Samco-Interview
豊橋技術科学大学 電気・電子情報工学系
集積電子システム分野 准教授

関口 寛人 先生
せきぐ

ちひろと今回の Interview は、豊橋技術科学大学を訪ね、関口寛人先生にマイクロLEDを用いた生体埋め込み型デバイス開発やフレキシブルマイクロLEDフィルム開発などのご研究についてお話を伺いました。
略歴 2005年 3月
上智大学 理工学部 電気・電子工学科 卒業
上智大学 大学院理工学研究科 電気・電子工学専攻 博士前期課程 修了
2007年 3月
2009年 4月−2010年 3月 日本学術振興会 特別研究員 DC2
2010年 3月
上智大学 大学院理工学研究科 電気・電子工学専攻 博士後期課程
修了：博士（工学）2010年 4月−2013年 3月 豊橋技術科学大学 大学院研究科 電気・電子情報工学系 助教
2013年 4月−2015年 3月 豊橋技術科学大学 大学院研究科 電気・電子情報工学系 講師
2015年 4月−現在
豊橋技術科学大学 大学院研究科 電気・電子情報工学系 准教授
2018年10月−2022年 3月 科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 さきがけ研究者（兼任）

生体組織に刺入できる針型マイクロLEDデバイスや生体組織を覆うように取り付けることのできるフレキシブルなマイクロLEDフィルムの開発を進めています。
▶ 先生の現在のご研究についてご紹介ください。
私たちの身近にある電球、蛍光灯はすっかりLEDライトに変わり、LEDは私たち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」と呼ばれる従来の LED の1/10
以 下の小さな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（ LiFi）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いった幅広い分野への活用が期待されています。中でも私たちが注目しているのはオプトジェネティクス（光遺伝学）分野に用いるためのマイクロLED の開発です。
オプトジェネティクスとは、遺伝子の導入技術によって特定の神経細胞を光で選択的に操作できる技術のことです。近年は、生体に光を照射して神経細胞の活動を制御することが可能になっています。私たちの研究室では、マイクロLEDを集積させて生体の中に埋め込み、脳内に広がる特定部位や複数の神経活動を制御できる新しい光照射ツールの実現を目指しています。例えば、生体組織に刺入できる針型マイクロLEDデバイスや生体組織を覆うように取り付けることのできるフレキ
シブルなマイクロLEDフィルムの開発を進めています。

体ナノコラム結晶を用いた緑色や赤色 LEDの研究を行っていました。当時も窒化物半導体を用いた緑色や赤色 LED の高効率化が求められていたのですが、長波長化に伴って生じる結晶欠陥や内部電界が課題となっていました。研究室で注目していたナノコラムと呼ばれるナノ結晶は、結晶中に欠陥を生じにくく、内部電界も抑制できる可能性が示唆されており、このナノ結晶を利用した発光デバイスづくりが私の研究テーマでした。そのような研究に取り組んでいた博士課程学生での最も大きな成果は、ナノ結晶の位置・形状を制御してRGB 三原色を同一基板上に集積する技術でした。あれから随分と経ちますが、国内外の多くの研究者の方々の論文に参照していただいていることを嬉しく思う
反面、独立した研究者として自分自身の研究テーマを立ち上げて価値ある研究をしなければならないという思いも感じています。昔から結晶成長メインの研究に取り組んできましたが、「どういうデバイスが作りたいのか。それは何の役に立つのか？」ということを岸野先生から強く言われていましたので、「将来の明確なビジョンを描きながら、使えるデバイスを作る」ということを今も強く意識しながら研究をしています。
2010年に現在所属する豊橋技術科学大学に移ってからは、若原昭浩先生（現：豊橋技術科学大学 理事・副学長）の下、希土類元素のユーロピウム（ Eu）を窒化物半導体に入れることで赤色 LEDを実現する研究を行いました。また、これまで別の材料系に使われていたMBE（ Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシー）のガスラインや電装系を整備して、GaN 系の結晶成長ができるようにしました。マグネシウム（ Mg）を活用することでGaN 中の Eu が強く発光することを見い出し、LEDデバイスへと応用できることを示しました。さらに、学生時代に取り組んでいたナノ結晶にEuを入れてみたところ、薄膜よりも高濃度でも発光強度が落ちない可能性を示すことを見出しました。その一方で、GaN 系 LEDウエハーを加工して直径30 µm のマイクロLEDアレイを作製したり、ウエハー接合を利用してSiトランジスタとモノリシック集積の実現に貢献したり、ポリマー導波路とLEDアレイの融合や GaN 系トランジスタによる集積回路の検討などにも取り組むなど、30代半ばの頃は研究の間口を広げようと様々なことにチャレンジしていました。振り返れば自分自身の研究テーマを模索するために悩んだ時期でもありました。異なるテーマにチャレンジしていましたが、学生時代から実体はないけれど目に見▶ ご研究を始められたきっかけと、現在に至る経緯についてご紹介ください。
学 生 時 代は、上 智 大 学の岸 野 克巳先 生（現：上智大学 客員教授）の下、窒化物半導vol.125 / 2024. APR.

