一种有机生物相容性阻变神经仿生器件及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种具有有机生物相容性的阻变神经仿生器件，包括ITO玻璃衬底、在ITO玻璃衬底的ITO膜上依次生长有复合有机蛋白膜和Ag电极膜；复合有机蛋白膜为掺银的羊毛角蛋白和蚕丝蛋白的复合膜。其制备方法为：a）制备羊毛角蛋白溶液；b）制备蚕丝蛋白溶液；c）制备掺银的羊毛角蛋白溶液；d）制备复合有机蛋白溶液；e）清洗衬底；f）复合有机蛋白膜的形成；g）生长Ag电极膜。此外，还公开了该器件的用途。本发明专利技术通过特定方法制备的器件呈现出较为稳定的阻值变化，高电阻值和低电阻值之间相差较大，开关电压比较集中，且具有模拟神经的功能，工艺简单，易于操作，具有广阔的应用前景。

A hindrance neural bionic device with organic biocompatibility and its preparation methods and Applications

The invention discloses a biocompatible organic resistive neurobionics devices, including ITO glass substrate, ITO film on ITO glass substrate in turn on the growth of organic composite membrane and Ag membrane protein; membrane protein complex organic composite membrane doped silver wool keratin and silk protein. The preparation method is: a): preparation of wool keratin solution; b); preparation of silk fibroin solution; c) preparation of silver wool keratin solution; d) preparation of composite organic protein solution; E) cleaning substrate; F) formation of composite organic protein film; g) growth of Ag electrode film. In addition, the use of the device is also disclosed. The device prepared by a specific method shows a relatively stable resistance change. The difference between the high resistance value and the low resistance value is quite large, the switching voltage is relatively concentrated, and has the function of simulating the nerve, and the process is simple and easy to operate, so it has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种具有有机生物相容性的阻变神经仿生器件及其制备方法和应用
本专利技术涉及生物神经突触功能器件及其制备方法，具体地说是一种具有有机生物相容性的阻变神经仿生器件及其制备方法和应用。
技术介绍
随着经济和技术的发展，电子产品已经成为人们生活中不可或缺的使用工具，与此同时，人们对电子产品的依赖性也与日俱增，对更加智能、稳定、价格低廉的电子产品有着较高的期望值。阻变存储器作为下一代有潜力的逻辑存储及运算存储器，以其结构简单、优秀的可缩小性、读写速度快、功耗低等优势，即将成为未来非易失性存储器的有力竞争者，目前已引起了微电子产业界广泛关注及积极研究的课题。一直以来人们想要研究能实现人脑功能的产品，阻变器件阻值能够连续可调节，与神经突触相似，从而将阻变器件引入神经系统，而将阻变存储器运用在神经系统方面就需要器件具备很好的神经仿生特性和生物相容性，仿生技术近几年发展迅速，而要实现生物相容（生命体组织对非活性材料产生反应的一种性能，一般指材料和宿主之间的相容性）和神经的仿生却十分困难。此外，由于电子元器件的老化及功能局限性，电子产品淘汰的越来越多，而过期而废弃的产品又不能及时的回收，所以电子垃圾污染将成为环境污染的重要因素，因此，寻找一种新的材料和技术开发绿色阻变存储器成为行业内技术人员积极探索的课题。