基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感器及制備方法
【專利摘要】一種基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感器，包括：一襯底支撐層；一左金屬源電極，該左金屬源電極制作在該襯底支撐層表面中間的一側(cè)；一右金屬漏電極，該右金屬漏電極制作在該襯底支撐層表面中間的另一側(cè)，與金屬源電極相隔一預(yù)定距離；一絕緣層，該絕緣層制作在襯底支撐層和左金屬源電極和右金屬漏電極的部分上面，該絕緣層的中間為斷開窗口；一有機(jī)導(dǎo)電聚合物有源層，該導(dǎo)電聚合物有源層制作在絕緣層斷開的窗口內(nèi)，并覆蓋左金屬源電極和右金屬漏電極，該導(dǎo)電聚合物有源層對(duì)電生理活動(dòng)所引起的離子濃度敏感；一輔助傳感器植入目標(biāo)組織的鞘結(jié)構(gòu)，該鞘結(jié)構(gòu)制作在絕緣層斷開一側(cè)的上面，該鞘結(jié)構(gòu)用于輔助整個(gè)柔性傳感器植入到腦組織深部，以便記錄到單個(gè)神經(jīng)元信號(hào)。
【專利說(shuō)明】基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感器及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于生物電生理信號(hào)記錄電極傳感器 設(shè)計(jì)及加工領(lǐng)域，更具體涉及一種基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感器及制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 癲癇、帕金森疾病、老年癡呆、中風(fēng)引起的腦損傷等神經(jīng)性疾病嚴(yán)重威脅著人類的 健康和生命安全。據(jù)報(bào)道，醫(yī)學(xué)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過(guò)500種腦部疾病，包括從偏頭痛到精神 分裂癥和老年癡呆癥。目前醫(yī)學(xué)界對(duì)這些神經(jīng)性疾病的發(fā)病機(jī)理認(rèn)識(shí)極其有限。神經(jīng)電生 理信號(hào)_體內(nèi)離子運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的電場(chǎng)（或場(chǎng)電位）波動(dòng)信號(hào)的研究為了解神經(jīng)發(fā)育、神經(jīng) 性疾病和衰老的機(jī)制提供了新的前所未有的視角。在生物體內(nèi)，離子通道和離子泵引起離 子跨膜流動(dòng)，形成了生物體內(nèi)的神經(jīng)電生理信號(hào)，而諸多神經(jīng)生理過(guò)程和神經(jīng)性疾病與神 經(jīng)電生理信號(hào)的表達(dá)是密切相關(guān)的。除了感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)信號(hào)傳輸之外，神經(jīng)電信號(hào)還控制和 調(diào)節(jié)著生物體內(nèi)許多其它過(guò)程，比如胚胎神經(jīng)系統(tǒng)的分化和神經(jīng)變性的修復(fù)等。利用電生 理記錄手段，深入了解與揭示癲癇、帕金森疾病、老年癡呆、中風(fēng)等這些神經(jīng)性疾病的發(fā)病 機(jī)理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些神經(jīng)類疾病準(zhǔn)確而有效地診斷。研制可在體長(zhǎng)期工作的高靈敏度神 經(jīng)電信號(hào)傳感器件，從單細(xì)胞水平和突觸水平來(lái)探索檢測(cè)神經(jīng)電生理信號(hào)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo) 的重中之重。
