Ｏ１方向後端側の導電層２上に絶縁層４が積層形成されている。すなわち、この光ファイバー型電極Ａは、導電層２上の一部に導電性高分子層３が積層形成され、導電性高分子層３が積層されていない他の部分の導電層２上に絶縁層４が積層形成されている。また、導電性高分子層３と絶縁層４の互いの外周面３ａ、４ａが滑らかに繋がるように、導電性高分子層３と絶縁層４が層厚を同程度にして積層されている。
【００２４】
また、本実施形態において、光ファイバー１には、予め研磨や融着等を施してレンズ（レンズ部）５を先端１ａに形成したレンズド光ファイバーが採用されている。なお、光ファイバー１の種類（シングルモード、マルチモード）は、用いる光源の波長に依存するが、特に限定を必要としない。また、光ファイバー１の表面（外周面１ｂ）は、ポリイミドや紫外線硬化型樹脂などで被覆されていないことが望ましいが、導電層２が積層されるため、特に被覆の有無を限定する必要はない。
【００２５】
導電層２は、光ファイバー１の先端１ａのレンズ部５を除く外周面１ｂ全体に積層形成されている。また、導電層２は、特に限定を必要とするものではないが、光ファイバー１にポリイミドや紫外線硬化型樹脂などの被覆がない場合、金や白金あるいは酸化イリジウム錫（ＩＴＯ）等を用い、真空蒸着法や塗布法などの薄膜形成法によって光ファイバー１に一体に積層形成される（成膜して形成される）。さらに、この導電層２は、特に厚さを限定する必要はない。
【００２６】
導電性高分子層３は、光ファイバー１のレンズ部５を除く外周面１ｂ全体に形成された導電層２の先端側に積層形成されている。また、この導電性高分子層３は、例えば、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレン・スルフォン酸）（以下、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳとする）を用いて形成されるとともに、多孔質構造で形成されている。そして、本実施形態の導電性高分子層３は、正又は負に帯電した化学物質、例えば伝達物質の一種であるグルタミン酸を混入して（埋包して）形成されている。なお、この導電性高分子層３は、特に限定する必要はないが、光ファイバー型電極Ａの軸線Ｏ１方向に沿う幅寸法を極力大きくし、軸線Ｏ１直交方向の厚さを絶縁層４の厚さと同程度にして形成することが好ましい。
【００２７】
絶縁層４は、導電性高分子層３を積層した部分以外の導電層２に積層して形成されている。また、この絶縁層４は、特に厚さを限定する必要はないが、例えばエポキシ樹脂などの絶縁材料を塗布して数１００μｍ以下の厚さで形成することが好ましい。また、絶縁層４は、電気抵抗が１ＧΩ以上となるように形成することが理想的である。
【００２８】
そして、このような光ファイバー型電極Ａを作製する際には、図４から図６に示すように、光ファイバー１としてレンズド光ファイバーを用意し、真空蒸着法や塗布法などの薄膜形成法により導電層２を光ファイバー１の外周面１ｂに成膜して一体に積層形成する。また、図７から図９に示すように、導電層２上にエポキシ樹脂などの絶縁材料を塗布して絶縁層４を一体に積層形成する。このとき、光ファイバー１の先端１ａ側のレンズ部５との軸線Ｏ１方向の間（導電層２の先端側）に溝１０が形成されるように、導電層２の先端側以外の部分に絶縁材料を塗布して絶縁層４を形成する。
【００２９】
次に、溶液状態のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳに、導電層２及び絶縁層４を積層した光ファイバー１を浸漬させ、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳと導電層２に電流を流すと、電気化学的に重合して、光ファイバー１の先端１ａ側の導電層２上に（溝１０に）導電性高分子層３が積層形成される。このとき、導電性高分子層３の厚さは、通電時間や総電荷量を変化させて制御する。そして、このように電気化学的に重合させて導電性高分子層３を形成することで、多孔質構造を有する導電性高分子層３が形成される。
【００３０】
次に、物理吸着などによって導電性高分子層３内に化学物質を埋包させる（混入する／含有させる）。このとき、化学物質は、正又は負に帯電していることが好ましく、本実施形態では、正又は負に帯電した化学物質を物理吸着などによって導電性高分子層３内に埋包させる。これにより、図１から図３に示す本実施形態の光ファイバー型電極Ａの作製が完了する。なお、例えば化学物質としてグルタミン酸を用いる場合、このグルタミン酸は、一般的な神経細胞の培養液のｐＨである７．６程度で負に帯電する。
【００３１】
次に、上記構成からなる本実施形態の光ファイバー型電極Ａを用いて神経細胞の電気的活動（電気的、光学的応答）を計測する際には、光ファイバー型電極Ａを関電極として生体組織に刺入して設置するとともに、生体に対して不関電極を別途設置する。このとき、本実施形態の光ファイバー型電極Ａが、導電性高分子層３と厚さを同程度にし、導電性高分子層３と互いの外周面３ａ、４ａを滑らかに繋ぐように絶縁層４を設けて形成されているため、外周面が滑らかとなり、刺入する際に生体組織と導電性高分子層３、生体組織と絶縁層４の間に引っかかりなど（大きな抵抗）が生じにくい。このため、生体組織や導電性高分子層３が損傷することを軽減して光ファイバー型電極Ａの設置（生体組織への刺入）が行える。
【００３２】
そして、関電極の光ファイバー型電極Ａ（導電層２、導電性高分子層３）と不関電極の間に電圧（あるいは電流）を印加すると、導電性高分子層３から化学物質が放出され、神経細胞に化学的刺激が与えられる。このとき、化学物質がグルタミン酸である場合には、一般的な神経細胞の培養液のｐＨである７．６程度でグルタミン酸が負に帯電するため、導電性高分子層３に対して負の電圧を印加することでこのグルタミン酸が放出され、神経細胞に化学的刺激が与えられる。さらに、このように化学物質を放出させるために印加する電圧の大きさは、印加直後の神経細胞の電気的活動が励起されない程度であることが望ましい。すなわち、印加する電圧は、神経細胞の電気的活動を励起させる閾値より小さいことが望ましい。なお、このときの印加する電圧の大きさは、電極のインピーダンス及び電極と神経細胞の位置関係に依存するため、一定値に定めることはできない。
【００３３】
