高密度表面筋電図を用いたM波の局在化と測定の改善 学術的背景 表面筋電図（surface electromyography, sEMG）は、筋機能の研究や義肢の制御に有用なツールです。しかし、近隣の筋肉からの信号干渉（cross talk）により、その有効性が制限されることがよくあります。特に前腕のような筋肉が密集した領域では、信号干渉の問題が顕著です。この問題を解決するため、研究者たちは高密度表面筋電図（high-density sEMG, HD-sEMG）技術を導入しました。この技術は空間分解能を向上させることで、目標筋肉のM波（筋活動電位）をよりよく分離することができます。本研究は、HD-sEMGがM波の局在化においてどのように機能するかを評価し、空間フィルターが信号干渉を減少させる効...

自動化体外モデルを用いた水頭症研究の応用 背景紹介 水頭症（Hydrocephalus）は、脳室内の脳脊髄液（Cerebrospinal Fluid, CSF）が過剰に蓄積することによって引き起こされる神経疾患であり、適切な治療が行われない場合、重篤な合併症や永続的な脳損傷を引き起こす可能性があります。統計によると、500人に1人の新生児が水頭症を患っています。過去60年間にわたり、水頭症治療の改善に向けた多くの努力がなされてきましたが、脳室シャント（shunt）の故障率は依然として高く、2年以内に50％、10年以内に85％のシャントが故障します。シャントの故障の主な原因はカテーテルの閉塞であり、患者は複数回の手術を必要とし、これが患者の苦痛を増大させるとともに、医療コストの増大をもたらして...

脳脊髄液の流動力学と薬物送達への応用研究 背景紹介 脳脊髄液（Cerebrospinal Fluid, CSF）は、人間の脊髄腔において重要な役割を果たし、溶解した栄養素や廃棄物を運搬します。その脈動性により、CSFの流れは心臓と呼吸の周期に影響を受けます。近年、中枢神経系（Central Nervous System, CNS）疾患の治療ニーズが高まる中、どのようにして鞘内（Intrathecal, IT）薬物送達を最適化するかが研究の焦点となっています。鞘内注射は、CSFの流体力学特性を利用して治療分子を直接中枢神経系に送達し、治療効果を向上させることができます。 しかし、既存の計算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）モデルの多くは個人または少数...

ゲノム医学におけるCRISPRガイド配列再注釈：EXORCISEアルゴリズムの応用と検証 学術的背景 CRISPR-Cas9技術は、その登場以来、特に遺伝子の必須性や化学-遺伝相互作用の研究において、遺伝子スクリーニング分野を劇的に変化させました。特定の遺伝子を標的とするガイドRNA（guide RNA, gRNA）の設計を通じて、CRISPR-Cas9システムは細胞内で正確な遺伝子ノックアウトを導入でき、遺伝子機能や疾患におけるその役割の理解を進める助けとなります。しかし、CRISPRライブラリーの設計は通常、参照ゲノムに基づいて行われますが、実際に研究対象となる細胞系（特にがん細胞系）はしばしばゲノム変異を持ちます。これにより、CRISPRガイド配列のミスマッチや偏りが生じ、実験結果の正...

研究ハイライト: 細胞内代謝物がどのようにしてシアノバクテリアの代謝休眠からの覚醒を制御するのか 研究タイトル：「代謝物レベルでの酵素活性の制御がシアノバクテリアの代謝休眠からの覚醒を制御する (Metabolite-level regulation of enzymatic activity controls awakening of cyanobacteria from metabolic dormancy)」 発表誌：『Current Biology』（2025年1月6日号） 研究主導者：Sofía Doello 共同研究機関：ドイツ・チュービンゲン大学、カッセル大学、その他の研究施設 この研究は、細胞内代謝物が特定の酵素活性を調節することにより、シアノバクテリアが代謝休眠状態から活性...

