CN117388342A - 牡丹籽油测定的智能化生物传感器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及导体存储器技术领域，特别涉及牡丹籽油测定的智能化生物传感器及制备方法，传感器的玻璃衬底上方设置有ITO电极，在ITO电极上设有牡丹花功能层，ITO电极电连接FPGA硬件；牡丹花功能层由牡丹花籽液态材料与氧化石墨烯纳米片材料1:1的质量比进行混合并烘烤制成。本发明利用牡丹花籽天然的生物兼容性制备电子设备，为智能化生物传感器提供一种新的制备思路，构建牡丹花籽与氧化石墨烯的异质结，利用异质结材料对硫化氢、丙酮等气体的高灵敏响应能力，开发微型化的生物传感器件，为智慧城市提供核心的监测设备。结合人工智能计算软件与生物传感器硬件，实现软硬件结合的智能化生物传感应用。
Description
技术领域
本发明涉及导体器件技术领域，特别涉及一种牡丹籽油测定的智能化生物传感器及制备方法。
背景技术
基于智能化电子器件的物联网对于构建智慧城市发挥着核心作用，特别是为智慧交通、智慧监测、智慧能源的实现提供了关键的核心电子设备与器件。其中，利用智慧监测对于有毒有害气体检测更是保障城市安全的基础。为了实现智慧监测，开发智能化的生物传感器以实现特定有毒有害气体的实时检测与分析至关重要。
传统的生物传感器多基于有机半导体、氧化物等传统的材料体系，为了实现更好的生物兼容，通常需要封装在半导体芯片中用于检测特殊气体。虽然基于这些材料体系的生物传感器可以展现出优异的气体检测灵敏度，但是难以满足生物兼容性的需求。因此，开发一种取之于生物本身的材料用于生物传感器至关重要。
生物材料是一种新兴的电子材料，通过半导体工艺与器件的集成，可以用于生物兼容的气体生物传感器件。在各种生物材料体系中，牡丹花作为一种典型的芍药科植物，其牡丹花籽包含90%以上的不饱和脂肪酸以及40%以上的α-亚麻酸，不仅可以作为药用，而且可以直接食用，具有非常优异的生物兼容特性。通过开发其作为智能化生物传感器的制备方法与器件生产工艺，可为智能化电子提供一种极具发展潜力的新型智能化生物传感电子芯片。
发明内容
本发明为了弥补现有技术中的不足，提供了一种牡丹籽油测定的智能化生物传感器及制备方法，利用牡丹花经过提纯得到的精华材料作为气体传感器的功能材料，借助牡丹花籽优异的生物兼容性以及对特定有毒有害气体的高灵敏探测响应能力，结合生物材料制备与半导体工艺的优势，开发制备具有智能化生物传感能力的电子传感器。
一种牡丹籽油测定的智能化生物传感器，玻璃衬底上方设置有ITO电极，在ITO电极上设有牡丹花功能层，ITO电极电连接FPGA硬件；牡丹花功能层由牡丹花籽液态材料与氧化石墨烯纳米片材料1:1的质量比进行混合并烘烤制成。
一种牡丹籽油测定的智能化生物传感器制备方法：
S1，准备具有ITO导电薄膜的玻璃片作为智能化生物传感器的衬底材料，其中ITO导电薄膜可以作为电子器件的电极材料。利用去离子水对生物传感器的衬底材料进行清洗，并采用烘干的方式将水汽去除。
优选的衬底为玻璃，可选低掺硅片，柔性PDMS衬底等。优选的电极材料为ITO电极，可选金、银、铝、铂等电极材料。优选的电极厚度为100nm，可选范围为60nm-300nm。
S2，利用集成电路紫外光刻的方式对ITO导电薄膜定义精密形状与光刻区域，利用PMMA作为光刻胶，甩胶转速优选为30秒 2000转，随后采用真空烘箱将光刻胶在80℃烘烤15分钟。
优选的甩胶转速优选为30秒 2000转，可选20秒-200秒，1000转-3500转。
S3，采用等离子体刻蚀等方式对ITO导电薄膜进行图形化与刻蚀处理，去除部分无用的ITO薄膜，并保留获得具有手指纹形状的环形电极，用以与功能层接触以及信号采集。
优选的刻蚀方式为等离子体刻蚀，可选准分子激光刻蚀、湿法刻蚀等。
S4，将新鲜的牡丹花籽进行去壳、清洗、干燥处理，保证牡丹花籽的含水量高于4.5%。随后采用粉碎机对牡丹花籽进行粉碎处理，并利用超临界CO2萃取的方法借助高压泵获得萃取材料。进一步利用离心机进行5分钟50000转的离心分层操作，去除上清液与杂质，获得核心液态材料。
优选的离心分层的时长优选为5分钟，可选范围为3-10分钟；转速优选为50000转，可选范围为30000转-80000转。
S5，将牡丹花籽的液态材料与氧化石墨烯纳米片材料以1:1的质量比进行混合，并利用磁控搅拌器进行24小时的搅拌操作，保证两者充分融合。
