[发明专利]柔性可植入纤维状有机电化学晶体管及其制备方法

说明书

本发明属于生物电化学检测技术领域，具体为柔性可植入纤维状有机电化学晶体管及其制备方法。本发明以柔性高分子纤维为基底制备得到晶体管源漏电极及沟道，以碳纳米管纤维为基底，修饰活性物质制备得到晶体管栅极；再通过加捻工艺将两者加捻，最终得到一体化纤维状有机电化学晶体管；该柔性可植入纤维状有机电化学晶体管能够实时原位放大检测信号，实现对于多种生物体内化学物质的微小浓度变化的稳定检测，具有高灵敏度、宽检测窗口、高稳定性等性能，可以通过微创手术植入深部组织，经组织学和动物实验证明，该纤维状有机电化学晶体管具有优异的生物相容性，为探索生物基本生理功能、揭秘生理机制、辅助疾病诊疗提供了新手段。

技术领域

本发明属于生物电化学检测技术领域，具体涉及一种纤维状有机电化学晶体管及其制备方法。

背景技术

生物体内化学物质的动态平衡对于维持生理活动和生理功能具有重要意义。化学物质浓度的异常波动与疾病之间具有密切联系，因此监控这些物质的浓度变化，可以帮助了解机体功能、辅助疾病治疗、预防疾病发生。但这些化学物质往往分布于深部组织之中，且浓度低、变化快，检测难度大。经典的微透析联用高效液相色谱法具有高灵敏度，但检测的时间分辨率在分钟量级，难以适应生物体内化学物质秒级乃至毫秒级的快速变化。目前报道的有机电化学晶体管大多为平面、块状或搭接的织物结构，实现了化学物质的体外或体表检测，但深部组织化学物质可植入长期稳定检测仍是一个亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种灵敏度高、检测窗口宽、稳定性好的能够进行生物体内不同化学物质微小浓度变化动态检测的柔性可植入纤维状有机电化学晶体管及其制备方法。

本发明基于功能化碳纳米管纤维和柔性高分子纤维，通过层层物理、化学修饰工艺和一体化一维结构设计，制备出柔性可植入的纤维状有机电化学晶体管。其能够实时原位放大检测信号，实现生物体内不同化学物质微小浓度变化的稳定检测。通过微创手术植入体内，经组织学和动物实验证明，该纤维状有机电化学晶体管具有优异的生物相容性。

本发明提供的柔性可植入纤维状有机电化学晶体管的制备方法，具体步骤如下：

（1）制备纤维状有机电化学晶体管源漏电极及沟道；以直径为40-80μm柔性高分子纤维为基底，中段用宽度为1-6 mm的胶带进行物理掩膜，然后沉积厚度为1-200 nm导电金属层（作为源极和漏极）；中段掩膜区域负载厚度为20-400 nm有机半导体层，遂转移到手套箱中进行退火处理，退火温度为80-180℃；最后，将沟道和远离沟道的源漏极部分再次物理掩膜，源漏电极靠近沟道部分绝缘，然后去除物理掩膜层，制备得到源漏电极及中间的沟道部分为一体的纤维；其中，与柔性高分子纤维共轴的金属层为源极和漏极；源、漏极由有机半导体层连通并由绝缘层保护；有机半导体层构成沟道；

其中，所述胶带为聚酰亚胺胶带、聚乙烯胶带、聚氯乙烯胶带、美纹纸胶带、牛皮纸胶带中的一种；

所述柔性高分子纤维为尼龙、聚酰亚胺、腈纶、芳纶、涤纶、锦纶中的一种；

所述源极和漏极的金属层为金、铂、铬、钛中的一种或几种，制备方法包括热蒸镀法、磁控溅射法、化学反应法中的一种；

所述有机半导体为聚噻吩类、聚吡咯类和聚苯胺类中的一种，制备方法包括蘸涂法、滴涂法中的一种；

所述绝缘层为聚对二甲苯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷中的一种，制备方法包括真空气相沉积法、热熔法、滴涂法、蘸涂法中的一种；

（2）制备纤维状有机电化学晶体管栅极；以直径为30-100 μm碳纳米管纤维为基本构筑单元，通过物理或化学方法修饰（负载）活性层，制备得到功能化碳纳米管复合纤维，作为纤维状有机电化学晶体管栅极；