体外 通过微有机电荷调制场效应晶体管阵列进行多参数蜂窝分析

遵循所有适用的国际、国家和/或机构关于动物护理和使用的准则。我们尽一切努力减少该项目的动物数量，并尽量减少它们的痛苦。 1. 显影液、蚀刻液、有机半导体溶液、光刻掩模的制备 通过将NaOH颗粒稀释在浓度为175mM的去离子水中来制备显影溶液。注意：这是一种放热反应。如果使用塑料容器，请继续搅拌容器，直到所有颗粒完全溶解。 通过将氢氟酸（HF）稀释在去离子水（1份浓缩的48%HF，49份去离子水）中制备钛蚀刻液。注意：氢氟酸很容易穿透皮肤，对深层组织层造成严重损害。快速中和HF对于防止组织破坏是必要的，组织破坏可能持续数天并导致严重伤害甚至死亡。与HF相关的风险取决于浓度和与酸接触的持续时间。只能在通风橱下使用面罩。也强烈建议使用双层手套。 通过混合碘，碘化钾和去离子水（对于250g溶液，使用200mL去离子水，20gKI，5gI2）来制备金蚀刻溶液。在室温下搅拌溶液1小时，并在使用前静置过夜。 通过将6，13-双（三异丙基硅基炔基）戊二烯（TIPS五苯）溶解在苯甲醚（重量为1%）中并在80°C的热板上轻轻搅拌2小时来制备半导体溶液。注意：继续搅拌此解决方案。使用琥珀色玻璃小瓶和/或将其存放在低光照条件下。 使用矢量图形软件准备所需的光刻蒙版集。为整个过程准备5个面具：用于浮动门（FGs）图案的面具;用于打开通孔的面罩和用于电生理记录的传感区域;用于自对准过程的掩模;用于源极、漏极和控制门顶部触点图案化的面罩;和用于pH通道的血浆活化掩模。注意：根据必要的分辨率和特定的光刻设置，可以使用不同类型的掩模。对于拟议的设备（最大横向分辨率为40μm），已在当地的复印店购买了简单的塑料柔性口罩。 2. 基材的选择和准备 从原始的PET片上切下6 x 6 cm2 的250μm聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。注意：从比最终设备稍大的基板开始，以具有足够宽的裕量，以便使用标准实验室镊子进行操作而不会损坏它。 用光学显微镜检查基板，以排除是否存在深槽和划痕。仔细选择划伤较少的基板，因为较大的缺陷可能导致最终设备失效。 用丙酮、异丙醇和去离子水（按此顺序）冲洗PET基材，并使用氮气流干燥。将基材存放在干净的塑料培养皿/容器中。 3. FG：钛沉积 用等离子氧（100 W 时 30 秒）预清洁基板，并将其放在热蒸发器真空室内的基板支架上。 将60毫克钛放入坩埚中，关闭百叶窗，然后向下泵送蒸发室，直到其达到低于10-6 Torr的真空度。增加蒸发器的功率，直到坩埚发出红色，等待30秒。打开快门，将功率增加到60%（或直到坩埚发出明亮的白色），然后等待60秒。关闭快门并调低电源。 从蒸发器中取出基材;用丙酮，异丙醇和去离子水清洁它们;并使用氮气流干燥它们。进行第二次氧等离子体处理（在200 W下60秒）以稍微氧化钛表面。 4. FG图案化 一次将一个基材放在通风橱内的旋转涂布机上。使用一次性塑料移液管将4 mL光刻胶沉积在基板上。使用以下旋涂参数得到2μm厚的光刻胶层：旋速：3000转/分;旋转时间： 45 s;加速时间： 0.5 秒;减速时间：0.5秒 通过将基材放在热板上（70°C 5分钟）软烤光刻胶。将基材存放在铝箔包裹的培养皿/塑料容器内，以避免直接暴露在光线下。注意：避免建议的烘烤温度（100°C持续50秒），以防止基材变形。但是，在较低温度下烘烤较长时间可确保获得良好的效果。 将器件置于溴相片中，并将具有所需FG布局的塑料光刻掩模放置在基板上。从顶部暴露在紫外线（UV）下1分钟，并小心取下面罩，注意尽量减少面罩在基材上的横向移动，以避免划伤它。 将基板浸入装有显影溶液的玻璃容器中5秒（步骤1.1）。在去离子水中快速冲洗，并在氮气下干燥。使用光学显微镜寻找基质中不发达/过度发达的斑点。在发育不足的情况下，重复将底物浸入显影溶液中。 将暴露的钛浸没在钛蚀刻液（步骤1.2）中蚀刻15秒，用去离子水冲洗，然后用氮气干燥。光学检查基板并使用丙酮取出光刻胶。用异丙醇和去离子水冲洗基质，并用氮气干燥。 5. 栅极介质沉积 使用实验室擦拭布将2mL粘合促进剂（硅烷 – 3-（三甲氧基硅基）甲基丙烯酸丙酯）分布在沉积室壁上，以制备Parylene包衣机的沉积室。将300mg聚对二甲苯C二聚体（相当于150nm的最终厚度）置于聚对二甲苯包衣机上。将较低的压力值设置为 7 毫巴，将较高的压力值设置为 10 毫巴。沉积后，用丙酮，异丙醇和去离子水清洁基材，并用氮气干燥。 6. 打开OCMFET的传感区域，用于电活动记录和形成通孔以进入FG的背面 使用步骤4.1和4.2的相同参数将光刻胶沉积在基板上。 