시험관 내 마이크로 유기 전하 변조 필드 효과 트랜지스터 어레이에 의한 다단계 세포 분석

동물의 치료 및 사용에 대한 모든 해당 국제, 국가 및 /또는 제도적 지침이 준수되었습니다. 프로젝트의 동물 수를 줄이고 고통을 최소화하기 위해 모든 노력을 기울였습니다. 1. 개발 솔루션, 에칭 솔루션, 유기 반도체 솔루션 및 포토리토그래피 마스크의 준비 175mM의 농도로 탈온수에 NaOH 펠릿을 희석하여 개발 솔루션을 준비한다.참고 : 이것은 외설적인 반응입니다. 플라스틱 용기를 사용하는 경우 모든 펠릿이 완전히 용해될 때까지 용기를 계속 교반하십시오. 탈이온수(농축 48% HF, 49개 부분 의 1개)에서 하이드로플루오로산(HF)을 희석하여 티타늄 에칭 액을 준비한다.주의: 수력 불소산은 피부에 쉽게 침투하여 깊은 조직 층에 심각한 손상을 입힐 수 있습니다. HF의 급속한 중화는 며칠 동안 계속하고 가혹한 상해 또는 죽음귀착될 수 있는 조직 파괴를 방지하기 위하여 필요합니다. HF와 관련된 위험은 산과의 접촉 의 농도 및 지속 시간에 의존한다. 얼굴 방패를 사용하여 연기 후드 에서만 사용하십시오. 더블 글로빙도 강력 하 게 추천 합니다. 요오드, 요오드 칼륨 및 탈이온 수분(용액 250g, 탈온수 200mL, KI 20g, I2 5 g)을 혼합하여 골드 에칭 액을 준비합니다. 실온에서 1시간 동안 저어서 사용하기 전에 하룻밤 동안 쉬게 하십시오. 6,13-비스(트리이소프로필실틸리레틴닐) 펜타세네(TIPS 펜타세인)를 애니솔(무게 1%)에 용해하고 80°C의 핫 플레이트에서 2시간 동안 부드럽게 교반하여 반도체 용액을 준비한다.참고: 이 솔루션을 계속 교반하십시오. 호박색 유리 바이알을 사용하거나 저조도 조건에서 보관하십시오. 벡터 그래픽 소프트웨어로 원하는 포토리토그래피 마스크 세트를 준비합니다. 전체 공정에 대해 5개의 마스크를 준비합니다: 플로팅 게이트(FGs)의 패터닝을 위한 마스크; 전기 생리학적 기록을 위한 비아 및 감지 영역의 개방을 위한 마스크; 자체 정렬 프로세스를 위한 마스크; 소스의 패터닝을 위한 마스크, 드레인 및 제어 게이트 상단 접촉; 및 pH 채널의 플라즈마 활성화를 위한 마스크.참고: 필요한 해상도와 특정 포토리소그래피 설정에 따라 다양한 종류의 마스크를 사용할 수 있습니다. 제안 된 장치 (최대 40 μm)의 경우, 간단한 플라스틱 유연한 마스크는 지역 복사 가게에서 구입되었습니다. 2. 기판 선택 및 준비 깨끗한 PET 시트에서 250 μm 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 6 x 6cm2 정사각형을 잘라냅니다.참고: 최종 장치보다 약간 더 큰 기판으로 시작하여 표준 실험실 핀셋으로 조작할 수 있는 충분한 여백을 갖습니다. 깊은 홈과 스크래치의 존재를 배제하기 위해 광학 현미경으로 기판을 검사합니다. 더 큰 결함으로 인해 최종 장치의 실패로 이어질 수 있기 때문에 덜 긁힌 기판을 신중하게 선택합니다. 아세톤, 이소프로필 알코올 및 탈이온화된 수분(이 순서대로)으로 PET 기판을 헹구고 질소 스트림을 사용하여 건조시합니다. 깨끗한 플라스틱 페트리 접시 / 용기에 기판을 저장합니다. 3. FG : 티타늄 증착 플라즈마 산소(100W에서 30s)로 기판을 미리 청소하고 열 증발기의 진공 챔버 내부의 기판 홀더에 놓습니다. 