[0003]傳統(tǒng)的這些用來(lái)記錄監(jiān)測(cè)神經(jīng)電生理信號(hào)的傳感器件大都是基于無(wú)機(jī)金屬材料 (金、鉬和銥等）的無(wú)源電極器件，這些無(wú)源的器件的力學(xué)性能與生物組織之間存在嚴(yán)重的 不匹配，這種不匹配會(huì)引起組織炎癥反應(yīng)以及膠質(zhì)細(xì)胞包裹等，從而會(huì)使器件緩慢失效。最 關(guān)鍵的是這些無(wú)源電極器件在信噪比等性能方面還有諸多不足。其監(jiān)測(cè)或調(diào)控神經(jīng)電生理 信號(hào)的材料與器件的發(fā)展水平還遠(yuǎn)沒(méi)達(dá)到理想的水平。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，近些年發(fā) 展出基于場(chǎng)效應(yīng)晶體管（field-effecttransistors,FET)的體外電生理信號(hào)傳感器。相比 傳統(tǒng)的無(wú)源電極傳感器，這種有源傳感器能夠記錄到高信噪比的電生理信號(hào)，這主要是由 于有源晶體管傳感器器件自身的局部信號(hào)放大能力。而且可以通過(guò)對(duì)FET高密度的矩陣集 成，實(shí)現(xiàn)對(duì)電生理信號(hào)的更高空間分辨率的解析。盡管如此，但FET器件還局限于應(yīng)用在體 外細(xì)胞培養(yǎng)與組織切片的電生理信號(hào)記錄。這主要是因?yàn)镕ET柵氧化層的生物相容性比較 差，不太適合植入組織進(jìn)行在體的電生理信號(hào)記錄。
[0004] 1984年，White等人首次提出了有機(jī)電化學(xué)晶體管，這種晶體管器件的有源溝道 層是直接與電解液相接觸的。溝道層與電解液的直接接觸是有機(jī)電化學(xué)晶體管區(qū)別于FET 的最大特點(diǎn)，也是有機(jī)電化學(xué)晶體管發(fā)揮其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的重要來(lái)源。目前，有機(jī)電化學(xué)晶體管 器件中所采用的溝道有機(jī)活性材料通常是導(dǎo)電聚合物（PED0T:PSS)，它是一種重?fù)诫s的P 型有機(jī)半導(dǎo)體。PED0T:PSS這種混合材料具有優(yōu)良的生物相容性以及與神經(jīng)組織良好的 力學(xué)匹配度，這使得它們特別適合作為生物功能性的神經(jīng)界面材料。而且有機(jī)材料通常具 有很好的柔韌性，因此可以用來(lái)設(shè)計(jì)一些用于非平面場(chǎng)合下的器件，如腦皮層部位使用的 Ecog電極，該電極需要與大腦皮層起伏的溝回有很好地吻合度。PED0T:PSS材料一個(gè)重 要的優(yōu)勢(shì)是它不僅支持電子與空穴傳輸，而且還支持離子傳輸，這種特性極大地?cái)U(kuò)展了有 機(jī)材料的器件與生物神經(jīng)系統(tǒng)交互通信的內(nèi)容范圍。基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的傳感器原理 可以通過(guò)結(jié)合下面的電化學(xué)方程式來(lái)闡述：PEDOT+ :PSS-(氧化態(tài)）+M++e-?PEDOTO(還 原態(tài)）+M+ :PSS-，其中M+代表溶液環(huán)境中的陽(yáng)離子，e-代表電子，導(dǎo)電聚合物的氧化態(tài) 代表其具有較高的電導(dǎo)率，而還原態(tài)代表其較低的電導(dǎo)率。由神經(jīng)元活動(dòng)所引起的液體中 離子濃度的局部變化將影響有源層導(dǎo)電聚合物的電導(dǎo)率，從而調(diào)控流過(guò)源漏通道之間的電 流。這種晶體管強(qiáng)烈地放大來(lái)自神經(jīng)元的信號(hào)，比無(wú)緣傳感器能更好地改善信噪比。