目前，有部分电子器件也考虑到了环保的问题，故采用蛋白类的作为阻变层材料，但是发现制备的器件虽然减轻了重量且提高了环保性能，但是发现其膜层厚度大，不利于半导体大规模集成，而且存在开关电压较高、稳定性能较差等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种具有有机生物相容性的阻变神经仿生器件及其制备方法和应用，以解决现有器件存在神经仿生困难、生物相容性差、无法降解、环保性能较差、开关电压高、稳定性差、功耗高的问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种具有有机生物相容性的阻变神经仿生器件，包括ITO玻璃衬底、在ITO玻璃衬底的ITO膜上依次生长有复合有机蛋白膜和Ag电极膜；所述复合有机蛋白膜为掺银的羊毛角蛋白和蚕丝蛋白的复合膜；所述复合有机蛋白膜的厚度为5-50nm。所述Ag电极膜为均布在所述复合有机蛋白膜上的直径为0.05-0.3mm、厚度为50-200nm的圆柱体。所述ITO玻璃衬底为厚度为0.5-3mm的长有ITO膜的玻璃衬底，其中ITO膜的厚度为50-80nm。本专利技术中ITO玻璃衬底为市售商品。所述复合有机蛋白膜的制备方法为：采用浸渍提拉方法使复合有机蛋白溶液粘在ITO玻璃衬底的ITO膜上，置于真空干燥器中真空干燥得到；所述复合有机蛋白溶液通过以下步骤制备：A、制备羊毛角蛋白溶液：将干净的羊毛置于混合水解液中，在30-70℃下搅动水解8-15h，过滤，将母液透析3-4天，将透析液在40-80℃浓缩8h，得质量比浓度为1-30%的羊毛角蛋白溶液；所述混合水解液为每100mL中含有4mol的尿素、0.1mol的Na2S和0.02mol的SDS的混合水溶液；B、制备蚕丝蛋白溶液：将蚕茧置于摩尔浓度为0.015-0.025mol/L的NaHCO3溶液中煮沸10-50min，用水冲洗去除丝胶蛋白，将剩余的丝纤维溶解于9.0-9.5mol/L的LiBr溶液中，55-65℃保持2-6h，再用透析管在水中透析提取物，得质量比浓度为3-30%的蚕丝蛋白溶液；C、制备掺银的羊毛角蛋白溶液：将9-11mmol/L的HAgCl4溶液与质量比浓度为5％的羊毛角蛋白溶液混合2-3min后，再加入0.8-1.2mol/L的NaOH溶液混匀，将其置于20-50℃下放置8-15小时，得掺银的羊毛角蛋白溶液，所述HAgCl4溶液、羊毛角蛋白溶液和NaOH溶液的体积比为3-8mL:3-8mL:0.3-0.8mL；D、制备复合有机蛋白溶液：将步骤B制备的蚕丝蛋白溶液和步骤C制备的掺银的羊毛角蛋白溶液按体积比为1-4:4-16混合，得复合有机蛋白溶液。本专利技术还提供了一种具有有机生物相容性的阻变神经仿生器件的制备方法，包括以下步骤：（a）制备羊毛角蛋白溶液：将干净的羊毛置于混合水解液中，在30-70℃下搅动水解8-15h，过滤，将母液透析3-4天，将透析液在40-80℃浓缩8h，得质量比浓度为1-30%的羊毛角蛋白溶液；所述混合水解液为每100mL中含有4mol的尿素、0.1mol的Na2S和0.02mol的十二烷基硫酸钠（SDS）的混合水溶液；（b）制备蚕丝蛋白溶液：将茧置于摩尔浓度为0.015-0.025mol/L的NaHCO3溶液中煮沸10-50min，用水冲洗去除丝胶蛋白，将剩余的丝纤维溶解于9.0-9.5mol/L的LiBr溶液中，55-65℃保持2-6h，再用透析管在水中透析提取物，得质量比浓度为3-30%的蚕丝蛋白溶液；（c）制备掺银的羊毛角蛋白溶液：将9-11mmol/L的HAgCl4溶液与质量比浓度为5％的羊毛角蛋白溶液混合2-3min后，再加入0.8-1.2mol/L的NaOH溶液混匀，将其置于20-50℃下放置8-15小时，得掺银的羊毛角蛋白溶液，所述HAgCl4溶液、羊毛角蛋白溶液和NaOH溶液的体积比为3-8mL:3-8mL:0.3-0.8mL；（d）制备复合有机蛋白溶液：将步骤（b）制备的蚕丝蛋白溶液和步骤（c）制备的掺银的羊毛角蛋白溶液按体积比为1-4:4-16混合，得复合有机蛋白溶液；（e）清洗衬底：将长有ITO膜的玻璃衬底依次在丙酮、酒精和去离子水中分别用超声波清洗，取出用N2吹干，得洁净的ITO玻璃衬底；（f）复合有机蛋白膜的形成：将洁净的ITO玻璃衬底放入所述复合有机蛋白溶液中，通过浸渍提拉方法缓慢将玻璃衬底拿出，使所述复合有机蛋白溶液粘在ITO玻璃衬底的ITO膜上，置于真空干燥器中真空干燥，干燥温度20℃-40℃，干燥时间在6小时以上，得复合有机蛋白膜/ITO玻璃衬底，复合有机蛋白膜的厚度为5-50nm；（g）生长银电极：将Ag靶材固定在磁控溅射制膜系统生长室的靶台上，将步骤（f）制得的复合有机蛋白膜/ITO玻璃衬底的复合有机蛋白膜上放置掩膜版，掩膜版上均布有孔径为0.05-0.3mm的圆孔，再固定到生长室的衬底台上，将生长室抽真空至5×10-4-5×10-5Pa后通入流量为5-75sccm的氩气，使生长室内气压维持在0.1-5Pa，磁控溅射功率：8-12W，控制Ag电极膜的生长速率为5-40nm/min，得到的Ag电极膜的厚度为50-200nm；即得Ag电极膜/复合有机蛋白膜/ITO玻璃衬底结构的具有有机生物相容性的阻变神经仿生器件。