[發明專利]一種有機生物相容性阻變神經仿生器件及制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710686707.6
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107425119B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 閆小兵;趙乾龍;趙建輝
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 白利霞;蘇艷肅

本發明公開了一種具有有機生物相容性的阻變神經仿生器件，包括ITO玻璃襯底、在ITO玻璃襯底的ITO膜上依次生長有復合有機蛋白膜和Ag電極膜；復合有機蛋白膜為摻銀的羊毛角蛋白和蠶絲蛋白的復合膜。其制備方法為：a）制備羊毛角蛋白溶液；b）制備蠶絲蛋白溶液；c）制備摻銀的羊毛角蛋白溶液；d）制備復合有機蛋白溶液；e）清洗襯底；f）復合有機蛋白膜的形成；g）生長Ag電極膜。此外，還公開了該器件的用途。本發明通過特定方法制備的器件呈現出較為穩定的阻值變化，高電阻值和低電阻值之間相差較大，開關電壓比較集中，且具有模擬神經的功能，工藝簡單，易于操作，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及生物神經突觸功能器件及其制備方法，具體地說是一種具有有機生物相容性的阻變神經仿生器件及其制備方法和應用。

背景技術

隨著經濟和技術的發展，電子產品已經成為人們生活中不可或缺的使用工具，與此同時，人們對電子產品的依賴性也與日俱增，對更加智能、穩定、價格低廉的電子產品有著較高的期望值。

阻變存儲器作為下一代有潛力的邏輯存儲及運算存儲器，以其結構簡單、優秀的可縮小性、讀寫速度快、功耗低等優勢，即將成為未來非易失性存儲器的有力競爭者，目前已引起了微電子產業界廣泛關注及積極研究的課題。一直以來人們想要研究能實現人腦功能的產品，阻變器件阻值能夠連續可調節，與神經突觸相似，從而將阻變器件引入神經系統，而將阻變存儲器運用在神經系統方面就需要器件具備很好的神經仿生特性和生物相容性，仿生技術近幾年發展迅速，而要實現生物相容（生命體組織對非活性材料產生反應的一種性能，一般指材料和宿主之間的相容性）和神經的仿生卻十分困難。此外，由于電子元器件的老化及功能局限性，電子產品淘汰的越來越多，而過期而廢棄的產品又不能及時的回收，所以電子垃圾污染將成為環境污染的重要因素，因此，尋找一種新的材料和技術開發綠色阻變存儲器成為行業內技術人員積極探索的課題。目前，有部分電子器件也考慮到了環保的問題，故采用蛋白類的作為阻變層材料，但是發現制備的器件雖然減輕了重量且提高了環保性能，但是發現其膜層厚度大，不利于半導體大規模集成，而且存在開關電壓較高、穩定性能較差等缺陷。

發明內容

本發明的目的就是提供一種具有有機生物相容性的阻變神經仿生器件及其制備方法和應用，以解決現有器件存在神經仿生困難、生物相容性差、無法降解、環保性能較差、開關電壓高、穩定性差、功耗高的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種具有有機生物相容性的阻變神經仿生器件，包括ITO玻璃襯底、在ITO玻璃襯底的ITO膜上依次生長有復合有機蛋白膜和Ag電極膜；所述復合有機蛋白膜為摻銀的羊毛角蛋白和蠶絲蛋白的復合膜；所述復合有機蛋白膜的厚度為5-50nm。

所述Ag電極膜為均布在所述復合有機蛋白膜上的直徑為0.05-0.3mm、厚度為50-200nm的圓柱體。

所述ITO玻璃襯底為厚度為0.5-3mm的長有ITO膜的玻璃襯底，其中ITO膜的厚度為50-80nm。本發明中ITO玻璃襯底為市售商品。

所述復合有機蛋白膜的制備方法為：采用浸漬提拉方法使復合有機蛋白溶液粘在ITO玻璃襯底的ITO膜上，置于真空干燥器中真空干燥得到；所述復合有機蛋白溶液通過以下步驟制備：

A、制備羊毛角蛋白溶液：將干凈的羊毛置于混合水解液中，在30-70℃下攪動水解8-15h，過濾，將母液透析3-4天，將透析液在40-80℃濃縮8h，得質量比濃度為1-30%的羊毛角蛋白溶液；所述混合水解液為每100mL中含有4mol的尿素、0.1mol的Na₂S和0.02mol的SDS的混合水溶液；

B、制備蠶絲蛋白溶液：將蠶繭置于摩爾濃度為0.015-0.025mol/L的NaHCO₃溶液中煮沸10-50min，用水沖洗去除絲膠蛋白，將剩余的絲纖維溶解于9.0-9.5mol/L的LiBr溶液中，55-65℃保持2-6h，再用透析管在水中透析提取物，得質量比濃度為3-30%的蠶絲蛋白溶液；