また、本実施形態の光ファイバー型電極Ａでは、化学的刺激を与えるだけでなく、例えば神経細胞の電気的活動を励起させる閾値よりも大きな電圧を印加することにより、神経細胞に電気的刺激を与えることができる。この場合、化学物質を導電性高分子層３に埋包させることは必ずしも必要ではない。
【００３４】
さらに、本実施形態の光ファイバー型電極Ａは、電気的刺激や化学的刺激が与えられたときに励起される神経細胞の電気的活動の計測も導電性高分子層３を介して可能になる。
【００３５】
一方、光源から光ファイバー１を通じて光を照射することにより、神経細胞に光学的刺激が与えられる。用いられる対象の試料が網膜の場合、網膜の視細胞（神経細胞）によって光が感受される。このため、光学的刺激に用いられる光源の波長は、可視域の４００〜８００ｎｍ程度が適当である。
【００３６】
また、膜電位感受性色素やイオン感受性色素を用いることにより、蛍光強度の光学的計測が行える。なお、膜電位感受性色素やイオン感受性色素を用いて蛍光強度の光学的計測を行う場合には、これらの色素を励起する必要がある。そして、色素そのものの励起は、光ファイバー型電極Ａを介して行ってもよいが、外部から励起光を照射して色素を励起させ、励起して発光した蛍光を光ファイバー型電極Ａで計測するようにすると、効率的に視細胞の光学的応答の計測が行える。
【００３７】
また、本実施形態の光ファイバー型電極Ａは、光ファイバー１としてレンズド光ファイバーを用いているため、光学的刺激及び光学的計測を行う光信号が光ファイバー１を介してレンズ５で集光される。このため、光学的刺激を精度よく神経細胞に印加したり、精度よく光学的計測が行える。
【００３８】
したがって、本実施形態の光ファイバー型電極Ａにおいては、光ファイバー１上に一体に積層形成された導電層（導電膜）２と、導電層２上に一体に積層形成された導電性高分子層３及び絶縁層４とを備えて構成されているため、導電層２及び導電性高分子層３を通じて電気的信号を伝達して、導電性高分子層３から神経細胞に電気的刺激を印加したり、導電性高分子層３で電気的信号を受けて電気的応答（電気的活動）を計測することが可能になる。
【００３９】
また、導電性高分子層３に正又は負に帯電した化学物質が埋包されているため、電圧を印加することにより化学物質を導電性高分子層３から放出させることができる。このため、神経細胞に化学的刺激を与えることが可能になる。また、化学的刺激に対する電気的応答（電気的活動）の計測に使用することも可能になる。
【００４０】
さらに、光源から光ファイバー１を通じて光を照射することにより、神経細胞に光学的刺激を印加することが可能になる。また、膜電位感受性色素やイオン感受性色素を用いることにより、蛍光強度の光学的計測を行うことが可能になる。このとき、色素の励起を光ファイバー型電極Ａから光を照射して行ってもよいが、外部から励起光を照射して色素を励起させ、励起して発光した蛍光を光ファイバー型電極Ａで計測するようにすることで、効率的に神経細胞（視細胞）の光学的応答の計測を行うことが可能になる。
【００４１】
また、光ファイバー１としてレンズド光ファイバーを用い、先端１ａにレンズ５を備えている、光学的刺激及び光学的計測を行う光信号をレンズ５で集光することができ、光学的刺激を精度よく神経細胞に印加したり、精度よく光学的計測を行うことが可能になる。
【００４２】
また、本実施形態の光ファイバー型電極Ａにおいては、光ファイバー１上に一体に積層形成された導電層２と、導電層２上に一体に積層形成された導電性高分子層３及び絶縁層４とを備えて構成されているため、外周面を滑らかにすることができ、生体組織に刺入する際の生体組織及び導電性高分子層３（光ファイバー型電極Ａ）の損傷を軽減することが可能になる。
【００４３】
よって、本実施形態の光ファイバー型電極Ａによれば、生体組織に刺入する際の生体組織及び電極自体の損傷を軽減することが可能になるとともに、生体組織に対し、同一の電極を用いて細胞外から電気的、化学的、光学的刺激を印加したり、電気的、光学的応答を計測することが可能になる。
【００４４】
以上、本発明に係る光ファイバー型電極の第１実施形態について説明したが、本発明は上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、光ファイバー型電極Ａ（光ファイバー１）の先端１ａにレンズ（レンズ部）５が形成されているものとしたが、必ずしもレンズ５を備えていなくてもよく、例えば図１０から図１２に示すように光ファイバー型電極Ａが構成されていてもよい。この場合においても、本実施形態と同様、従来の電極と比較し、生体組織に刺入する際の生体組織及び電極自体の損傷を軽減することが可能になるとともに、生体組織に対し、同一の電極を用いて細胞外から電気的、化学的、光学的刺激を印加したり、電気的、光学的応答を計測することが可能である。
【００４５】
次に、図１３から図１５、図１６から図１８を参照し、本発明の第２実施形態に係る光ファイバー型電極について説明する。本実施形態は、第１実施形態と同様、生体組織に刺入する際の生体組織及び電極自体の損傷を軽減することを可能にするとともに、神経細胞に対し、同一の電極を用いて細胞外から電気的、化学的、光学的刺激を印加したり、電気的、光学的応答を計測することを可能にする光ファイバー型電極に関するものである。よって、第１実施形態と同様の構成に対しては、同一符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００４６】
ここで、図１３から図１５は、本実施形態の光ファイバー型電極Ｂを示し、図１６から図１８は、この光ファイバー型電極Ｂの製作過程において、光ファイバー上に導電層を一体に積層形成した状態を示している。
【００４７】
本実施形態の光ファイバー型電極Ｂは、図１３から図１５、図１６から図１８に示すように、周方向に互いに分離（電気的に絶縁）した状態で光ファイバー１上に一体に積層形成された複数の導電層６、７と、周方向に互いに分離（電気的に絶縁）した状態で各導電層６、７上に一体に積層形成された複数の導電性高分子層８、９と、導電性高分子層８、９と外周面４ａ、８ａ、９ａが滑らかに繋がるように、導電層６、７（及び光ファイバー１）上に一体に積層形成された絶縁層４とを備えて構成されている。また、各導電層６、７は、光ファイバー型電極Ｂ（光ファイバー１）の軸線Ｏ１方向に延びて配設されている。さらに、本実施形態において、複数の導電性高分子層８、９にはそれぞれ、異なる化学物質が埋包されている。
