一种神经纤维状器件，由器件制备的芯片及制备方法技术

本发明专利技术要求保护一种神经纤维状器件，由器件制备的芯片及制备方法，属于人工神经纤维状芯片技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种神经纤维状器件、由器件制备的芯片结构以及制备方法的改进；解决该技术问题采用的技术方案为：包括外壳和纤维，所述外壳设置在纤维外侧，所述纤维为多层结构，所述纤维由内到外依次设置有骨架、第一金丝、有机半导体层、第二金丝、凝胶层、第三金丝；第一金丝螺旋状缠绕在骨架外侧；有机半导体层覆盖在骨架和第一金丝的外侧，第二金丝螺旋状缠绕在有机半导体层的外侧；凝胶层覆盖在有机半导体层和第二金丝外侧，第三金丝螺旋状缠绕在凝胶层外侧；本发明专利技术应用于生物传感。应用于生物传感。应用于生物传感。

【技术实现步骤摘要】
一种神经纤维状器件，由器件制备的芯片及制备方法


[0001]本专利技术要求保护一种神经纤维状器件，由器件制备的芯片及制备方法，属于人工神经纤维状芯片


技术介绍

[0002]有机电化学晶体管(OECTs)以其工作电压低、灵活性和好的生物相容性等优点在生物电子学领域有很大的应用潜力；生物神经系统中的基本要素是突触，用于在无数神经元之间传递时空信息；依靠可调节的突触权重，生物神经系统可以高效、低能耗地执行一系列功能，包括感知、传输和响应外部刺激等。受此启发，可以通过人工制备突触实现接收、响应和输出信息。
[0003]目前在人工传感系统领域，由研究人员报道了多种电子设备来模拟生物突触的功能，其中，三端有机电化学晶体管(OECTs)，与生物突触有相似之处，有潜力用于制造人工突触装置；在OECTs中，门电极类似突触的前神经元，沟道则起到突触后神经元的作用，通过施加第三金丝偏置后，沟道电导率随有源层掺杂水平变化，而调节沟道的电导率，晶体管可模拟突触的基本行为，例如尖峰时序相关的可塑性(STDP)、短期增强(STP)、长期增强(LTP)和长期抑制(LTD)等；此外由于OECTs具有高峰值跨导、好的生物相容性、低电压驱动和灵活的特性，可与生物传感器（如压敏传感器、光敏传感器和化学传感器等）集成，一起创建复杂的神经形态感觉系统。
[0004]目前三端有机电化学晶体管已广泛应用于生物电子学领域，但实景应用对器件性能有独特的要求；例如在记录脑电图的过程中，高瞬时速度至关重要，在半导体沟道中嵌入移动离子可缩短响应时间(τ)，此外几何工程能有效改善OECTs的功能，比如交叉构型的光敏元件最近被用于脱氧核糖核酸(DNA)的高灵敏生物传感；在集成电路中，集成的器件总是需要较小的门电压（VTH）来减少电源供应，特别是对于便携式或可穿戴设备；结构方面，OECTs需要极短的沟道距离，平面结构的器件难以实现，通常会采取垂直分布的结构来缩短沟道的距离，而纤维状的三维OECTs传感器通过交叉的结构很容易就能实现；可穿戴性方面，平面结构的工艺很难使器件集成在衣服和纺织品中，纤维状的三维OECTs传感器通过交叉的结构和柔性的特点很容易就能与纺织品结合到一起，目前的OECTs器件仅能用作模拟突触的功能，但长轴突的神经模拟还没有很好的方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种神经纤维状器件、由器件制备的芯片结构以及制备方法的改进。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种神经纤维状器件，包括外壳和纤维，所述外壳设置在纤维外侧，所述纤维为多层结构，所述纤维由内到外依次设置有骨架、第一金丝、有机半导体层、第二金丝、凝胶层、第三金丝；所述第一金丝具体呈螺旋状缠绕在骨架的外侧；
所述有机半导体层覆盖在骨架和第一金丝的外侧，所述第二金丝具体呈螺旋状缠绕在有机半导体层的外侧，以便于形成多个交叉点，用于后期调控，所述有机半导体层具体与第一金丝和第二金丝的交界处相连，两金丝交叉易于形成较薄和较均匀的性能稳定的有机半导体层；所述凝胶层覆盖在有机半导体层和第二金丝的外侧，所述第三金丝具体呈螺旋状缠绕在凝胶层的外侧，所述凝胶层具体与有机半导体层和第三金丝的交界处相连；所述第三金丝垂直设置在第一金丝与第二金丝交叉点的上方，有利于第三金丝对沟道的调控；所述有机半导体层分别与第一金丝、第二金丝相连，所述凝胶层分别与有机半导体层、第三金丝相连，同时所述第三金丝分别与第一金丝、第二金丝、有机半导体层均不接触。