도가니에 티타늄 60 mg을 놓고 셔터를 닫고 10-6 Torr보다 낮은 진공 수준에 도달할 때까지 증발 챔버를 펌프합니다. 도가니가 빨간색으로 빛날 때까지 증발기의 힘을 높이고 30 s를 기다립니다. 셔터를 열고 전력을 60%로 늘리고(또는 도가니가 밝은 흰색으로 빛날 때까지) 60년대를 기다립니다. 셔터를 닫고 전원을 끕니다. 증발기에서 기판을 제거; 아세톤, 이소프로필 알코올 및 탈이온수를 사용하여 청소하십시오. 질소 의 스트림을 사용하여 건조. 티타늄 표면을 약간 산화시키기 위해 제2 산소 플라즈마 처리(200W에서 60s)를 수행합니다. 4. FG 패터닝 연기 후드 안에 놓인 스핀 코터에 한 번에 하나의 기판을 놓습니다. 일회용 플라스틱 파이펫을 사용하여 기판에 포토레지스트 4mL를 입금합니다. 다음 스핀 코팅 파라미터를 사용하여 2 μm 두께의 포토레지스트 층을 얻습니다: 스핀 속도: 3000 rpm; 스핀 시간 : 45 s; 가속 시간: 0.5 초; 감속 시간: 0.5 s. 핫 플레이트(70°C 5분)에 기판을 배치하여 포토레지스트를 부드럽게 굽습니다. 알루미늄 호일 포장 페트리 접시/플라스틱 용기 안에 기판을 보관하여 직접 광 노출을 방지합니다.참고: 기질 변형을 방지하기 위해 제안된 베이킹 온도(50s용 100°C)를 피하십시오. 그러나 더 오랜 시간 동안 낮은 온도에서 굽는 것은 좋은 결과를 보장합니다. 장치를 브로모그래프에 놓고 원하는 FG 레이아웃을 기판에 배치하여 플라스틱 광리토그래피 마스크를 배치합니다. 상단의 자외선(UV) 광에 1분 동안 노출하고 마스크를 조심스럽게 제거하여 기판 위에 마스크의 측면 움직임을 최소화하여 긁히지 않도록 주의하십시오. 개발 용액(1.1단계)으로 채워진 유리 용기에 5s의 기판을 급락시키세요. 탈이온된 물에 빠르게 헹구고 질소 아래에서 건조시다. 광학 현미경을 사용하여 기판의 저개발/과개발 된 반점을 찾으세요. 개발이 저조한 경우 개발 용액에 기판의 침수를 반복한다. 15s용 티타늄 에칭 용액(1.2단계)에 잠수하여 노출된 티타늄을 에칭하고, 탈이온화된 물로 헹구고, 질소를 사용하여 건조시한다. 기판을 광학적으로 검사하고 아세톤을 사용하여 포토레지스트를 제거합니다. 이소프로필 알코올과 탈온물로 기판을 헹구고 질소로 건조시다. 5. 게이트 유전체 증착 실험실 닦아서의 증착 챔버 벽에 접착 프로모터(silane-3-(트리메톡실릴)의 2mL를 배분하여 Parylene coater의 증착 챔버를 준비한다. Parylene C 디머 300 mg(최종 두께 150 nm에 해당)을 Parylene 코트에 놓습니다. 낮은 압력 값을 7mbar로 설정하고 더 높은 압력 값을 10 mbar로 설정합니다. 증착 후, 아세톤, 이소프로필 알코올, 탈이온된 물로 기판을 청소하고 질소로 건조시다. 6. 전기 활동 기록 및 FG의 뒷면에 액세스하는 비아의 형성을위한 OCMFET의 감지 영역의 개방 4.1 단계 및 4.2 단계의 동일한 매개 변수를 사용하여 기판에 포토 레지스트를 입금하십시오. 장치를 브로모그래프에 배치하고 플라스틱 광리소그래피 마스크를 비아의 기판에 배치(감지 영역에 걸쳐 직경 50μm의 원형 개구부, 감지 영역에서 100 x 100 μm2 개구부( 도 1 및 도 2에서 FG의 백 접촉이라고 함)을 스테레오스코 마이크로스코프 마이크로스코프의 형상을 향상시킵니다. 