[0005] 相比現(xiàn)有的無(wú)源電極傳感器或FET這兩種器件，有機(jī)電化學(xué)晶體管器件用于神經(jīng) 電生理信號(hào)傳感記錄具有以下兩方面的優(yōu)勢(shì)：首先，與無(wú)源電極傳感器相比，由于有機(jī)電化 學(xué)晶體管自身晶體管所具有對(duì)信號(hào)放大能力，因而能提高信號(hào)對(duì)后級(jí)電子線路噪聲的抗干 擾能力，從而可以記錄到高信噪比的神經(jīng)電生理信號(hào)。在傳統(tǒng)的無(wú)源電極傳感器工作使用 中，前置放大器是位于動(dòng)物體外的，在信號(hào)傳輸?shù)椒糯笃鞯穆窂街?，?dǎo)線及連接處的噪聲和 原始信號(hào)被一同放大，因此設(shè)備所采集到信號(hào)的信噪比也被降低了；其次，與FET相比，有 機(jī)電化學(xué)晶體管不需要柵氧化層，其溝道層是直接與組織溶液環(huán)境相接觸的，而且所用的 PED0T:PSS溝道層材料的生物相容性和力學(xué)特性都是適合于電生理信號(hào)的在體長(zhǎng)期記 錄。微型的可植入式（或可插入式）電極通過(guò)插入腦組織深部，可以檢測(cè)到靠近電極的單 個(gè)神經(jīng)元信號(hào)，這使得記錄到的神經(jīng)信號(hào)更加局域化和精準(zhǔn)化。而現(xiàn)有的基于有機(jī)電化學(xué) 晶體管的電生理信號(hào)記錄傳感器主要問(wèn)題在于傳感器要么是非柔性的，要么無(wú)法在腦組織 深部植入。而本發(fā)明提出的傳感器結(jié)構(gòu)，既具有很好的柔韌性，同時(shí)可以通過(guò)其鞘結(jié)構(gòu)輔助 植入到處于神經(jīng)組織較深的部位，以最小的損傷代價(jià)，記錄到單個(gè)神經(jīng)元的發(fā)放。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感器及制備方 法，該傳感器不僅具有很高的柔韌性、生物相容性、信噪比，還能植入腦組織深部；本發(fā)明的 制備方法具有工藝簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
[0007] 本發(fā)明提供一種基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感器，包括：
[0008] 一襯底支撐層；
[0009] -左金屬源電極，該左金屬源電極制作在該襯底支撐層表面中間的一側(cè)；
[0010] 一右金屬漏電極，該右金屬漏電極制作在該襯底支撐層表面中間的另一側(cè)，與金 屬源電極相隔一預(yù)定距離；
[0011] -絕緣層，該絕緣層制作在襯底支撐層和左金屬源電極和右金屬漏電極的部分上 面，該絕緣層的中間為斷開窗口；
[0012] 一有機(jī)導(dǎo)電聚合物有源層，該導(dǎo)電聚合物有源層制作在絕緣層斷開的窗口內(nèi)，并 覆蓋左金屬源電極和右金屬漏電極，該導(dǎo)電聚合物有源層對(duì)電生理活動(dòng)所引起的離子濃度 敏感；
[0013] 一輔助傳感器植入目標(biāo)組織的鞘結(jié)構(gòu)，該鞘結(jié)構(gòu)制作在絕緣層斷開一側(cè)的上面， 該鞘結(jié)構(gòu)用于輔助整個(gè)柔性傳感器植入到腦組織深部，以便記錄到單個(gè)神經(jīng)元信號(hào)。
[0014] 本發(fā)明還提供一種基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感器的制備方法，其步驟為：
[0015] (1)在硅基底上沉積鋁做第一層犧牲層；再沉積第一層柔性聚合物作為襯底支撐 層；
[0016] (2)然后采用光刻剝離的方法在襯底支撐層上制作左金屬源電極和右金屬源電 極；然后再在左金屬源電極和右金屬源電極上沉積第二層柔性聚合物作為絕緣層；
[0017] (3)在絕緣層上旋涂一層預(yù)定濃度的抗粘附劑；
[0018] (4)在抗粘附劑之上沉積第三層柔性聚合物，第三層柔性聚合物材料與襯底支撐 層相同；
[0019] (5)然后再在第三層柔性聚合物上制作第一層圖形化的刻蝕掩膜層，再刻蝕上述 所沉積的第一、第二和第三層柔性聚合物，由此暴露出左金屬源電極、右金屬源電極和連接 用電極；去除刻蝕掩膜層，形成芯片；
[0020] (6)在芯片表面旋涂一層有機(jī)導(dǎo)電聚合物，揭掉第三層柔性聚合物，以此形成有機(jī) 導(dǎo)電聚合物有源層；
[0021] (7)在芯片上沉積第二層犧牲層，并圖形化；然后再沉積第四層柔性聚合物，第四 層柔性聚合物材料與襯底支撐層相同；然后再在第四層柔性聚合物上制作第二層圖形化的 刻蝕掩膜層，第二層刻蝕掩膜層材料與第一層相同；然后再刻蝕第四層柔性聚合物；去除 第二層刻蝕掩膜層和第二層犧牲層，在第三層與第四層之間形成一個(gè)平行的一端開口一端 閉口的微通道；
