面向细胞外环境的温度、pH值双检测传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种面向细胞外环境的温度、pH值双检测传感器，包括：柔性衬底，所述柔性衬底包括中间区、位于所述中间区两侧的两侧区、以及所述两侧区外侧的外侧区；栅极，设置在所述柔性衬底的中间区上；介电层，覆盖在所述栅极上；所述介电层包括中间区、以及分别位于所述介电层的中间区两侧的第一区和第二区；源极，覆盖所述第一区；漏极，覆盖所述第二区；敏感层，覆盖所述介电层的中间区、覆盖部分所述源极以及漏极；封装层，覆盖所述柔性衬底的两侧区、所述源极以及漏极未被覆盖部分、以及所述敏感层两侧；以及微流控芯片，安装在所述柔性衬底外侧区。本发明专利技术传感器操作简单，响应时间快，灵敏度高，适合对细胞外环境的温度、pH进行实时监测。行实时监测。行实时监测。

【技术实现步骤摘要】
面向细胞外环境的温度、pH值双检测传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于温度、pH传感领域，尤其涉及一种新型的面向细胞外环境的温度、pH值双检测传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]细胞是生物体中结构和功能的基本单位。细胞在生长的过程当中会进行多种生化反应：细胞增殖、酶反应、基因表达等等。温度和pH值是影响细胞活动和行为的两个重要的生理参数。有研究表明，当细胞外环境温度降低时，细胞的增值速率降低，总代谢也会降低，当长期处于非适宜温度时，细胞中的酶、线粒体等会发生严重的功能耦合下降，进而直接造成细胞凋亡率的提升。同样当细胞外环境中的pH值偏离正常值时，细胞的正常活动会受到抑制，细胞的免疫功能遭到损坏，进而造成细胞凋亡。并且通过检测细胞外环境的温度、pH值可以预测细胞活动的情况或程度。因此精准、实时测量细胞外环境中的温度、pH值是十分有必要的。
[0003]当前的面向细胞的温度传感器主要分为荧光型、探针型，但是存在着抗干扰能力差、细胞毒性、操作复杂等不足。而在面向细胞的pH传感器可分为荧光型、离子场效应管型、磁共振型等等，存在着稳定性差，尺寸大难以检测单细胞，操作复杂难以做到实时监测等不足，因此需要一种新的结构来弥补这些不足。并且发现当前研究中能够实现双参数检测的传感器不多，还存在较大的研究空间。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种面向细胞外环境的温度、pH值双检测传感器。
[0005]一种面向细胞外环境的温度、pH值双检测传感器，包括：
[0006]柔性衬底：所述柔性衬底包括中间区，位于所述中间区两侧的两侧区，以及所述两侧区外侧的外侧区；
[0007]栅极，设置在所述柔性衬底的中间区上；
[0008]介电层，覆盖在所述栅极上；所述介电层包括中间区、以及分别位于所述介电层中间区两侧的第一区和第二区；
[0009]源极，覆盖所述第一区；
[0010]漏极，覆盖所述第二区；
[0011]敏感层，覆盖所述介电层的中间区、覆盖部分所述源极以及漏极；所述敏感层的材料为功能化丝基碳纳米纤维；
[0012]封装层，覆盖所述柔性衬底的两侧区、所述源极以及漏极未被覆盖部分、以及所述敏感层两侧；
[0013]以及微流控芯片，安装在所述柔性衬底外侧区。
[0014]可选地，所述柔性衬底为聚酰亚胺。
[0015]可选的，所述栅极为银电极。
[0016]可选的，所述源极以及所述漏极为钛/金电极。
[0017]可选的，所述封装层材料为聚氯乙烯。
[0018]本专利技术还提供了上述面向细胞外环境的温度、pH值双检测传感器的制备方法。
[0019]一种面向细胞外环境的温度、pH值双检测传感器的制备方法，包括如下步骤：
[0020]S1，在所述柔性衬底上通过热蒸发形成栅极；
[0021]S2，提供含交联剂的聚(4
‑
乙烯基苯酚)溶液；将所述含交联剂的聚(4
‑
乙烯基苯酚)溶液旋涂到栅极上，形成介电层；
[0022]S3，在所述介电层上通过荫罩热蒸发工艺形成源极以及漏极；
[0023]S4，提供功能化丝基碳纳米纤维；将所述功能化丝基碳纳米纤维转移到介电层、源极以及漏极上，形成敏感层；
[0024]S5，在所述柔性衬底的两侧、所述源极以及漏极未覆盖部分、以及敏感层两侧通过聚氯乙烯封装；
[0025]S6，提供微流控芯片；将所述微流控芯片安装在所述柔性衬底外侧区。
[0026]可选的，所述含交联剂的聚(4
‑
乙烯基苯酚)溶液通过如下步骤获得：
[0027]在催化剂的作用下将聚(4
‑
乙烯基苯酚)以及交联剂六氟二酐以设定摩尔比混合制备混合溶液，再将混合溶液通过注射器过滤器进行过滤形成最终所需溶液。
[0028]所述面向细胞外环境的温度、pH值双检测传感器的制备方法，所述功能化丝基碳纳米纤维包括以下步骤获得：