상단에서 1 분 동안 UV 광에 노출하고 조심스럽게 마스크를 제거하여 기판에 마스크의 측면 움직임을 최소화하여 긁히지 않도록주의하십시오.참고: 감지 영역에서 멀리 떨어진 FGs 측의 비아( 도 1 및 도 2에서 FG의 백 컨택으로 표시됨)은 트랜지스터의 특성화 중에 접촉하는 데 필요합니다. 더욱이, FG에 전기적으로 접근하는 것은 다양한 유형의 기능화(예를 들어, 전극 위치)에 매우 유용할 수 있다. 4.4 단계에서 이전에 설명한 바와 같이 포토레지스트를 개발한다. 패턴화된 포토레지스트(여기서 마스크역할을 하는)를 사용하여 기판을 산소 플라즈마(200W에서 180s)에 노출하여 감지 영역에서 Parylene C를 제거한다.참고: 200 W의 등위혈소 클리너에서 Parylene C의 에칭 속도는 약 90 nm/min입니다. 감지 영역을 더욱 청소하기 위해 약간의 오버 에칭이 수행됩니다. 포토레지스트도 이 과정에서 에칭된다. 그러나 두께(2 μm)는 Parylene C보다 훨씬 높습니다. 기판을 초음파 욕조 내부에 아세톤으로 채워진 유리 용기에 넣고 10 초 동안 포토 레지스트를 완전히 제거하십시오. 아세톤, 이소프로필 알코올, 물로 기판을 헹구고 질소로 건조시다.참고: 단순히 아세톤으로 기판을 헹구는 대신 초음파 처리를 사용하면 Parylene C 조각의 원치 않는 접기 및 재침착을 감지 영역의 표면에 재배치하는 것이 중요합니다. 7. FG와 소스 및 배수의 자체 정렬 4.1 단계 및 4.2 단계의 동일한 매개 변수를 사용하여 기판에 포토 레지스트를 입금하십시오. 장치를 브로모그래프에 놓고 트랜지스터 영역을 완전히 덮는 간단한 검은 색 사각형이 있는 플라스틱 광리토그래피 마스크를 기판에 배치합니다. 상단과 하단 모두에서 1 분 동안 UV 광에 노출하고, 조심스럽게 마스크를 제거, 그것을 긁지 않도록 기판 위에 마스크의 측면 움직임을 최소화하기 위해주의.참고: 양면 노출로 FG는 바닥 노출과 관련하여 포토리소그래피 마스크 역할을 하며, 상단 마스크의 존재는 트랜지스터 채널에 존재하는 포토레지스트만 노출되지 않은 상태로 유지되도록 합니다. 4.4 단계에서 이전에 설명한 바와 같이 포토레지스트를 개발한다. 8. 소스, 배수구 및 제어 게이트의 금 증착, 채널 형성 및 패터닝 부드러운 플라즈마 처리(30s at 30 W)로 기판을 청소하여 Parylene C에 금속의 접착을 촉진하고 열 증발기의 진공 챔버 내부의 기판 홀더에 놓습니다. 도가니에 30 mg의 금을 놓고 셔터를 닫고 10-5 Torr에 도달 할 때까지 증발 챔버를 펌프합니다. 도가니가 빨간색으로 빛날 때까지 증발기의 힘을 높이고 30 s를 기다립니다. 셔터를 열고 전력을 40%로 늘립니다(또는 도가니가 밝은 흰색으로 빛날 때까지), 60s를 기다린 후 셔터를 닫고 전원을 끕니다. 기판을 초음파 욕조 내부에 아세톤 용기에 넣고 10초 동안 포토레지스트를 들어 올려 트랜지스터 채널에서 금을 제거합니다. 아세톤, 이소프로필 알코올, 물로 기판을 헹구고 질소로 건조시다. 4.1 단계 및 4.2 단계의 동일한 매개 변수를 사용하여 기판에 포토 레지스트를 입금하십시오. 