[0022] (8)將熱的不銹鋼微絲從微通道的開口端插入，待微絲冷卻后將其撥出，形成輔助 植入用的鞘結(jié)構(gòu)，完成制備。
[0023] 本發(fā)明的有益效果是，基于有機(jī)電化學(xué)晶體管電生理信號(hào)記錄傳感器帶有輔助植 入用的鞘結(jié)構(gòu)，使得該傳感器在整體為柔性的情況下還能很方便地植入到目標(biāo)組織深部。 該傳感器還集合了有機(jī)電化學(xué)晶體管的信號(hào)放大功能，使得傳感器能提取到高信噪比的電 生理信號(hào)?？傊?，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了柔性、可植入、高生物相容性和高信噪比的集成，因此可以實(shí) 現(xiàn)對(duì)腦組織深部單個(gè)神經(jīng)元信號(hào)的高靈敏度的長(zhǎng)期記錄，為神經(jīng)電生理的研究提供優(yōu)良的 傳感工具，為腦科學(xué)的研究提供技術(shù)支持，而且還可以提高對(duì)腦神經(jīng)疾病的診斷與治療水 平。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024] 為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō) 明，其中：
[0025] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖2為本發(fā)明的制備流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感器，包括：
[0028] -襯底支撐層10,該襯底支撐層10的厚度為1Um-15iim，襯底支撐層10厚度的 選擇可以根據(jù)具體應(yīng)用要求，厚度越薄，傳感器可以展示出更好的柔韌性；
[0029] -左金屬源電極20,該左金屬源電極20制作在該襯底支撐層10表面中間的一 側(cè)；
[0030] 一右金屬漏電極21，該右金屬漏電極21制作在該襯底支撐層10表面中間的另一 偵牝與金屬源電極20相隔一預(yù)定距離；
[0031]一絕緣層11，該絕緣層11制作在襯底支撐層10和左金屬源電極20和右金屬漏電 極21的部分上面，該絕緣層11的中間為斷開窗口 31，該絕緣層11的厚度為絕 緣層11厚度的選擇可以根據(jù)具體應(yīng)用要求，厚度越薄，傳感器可以展示出更好的柔韌性；
[0032] -有機(jī)導(dǎo)電聚合物有源層30,其材料為聚3,4-亞乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸 鹽（PED0T:PSS)，該導(dǎo)電聚合物有源層30制作在絕緣層11斷開的窗口 31內(nèi)，并覆蓋左 金屬源電極20和右金屬漏電極21，該導(dǎo)電聚合物有源層30對(duì)電生理活動(dòng)所引起的離子濃 度敏感。當(dāng)陽(yáng)離遷移進(jìn)入到有機(jī)導(dǎo)電聚合物有源層30中，陽(yáng)離子補(bǔ)償了有機(jī)導(dǎo)電聚合物有 源層30中部分陰離子，從而使有機(jī)導(dǎo)電聚合物有源層30的阻抗變大，所以在恒定的源漏電 壓（源電極20與漏電極21之間的電壓）下，源電極20與漏電極21之間的電流會(huì)因陽(yáng)離 子遷移進(jìn)入有源層30而減小，反之亦然。電生理活動(dòng)所引起的組織溶液環(huán)境中離子濃度變 化，會(huì)改變陽(yáng)離子在有機(jī)導(dǎo)電聚合物有源層30中分布，從而改變?cè)措姌O20與漏電極21之 間的電流；
[0033] -輔助傳感器植入目標(biāo)組織的鞘結(jié)構(gòu)40,該鞘結(jié)構(gòu)40制作在絕緣層11斷開一 側(cè)的上面，該鞘結(jié)構(gòu)40用于輔助整個(gè)柔性傳感器植入到腦組織深部，以便記錄到單個(gè)神 經(jīng)元信號(hào)。該鞘結(jié)構(gòu)40的材料為聚對(duì)二甲苯，鞘結(jié)構(gòu)40的高度為30 寬度為 100Um_500um，長(zhǎng)度為lmm-3mm，銷結(jié)構(gòu)40壁的厚度為5um_10um。