优选的氧化石墨烯纳米片材料尺寸优选为100nm，可选50nm-300nm。
S6，将搅拌充分的溶液以旋涂的方式制备在ITO环形电极上，随后采用50℃的烘烤处理，烘烤时长30分钟，获得智能化生物传感器的器件单元。
优选的烘烤温度优选为50℃，可选40℃-60℃；烘烤时长优选为30分钟，可选10-60分钟。
S7，将制备的传感器与FPGA进行焊接处理，其中FPGA中具有人工神经网络的软件判定程序，可实现对不同种类、浓度、总量的有毒有害气体的识别判断，可用于智能化监测与预警。
本发明的有益效果是：
本发明设计了一种基于牡丹花籽材料的智能化生物传感器制备方案，利用牡丹花籽优异的生物兼容性以及对于特定有毒有害气体的灵敏度，获得高性能与高稳定性的光电神经突触器件，用于构建钙钛矿基的光电神经形态计算体系。
本发明具有如下优点：
（1）为解决传统芯片的生物兼容问题以及封装复杂性问题，利用牡丹花籽天然的生物兼容性制备电子设备，为智能化生物传感器提供一种新的制备思路。
（2）构建牡丹花籽与氧化石墨烯的异质结，利用异质结材料对硫化氢、丙酮等气体的高灵敏响应能力，开发微型化的生物传感器件，为智慧城市提供核心的监测设备。
（3）结合人工智能计算软件与生物传感器硬件，实现软硬件结合的智能化生物传感应用，不仅可监测气体有无，同时识别气体的种类与流量大小，以实现智能化的预警提醒。
附图说明
图1为本发明的制备方法第一步的结构示意图；
图2为本发明的制备方法第二步的结构示意图；
图3为本发明的制备方法第三步的结构示意图；
图4为本发明的制备方法第四步的结构示意图；
图5为本发明的制备方法第五步的结构示意图；
图6为本发明的制备方法第六步的结构示意图；
图7为本发明的智能化生物传感器的结构示意图。
图中，
1、玻璃衬底，2、ITO电极，3、牡丹花籽功能层，4、氧化石墨烯纳米片，5、FPGA硬件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1-图7为本发明的一种具体实施例，该实施例为一种牡丹籽油测定的智能化生物传感器及制备方法。
一种牡丹籽油测定的智能化生物传感器，其玻璃衬底1上方设置有ITO电极2，在ITO电极2上设有牡丹花功能层3，ITO电极2电连接FPGA硬件；所述牡丹花功能层3由牡丹花籽液态材料与氧化石墨烯纳米片材料1:1的质量比进行混合并烘烤制成。
一种牡丹籽油测定的智能化生物传感器的制备方法，包括以下步骤：
S1，准备具有ITO导电薄膜的玻璃片作为智能化生物传感器的衬底材料，其中ITO导电薄膜可以作为电子器件的电极材料。利用去离子水对生物传感器的衬底材料进行清洗，并采用烘干的方式将水汽去除。(优选的衬底为玻璃，可选低掺硅片，柔性PDMS衬底等。优选的电极材料为ITO电极，可选金、银、铝、铂等电极材料。优选的电极厚度为100nm，可选范围为60nm-300nm）。如图1所示。
S2，利用集成电路紫外光刻的方式对ITO导电薄膜定义精密形状与光刻区域，利用PMMA作为光刻胶，甩胶转速优选为30秒 2000转，随后采用真空烘箱将光刻胶在80℃烘烤15分钟（甩胶转速优选为30秒 2000转，可选20秒-200秒，1000转-3500转）。如图2所示。
S3，采用等离子体刻蚀等方式对ITO导电薄膜进行图形化与刻蚀处理，去除部分无用的ITO薄膜，并保留获得具有手指纹形状的环形电极，用以与功能层接触以及信号采集。（优选的刻蚀方式为等离子体刻蚀，可选准分子激光刻蚀、湿法刻蚀等）。如图3所示。
S4，将新鲜的牡丹花籽进行去壳、清洗、干燥处理，保证牡丹花籽的含水量高于4.5%。随后采用粉碎机对牡丹花籽进行粉碎处理，并利用超临界CO2萃取的方法借助高压泵获得萃取材料。进一步利用离心机进行5分钟50000转的离心分层操作，去除上清液与杂质，获得核心液态材料（离心分层的时长优选为5分钟，可选范围为3-10分钟；转速优选为50000转，可选范围为30000转-80000转 ）。如图4所示。
S5，将牡丹花籽的液态材料与氧化石墨烯纳米片材料以1:1的质量比进行混合，并利用磁控搅拌器进行24小时的搅拌操作，保证两者充分融合（氧化石墨烯纳米片材料尺寸优选为100nm，可选50nm-300nm）。如图5所示。