刺入型マイクロLED

神経電極プローブ

フレキシブルマイクロLEDフィルム

埋め込んで多感覚情報を同時に取得するこえる不思議な光というものに魅了されていたとにも成功しています。これらのデバイスをこともあり、可視光を使った新たなデバイス分融合・集積して、マルチモーダルな生体活動野を切り拓きたいという思いはありました。の操作・計測デバイスの創出を目指して研究
そのような研究者として新たな可能性を模を進めています。
索していたタイミングで、今の研究につながる大きな出会いがありました。2017年頃、娘の▶ ご研究の今後の展望について幼稚園のイベントで、クラスの友達の父親がお聞かせください。
薬学部の大学教員であることが分かりました。
私たちの強みであるマイクロLEDプロセ
その時はどのような分野の研究者なのかといス技術を基盤として、多様な生体活動の操う簡単な自己紹介だけで終わったのですが、作や計測を可能にする生体埋め込みデバイ
それから半年後、その先生から突然、「神経ICPエッチング装置RIE-101iPHと関口先生
スの開発をさらに進めていきたいと考えてい科学研究に活用するLEDデバイスが作れまます。まだまだデバイス開発のフェーズではせんか」という相談のメールが届きました。普
自分自身にも学生にも問いかけるようにしていありますが、徐々に最先端の神経科学研究に通は断るべき話だと思うのですが、とにかく可ます。研究は意外と目の前のできることの中利用できるようになってきていますので、今後視光を使った違うテーマを探していた時期でから探しがちで、目先の学会発表に向けた研はより異分野間の連携を高めて、私たちの持あったことと、もしかしたら本学の設備を使え究などに偏りがちですが、そうではなく、最終つエレクトロニクス技術を用いることで未知ばできるかもしれないと思い、その相談を受け的に求められる達成目標を目指して、日々邁な領域の多い生命科学現象の発見に貢献ることにしました。これが新たな研究分野を切進することが大切だと思っています。
ができればと思っています。
り拓くための大きなきっかけになりました。これまでの研究とは大きく異なる分野であり、も▶ 休日はどのようにお過ごしでしょうか？
し前 後に1～2年ずれていれ休日は、家でゆっくり過ごすか、家族でショッば取り組むことはなかったと思条件を変えつつ再現性の高い処理がピングに出掛けることが多いです。ポッドキャ
いますので、新たな研究テーできるサムコさんの装置はデバイス製作にストなどの音声番組を聞くことが好きで、空いマを探していたタイミングだっ非常に役立っています。ている時間や移動中に、日本や世界の歴史たからこそ取り組んだのかなに関する番組や経済・経営、宗教や文化に関と思います。
▶ 弊社の装置をご使用いただいております
する情報番組など、リベラルアーツに関するそのような経緯で、現在は脳機能の仕組みが、ご感想をお聞かせください。
内容について学んでいます。異分野の研究にを知るための生体埋め込みツールの開発をも取り組んでいるだけに、幅広い知識・感覚をGaN 用 or 塩 素 系 ICP-RIE 装 置（ RIE進めています。これまで一般的に、脳の神経身に付けることが大切かなと思っています。ま101iPH）、RIE 装置2台（RIE-200NL、塩素活動の制御には薬や電気による刺激が行わた、ショッピングというよりも出掛けること自体系・フッ素系の各1台ずつ）、プラズマ CVD
れてきましたが、薬は次の刺激を与える時にが目的になっていて、いつもと違う風景や違装置2台（PD-220NL、PD-220N）があり、前の薬が抜ける必要がありますし、電気の場
うところを歩いていると、リラックスもできます
一部は共用設備という形で使用させていた合は刺激したい場所以外にも影響を与える課
し、心身ともにリフレッシュされて研究のアイだいております。LEDウエハーの加工に利題がありました。光の場合は特定の場所へのデアが浮かんだりもします。
用したり、シリコンや有機材料の加工に利用
ON/OFF が簡単にできるため、正確に刺激したり、絶縁膜や保護膜としてSiO2をウエする場所と脳活動の関係を調べることができ▶ 最後にサムコに対して、一言お願いします。
ハー上に堆積させたりしています。いずれのます。生命科学分野では、光で神経活動を制
最近は半導体技術への注目度がますます装置も似た操作系のため学生でも使いやす御できる光遺伝学手法が広く使われ、多点で高くなっていますので、今後も世界中で幅広く、使い勝手の良い装置であると感じていま
自在に神経細胞を光照射できるデバイスが求い分野の研究開発が求められていくと思います。私たちの研究の場合、繰り返し同じものめられており、このような用途に利用できるマす。サムコさんは大学の研究者が使いやすいを作ることが重要となりますので、条件を変イクロLEDデバイスの開発を進めています。
装置を開発され、いろいろな種類の装置をラえつつ再現性の高い処理ができるサムコさ
生体組織の深部にアプローチするため、生体インナップされているという印象を持っていまんの装置はデバイス製作に非常に役立ってに刺入できる細い針構造をもつ刺入型マイクす。大学では少量多品種な材料・デバイスのいます。
ロLEDデバイス・神経電極プローブの開発の開発を進めていくと思いますので、今後も細ほか、広範囲に分布する神経細胞に光照射▶
日頃のご研究において、心掛けておられるかい要求に応えていただきながら、再現性がするために組織に密着して貼り付けられるフことをお聞かせください。
高く比較的安価な装置を提供していただけるレキシブルなマイクロLEDフィルムの開発な『面白いことを探して、楽しく取り組んで、ことを期待しています。
ど、様々な形状のマイクロLEDデバイスの開楽しい時間を過ごす』ということを日頃から発を進めています。また、生体内に埋め込んお忙しいところ貴重なお時間をいただき、心掛けていて、学生にもそのように話していだマイクロLEDデバイスが生体活動に影響ありがとうございました。
ます。研究をする上で、テーマや課題の発を与えず、かつ安定して動作することも重要
見・把握はとても重要でなことから、耐久性の評価、駆動時におけるはありますが、その場し温度上昇評価や温度モニタリング技術の開のぎ のテーマなのか、発も合わせて進めています。加えて、生体活
サムコさんは大学の研究者が使いやすい装置を達成した時に小さな一動の制御だけでなく同時に神経活動を観察す開発され、いろいろな種類の装置をラインナップ
歩でも喜べるテーマにることも求められますので、最近は脳波計測されているという印象を持っています。
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