[0034] 其中金屬源電極20與金屬漏電極21的尺寸大小是相同的，其材料為金。金屬源 電極20與金屬漏電極21的厚度為20nm-lym，其厚度會(huì)影響到傳感器的整體柔韌性；
[0035] 其中金屬源電極20與金屬漏電極21之間的間距為20nm-30iim，其間距會(huì)影響到 傳感器的傳感靈敏度和響應(yīng)速度，間距越小，傳感器越靈敏，響應(yīng)越快；
[0036] 其中金屬源電極20與金屬漏電極21的寬度和金屬源電極20與金屬漏電極21 之間的間距的比值為1-1000,該比值會(huì)影響到傳感器的傳感靈敏度，比值越大，傳感器越靈 敏，響應(yīng)越快；
[0037] 其中該絕緣層11在金屬源電極20和金屬漏電極21處有開口，開口的大小介于不 暴露金屬源電極20和金屬漏電極21與全暴露金屬源電極20和金屬漏電極21之間，但不 包含這兩種邊界情況；
[0038] 其中金屬源電極20和金屬漏電極21所暴露的面積是相等的；
[0039] 其中有機(jī)導(dǎo)電聚合物有源層30厚度為50nm_5iim，但有機(jī)導(dǎo)電聚合物有源層30厚 度小于絕緣層11的厚度。該有機(jī)導(dǎo)電聚合物有源層30將暴露的金屬源電極20和金屬漏 電極21區(qū)域全部覆蓋；
[0040] 其中有機(jī)導(dǎo)電聚合物有源層30的材料為聚3,4亞乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸 鹽（PED0T:PSS)，該有機(jī)導(dǎo)電聚合物有源層30的電導(dǎo)率對(duì)其所接觸的組織溶液環(huán)境中的 離子濃度變化敏感。聚3,4亞乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽（PED0T:PSS)具有良好的 生物相容性，可以提高傳感器的在體記錄的長(zhǎng)期有效性；
[0041] 其中襯底支撐層10、絕緣層11、鞘結(jié)構(gòu)40的材料為聚對(duì)二甲苯（parylene)。聚對(duì) 二甲苯材料具有很好的柔韌性和生物相容性。聚對(duì)二甲苯的沉積是室溫沉積，不會(huì)產(chǎn)生熱 應(yīng)力。
[0042] 請(qǐng)參閱圖2并結(jié)合參閱圖1，本發(fā)明提供一種基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感 器的制備方法，其步驟為：
[0043] (1)在硅基底上沉積鋁做第一層犧牲層，鋁的厚度為lOOnm-lOOOnm;再沉積 第一層柔性聚合物作為襯底支撐層10,襯底支撐層的材料為聚對(duì)二甲苯，其厚度為 1um-15um；
[0044] (2)然后采用光刻剝離的方法在襯底支撐層10上制作左金屬源電極20和右金 屬源電極21，左金屬源電極和右金屬源電極的厚度為20nm-lym，寬度為1ym-lmm，長(zhǎng)度 在lym-lmm，其主要作用是用于傳導(dǎo)有機(jī)導(dǎo)電聚合物有源層30的阻抗變化；然后再在 左金屬源電極20和右金屬源電極21上沉積第二層柔性聚合物作為絕緣層11，厚度為 1ym-15ym，絕緣層11厚度的選擇可以根據(jù)具體應(yīng)用要求，厚度越薄，傳感器可以展示出 更好的柔韌性；
[0045] (3)在絕緣層11上旋涂一層預(yù)定濃度的抗粘附劑Micro-90,該抗粘附劑的濃度選 擇在1% -3%之間，抗粘附的作用是降低后續(xù)沉積在絕緣層11之上的柔性聚合物與絕緣層 11之間的粘附能力，抗粘附劑的濃度太高會(huì)使后續(xù)沉積在絕緣層11之上的柔性聚合物與 絕緣層11在后續(xù)工藝過(guò)程中自然脫離，而太低就達(dá)不到抗粘附的效果；
[0046] (4)在抗粘附劑之上沉積第三層柔性聚合物，第三層柔性聚合物材料與襯底支撐 層10相同，第三層柔性聚合物是用來(lái)圖形化有機(jī)導(dǎo)電聚合物，形成有機(jī)導(dǎo)電聚合物有源層 30 ；
