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一種動態實時測量細胞膜電位的裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410133539.4

申請日:

2014.04.03

公開號:

CN103954658A

公開日:

2014.07.30

當前法律狀態:

終止

有效性:

無權

法律詳情: 未繳年費專利權終止 IPC(主分類):G01N 27/26申請日:20140403授權公告日:20170215終止日期:20180403|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G01N 27/26申請日:20140403|||公開
IPC分類號: G01N27/26 主分類號: G01N27/26
申請人: 西安電子科技大學
發明人: 張鵬; 黃辰; 張毅奕; 馬曉華; 郝躍
地址: 710071 陜西省西安市太白南路二號西安電子科技大學西大樓南翼113室微電子學院寬帶隙半導體技術國家重點學科實驗室
優先權:
專利代理機構: 北京市京大律師事務所 11321 代理人: 張璐;方曉明
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410133539.4

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2019.03.22|||2017.02.15|||2014.08.27|||2014.07.30

法律狀態類型:

專利權的終止|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種動態實時測量細胞膜電位的裝置,包括:用于作為生物傳感器的氮化鎵(GaN)高電子遷移率晶體管(HEMT)器件、微流室、微注射泵和儲液瓶。微流室、微注射泵和儲液瓶依次連接,構成一個封閉的循環系統。微流室作為液體流動和細胞注入之用,微流室內的液體通過微注射泵傳輸給儲液瓶。作為生物傳感器的HEMT器件與微流室耦合,用于檢測所述微流室內細胞在動態條件下的實時細胞膜電位。

權利要求書

權利要求書
1.  一種動態實時測量細胞膜電位的裝置,包括:用于作為生物傳感器的氮化鎵(GaN)高電子遷移率晶體管(HEMT)器件、微流室、微注射泵和儲液瓶,其特征在于,將所述微流室、微注射泵和儲液瓶依次連接,構成一個封閉的循環系統;所述微流室作為液體流動和細胞注入之用,所述微流室內的液體通過所述微注射泵傳輸給所述儲液瓶,所述作為生物傳感器的HEMT器件與所述微流室耦合,用于檢測所述微流室內細胞在動態條件下的實時細胞膜電位。

2.  根據權利要求1所述的裝置,其中所述的HEMT器件由底層到上層的累積層依次為藍寶石襯底層、GaN緩沖層、AlN插入層、AlGaN勢壘層、GaN帽層和Si3N4鈍化層;其中所述GaN緩沖層厚度為1.6μm左右;所述的AlN插入層厚度為1.2nm;所述的AlGaN勢壘層厚度為8~15nm左右;所述的GaN帽層厚度為1.5nm;所述的HEMT器件的勢壘層鋁組分在25%~40%之間;所述的HEMT器件的鈍化層中間有一塊長方形槽狀的裸柵區域;所述的HEMT器件的裸柵區域無電極引出,尺寸在10μm~10mm范圍內;所述的HEMT器件的上方的覆蓋物的材質為高分子聚合材料,形狀為與裸柵相同的槽狀圖形。

3.  根據權利要求2所述的裝置,其中所述的微流室安裝在HEMT器件與高分子聚合材料形成的槽形空間內,微流室反應室尺寸設計與器件柵極圖形保持一致。

4.  根據權利要求3所述的裝置,其中所述的微流室的制造材料選用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS),除此以外,還可采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),聚酰亞胺(polyimide)等材料。;微流室包括其兩側的封接口,微流室與微注射泵連接。

5.  一種用于如權利要求1所述的裝置的HEMT器件,其制造方法包括步驟:
1)臺面刻蝕,即采用ICP方法刻蝕異質結材料形成器件的臺面隔離;
2)淀積源漏極歐姆金屬,采用電子束蒸發的方法獲得歐姆金屬層,歐姆金屬采用Ti/Al/Ni/Au四層結構,并在830℃下退火形成合金,獲得良好的源漏極歐姆接觸;
3)采用PECVD方法淀積Si3N4材料作為鈍化層;
4)光刻并采用ICP方法刻蝕Si3N4,露出裸柵區域。

6.  一種用于如權利要求1所述的裝置的微流室,其制造方法包括步驟:
1)采用光刻的方法或反應離子刻蝕(RIE)的方法制造出微流室凸突的陽模,然后在陽模上澆鑄PDMS,在約50℃溫度下固化后使PDMS從陽模上剝離,即制得微流室部件;
2)微流室兩端的小孔采用鉆孔法得到;
3)微流室部件與HEMT芯片封接工藝采用熱壓法或粘合法。

7.  根據權利要求1所述的裝置測量細胞膜電位的方法,所述方法包括步驟:
1)在無菌條件下,將獲取的新鮮的人體臍帶靜脈血加入1g/L膠原酶和2.5g/L胰蛋白酶(1:1)(V/V)的混合液15mL,置于37℃水浴箱中孵育8min;
2)將步驟1)得到的液體收集入離心管,用磷酸鹽緩沖液(PBS)沖洗臍靜脈2次,將沖洗后的液體一同收集入離心管,1000r/min離心10min,取上清液,加入完全培養液重懸細胞;
3)取0.1mL細胞懸液用4g/L臺盼藍染色后作活細胞計數;
4)將2×104/L細胞接種到24孔板中,每孔加入完全培養液1mL,置于37℃、950mL/L O2、50mL/L CO2培養箱內靜置培養,并采用臺盼藍排斥法,將0.1mL混勻的內皮細胞懸液與4g/L臺盼藍0.9mL混勻后,取1滴在顯微鏡下計數100個細胞;
5)用酒精對HEMT器件消毒后,使用纖連蛋白溶液(fibronectin)進行處理30min,并使用PBS沖洗,然后接種細胞,使細胞密度達到5000~12000cells/mm2,并保證細胞全程置于含5%CO2的37℃恒溫箱中;
6)采用微注射泵與細胞膜電位檢測裝置連接形成血液動力系統,該系統架設在37℃恒溫箱中維持溫度穩定,實驗中使用PBS作為流體,并且實驗全程通入含5%CO2的空氣以保持流體環境的酸堿度;
7)器件裸柵上培養的細胞受到的剪切力由以下公式推導:
τ=6wh2]]>
其中τ為細胞受到的剪切力,單位為dyne/cm2;η為流體即培養液的粘滯度(viscosity),單位為g/(cm·s);Q為流體每秒的流量,單位為cm3/s;w為器件的柵寬,h為微流室內壁高度;
8)采用半導體測試分析儀器,來測試HEMT器件的源漏電流,并通過如 下公式,轉化成對應的細胞膜電位:
VJD=ΔVGS=ΔIDS(gm)VDS]]>
其中,為細胞膜電位,為所加漏源電壓VDS下,且柵電壓VGS在-70mV~0V處對應的HEMT器件跨導。由于柵電壓的變化較小,可認為(gm)VDS為一個常數,由預先測量得到。

8.  根據權利要求7所述的測量細胞膜電位的方法,所述預先測量為:對在同一晶圓上、且采用相同版圖的常規三端HEMT器件,加相同漏源電壓VDS,測試其轉移曲線(VG-ID),得到柵電壓在-70mV~0V處對應的器件跨導值。

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一種 動態 實時 測量 細胞 膜電位 裝置
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