【００４８】
なお、本実施形態では、図１３から図１５に示すように、２つの導電層６、７を備え、各導電層６、７の先端側に（光ファイバー型電極Ｂの先端１ａ側に、光ファイバー型電極Ｂの軸線Ｏ１方向の先端側の同位置に）導電性高分子層８、９を積層して光ファイバー型電極Ｂが構成されているが、導電層６、７及び導電性高分子層８、９の数（分割数）を限定する必要はない。
【００４９】
そして、このように構成した本実施形態の光ファイバー型電極Ｂを用いて神経細胞の電気的又は光学的応答を計測する際には、第１実施形態と同様、光ファイバー型電極Ｂを関電極として生体組織に刺入して設置し、不関電極を別途生体に対して設置する。このとき、本実施形態の光ファイバー型電極Ｂにおいても、導電性高分子層８、９と絶縁層４の互いの外周面４ａ、８ａ、９ａが滑らかに繋がるように形成されているため、生体組織や導電性高分子層８、９の損傷が軽減される。
【００５０】
また、関電極の光ファイバー型電極Ｂの各組の導電層及び導電性高分子層（６と８、７と９）と不関電極の間にそれぞれ電圧（電流）を印加すると、複数の導電性高分子層８、９からそれぞれ異なる化学物質が放出され、神経細胞に化学的刺激が与えられる。このとき、各導電層６、７及び導電性高分子層８、９が分離して形成されているため、例えば負に帯電した化学物質を一方の導電性高分子層８に、正に帯電した化学物質を他方の導電性高分子層９に埋包させておき、一方の導電性高分子層８に対して負の電圧を、他方の導電性高分子層９に正の電圧をそれぞれ印加することで、異なる化学物質が同時に、あるいは個別に放出されて、神経細胞に異なる化学物質による化学的刺激が与えられる。
【００５１】
したがって、本実施形態の光ファイバー型電極Ｂにおいては、第１実施形態と同様に、生体組織に刺入する際の生体組織及び電極自体の損傷を軽減することができ、生体組織に対し、同一の電極を用いて細胞外から電気的、化学的、光学的刺激を印加したり、電気的、光学的応答を計測することが可能になる。
【００５２】
また、これとともに、本実施形態の光ファイバー型電極Ｂにおいては、周方向に分離した複数の導電層６、７と、各導電層６、７上に一体に積層形成され、周方向に分離した複数の導電性高分子層８、９とを備えているため、複数の導電性高分子層８、９のそれぞれに、異なる化学物質を埋包させることができる。これにより、異なる化学物質を同時に、あるいは個別に放出させて、神経細胞に異なる化学物質による化学的刺激を印加することが可能になり、異なる化学物質に対する神経細胞の電気的活動（生体の反応）を計測することが可能になる。
【００５３】
以上、本発明に係る光ファイバー型電極の第２実施形態について説明したが、本発明は上記の第２実施形態に限定されるものではなく、第１実施形態の変更例を含め、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、複数の導電性高分子層８、９が光ファイバー型電極Ｂの先端側に（軸線Ｏ１方向の同位置に）配設されているものとしたが、例えば図１９から図２３、図２４から図２８に示すように、複数の導電性高分子層８、９の位置を光ファイバー型電極Ｂの軸線Ｏ１方向にずらして配設してもよい（複数の導電性高分子層の少なくとも一部の位置を光ファイバー型電極Ｂの軸線Ｏ１方向にずらして配設してもよい）。すなわち、複数の導電層６、７が軸線Ｏ１方向に延設されているため、このように導電性高分子層８、９の位置をずらすことができる。そして、この場合には、隣り合う導電性高分子層８、９の軸線Ｏ１方向の間隔を調整することにより、生体の異なる部位に電気的刺激や化学的刺激を印加することが可能になり、また、生体の異なる部位の電気的活動を計測することが可能になる。
【００５４】
さらに、本実施形態では、複数の導電性高分子層８、９のそれぞれに異なる化学物質が埋包されて、神経細胞に異なる化学物質による化学的刺激を印加したり、異なる化学物質に対する神経細胞の電気的活動を計測するようにしたが、勿論、複数の導電性高分子層８、９に同じ化学物質を埋包させて、神経細胞への化学的刺激の印加、化学物質に対する神経細胞の電気的活動の計測を行うようにしてもよい。なお、この場合には、同一の電極Ｂで、複数の導電性高分子層８、９から同一の化学物質を個別に放出させることができ、時間をあけて同一の化学物質による化学的刺激を印加することが可能になる。
【符号の説明】
【００５５】
１ 光ファイバー
１ａ 先端
１ｂ 外周面
２ 導電層（導電膜）
３ 導電性高分子層
３ａ 外周面
４ 絶縁層
４ａ 外周面
５ レンズ（レンズ部）
６ 導電層
７ 導電層
８ 導電性高分子層
８ａ 外周面
９ 導電性高分子層
９ａ 外周面
１０ 溝
Ａ 光ファイバー型電極
Ｂ 光ファイバー型電極
Ｏ１ 軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、神経細胞の活動（電気的、光学的応答）を計測するために用いる光ファイバー型電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
中枢／末梢神経系を構成する神経細胞は、電気的刺激や特定の化学物質による化学的刺激を受けると、神経細胞の細胞膜におけるイオン透過性の変化に伴う電位の変化に起因して電気的活動が励起され、活動電位と呼ばれる信号を発する。また、神経細胞の一種である視細胞は、光学的刺激を受けることにより（光のエネルギーを吸収することにより）、電気的活動が励起される。
【０００３】
そして、電気生理学や医療分野などにおいては、各種電気的、化学的、光学的刺激法で神経細胞に刺激を与え、これら電気的、化学的、光学的刺激によって生じる神経細胞近傍の電位（細胞外電位）を、神経細胞の電気的活動として計測することが行われている。
【０００４】
具体的に、電気的刺激法としては、単極通電法と双極通電法が知られており、単極通電法では、２個の電極のうち一方の電極（関電極）を刺激部位近傍に、他方の電極（不関電極）を刺激部位から離れた部位に設置し、双極通電法では、２個の電極を刺激部位近傍に設置する。そして、このように設置した一対の電極で神経細胞に一定の電流あるいは電圧を印加して電気的刺激を与えるようにしている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
