”脳に優しく高性能”な頭蓋内電極を開発――基材をシリコンからハイドロゲルに、材料はすべて有機物

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ハイドロゲルを基材とするオール有機物電極の概要図

東北大学は2019年9月17日、大学病院臨床研究推進センターと共同で、水分70%以上のハイドロゲルを基材とする頭蓋内電極を開発したと発表した。

電極の材料はすべて有機物。厚さ0.3mmの炭素繊維布(CF)を電極材料に使い、導電性高分子(PEDOT)を析出させて、伸縮性の有機電極体(PEDOT-CF)を調製した。PEDOT-CFを電極形状に加工してシリコーン薄膜によって絶縁処理を施し、厚さ1mmのポリビニルアルコールゲルのシートに包埋して電極を作製した。

現行の電極は、基材にシリコーンゴムを利用しているが、脳より硬いために安全性や密着性が不十分。電極に金属を使っていることから、磁性によるアーチファクトや界面容量の小ささからも適用が制限されてしまっていた。今回開発された頭蓋内電極は生体組織と同等に柔らかく、体液や酸素などを透過し、MRIなどの画像診断を妨げない。柔らかく濡れた凸凹がある脳の表面でも密着状態を保持できるため、現行の頭蓋内電極よりも高い脳波計測精度を示す可能性があるという。

現行電極(シリコーン基材)と有機電極(ゲル基材)の曲面密着性能の比較

(a)ブタの摘出脳への密着性比較 (b)電極の交流インピーダンス:生理食塩水中(実線)、脳上(点線)

頭蓋内電極は、脳活動の計測と刺激に広く用いられ、特に、脳外科手術時の脳機能モニタリングとてんかん焦点の診断時に必要となる。国内てんかん患者数は約100万人で、そのうち20~30%が手術治療を検討すべき薬剤抵抗性てんかん患者だという。研究チームは、患者負担の低いハイドロゲルを使った頭蓋内電極を実用化することで、難治性てんかんの外科治療の発展につなげられるのではないかと期待している。

この研究の詳細については、2019年9月16 日に電子版科学誌『Scientific Reports』のオンライン版で公開された。

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