用于生物學(xué)和醫(yī)療應(yīng)用的包含有機場效應(yīng)晶體管的平臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包含具有電荷注入接觸體的有機場效應(yīng)晶體管（OFET）的裝置，其含有由芘衍生物形成的半導(dǎo)體層，所述裝置作為醫(yī)療傳感器和/或作為醫(yī)療細(xì)胞刺激器的用途及通過使用所述裝置刺激和/或監(jiān)測生物學(xué)細(xì)胞活性的方法。
【專利說明】用于生物學(xué)和醫(yī)療應(yīng)用的包含有機場效應(yīng)晶體管的平臺
[0001]考慮到廣泛可能的應(yīng)用和使用有機場效應(yīng)晶體管(OFET)和有機發(fā)光晶體管(OLET)是裝置受到關(guān)注。這些裝置結(jié)構(gòu)的更多細(xì)節(jié)可見于國際專利申請W02004086526，其教導(dǎo)在本文通過引用合并。
[0002]尤其是，有機半導(dǎo)體裝置可成功地用來產(chǎn)生有機-多-晶體管陣列用于實時監(jiān)測神經(jīng)元細(xì)胞的生物電活性，但也可用于神經(jīng)細(xì)胞由直接暴露于電流或經(jīng)電場電刺激，已顯示實現(xiàn)干細(xì)胞分化和神經(jīng)突延伸和影響生長軸突的方向性。
[0003]本發(fā)明的特征的裝置也真正地許諾以它們在健康工業(yè)，環(huán)境監(jiān)測中的巨大潛力作為基于OFET的傳感器的基礎(chǔ)平臺在水性系統(tǒng)中發(fā)揮功能的生物學(xué)情景。
[0004]廣泛的微制造的裝置已被開發(fā)用于醫(yī)學(xué)和生物學(xué)應(yīng)用，例如，在2009年的細(xì)胞&發(fā)育生物學(xué)研討會上由Poghossian等人在科學(xué)出版物“Field-effect devices fordetecting cellular signals”第 41-48 頁所描述。
[0005]生物電子學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一是將細(xì)胞生物電活性轉(zhuǎn)導(dǎo)為定量信號；或避免侵襲性監(jiān)測及擾動方法地供給選擇性電刺激的裝置的開發(fā)。
[0006]這些裝置在活系統(tǒng)的體外實時監(jiān)測中或作為在利用功能電刺激而損傷之后恢復(fù)身體功能的體內(nèi)生物醫(yī)學(xué)微-植入物諸如神經(jīng)假體發(fā)現(xiàn)應(yīng)用。作為治療性治療的電刺激是在組織加工領(lǐng)域中，尤其神經(jīng)應(yīng)用中，快速擴展的領(lǐng)域，多個報道顯示神經(jīng)病學(xué)歐洲期刊的2008年第437頁電刺激增加神經(jīng)突和軸突延伸體外和神經(jīng)再生體內(nèi)，至于例由Sujith等人描述于科學(xué)出版物出版的。
[0007]已實現(xiàn)幾種基于無機半導(dǎo)體的生物-接觸的裝置。例如，已制造用于神經(jīng)科學(xué)中的電生理學(xué)應(yīng)用的多-陣列電極和場效應(yīng)裝置及開發(fā)到商業(yè)裝置是可利用的點。已報道由基于硅的晶體管自神經(jīng)元單細(xì)胞或片記錄。而且，已產(chǎn)生高密度Si納米絲晶體管陣列，致使在心肌細(xì)胞或在神經(jīng)元中在突觸水平檢測和調(diào)節(jié)電信號。盡管這些觀察的重要性，報道的方法面對由于低電容性偶聯(lián)而所至的限制的靈敏度及需要用于附接神經(jīng)元的表面化學(xué)包被。而且，基于硅的電子裝置提高最終應(yīng)用系統(tǒng)的成本。最終，盡管基于硅的微電極顯示良好體外性能，已體內(nèi)觀察到長時間暴露于神經(jīng)組織的顯著生物污垢和低生物相容性。