장치를 브로모그래프에 놓고 원하는 소스, 배수구 및 제어 게이트 레이아웃을 사용하여 플라스틱 광리토그래피 마스크를 기판에 배치합니다. 상단에서 1 분 동안 UV 광에 노출하고 조심스럽게 마스크를 제거하여 기판위에 마스크의 측면 움직임을 최소화하여 긁히지 않도록주의하십시오. 4.4 단계에서 설명된 바와 같이 포토레지스트를 개발한다. 10s용 골드 에칭 용액(1.3단계)에 침수하여 노출된 금을 에칭하고, 탈온화된 물로 헹구고, 질소를 사용하여 건조시한다. 기판을 광학적으로 검사하고 아세톤을 사용하여 포토레지스트를 제거합니다. 이소프로필 알코올과 탈이온물로 헹구고 질소로 건조시다. 9. pH 감지를 위한 Parylene C의 증착 및 활성화 4.1 단계 및 4.2 단계의 동일한 매개 변수를 사용하여 기판에 포토 레지스트를 입금하십시오. 장치를 브로모그래프에 놓고 OCMFET의 pH 감지 영역에 대응하는 개구부를 가진 플라스틱 광리토그래피 마스크를 기판에 배치합니다. 상단에서 1 분 동안 UV 광에 노출하고 조심스럽게 마스크를 제거하여 기판위에 마스크의 측면 움직임을 최소화하여 긁히지 않도록주의하십시오. 4.4 단계에서 설명된 바와 같이 포토레지스트를 개발한다. 폴리이미드 절연 테이프로 pH 감지 영역을 제외한 전체 장치를 보호 합니다(재료 표 참조). 5.1 단계에서 설명된 동일한 매개변수를 사용하여 기판에 Parylene C(Parylene C dimer 1 g의 1 g에 해당)의 500 nm층을 기판에 증착한다.참고: pH 감지 영역의 총 Parylene C 두께는 650 nm입니다. 이 증착에는 시레인이 필요하지 않습니다. 폴리이미드 절연 테이프를 조심스럽게 제거합니다. OCMFET의 pH 감지 영역에서 파라일렌 C를 활성화하기 위해 기판을 산소 플라즈마(200W에서 5분 및 30초)에 노출한다.참고 : 폴리이미드 절연 테이프는 Parylene C 증착을 제한하기 위해 여기에 필요합니다. 사실, 포토레지스트를 이용한 간단한 리프트오프는 Parylene C로 얻은 콘티어티즘 코팅의 거의 핀홀없는 특성으로 인해 긍정적 인 결과를 제공하지 않습니다. 기판을 초음파 욕조 내부에 아세톤 용기에 넣고 10 초 동안 포토 레지스트를 완전히 제거하십시오. 아세톤과 이소프로필 알코올(물 없음)으로 기판을 헹구고 질소로 건조시다. 10. 반도체 증착, 배양 챔버 배치, 그리고 PET에서 장치의 최종 컷 아웃 기판을 핫 플레이트에 50°C로 놓습니다. 각 채널 영역에 반도체 용액(1μL)의 액적(1μL)을 캐스팅하고, 전체 기판을 뚜껑으로 덮고, 화학 후드 아래에서 30분 동안 건조시키십시오. 내부 반경 15mm, 두께 1mm, 3D 프린터로 7mm높이의 아크릴로니트리올 부타디엔 스티렌 링을 인쇄하여 배양 챔버를 준비합니다. 폴리디메틸실록산(경화제의 비율: 중량15%)을 사용하여 기판의 중앙 부분에 배양 챔버를 붙입니다. 수동으로 또는 레이저 커터를 사용하여 PET에서 장치를 잘라냅니다. 11. 트랜지스터의 전기 적 특성 소스계를 사용하여 각 트랜지스터를 특성화18,19,20,21 (재료의 표 참조).참고: 출력과 입력 특성 모두 트랜지스터의 매개 변수(주로 이동, 임계값 전압, ION/IOFF 비율 및 하위 임계값 경사)를 추정하기 위해 측정되어야 합니다.