化学的刺激法では、神経細胞の周囲の溶液を、化学物質を添加した溶液と交換したり、神経細胞近傍に化学物質を滴下したりするなどして、神経細胞に化学的刺激を与えるようにしている。あるいは、正又は負に帯電した化学物質を含有した導電性高分子（導電性高分子層）を備えた電極を神経細胞近傍の溶液中に設置し、負又は正の電圧を印加することにより化学物質を溶液中に放出させて化学的刺激を与える手法も用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
光学的刺激方法としては、特定の波長および強度の光を照射して光学的刺激を神経細胞に与えるようにしている。
【０００７】
一方、神経細胞の電気的活動の計測法としては、神経細胞近傍に設置された電極や神経細胞に刺入された電極を用いて活動電位を計測する電気的計測法が多用されている。また、イオンの濃度や電位に応じて蛍光強度が変化する色素（膜電位感受性色素）を用い、細胞内に存在するイオンの濃度や細胞膜の内外の電位差（膜電位）を蛍光顕微鏡で計測する光学的計測法が知られている（例えば、非特許文献２参照）。さらに、光学的計測法として、直径３μｍの単一ファイバーを束ねた光ファイバーを用い、生体組織の蛍光像を取得する手法が知られている（例えば、非特許文献３参照）。また、電極が予め設置された光ファイバーを用いて電気的計測と光学的計測の同時計測を可能にした手法もある（例えば、非特許文献４）。さらに、光ファイバーとして、先端を研磨するなどしてレンズ加工を施すことにより光を収束させるレンズド光ファイバーが広く用いられている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２０５７５６号公報
【特許文献２】特開平０８−４３６４７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Daniel A. Wagenaar, Jerome Pine, Steve M. Potter, Effective parameters for stimulation of dissociated cultures using multi-electrode arrays，Journal of Neuroscience Methods, 138(2004)，P.27-37
【非特許文献２】W.N.Ross，B.M.Salzberg，L.B.Cohen，A.Grinvald，H.V.Davila，A.S.Waggoner，C.H.Wang，Changes in Absorpution,Fluorescence,Dichroism,and Briefringence in Stained Giant Axons:Optical Measurement of Membrane Potential, J. Membrane Biol.，33(1977)，P.141-183
【非特許文献３】「世界初！「臓器深部の生きた細胞が見える」次世代内視鏡技術の実用化」［平成２２年２月９日検索］ インターネットＵＲＬ<http://www.hamatech.or.jp/opt-cluster/cgi-bin/pressrelease/img/press_44_f.pdf>
【非特許文献４】S.Trolier-McKinstry，G.R.Fox，A.Kholkin，C.A.P.Muller，N.Setter，Optical fibers with patterned ZnO/electrode coatings for flexural actuators，Sensors and Actuators，73(1999)，P.267-274
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように、生体組織に対し、同一の電極を用いて細胞外から電気的、化学的あるいは光学的刺激のいずれか１つ又は２つを組み合わせて印加し、神経細胞の活動を計測することは広く行われている。しかしながら、電気的、化学的及び光学的刺激を同一の電極で印加したり、電気的、光学的応答を同一の電極で計測することは困難であった。
【００１１】
また、正又は負に帯電した化学物質を含有した導電性高分子層を備えた電極においては、神経細胞に対して電気的刺激と化学的刺激を印加することが可能である反面、電極を生体組織に刺入する際に、生体に損傷を与えたり、導電性高分子層が損傷を受けたりするなどの問題があった。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑み、生体組織に刺入する際に生体及び電極自体に損傷が生じることを軽減でき、神経細胞に電気的、化学的あるいは光学的刺激を印加したり、神経細胞の電気的、光学的応答を計測することを可能にする光ファイバー型電極を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１４】
本発明の光ファイバー型電極は、光ファイバーと、光ファイバー上に積層形成された導電層と、導電層上の一部に積層形成された導電性高分子層とを備えてなる光ファイバー型電極であって、前記導電性高分子層が積層されていない前記導電層上に絶縁層が積層形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の光ファイバー型電極においては、前記光ファイバーの先端にレンズを備えていることが望ましい。
【００１６】
さらに、本発明の光ファイバー型電極においては、互いに電気的に絶縁した状態で複数の導電層が前記光ファイバー上に積層形成され、互いに電気的に絶縁した状態で複数の導電性高分子層がそれぞれ、各導電層に積層形成されていることが望ましい。
【００１７】
また、本発明の光ファイバー型電極においては、前記複数の導電層がそれぞれ、光ファイバー型電極の軸線方向に延設されていることがより望ましい。
【００１８】
さらに、本発明の光ファイバー型電極においては、前記複数の導電性高分子層の少なくとも一部が光ファイバー型電極の軸線方向の位置をずらして配設されていてもよい。
【００１９】