[0029]通过碱液对蚕丝进行脱胶，将脱胶蚕丝与增粘剂混合，再通过静电纺丝制备蚕丝纳米纤维，然后对所述蚕丝纳米纤维进行热处理以形成丝基碳纳米纤维；再向丝基碳纳米纤维引入缺陷，以此形成功能化丝基碳纳米纤维。
[0030]可选的，所述面向细胞外环境的温度、pH值双检测传感器的制备方法，所述微流控芯片包括以下步骤获得：
[0031]通过光刻形成聚氨酯丙烯酸酯的微尺度模具，模具中包含细胞培养室、培养液流入口、培养液流出口、细胞播种入口、细胞播种出口，以此为母板，将聚二甲基硅氧烷预聚物和固化剂以设定比例混合并去除气泡，浇铸至模具上再固化，并打上一个气泡捕捉孔，以此形成微流控芯片，最后通过硅导管与其他微流控系统设备相连。
[0032]可选的，将所述柔性衬底上形成栅极的步骤之前，还包括：
[0033]清洗柔性衬底，并在100℃下加热以除去水分。
[0034]可选的，所述微流控芯片安装在柔性衬底外侧区之前，还包括：
[0035]用乙醇和去离子水冲洗微流控芯片，再浸泡在培养液中。
[0036]上述面向细胞外环境的温度、pH值双检测传感器，采用纳米级尺寸的底栅底接触型场效应晶体管结构，由于晶体管的多参数输出特性，研究不同输出参数对检测参数的依赖性，能够实现对于多参数的检测。由于封装层的保护，传感器中仅敏感层与化学环境直接接触，故传感器具有良好的稳定性。经过特殊的制备工艺，传感器可被制为纳米级尺寸，尺寸微小可应用于细胞水平的参数检测。敏感层采用功能化丝基碳纳米纤维，生物相容性好，不会对细胞产生毒性。并且该传感器操作简单，响应时间快，灵敏度高，适合对细胞外环境的温度、pH值进行实时监测。
附图说明
[0037]图1是本专利技术一实施例的细胞外环境的温度、pH值双检测传感器整体结构图；
[0038]图2是本专利技术一实施例的细胞外环境的温度、pH值双检测传感器的结构示意图；
[0039]图3为微流控芯片的结构示意图；
[0040]图4为传感器的温度响应图；
[0041]图5为传感器的pH响应图；
[0042]图中，11
‑
柔性衬底，12
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栅极，13
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介电层，14
‑
源极，15
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漏极，16
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敏感层，17
‑
封装层，2
‑
微流控芯片主体，3
‑
硅导管，21
‑
细胞培养室，22
‑
培养液流入口，23
‑
培养液流出口，24
‑
细胞播种入口，25
‑
细胞播种出口。
具体实施方式
[0043]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向细胞外环境的温度、pH值双检测传感器，其特征在于，包括：柔性衬底，所述柔性衬底包括中间区、位于所述中间区两侧的两侧区、以及所述两侧区外侧的外侧区；栅极，设置在所述柔性衬底的中间区上；介电层，覆盖在所述栅极上；所述介电层包括中间区、以及分别位于所述介电层的中间区两侧的第一区和第二区；源极，覆盖所述第一区；漏极，覆盖所述第二区；敏感层，覆盖所述介电层的中间区、覆盖部分所述源极以及漏极；所述敏感层的材料为功能化丝基碳纳米纤维；封装层，覆盖所述柔性衬底的两侧区、所述源极以及漏极未被覆盖部分、以及所述敏感层两侧；以及微流控芯片，安装在所述柔性衬底外侧区。2.根据权利要求1所述的面向细胞外环境的温度、pH值双检测传感器，其特征在于，所述柔性衬底为聚酰亚胺；所述栅极为银电极；所述源极以及所述漏极为钛/金电极。3.根据权利要求1所述的面向细胞外环境的温度、pH值双检测传感器，其特征在于，所述封装层的材料为聚氯乙烯。4.一种面向细胞外环境的温度、pH值双检测传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，在所述柔性衬底上通过热蒸发形成栅极；S2，提供含交联剂的聚(4
‑
乙烯基苯酚)溶液；将含交联剂的聚(4
‑
乙烯基苯酚)溶液旋涂到栅极上，形成介电层；S3，在所述介电层上通过荫罩热蒸发工艺形成源极以及漏极；S4，提供功能化丝基碳纳米纤维；将所述功能化丝基碳纳米纤维转移到介电层、源极以及漏极上，形成敏感层；S5，在所述柔性衬底的两侧、所述源极以及漏极未覆盖部分，以及敏感层两侧通过聚氯乙烯封装；S6，提供微流控芯片；将所述微流控芯片安装在所述柔性衬底外侧区。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凤霞，曾张斌，卢文孝，陈涛，孙立宁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：