[0007]所述外壳的制备材料具体为聚乳酸、或为硅橡胶、或为有机硅水凝胶、或为PET管；所述骨架的制备材料具体为棉线、或为尼龙线；所述第一金丝、第二金丝、第三金丝的制备材料具体为金、或为铜、或为银、或为碳纤维；所述有机半导体层的制备材料具体为聚3，4
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乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐混合溶液、或为聚吡咯、或为碳纳米管、或为聚丙烯酰胺混合溶液；所述凝胶层的制备材料具体为水凝胶、或为离子凝胶。
[0008]一种由神经纤维状器件制备的芯片，包括感光模块组、调控模块和导线，所述调控模块由内到外依次设置有骨架、第一金丝、有机半导体层、第二金丝、凝胶层、第三金丝；所述第三金丝还外接有用于输入电压调控信号的外接线；所述调控模块通过导线与感光模块组相连；所述感光模块组包含多个感光模块，所述感光模块包括基底，在基底上设置有感光模块源极、感光模块漏极、感光模块栅极、源极PAD电极、漏极PAD电极、栅极PAD电极；所述感光模块源极与源极PAD电极之间、感光模块漏极与漏极PAD电极之间、感光模块栅极与栅极PAD电极之间均通过各自的电极导线相连，且各电极导线相互之间不接触；所述感光模块源极、感光模块漏极、感光模块栅极相互之间不接触；所述源极PAD电极、漏极PAD电极、栅极PAD电极相互之间不接触；所述感光模块源极和感光模块漏极之间还设置有感光模块有机半导体膜；所述感光模块栅极的上侧被光敏层完全覆盖；所述感光模块有机半导体膜和光敏层的上侧被感光模块凝胶层完全覆盖。
[0009]所述感光模块源极、感光模块漏极、感光模块栅极、源极PAD电极、漏极PAD电极、栅极PAD电极、电极导线的制备材料为金；所述基底的制备材料为二氧化硅；所述感光模块有机半导体膜的制备材料为聚3，4
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乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐混合溶液；所述光敏层的制备材料为氧化锌纳米线、或为钙钛矿量子点、或为硒化镉/硫化锌量子点、或为二硫化钼量子点；所述感光模块凝胶层的制备材料为DN水凝胶。
[0010]所述基底的制备面积为50
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500mm2；所述感光模块源极、感光模块漏极的制备面积为0.0075
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10mm2；所述感光模块栅极的制备面积为0.75
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40mm2；所述感光模块有机半导体膜的制备面积为0.01
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10mm2，能够保证只在感光模块源极和感光模块漏极之间沉积有机半导体膜；所述源极PAD电极、漏极PAD电极、栅极PAD电极的制备面积为0.1
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40mm2；所述光敏层的制备面积为0.75
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40mm2；所述感光模块凝胶层的制备面积为5
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50mm2。