また、本発明の光ファイバー型電極においては、前記導電性高分子層内に、正又は負に帯電した化学物質が埋包されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光ファイバー型電極によれば、生体組織に刺入する際の生体組織及び電極自体の損傷を軽減することが可能になるとともに、生体組織に対し、同一の電極を用いて細胞外から電気的、化学的、光学的刺激を印加したり、電気的及び光学的応答を計測することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光ファイバー型電極を示す正面図である。
【図２】図１のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図３】図１のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る光ファイバー型電極の製作過程において、光ファイバー上に導電層を積層形成した状態を示す図である。
【図５】図４のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図６】図４のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る光ファイバー型電極の製作過程において、導電層上に絶縁層を積層形成した状態を示す図である。
【図８】図７のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図９】図７のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る光ファイバー型電極の変形例を示す正面図である。
【図１１】図１０のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図１２】図１０のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る光ファイバー型電極を示す正面図である。
【図１４】図１３のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図１５】図１３のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係る光ファイバー型電極の製作過程において、導電層上に絶縁層を積層形成した状態を示す図である。
【図１７】図１６のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図１８】図１６のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図１９】本発明の第２実施形態に係る光ファイバー型電極の変形例を示す正面図である。
【図２０】図１９のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図２１】図１９のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図２２】図１９のＸ３−Ｘ３線矢視図である。
【図２３】図１９のＸ４−Ｘ４線矢視図である。
【図２４】図１９の光ファイバー型電極の製作過程において、導電層上に絶縁層を積層形成した状態を示す図である。
【図２５】図２４のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図２６】図２４のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図２７】図２４のＸ３−Ｘ３線矢視図である。
【図２８】図２４のＸ４−Ｘ４線矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図１から図９を参照し、本発明の第１実施形態に係る光ファイバー型電極について説明する。
【００２３】
本実施形態の光ファイバー型電極Ａは、図１から図３に示すように、光ファイバー１と、光ファイバー１の外周面に成膜して、光ファイバー１上に一体に積層形成された導電層（導電膜）２と、導電層２上に一体に積層形成された導電性高分子層３及び絶縁層４とを備えて構成されている。また、この光ファイバー型電極Ａでは、光ファイバー型電極Ａの軸線Ｏ１方向先端側（光ファイバー１の先端１ａ側）の導電層２上に導電性高分子層３が積層形成され、この導電性高分子層３よりも軸線Ｏ１方向後端側の導電層２上に絶縁層４が積層形成されている。すなわち、この光ファイバー型電極Ａは、導電層２上の一部に導電性高分子層３が積層形成され、導電性高分子層３が積層されていない他の部分の導電層２上に絶縁層４が積層形成されている。また、導電性高分子層３と絶縁層４の互いの外周面３ａ、４ａが滑らかに繋がるように、導電性高分子層３と絶縁層４が層厚を同程度にして積層されている。
【００２４】
また、本実施形態において、光ファイバー１には、予め研磨や融着等を施してレンズ（レンズ部）５を先端１ａに形成したレンズド光ファイバーが採用されている。なお、光ファイバー１の種類（シングルモード、マルチモード）は、用いる光源の波長に依存するが、特に限定を必要としない。また、光ファイバー１の表面（外周面１ｂ）は、ポリイミドや紫外線硬化型樹脂などで被覆されていないことが望ましいが、導電層２が積層されるため、特に被覆の有無を限定する必要はない。
【００２５】
導電層２は、光ファイバー１の先端１ａのレンズ部５を除く外周面１ｂ全体に積層形成されている。また、導電層２は、特に限定を必要とするものではないが、光ファイバー１にポリイミドや紫外線硬化型樹脂などの被覆がない場合、金や白金あるいは酸化イリジウム錫（ＩＴＯ）等を用い、真空蒸着法や塗布法などの薄膜形成法によって光ファイバー１に一体に積層形成される（成膜して形成される）。さらに、この導電層２は、特に厚さを限定する必要はない。
【００２６】
導電性高分子層３は、光ファイバー１のレンズ部５を除く外周面１ｂ全体に形成された導電層２の先端側に積層形成されている。また、この導電性高分子層３は、例えば、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレン・スルフォン酸）（以下、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳとする）を用いて形成されるとともに、多孔質構造で形成されている。そして、本実施形態の導電性高分子層３は、正又は負に帯電した化学物質、例えば伝達物質の一種であるグルタミン酸を混入して（埋包して）形成されている。なお、この導電性高分子層３は、特に限定する必要はないが、光ファイバー型電極Ａの軸線Ｏ１方向に沿う幅寸法を極力大きくし、軸線Ｏ１直交方向の厚さを絶縁層４の厚さと同程度にして形成することが好ましい。