粒子飲み込み印刷に基づくソフトエレクトロニクス研究 学術的背景 ウェアラブルデバイス、ヘルスモニタリング、医療機器、人間と機械のインタラクションなどの分野が急速に発展する中、ソフトエレクトロニクス（soft electronics）は生体システムとシームレスに統合できることから注目されています。従来の剛性電子機器は生体組織との機械的性能が一致しない問題があり、これが生物医学分野での応用を制限しています。この問題を解決するために、研究者たちは多様な戦略を提案しています。たとえば、マイクロ構造設計（蛇行パターンや切り紙構造）を用いて剛性デバイスにマクロスケールの伸縮性を付与する方法です。しかし、これらの方法は、伸縮性を得るために電子性能を犠牲にする場合が多いです。 近年、ポリマー電子材料を基盤と...

ウェアラブル単一トランスデューサーによるエコーマイオグラフィーシステムの革新：筋肉動態監視から複雑なジェスチャー追跡まで 学術的背景と研究の意義 近年では、ウェアラブル電子デバイスが健康モニタリングおよびヒューマンマシンインタラクション分野において大きな可能性を持つとして注目を集めています。その中でも、筋活動を測定する技術として表面筋電図（Electromyography, EMG）が研究のホットトピックとなっています。しかし、EMG信号には多くの制約があります。信号強度が弱く不安定で、空間分解能が低い上、信号対雑音比（SNR）が低いです。その偶発性や同期性の低さが測定結果の不一致につながり、特定の筋線維の寄与を効果的に分離することが困難です。また、信号質を改善するために利用される大型の電極...

刺繍形式の超材料バイオセンサー：運動環境における非接触型生体信号モニタリング 近年、スマートカー、航空安全、健康モニタリングの需要が増加する中で、さまざまなセンサー技術が急速に発展しています。しかし、特に動的な環境で生理信号を測定する場合、従来型センサー技術には、信号干渉や振動の影響、プライバシー問題など、多くの課題があります。この課題に対処するために、本研究はデジタル刺繍によって製造された超材料バイオセンサーを提案し、運動環境下でも高品質な心肺信号を非接触で取得できる新しいアプローチを提供しました。 背景と動機 統計データによると、アメリカだけで毎年10万件以上の交通事故が、ドライバーの疲労や注意散漫などの要因によって引き起こされています。これを減少させるために、自動車用バイオセンサーは、...

柔性エレクトロニクスにおける液体金属マイクロドロップの迅速な三次元組立と電気的接続の研究 はじめに：研究背景と意義 柔軟な電子技術がソフトロボティクス、ウェアラブルデバイス、柔軟ディスプレイなどの分野で広く応用される中、柔軟で伸縮可能な回路間の層間電気接続を実現する方法が、この分野の重要な課題の一つとなっています。従来の硬質電子デバイスでは、化学やプラズマエッチングなどの成熟した技術により、シリコンウェハ上でミクロンからナノメートルレベルの貫通孔（ビア）が作製されています。しかし、柔軟な電子分野において、この方法には流動性材料の粘度や機械的性能の不整合、また孔埋めプロセスの非効率性や複雑さといった問題があります。特に、柔軟デバイスの機械的動特性により、従来の硬質導体で作製された貫通孔は応力集...

高音圧圧電マイクロマシニング超音波トランスデューサの研究進展 学術的背景 超音波トランスデューサは、物体検出、非破壊検査、生体医学的イメージング、治療などの分野で広く使用されています。従来のバルク超音波トランスデューサと比較して、圧電マイクロマシニング超音波トランスデューサ（PMUT）は、小型化、低消費電力、広帯域幅などの利点があり、消費電子機器やIoT（モノのインターネット）における測距、ジェスチャー認識、指紋センシング、3Dイメージングなどのアプリケーションに適しています。しかし、これらの小型センサーは出力圧力が比較的低く、さまざまなアプリケーションでの信号伝送が制限されています。例えば、最先端の窒化アルミニウム（AlN）ベースのPMUTアレイは、4メートルの伝送距離しか達成していません...