[0008]微電子系統(tǒng)米用有機材料顯不超過傳統(tǒng)基于娃的系統(tǒng)的許多優(yōu)勢。如2008年 Advanced Functional Materials 出版的由 Bystrenova 等人的科學(xué)出版物 “NeuralNetworks Grown on Organic Semiconductors”的第 1751-1756頁描述,有機電子裝置具有潛在生產(chǎn)優(yōu)勢包括致使用減少的成本進行大規(guī)模制造的溶液處理。
[0009]當(dāng)微電子裝置與活體直接接觸時，它們應(yīng)滿足2的主要條件:(1)應(yīng)保留細(xì)胞的生物學(xué)活性；(2)裝置應(yīng)能在至少體外，模擬生物學(xué)環(huán)境的條件下操作。
[0010]第I需求點主要是有機半導(dǎo)體層，其在第I實例中是與生物學(xué)樣品，例如神經(jīng)細(xì)胞的界面。但是，神經(jīng)細(xì)胞是需要為保存它們的生理學(xué)功能的非擾動環(huán)境的非常高度組織及復(fù)雜系統(tǒng)。尤其是，應(yīng)避免通過與有機半導(dǎo)體相互作用的神經(jīng)元細(xì)胞的電生理學(xué)性質(zhì)(即興奮性膜性質(zhì))的改變以便在裝置操作期間獲得可靠的結(jié)果。而且，監(jiān)測及控制生物電細(xì)胞功能關(guān)聯(lián)于定義體外細(xì)胞-界面相互作用之間的機械學(xué)關(guān)系。在此情景中，需知，至今，盡管有報道生長于和粘接到有機半導(dǎo)體材料的數(shù)據(jù)，未報道關(guān)于有機層對神經(jīng)元激活(firing)能力或支持神經(jīng)元生物學(xué)功能的電生理學(xué)膜性質(zhì)的效應(yīng)的證據(jù)。
[0011]為了滿足上述第2需求，如Advanced Materials在2010年出版的由Bettinger等人的科學(xué)出版物” Organic thin-film transistors fabricated on resorbablebiomaterial substrates”第651頁教導(dǎo)，已實現(xiàn)整合可吸收的電子活性材料的裝置用作具有電子功能性的臨時醫(yī)療植入物。而且已產(chǎn)生及報道空氣穩(wěn)定的和水穩(wěn)定的0FET。
[0012]在有機場效應(yīng)晶體管(OFET)中，活性材料是有機半導(dǎo)體薄-膜及在有機和介電層之間的界面的第I納米中發(fā)生電荷蓄積和運輸。當(dāng)細(xì)胞粘附及生長在OFET中的有機膜上時，預(yù)期可通過細(xì)胞膜和電荷運輸區(qū)的緊鄰增強薄-膜晶體管的應(yīng)答。
[0013]【發(fā)明概述】
[0014]本發(fā)明的對象因此是裝置，其用于基于水的系統(tǒng)，能有關(guān)于知道的系統(tǒng)和裝置的改善的性能，及在第I方面由基于水的系統(tǒng)傳感器組成，其包含具有電荷注入接觸體的有機場效應(yīng)晶體管(0FET)，所述OFET含有用根據(jù)式(I)的在氮原子用烷基取代的二酰亞胺芘衍生物(PT⑶I)制成的層
[0015]
【權(quán)利要求】
1.包含具有電荷注入接觸體的有機場效應(yīng)晶體管(OFET)的裝置，其特征在于，所述有機場效應(yīng)晶體管含有由根據(jù)式(I)的在氮原子用烷基取代的二酰亞胺芘衍生物(PTCDI)形成的半導(dǎo)體層
2.權(quán)利要求1的裝置，其中在氮原子上的2個烷基是具有相同的碳原子數(shù)的n-烷基。
3.權(quán)利要求2的裝置，其中所述n-烷基具有5，8，12，13，14或18個碳原子。
4.權(quán)利要求1的裝置，其中所述根據(jù)式(I)的在氮原子用烷基取代的二酰亞胺芘衍生物(PTCDI)是N，N' -二-十三烷基二萘嵌苯_3，4，9，10-四羧酸二酰亞胺(P13)。