【００２７】
絶縁層４は、導電性高分子層３を積層した部分以外の導電層２に積層して形成されている。また、この絶縁層４は、特に厚さを限定する必要はないが、例えばエポキシ樹脂などの絶縁材料を塗布して数１００μｍ以下の厚さで形成することが好ましい。また、絶縁層４は、電気抵抗が１ＧΩ以上となるように形成することが理想的である。
【００２８】
そして、このような光ファイバー型電極Ａを作製する際には、図４から図６に示すように、光ファイバー１としてレンズド光ファイバーを用意し、真空蒸着法や塗布法などの薄膜形成法により導電層２を光ファイバー１の外周面１ｂに成膜して一体に積層形成する。また、図７から図９に示すように、導電層２上にエポキシ樹脂などの絶縁材料を塗布して絶縁層４を一体に積層形成する。このとき、光ファイバー１の先端１ａ側のレンズ部５との軸線Ｏ１方向の間（導電層２の先端側）に溝１０が形成されるように、導電層２の先端側以外の部分に絶縁材料を塗布して絶縁層４を形成する。
【００２９】
次に、溶液状態のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳに、導電層２及び絶縁層４を積層した光ファイバー１を浸漬させ、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳと導電層２に電流を流すと、電気化学的に重合して、光ファイバー１の先端１ａ側の導電層２上に（溝１０に）導電性高分子層３が積層形成される。このとき、導電性高分子層３の厚さは、通電時間や総電荷量を変化させて制御する。そして、このように電気化学的に重合させて導電性高分子層３を形成することで、多孔質構造を有する導電性高分子層３が形成される。
【００３０】
次に、物理吸着などによって導電性高分子層３内に化学物質を埋包させる（混入する／含有させる）。このとき、化学物質は、正又は負に帯電していることが好ましく、本実施形態では、正又は負に帯電した化学物質を物理吸着などによって導電性高分子層３内に埋包させる。これにより、図１から図３に示す本実施形態の光ファイバー型電極Ａの作製が完了する。なお、例えば化学物質としてグルタミン酸を用いる場合、このグルタミン酸は、一般的な神経細胞の培養液のｐＨである７．６程度で負に帯電する。
【００３１】
次に、上記構成からなる本実施形態の光ファイバー型電極Ａを用いて神経細胞の電気的活動（電気的、光学的応答）を計測する際には、光ファイバー型電極Ａを関電極として生体組織に刺入して設置するとともに、生体に対して不関電極を別途設置する。このとき、本実施形態の光ファイバー型電極Ａが、導電性高分子層３と厚さを同程度にし、導電性高分子層３と互いの外周面３ａ、４ａを滑らかに繋ぐように絶縁層４を設けて形成されているため、外周面が滑らかとなり、刺入する際に生体組織と導電性高分子層３、生体組織と絶縁層４の間に引っかかりなど（大きな抵抗）が生じにくい。このため、生体組織や導電性高分子層３が損傷することを軽減して光ファイバー型電極Ａの設置（生体組織への刺入）が行える。
【００３２】
そして、関電極の光ファイバー型電極Ａ（導電層２、導電性高分子層３）と不関電極の間に電圧（あるいは電流）を印加すると、導電性高分子層３から化学物質が放出され、神経細胞に化学的刺激が与えられる。このとき、化学物質がグルタミン酸である場合には、一般的な神経細胞の培養液のｐＨである７．６程度でグルタミン酸が負に帯電するため、導電性高分子層３に対して負の電圧を印加することでこのグルタミン酸が放出され、神経細胞に化学的刺激が与えられる。さらに、このように化学物質を放出させるために印加する電圧の大きさは、印加直後の神経細胞の電気的活動が励起されない程度であることが望ましい。すなわち、印加する電圧は、神経細胞の電気的活動を励起させる閾値より小さいことが望ましい。なお、このときの印加する電圧の大きさは、電極のインピーダンス及び電極と神経細胞の位置関係に依存するため、一定値に定めることはできない。
【００３３】
また、本実施形態の光ファイバー型電極Ａでは、化学的刺激を与えるだけでなく、例えば神経細胞の電気的活動を励起させる閾値よりも大きな電圧を印加することにより、神経細胞に電気的刺激を与えることができる。この場合、化学物質を導電性高分子層３に埋包させることは必ずしも必要ではない。
【００３４】
さらに、本実施形態の光ファイバー型電極Ａは、電気的刺激や化学的刺激が与えられたときに励起される神経細胞の電気的活動の計測も導電性高分子層３を介して可能になる。
【００３５】
一方、光源から光ファイバー１を通じて光を照射することにより、神経細胞に光学的刺激が与えられる。用いられる対象の試料が網膜の場合、網膜の視細胞（神経細胞）によって光が感受される。このため、光学的刺激に用いられる光源の波長は、可視域の４００〜８００ｎｍ程度が適当である。
【００３６】
また、膜電位感受性色素やイオン感受性色素を用いることにより、蛍光強度の光学的計測が行える。なお、膜電位感受性色素やイオン感受性色素を用いて蛍光強度の光学的計測を行う場合には、これらの色素を励起する必要がある。そして、色素そのものの励起は、光ファイバー型電極Ａを介して行ってもよいが、外部から励起光を照射して色素を励起させ、励起して発光した蛍光を光ファイバー型電極Ａで計測するようにすると、効率的に視細胞の光学的応答の計測が行える。
【００３７】
また、本実施形態の光ファイバー型電極Ａは、光ファイバー１としてレンズド光ファイバーを用いているため、光学的刺激及び光学的計測を行う光信号が光ファイバー１を介してレンズ５で集光される。このため、光学的刺激を精度よく神経細胞に印加したり、精度よく光学的計測が行える。
【００３８】
したがって、本実施形態の光ファイバー型電極Ａにおいては、光ファイバー１上に一体に積層形成された導電層（導電膜）２と、導電層２上に一体に積層形成された導電性高分子層３及び絶縁層４とを備えて構成されているため、導電層２及び導電性高分子層３を通じて電気的信号を伝達して、導電性高分子層３から神経細胞に電気的刺激を印加したり、導電性高分子層３で電気的信号を受けて電気的応答（電気的活動）を計測することが可能になる。
【００３９】