[0011]一种神经纤维状器件的制备方法，包括如下制备步骤：步骤一：制备外壳：步骤1.1：选用绝缘的5mm内径的PET细管为外壳，截取合适的长度；步骤1.2：用乙醇和丙酮超声处理10min，去除PET细管表面的污垢和污染物，并用去离子水冲洗，晾干后备用；步骤二：制备纤维：步骤2.1：选用绝缘材质尼龙丝作为骨架，将骨架用乙醇和丙酮超声处理10min，去除纤维表面的污垢和污染物，并用去离子水冲洗，50℃烘干后备用；步骤2.2：选用金线作为第一金丝、第二金丝、第三金丝，将金线用乙醇和丙酮超声处理10min，并用去离子水冲洗，常温晾干后备用；步骤2.3：将第一金丝金线螺旋状缠绕在尼龙线骨架上并两端固定；步骤2.4：使用聚3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种神经纤维状器件，包括外壳（1）和纤维（2），所述外壳（1）设置在纤维（2）外侧，其特征在于：所述纤维（2）为多层结构，所述纤维（2）由内到外依次设置有骨架（3）、第一金丝（4）、有机半导体层（5）、第二金丝（6）、凝胶层（7）、第三金丝（8）；所述第一金丝（4）具体呈螺旋状缠绕在骨架（3）的外侧；所述有机半导体层（5）覆盖在骨架（3）和第一金丝（4）的外侧，所述第二金丝（6）具体呈螺旋状缠绕在有机半导体层（5）的外侧，所述有机半导体层（5）具体与第一金丝（4）和第二金丝（6）的交界处相连；所述凝胶层（7）覆盖在有机半导体层（5）和第二金丝（6）的外侧，所述第三金丝（8）具体呈螺旋状缠绕在凝胶层（7）的外侧，所述凝胶层（7）具体与有机半导体层（5）和第三金丝（8）的交界处相连；所述第三金丝（8）垂直设置在第一金丝（4）与第二金丝（6）交叉点的上方；所述有机半导体层（5）分别与第一金丝（4）、第二金丝（6）相连，所述凝胶层（7）分别与有机半导体层（5）、第三金丝（8）相连，同时所述第三金丝（8）分别与第一金丝（4）、第二金丝（6）、有机半导体层（5）均不接触。2.根据权利要求1所述的一种神经纤维状器件，其特征在于：所述外壳（1）的制备材料具体为聚乳酸、或为硅橡胶、或为有机硅水凝胶、或为PET管；所述骨架（3）的制备材料具体为棉线、或为尼龙线；所述第一金丝（4）、第二金丝（6）、第三金丝（8）的制备材料具体为金、或为铜、或为银、或为碳纤维；所述有机半导体层（5）的制备材料具体为聚3，4
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乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐混合溶液、或为聚吡咯、或为碳纳米管、或为聚丙烯酰胺混合溶液；所述凝胶层（7）的制备材料具体为水凝胶、或为离子凝胶。3.一种由神经纤维状器件制备的芯片，包括感光模块组（101）、调控模块（102）和导线（103），其特征在于：所述调控模块（102）由内到外依次设置有骨架（3）、第一金丝（4）、有机半导体层（5）、第二金丝（6）、凝胶层（7）、第三金丝（8）；所述第三金丝（8）还外接有用于输入电压调控信号的外接线（9）；所述调控模块（102）通过导线（103）与感光模块组（101）相连；所述感光模块组（101）包含多个感光模块，所述感光模块包括基底（18），在基底（18）上设置有感光模块源极（12）、感光模块漏极（13）、感光模块栅极（14）、源极PAD电极（15）、漏极PAD电极（16）、栅极PAD电极（17）；所述感光模块源极（12）与源极PAD电极（15）之间、感光模块漏极（13）与漏极PAD电极（16）之间、感光模块栅极（14）与栅极PAD电极（17）之间均通过各自的电极导线（22）相连，且各电极导线（22）相互之间不接触；所述感光模块源极（12）、感光模块漏极（13）、感光模块栅极（14）相互之间不接触；所述源极PAD电极（15）、漏极PAD电极（16）、栅极PAD电极（17）相互之间不接触；所述感光模块源极（12）和感光模块漏极（13）之间还设置有感光模块有机半导体膜（19）；所述感光模块栅极（14）的上侧被光敏层（20）完全覆盖；所述感光模...

【专利技术属性】
技术研发人员：高志鹏，彭钰博，刘燃，冀健龙，马晓璐，陈维毅，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：