[0047] (5)然后再在第三層柔性聚合物上制作第一層圖形化的刻蝕掩膜層，掩膜層的材 料一般為鋁或光刻膠，再通過(guò)氧等離子體干法刻蝕方法刻蝕上述所沉積的第一、第二和第 三層柔性聚合物，由此暴露出左金屬源電極20、右金屬源電極21和連接用電極；去除刻蝕 掩膜層，去除劑一般是鋁的腐蝕液或丙酮，形成芯片；
[0048] (6)在芯片表面旋涂一層有機(jī)導(dǎo)電聚合物，揭掉第三層柔性聚合物，以此形成有機(jī) 導(dǎo)電聚合物有源層30;
[0049] (7)在芯片上沉積第二層犧牲層，犧牲層的材料一般為鋁，并圖形化；然后再沉積 第四層柔性聚合物，第四層柔性聚合物材料與襯底支撐層10相同；然后再在第四層柔性 聚合物上制作第二層圖形化的刻蝕掩膜層，第二層刻蝕掩膜層材料與第一層刻蝕掩膜層相 同；然后再刻蝕第四層柔性聚合物；去除第二層刻蝕掩膜層和第二層犧牲層，在第三層與 第四層之間形成一個(gè)平行的一端開口一端閉口的微通道；
[0050] (8)將熱的不銹鋼微絲從微通道的開口端插入，待微絲冷卻后將其撥出，形 成輔助植入用的鞘結(jié)構(gòu)40,該鞘結(jié)構(gòu)40的材料為聚對(duì)二甲苯，該鞘結(jié)構(gòu)40的高度為 30um-100um，寬度為100um_500um，長(zhǎng)度為lmm-3mm，銷結(jié)構(gòu)40壁的厚度為5um_10um， 完成制備。由于柔性聚合物聚對(duì)二甲苯具有熱塑性，所以可以通過(guò)熱的不銹鋼微絲進(jìn)行制 備鞘結(jié)構(gòu)。
[0051] 其中所述第一、第二、第三和第四層柔性聚合物材料為聚對(duì)二甲苯；所述有機(jī)導(dǎo)電 聚合物有源層30所使用的材料為聚3,4-亞乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽。
[0052] 下面為基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感器的制備方法的實(shí)施例。它包括8個(gè)步 驟。
[0053] 1、在一個(gè)娃基底上沉積第一層犧牲層錯(cuò)，其厚度為500nm;然后再沉積第一層柔 性聚合物parylene作為襯底支撐層，其厚度為15iim;
[0054] 2、在襯底支撐層上用負(fù)光刻膠AR4340光刻出電極圖形，然后在光刻膠圖形上蒸 發(fā)一層300nm厚的金，使用丙酮?jiǎng)冸x光刻膠，制作出金源漏電極和連接用電極；然后再在金 層上沉積第二層柔性聚合物parylene作為絕緣層，其厚度為15iim;
[0055] 3、在絕緣層上旋涂一層濃度為1%的Micro-90抗粘附劑，這層抗粘附劑為了后面 揭掉第三層parylene圖形化PED0T:PSS使用；
[0056] 4、在Micro-90抗粘附劑之上沉積第三層柔性聚合物parylene;
[0057] 5、然后再在第三層柔性聚合物上蒸發(fā)一層500nm厚的鋁，然后在鋁上面用光刻膠 光刻出圖形，然后用光刻膠圖形做掩膜，腐蝕出鋁圖形，完成第一層圖形化的刻蝕掩膜層制 作；然后再用氧等離子體刻蝕上述所沉積的三層柔性聚合物，由此暴露出源漏電極和連接 用電極；依次用丙酮和鋁的腐蝕液去除刻蝕掩膜層，形成芯片；
[0058] 6、在上述芯片表面旋涂涂覆一層有機(jī)導(dǎo)電聚合物PED0T:PSS作為有機(jī)電化學(xué)晶 體管的有源層，其厚度為300nm;因?yàn)橛蠱icro-90抗粘附劑的存在，所用可以很容易的用鑷 子揭掉第三層柔性聚合物，以此圖形化有機(jī)導(dǎo)電聚合物層；
[0059] 7、在上述芯片上沉積第二層犧牲層光刻膠，其厚度為30ym，并圖形化；然后再沉 積第四層柔性聚合物parylene;然后再在第四層柔性聚合物上制作第二層圖形化的刻蝕 掩膜層，其制作材料和方法與步驟（5)中相同；然后用氧等離子體刻蝕第四層柔性聚合物； 去除第二層刻蝕掩膜層，去除方法與步驟（5)中相同；去除犧牲層光刻膠；由此可以在傳感 器側(cè)端形成一個(gè)平行的一端開口一端閉口的微通道；
[0060] 8、將熱的不銹鋼微絲從微通道的開口端插入，待微絲冷卻后將其撥出，形成輔助 植入用的鞘結(jié)構(gòu)。