また、導電性高分子層３に正又は負に帯電した化学物質が埋包されているため、電圧を印加することにより化学物質を導電性高分子層３から放出させることができる。このため、神経細胞に化学的刺激を与えることが可能になる。また、化学的刺激に対する電気的応答（電気的活動）の計測に使用することも可能になる。
【００４０】
さらに、光源から光ファイバー１を通じて光を照射することにより、神経細胞に光学的刺激を印加することが可能になる。また、膜電位感受性色素やイオン感受性色素を用いることにより、蛍光強度の光学的計測を行うことが可能になる。このとき、色素の励起を光ファイバー型電極Ａから光を照射して行ってもよいが、外部から励起光を照射して色素を励起させ、励起して発光した蛍光を光ファイバー型電極Ａで計測するようにすることで、効率的に神経細胞（視細胞）の光学的応答の計測を行うことが可能になる。
【００４１】
また、光ファイバー１としてレンズド光ファイバーを用い、先端１ａにレンズ５を備えている、光学的刺激及び光学的計測を行う光信号をレンズ５で集光することができ、光学的刺激を精度よく神経細胞に印加したり、精度よく光学的計測を行うことが可能になる。
【００４２】
また、本実施形態の光ファイバー型電極Ａにおいては、光ファイバー１上に一体に積層形成された導電層２と、導電層２上に一体に積層形成された導電性高分子層３及び絶縁層４とを備えて構成されているため、外周面を滑らかにすることができ、生体組織に刺入する際の生体組織及び導電性高分子層３（光ファイバー型電極Ａ）の損傷を軽減することが可能になる。
【００４３】
よって、本実施形態の光ファイバー型電極Ａによれば、生体組織に刺入する際の生体組織及び電極自体の損傷を軽減することが可能になるとともに、生体組織に対し、同一の電極を用いて細胞外から電気的、化学的、光学的刺激を印加したり、電気的、光学的応答を計測することが可能になる。
【００４４】
以上、本発明に係る光ファイバー型電極の第１実施形態について説明したが、本発明は上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、光ファイバー型電極Ａ（光ファイバー１）の先端１ａにレンズ（レンズ部）５が形成されているものとしたが、必ずしもレンズ５を備えていなくてもよく、例えば図１０から図１２に示すように光ファイバー型電極Ａが構成されていてもよい。この場合においても、本実施形態と同様、従来の電極と比較し、生体組織に刺入する際の生体組織及び電極自体の損傷を軽減することが可能になるとともに、生体組織に対し、同一の電極を用いて細胞外から電気的、化学的、光学的刺激を印加したり、電気的、光学的応答を計測することが可能である。
【００４５】
次に、図１３から図１５、図１６から図１８を参照し、本発明の第２実施形態に係る光ファイバー型電極について説明する。本実施形態は、第１実施形態と同様、生体組織に刺入する際の生体組織及び電極自体の損傷を軽減することを可能にするとともに、神経細胞に対し、同一の電極を用いて細胞外から電気的、化学的、光学的刺激を印加したり、電気的、光学的応答を計測することを可能にする光ファイバー型電極に関するものである。よって、第１実施形態と同様の構成に対しては、同一符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００４６】
ここで、図１３から図１５は、本実施形態の光ファイバー型電極Ｂを示し、図１６から図１８は、この光ファイバー型電極Ｂの製作過程において、光ファイバー上に導電層を一体に積層形成した状態を示している。
【００４７】
本実施形態の光ファイバー型電極Ｂは、図１３から図１５、図１６から図１８に示すように、周方向に互いに分離（電気的に絶縁）した状態で光ファイバー１上に一体に積層形成された複数の導電層６、７と、周方向に互いに分離（電気的に絶縁）した状態で各導電層６、７上に一体に積層形成された複数の導電性高分子層８、９と、導電性高分子層８、９と外周面４ａ、８ａ、９ａが滑らかに繋がるように、導電層６、７（及び光ファイバー１）上に一体に積層形成された絶縁層４とを備えて構成されている。また、各導電層６、７は、光ファイバー型電極Ｂ（光ファイバー１）の軸線Ｏ１方向に延びて配設されている。さらに、本実施形態において、複数の導電性高分子層８、９にはそれぞれ、異なる化学物質が埋包されている。
【００４８】
なお、本実施形態では、図１３から図１５に示すように、２つの導電層６、７を備え、各導電層６、７の先端側に（光ファイバー型電極Ｂの先端１ａ側に、光ファイバー型電極Ｂの軸線Ｏ１方向の先端側の同位置に）導電性高分子層８、９を積層して光ファイバー型電極Ｂが構成されているが、導電層６、７及び導電性高分子層８、９の数（分割数）を限定する必要はない。
【００４９】
そして、このように構成した本実施形態の光ファイバー型電極Ｂを用いて神経細胞の電気的又は光学的応答を計測する際には、第１実施形態と同様、光ファイバー型電極Ｂを関電極として生体組織に刺入して設置し、不関電極を別途生体に対して設置する。このとき、本実施形態の光ファイバー型電極Ｂにおいても、導電性高分子層８、９と絶縁層４の互いの外周面４ａ、８ａ、９ａが滑らかに繋がるように形成されているため、生体組織や導電性高分子層８、９の損傷が軽減される。
【００５０】
また、関電極の光ファイバー型電極Ｂの各組の導電層及び導電性高分子層（６と８、７と９）と不関電極の間にそれぞれ電圧（電流）を印加すると、複数の導電性高分子層８、９からそれぞれ異なる化学物質が放出され、神経細胞に化学的刺激が与えられる。このとき、各導電層６、７及び導電性高分子層８、９が分離して形成されているため、例えば負に帯電した化学物質を一方の導電性高分子層８に、正に帯電した化学物質を他方の導電性高分子層９に埋包させておき、一方の導電性高分子層８に対して負の電圧を、他方の導電性高分子層９に正の電圧をそれぞれ印加することで、異なる化学物質が同時に、あるいは個別に放出されて、神経細胞に異なる化学物質による化学的刺激が与えられる。
【００５１】
したがって、本実施形態の光ファイバー型電極Ｂにおいては、第１実施形態と同様に、生体組織に刺入する際の生体組織及び電極自体の損傷を軽減することができ、生体組織に対し、同一の電極を用いて細胞外から電気的、化学的、光学的刺激を印加したり、電気的、光学的応答を計測することが可能になる。
【００５２】