步骤（f）中所述浸渍提拉方法是一种广泛应用于科研方面薄膜制备的方法，具体是将ITO玻璃衬底浸渍在事先配制好的复合有机蛋白溶液中，然后利用机械臂或其他常规的方法将ITO玻璃衬底连同滞留在ITO玻璃衬底上的复合有机蛋白溶液一起以慢慢提出液面。通过实验检测表明所述方法制备的具有有机生物相容性的阻变神经仿生器件其具有的性能能够在制备神经突触仿生器件中得到应用。桑蚕丝产自家蚕吐的丝，是熟蚕结茧时分泌丝液凝固而成的连续长纤维，也称“天然丝”,很多生产企业又称为“蚕丝棉”。桑蚕丝是制作蚕丝被的最佳原料，桑蚕丝做成的蚕丝被不仅有柔软贴身、保暖透气，还有绿色健康的特性，而且蚕丝的吸湿性是纯棉的1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有有机生物相容性的阻变神经仿生器件，其特征在于，包括ITO玻璃衬底、在ITO玻璃衬底的ITO膜上依次生长有复合有机蛋白膜和Ag电极膜；所述复合有机蛋白膜为掺有银的羊毛角蛋白和蚕丝蛋白的复合膜；所述复合有机蛋白膜的厚度为5‑50nm。

【技术特征摘要】
1.一种具有有机生物相容性的阻变神经仿生器件，其特征在于，包括ITO玻璃衬底、在ITO玻璃衬底的ITO膜上依次生长有复合有机蛋白膜和Ag电极膜；所述复合有机蛋白膜为掺有银的羊毛角蛋白和蚕丝蛋白的复合膜；所述复合有机蛋白膜的厚度为5-50nm。2.根据权利要求1所述的具有有机生物相容性的阻变神经仿生器件，其特征在于，所述Ag电极膜为均布在所述复合有机蛋白膜上的直径为0.05-0.3mm、厚度为50-200nm的圆形电极。3.根据权利要求1所述的具有有机生物相容性的阻变神经仿生器件，其特征在于，所述ITO玻璃衬底为长有ITO膜、厚度为0.5-3mm的玻璃衬底，其中ITO膜的厚度为50-80nm。4.根据权利要求1、2或3所述的具有有机生物相容性的阻变神经仿生器件，其特征在于，所述复合有机蛋白膜的制备方法为：采用浸渍提拉方法使复合有机蛋白溶液粘在ITO玻璃衬底的ITO膜上，置于真空干燥器中真空干燥得到；所述复合有机蛋白溶液通过以下步骤制备：A、制备羊毛角蛋白溶液：将干净的羊毛置于混合水解液中，在30-70℃下搅动水解8-15h，过滤，将母液透析3-4天，将透析液在40-80℃浓缩8h，得质量比浓度为1-30%的羊毛角蛋白溶液；所述混合水解液为每100mL中含有4mol的尿素、0.1mol的Na2S和0.02mol的SDS的混合水溶液；B、制备蚕丝蛋白溶液：将蚕茧置于摩尔浓度为0.015-0.025mol/L的NaHCO3溶液中煮沸10-50min，用水冲洗去除丝胶蛋白，将剩余的丝纤维溶解于9.0-9.5mol/L的LiBr溶液中，55-65℃保持2-6h，再用透析管在水中透析提取物，得质量比浓度为3-30%的蚕丝蛋白溶液；C、制备掺银的羊毛角蛋白溶液：将9-11mmol/L的HAgCl4溶液与质量比浓度为5％的羊毛角蛋白溶液混合2-3min后，再加入0.8-1.2mol/L的NaOH溶液混匀，将其置于20-50℃下放置8-15小时，得掺银的羊毛角蛋白溶液，所述HAgCl4溶液、羊毛角蛋白溶液和NaOH溶液的体积比为3-8mL:3-8mL:0.3-0.8mL；D、制备复合有机蛋白溶液：将步骤B制备的蚕丝蛋白溶液和步骤C制备的掺银的羊毛角蛋白溶液按体积比为1-4:4-16混合，得复合有机蛋白溶液。5.一种具有有机生物相容性的阻变神经仿生器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（a）制备羊毛角蛋白溶液：将干净的羊毛置于混合水解液中，在30-70℃下搅动水解8-15h，过滤，将母液透析3-4天，将透析液在40-80℃浓缩8h，得质量比浓度为1-30%的羊毛角蛋白溶液；所述混合水解液为每100mL中含有4mol的尿素、0.1mol的Na2S和0.02mol的SDS的混合水溶液；（b）制备蚕丝蛋白溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫小兵，赵乾龙，赵建辉，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北,13