[0061] 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感器，包括： 一襯底支撐層； 一左金屬源電極，該左金屬源電極制作在該襯底支撐層表面中間的一側(cè)； 一右金屬漏電極，該右金屬漏電極制作在該襯底支撐層表面中間的另一側(cè)，與金屬源 電極相隔一預(yù)定距離； 一絕緣層，該絕緣層制作在襯底支撐層和左金屬源電極和右金屬漏電極的部分上面， 該絕緣層的中間為斷開窗口； 一有機(jī)導(dǎo)電聚合物有源層，該導(dǎo)電聚合物有源層制作在絕緣層斷開的窗口內(nèi)，并覆蓋 左金屬源電極和右金屬漏電極，該導(dǎo)電聚合物有源層對(duì)電生理活動(dòng)所引起的離子濃度敏 感； 一輔助傳感器植入目標(biāo)組織的鞘結(jié)構(gòu)，該鞘結(jié)構(gòu)制作在絕緣層斷開一側(cè)的上面，該鞘 結(jié)構(gòu)用于輔助整個(gè)柔性傳感器植入到腦組織深部，以便記錄到單個(gè)神經(jīng)元信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感器，其中該鞘結(jié)構(gòu)的材料為 聚對(duì)二甲苯。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感器，其中該鞘結(jié)構(gòu)的高度為 30 u m-100 u m，寬度為100 u m_500 u m，長(zhǎng)度為lmm-3mm，銷結(jié)構(gòu)40壁的厚度為5 u m_10 u m。
4. 一種基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感器的制備方法，其步驟為： (1) 在硅基底上沉積鋁做第一層犧牲層；再沉積第一層柔性聚合物作為襯底支撐層； (2) 然后采用光刻剝離的方法在襯底支撐層上制作左金屬源電極和右金屬源電極；然 后再在左金屬源電極和右金屬源電極上沉積第二層柔性聚合物作為絕緣層； (3) 在絕緣層上旋涂一層預(yù)定濃度的抗粘附劑； (4) 在抗粘附劑之上沉積第三層柔性聚合物，第三層柔性聚合物材料與襯底支撐層相 同； (5) 然后再在第三層柔性聚合物上制作第一層圖形化的刻蝕掩膜層，再刻蝕上述所沉 積的第一、第二和第三層柔性聚合物，由此暴露出左金屬源電極、右金屬源電極和連接用電 極；去除刻蝕掩膜層，形成芯片； (6) 在芯片表面旋涂一層有機(jī)導(dǎo)電聚合物，揭掉第三層柔性聚合物，以此形成有機(jī)導(dǎo)電 聚合物有源層； (7) 在芯片上沉積第二層犧牲層，并圖形化；然后再沉積第四層柔性聚合物，第四層柔 性聚合物材料與襯底支撐層相同；然后再在第四層柔性聚合物上制作第二層圖形化的刻蝕 掩膜層，第二層刻蝕掩膜層材料與第一層相同；然后再刻蝕第四層柔性聚合物；去除第二 層刻蝕掩膜層和第二層犧牲層，在第三層與第四層之間形成一個(gè)平行的一端開口一端閉口 的微通道； (8) 將熱的不銹鋼微絲從微通道的開口端插入，待微絲冷卻后將其撥出，形成輔助植入 用的鞘結(jié)構(gòu)，完成制備。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感器的制備方法，其中所述 第一、第二、第三和第四層柔性聚合物材料為聚對(duì)二甲苯；所述有機(jī)導(dǎo)電聚合物有源層所使 用的材料為聚3,4-亞乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽。
6. 如權(quán)利要求4所述的基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感器的制備方法，其中該鞘結(jié) 構(gòu)的材料為聚對(duì)二甲苯。
7.如權(quán)利要求4所述的基于有機(jī)晶體管的植入式柔性傳感器的制備方法，其中該鞘 結(jié)構(gòu)的高度為30 y m-100 y m，寬度為100 y m-500 y m，長(zhǎng)度為lmm-3mm，鞘結(jié)構(gòu)壁的厚度為 5 u m_10 u m。
【文檔編號(hào)】A61B5/04GK104330440SQ201410583521
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】裴為華, 陳遠(yuǎn)方, 歸強(qiáng), 陳弘達(dá) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所