また、これとともに、本実施形態の光ファイバー型電極Ｂにおいては、周方向に分離した複数の導電層６、７と、各導電層６、７上に一体に積層形成され、周方向に分離した複数の導電性高分子層８、９とを備えているため、複数の導電性高分子層８、９のそれぞれに、異なる化学物質を埋包させることができる。これにより、異なる化学物質を同時に、あるいは個別に放出させて、神経細胞に異なる化学物質による化学的刺激を印加することが可能になり、異なる化学物質に対する神経細胞の電気的活動（生体の反応）を計測することが可能になる。
【００５３】
以上、本発明に係る光ファイバー型電極の第２実施形態について説明したが、本発明は上記の第２実施形態に限定されるものではなく、第１実施形態の変更例を含め、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、複数の導電性高分子層８、９が光ファイバー型電極Ｂの先端側に（軸線Ｏ１方向の同位置に）配設されているものとしたが、例えば図１９から図２３、図２４から図２８に示すように、複数の導電性高分子層８、９の位置を光ファイバー型電極Ｂの軸線Ｏ１方向にずらして配設してもよい（複数の導電性高分子層の少なくとも一部の位置を光ファイバー型電極Ｂの軸線Ｏ１方向にずらして配設してもよい）。すなわち、複数の導電層６、７が軸線Ｏ１方向に延設されているため、このように導電性高分子層８、９の位置をずらすことができる。そして、この場合には、隣り合う導電性高分子層８、９の軸線Ｏ１方向の間隔を調整することにより、生体の異なる部位に電気的刺激や化学的刺激を印加することが可能になり、また、生体の異なる部位の電気的活動を計測することが可能になる。
【００５４】
さらに、本実施形態では、複数の導電性高分子層８、９のそれぞれに異なる化学物質が埋包されて、神経細胞に異なる化学物質による化学的刺激を印加したり、異なる化学物質に対する神経細胞の電気的活動を計測するようにしたが、勿論、複数の導電性高分子層８、９に同じ化学物質を埋包させて、神経細胞への化学的刺激の印加、化学物質に対する神経細胞の電気的活動の計測を行うようにしてもよい。なお、この場合には、同一の電極Ｂで、複数の導電性高分子層８、９から同一の化学物質を個別に放出させることができ、時間をあけて同一の化学物質による化学的刺激を印加することが可能になる。
【符号の説明】
【００５５】
１ 光ファイバー
１ａ 先端
１ｂ 外周面
２ 導電層（導電膜）
３ 導電性高分子層
３ａ 外周面
４ 絶縁層
４ａ 外周面
５ レンズ（レンズ部）
６ 導電層
７ 導電層
８ 導電性高分子層
８ａ 外周面
９ 導電性高分子層
９ａ 外周面
１０ 溝
Ａ 光ファイバー型電極
Ｂ 光ファイバー型電極
Ｏ１ 軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバーと、光ファイバー上に積層形成された導電層と、導電層上の一部に積層形成された導電性高分子層とを備えてなる光ファイバー型電極であって、
前記導電性高分子層が積層されていない前記導電層上に絶縁層が積層形成されていることを特徴とする光ファイバー型電極。
【請求項２】
請求項１記載の光ファイバー型電極において、
前記光ファイバーの先端にレンズを備えていることを特徴とする光ファイバー型電極。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光ファイバー型電極において、
互いに電気的に絶縁した状態で複数の導電層が前記光ファイバー上に積層形成され、互いに電気的に絶縁した状態で複数の導電性高分子層がそれぞれ、各導電層に積層形成されていることを特徴とする光ファイバー型電極。
【請求項４】
請求項３記載の光ファイバー型電極において、
前記複数の導電層がそれぞれ、光ファイバー型電極の軸線方向に延設されていることを特徴とする光ファイバー型電極。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の光ファイバー型電極において、
前記複数の導電性高分子層の少なくとも一部が光ファイバー型電極の軸線方向の位置をずらして配設されていることを特徴とする光ファイバー型電極。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光ファイバー型電極において、
前記導電性高分子層内に、正又は負に帯電した化学物質が埋包されていることを特徴とする光ファイバー型電極。
【請求項１】
光ファイバーと、光ファイバー上に積層形成された導電層と、導電層上の一部に積層形成された導電性高分子層とを備えてなる光ファイバー型電極であって、
前記導電性高分子層が積層されていない前記導電層上に絶縁層が積層形成されていることを特徴とする光ファイバー型電極。
【請求項２】
請求項１記載の光ファイバー型電極において、
前記光ファイバーの先端にレンズを備えていることを特徴とする光ファイバー型電極。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光ファイバー型電極において、
互いに電気的に絶縁した状態で複数の導電層が前記光ファイバー上に積層形成され、互いに電気的に絶縁した状態で複数の導電性高分子層がそれぞれ、各導電層に積層形成されていることを特徴とする光ファイバー型電極。
【請求項４】
請求項３記載の光ファイバー型電極において、
前記複数の導電層がそれぞれ、光ファイバー型電極の軸線方向に延設されていることを特徴とする光ファイバー型電極。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の光ファイバー型電極において、
前記複数の導電性高分子層の少なくとも一部が光ファイバー型電極の軸線方向の位置をずらして配設されていることを特徴とする光ファイバー型電極。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光ファイバー型電極において、
前記導電性高分子層内に、正又は負に帯電した化学物質が埋包されていることを特徴とする光ファイバー型電極。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１１−１８３０９８（Ｐ２０１１−１８３０９８Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５４３１２（Ｐ２０１０−５４３１２）
【出願日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]