S6，将搅拌充分的溶液以旋涂的方式制备在ITO环形电极上，随后采用50℃的烘烤处理，烘烤时长30分钟，获得智能化生物传感器的器件单元（烘烤温度优选为50℃，可选40℃-60℃；烘烤时长优选为30分钟，可选10-60分钟）。如图6所示。
S7，将制备的传感器与FPGA进行焊接处理，其中FPGA中具有人工神经网络的软件判定程序，可实现对不同种类、浓度、总量的有毒有害气体的识别判断，可用于智能化监测与预警。如图7所示。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种牡丹籽油测定的智能化生物传感器，包括玻璃衬底（1），其特征在于：
所述玻璃衬底（1）上方设置有ITO电极（2），在ITO电极（2）上设有牡丹花功能层（3），ITO电极（2）电连接FPGA硬件；所述牡丹花功能层（3）由牡丹花籽液态材料与氧化石墨烯纳米片材料1:1的质量比进行混合并烘烤制成。
2.一种牡丹籽油测定的智能化生物传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，准备具有ITO导电薄膜的玻璃片作为智能化生物传感器的衬底材料，其中ITO导电薄膜可以作为电子器件的电极材料；利用去离子水对智能化生物传感器的衬底材料进行清洗，并采用烘干的方式将水汽去除；
S2，利用集成电路紫外光刻的方式对ITO导电薄膜定义精密形状与光刻区域，利用PMMA作为光刻胶，甩胶转速范围在20秒1000转-200秒3500转之间，随后采用真空烘箱将光刻胶在80℃烘烤15分钟；
S3，对ITO导电薄膜进行图形化与刻蚀处理，去除部分无用的ITO薄膜，并保留获得具有手指纹形状的环形电极，用以与功能层接触以及信号采集；
S4，将新鲜的牡丹花籽进行去壳、清洗、干燥处理，保证牡丹花籽的含水量高于4.5%；随后采用粉碎机对牡丹花籽进行粉碎处理，并利用超临界CO2萃取的方法借助高压泵获得萃取材料；进一步利用离心机进行离心分层操作，去除上清液与杂质，获得核心液态材料；
S5，将牡丹花籽的液态材料与氧化石墨烯纳米片材料以1:1的质量比进行混合，并利用磁控搅拌器进行24小时的搅拌操作，保证两者充分融合；
S6，将搅拌充分的溶液以旋涂的方式制备在ITO环形电极上，随后进行烘烤，获得智能化生物传感器的器件单元；
S7，将制备的传感器与FPGA进行焊接处理，其中FPGA中具有人工神经网络的软件判定程序，可实现对不同种类、浓度、总量的有毒有害气体的识别判断，可用于智能化监测与预警。
3.根据权利要求2所述的牡丹籽油测定的智能化生物传感器的制备方法，其特征在于：
所述衬底材料为玻璃或低掺硅片或柔性PDMS；所述电极为ITO电极或金电极或银电极或铝电极或铂电极；所述电极的厚度范围是0nm-300nm。
4.根据权利要求2所述的牡丹籽油测定的智能化生物传感器的制备方法，其特征在于：
所述刻蚀方式为等离子体刻蚀或准分子激光刻蚀或湿法刻蚀。
5.根据权利要求2所述的牡丹籽油测定的智能化生物传感器的制备方法，其特征在于：
所述离心分层的时长范围为3-10分钟，转速为30000转-80000转。
6.根据权利要求2所述的牡丹籽油测定的智能化生物传感器的制备方法，其特征在于：
所述氧化石墨烯纳米片的尺寸范围为50nm-300nm。
7.根据权利要求2所述的牡丹籽油测定的智能化生物传感器的制备方法，其特征在于：
所述烘烤温度为40℃-60℃，烘烤时长为10-60分钟。
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Citations (7)
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| JP2004335610A (ja) * | 2003-05-02 | 2004-11-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 有機半導体デバイス |
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2023
- 2023-10-26 CN CN202311394154.9A patent/CN117388342A/zh active Pending
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