5.權(quán)利要求1的裝置，其包含有機化合物的封端層，所述封端層選自根據(jù)式(I)的在氮原子用烷基取代的二酰亞胺芘衍生物(PT⑶I)和并五苯。
6.權(quán)利要求5的裝置，其中所述封端層由N，N' - 二-十三烷基二萘嵌苯-3，4，9，10-四羧酸二酰亞胺(P13)制成。
7.權(quán)利要求5的裝置，其中所述封端層具有均一的厚度。
8.權(quán)利要求5的裝置，其中所述封端層具有包括在35和IOOnm之間的最大厚度。
9.權(quán)利要求8的裝置，其中所述最大厚度包括在40和70nm之間。
10.權(quán)利要求5的裝置，其中所述封端層沉積于電荷注入接觸體。
11.權(quán)利要求5?10的裝置，其中對應(yīng)于OFET邊界的惰性材料的成幀沉積存在于所述封端層。
12.權(quán)利要求1?11的裝置，其中所述裝置是醫(yī)療傳感器。
13.權(quán)利要求1?11的裝置，其中所述裝置是醫(yī)療細(xì)胞刺激器。
14.權(quán)利要求1?11的裝置，其中所述裝置同時是醫(yī)療傳感器和醫(yī)療細(xì)胞刺激器。
15.前述權(quán)利要求之任一項的裝置，其中所述有機場效應(yīng)晶體管是有機發(fā)光晶體管。
16.權(quán)利要求12或14的裝置作為生物學(xué)細(xì)胞活性的體外傳感系統(tǒng)的用途。
17.權(quán)利要求13或14的裝置作為生物學(xué)細(xì)胞活性的體外刺激器的用途。
18.權(quán)利要求14的裝置作為生物學(xué)細(xì)胞活性的體外刺激器及作為生物學(xué)細(xì)胞活性的體外傳感系統(tǒng)的用途。
19.權(quán)利要求16?18之任一項的裝置的用途，其中所述生物學(xué)細(xì)胞活性是神經(jīng)元活性。
20.監(jiān)測生物學(xué)細(xì)胞活性的方法，其包括下列步驟: ?提供權(quán)利要求12的裝置； ?將生物學(xué)細(xì)胞物質(zhì)淀積于所述根據(jù)式(I)的在氮原子用烷基取代的二酰亞胺芘衍生物(PTCDI)； 籲使所述裝置接觸基于水的系統(tǒng)；以及 ?監(jiān)測所述生物學(xué)細(xì)胞物質(zhì)的活性。
21.刺激生物學(xué)細(xì)胞活性的方法，其包括下列步驟:?提供權(quán)利要求13的裝置； ?將生物學(xué)細(xì)胞物質(zhì)淀積于所述根據(jù)式(I)的在氮原子用烷基取代的二酰亞胺芘衍生物(PTCDI)； 籲使所述裝置接觸基于水的系統(tǒng)；以及 ?驅(qū)動裝置以刺激所述生物學(xué)細(xì)胞物質(zhì)的活性。
22.刺激生物學(xué)細(xì)胞活性及監(jiān)測所述生物學(xué)細(xì)胞物質(zhì)的方法，其包括下列步驟: ?提供權(quán)利要求14的裝置； ?將生物學(xué)細(xì)胞物質(zhì)淀積于所述根據(jù)式(I)的在氮原子用烷基取代的二酰亞胺芘衍生物(PTCDI)； 籲使所述裝置接觸基于水的系統(tǒng)； ?驅(qū)動裝置以刺激所述生物學(xué)細(xì)胞物質(zhì)的活性；以及 ?監(jiān)測所述生物學(xué)細(xì)胞物質(zhì)的活性。
23.權(quán)利要求20?22之任一`項的方法，其中所述生物學(xué)細(xì)胞物質(zhì)包含神經(jīng)元。
【文檔編號】G01N33/487GK103430342SQ201180062962
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月27日
【發(fā)明者】R·卡佩里, S·托法寧, V·本非納蒂, M·穆西尼, R·贊波尼, G·杰內(nèi)拉里 申請人:E.T.C.有限責(zé)任公司