将设备置于测绘仪中，并将塑料光刻掩模放置在立体显微镜下的通孔（传感区域直径为50μm的圆形开口和远离传感区域的FG上的100 x 100 μm2 开口（ 图1 和 图2中称为FG的背接触））的基板上，以提高对准精度。从顶部暴露在紫外线下1分钟，并小心取下面罩，注意尽量减少面罩在基材上的横向移动，以避免划伤它。注：在晶体管检定期间，远离检测区域的FG侧面的通孔（如图 1 和 图2中FGs的背接触）是接触所必需的。此外，对FG进行电气访问对于不同类型的功能化（例如，电沉积）可能非常有用。 如前所述在步骤4.4中开发光刻胶。将带有图案化光刻胶（此处用作掩模）的基板暴露于氧等离子体（200 W时为180 s），以从传感区域中除去Parylene C。注：聚对二甲苯C在200 W的各向同性等离子体清洗剂中的蚀刻速率约为90 nm/min。进行轻微的过度蚀刻以进一步清洁传感区域。光刻胶也在此过程中被蚀刻。然而，其厚度（2μm）远高于Parylene C的厚度。 将基板放入超声波浴内装满丙酮的玻璃容器中10秒，以完全去除光刻胶。用丙酮、异丙醇和水冲洗底物，并用氮气干燥。注意：使用超声处理而不是简单地用丙酮冲洗底物对于防止Parylene C碎片的意外折叠和重新沉积到传感区域的表面上至关重要。 7. 源极和漏极与 FG 自对准 使用步骤4.1和4.2的相同参数将光刻胶沉积在基板上。将器件置于溴相片中，并将塑料光刻掩模放置在基板上，该掩模带有简单的黑色矩形，可完全覆盖晶体管区域。从顶部和底部暴露在紫外线下1分钟，并小心取下面罩，注意尽量减少面罩在基材上的横向移动，以避免划伤它。注：在双面曝光时，FG相对于底部曝光起到了光刻掩模的作用，而顶部掩模的存在确保了只有晶体管通道上存在的光刻胶保持未曝光状态。 如前所述在步骤4.4中开发光刻胶。 8. 金沉积、通道形成以及源、排水管和控制门的图案化 用温和的等离子体处理（在30 W下30秒）清洁基板，以促进金属在Parylene C上的附着力，并将其放置在热蒸发器真空室内的基板支架上。 将30毫克金放入坩埚中，关闭百叶窗，然后向下泵送蒸发室，直到达到10-5 托。增加蒸发器的功率，直到坩埚发出红色，等待30秒。打开快门，将功率增加到40%（或直到坩埚发出明亮的白色），等待60秒，关闭快门，然后调低功率。 将基板放入超声波浴内的丙酮容器中10秒以从光刻胶上取下，从而从晶体管通道中除去金。用丙酮、异丙醇和水冲洗底物，并用氮气干燥。使用步骤4.1和4.2的相同参数将光刻胶沉积在基板上。 将器件置于溴相片中，并将具有所需光源、漏极和控制门布局的塑料光刻掩模放置在基板上。从顶部暴露在紫外线下1分钟，并小心取下面罩，注意尽量减少面罩在基材上的横向移动，以避免划伤它。 按照步骤4.4中所述开发光刻胶。通过将暴露的金浸入金蚀刻溶液（步骤1.3）中10秒来蚀刻暴露的金，用去离子水冲洗，然后用氮气将其干燥。光学检查基板并使用丙酮取出光刻胶。用异丙醇和去离子水冲洗，并用氮气擦干。 9. 聚对二甲苯C的沉积和活化，用于pH传感 使用步骤4.1和4.2的相同参数将光刻胶沉积在基板上。 将设备置于溴相片中，并将塑料光刻掩模放置在基板上，其开口对应于OCMFET的pH传感区域。从顶部暴露在紫外线下1分钟，并小心取下面罩，注意尽量减少面罩在基材上的横向移动，以避免划伤它。 按照步骤4.4中所述开发光刻胶。使用聚酰亚胺绝缘胶带保护整个设备，除了pH传感区域（见 材料表）。使用步骤5.1中描述的相同参数在底板上沉积一层500nm的Parylene C（相当于1g的Parylene C二聚体）。注：pH检测区域上的总聚对二甲苯C厚度为650 nm。这种沉积不需要硅烷。 小心取下聚酰亚胺绝缘胶带。将底物暴露于氧等离子体中（在200 W下5分钟和30秒），以激活OCMFET的pH传感区域上的Parylene C。注：聚酰亚胺绝缘胶带是限制聚对二甲苯C沉积所必需的。事实上，使用光刻胶进行简单的剥离并不能给出积极的结果，因为用Parylene C获得的保形涂层几乎无针孔。 将基材放入超声波浴内的丙酮容器中10秒，以完全除去光刻胶。用丙酮和异丙醇（无水）冲洗底物，并用氮气干燥。 10. 半导体沉积、培养室放置以及设备与 PET 的最终切口 将基板置于50°C的热板上。 将半导体溶液液滴（步骤1.4）投射到每个通道区域，用盖子覆盖整个基板，并在化学罩下干燥30分钟。 通过使用3D打印机打印内半径为15 mm，厚度为1 mm，高度为7 mm的丙烯腈丁二烯苯乙烯环来准备培养室。使用聚二甲基硅氧烷将培养室粘合到基材的中心部分（固化剂的比例：15重量%）。手动或使用激光切割机从PET中取出设备。 11. 晶体管的电气特性 使用源仪表表征每个晶体管18，19，20，21 （见 材料表）。注：应测量输出和输入特性，以推断晶体管的参数（主要是载流子的迁移率、阈值电压、ION/IOFF 比和亚阈值斜率）。