研究代表者はシナプス後膜に流れる電流を正確に測定できる培養型イオンチャネルバイオセンサーの開発に初めて成功しました。本研究では、神経細胞ネットワークを本センサー内に形成し、レーザー光で活動電位を制御して記憶や学習特性を測定できるようにします。さらにナノ加工技術を駆使してセンサーを多チャンネル化し、脳高次機能の解明や神経変性疾患の診断・創薬に有用なスクリーニング素子を開発します。

　数１０−数１００ｎｍの「拡張ナノ空間」は界面領域のみで形成される特異空間であり、流体物性や化学特性に特異性が発現することを研究代表者らは見いだしました。また、この特異性を活用するとマイクロ・ナノ科学と技術に新展開が期待できることを示してきました。本研究では「拡張ナノ空間」の特異性を活用した新しいデバイス工学に焦点を絞り、化学、バイオ、エネルギーなどに貢献する新機能次世代ナノデバイスを実現します。

　超低損傷中性粒子ビームエッチングと、球穀状たんぱく質を用いた高密度ナノテンプレート配置技術を組み合わせることで、超高効率量子ドットレーザーおよび超高効率量子ドット太陽電池を実現します。また、シリコンおよび化合物半導体２次元量子ドットアレイ構造における電子輸送現象の解析から、量子サイズ効果、ミニバンド形成効果、励起子多重生成効果を明らかにして、量子構造の制御手法を明らかにします。

　本研究では、分子の自己組織化と印刷プロセスの制御性を究極まで高めることによって、ナノ機能をメートル寸法の大面積システムに応用する新手法（ナノ印刷）を確立します。ナノ印刷を駆使して、プラスティックやゴムのシート上に多様なナノ機能を集積化した大面積ナノシステムを実現します。モノの表面をこのシートで包み込んで電子化することによって、環境に溶け込み人間を支援するインタフェースとして活用し、その有用性を実証します。

　本研究では、研究代表者らが世界に先駆けて実現した「濃厚ポリマーブラシ」という新しい分子組織体が従来のものとは大きく異なる、魅力ある特性を発現することに着眼し、その階層構造化による新しいナノシステムを創製するとともに、その活用により、従来技術では困難であった全固体型マイクロ・リチウムイオン電池（オンボードバッテリデバイス）と眼内設置高感度センサ（ウエアラブルセンサデバイス）の開発を目指します。

　マイクロ流体デバイスに人工バイオ界面を組み込むことにより、液性条件と接着条件とを統合的に操作可能な細胞・組織Showcaseシステムを構築します。このシステムをＥＳ細胞やｉＰＳ細胞の分化過程ならびに血中循環腫瘍細胞の浸潤・転移過程に適用し、これらの過程における細胞外微小環境の効果を明らかにすることを通して、多能性細胞の応用研究やがんの診断・治療に資するマイクロ・ナノ機能統合デバイスを実現します。