【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器领域，具体涉及一种基于延展栅mosfet的细胞膜电位传感器及其应用。
技术介绍
1、细胞是生物体的基本组成单元。细胞外围有一层主要由液态脂质双分子层和蛋白质组成的细胞膜，将细胞与胞外环境分隔开。细胞膜两侧的离子浓度分布不均匀，如多数动物细胞内na+、cl-、ca2+等离子浓度低于胞外浓度，而k+浓度高于胞外浓度，这导致膜两侧存在电位差，称为细胞的膜电位。膜电位可分为静息电位和动作电位。当细胞未受到外来刺激且保持正常的新陈代谢时，其膜电位表现为外正内负，即细胞膜内较细胞膜外为负值，且电位差稳定在某一相对恒定的水平，称为细胞的静息电位；当细胞受到刺激时，在静息电位的基础上会发生短暂的电位变化，包括一个上升相和一个下降相，这种电位变化称为细胞的动作电位。由于膜电位反映了细胞膜离子通道的通闭、离子的转运等等，在神经信息传递、生命调控、细胞通讯等一系列生命过程中起着重要的作用，因此，细胞膜电位检测技术的研究具有重大意义。
2、细胞膜电位传感器以活体细胞为研究对象，分析细胞的膜电位在外界光、电或药物刺激下的行为，可在很大程度上拓宽目前生物医学测量与控制等研究领域。在生物医学研究中，细胞膜电位是研究细胞生理活动和疾病机制的重要参数之一。传统的细胞膜电位传感器主要分为两种类型：1)膜片钳技术；2)微电极阵列(meas)。
3、膜片钳技术属于细胞内记录法，为记录单个细胞或单细胞膜片上的电流来测量膜电位的技术。主要通过内装电极的玻璃毛细血管接触细胞膜，使之形成密封并与周围细胞膜在电学上绝缘，通过对该膜片实
4、微电极阵列(meas)通过在多孔电极阵列上培养细胞并测量细胞群体的电活动来测量膜电位的技术。具体为通过用微电子加工技术形成的au/cr、ir或者pt等尺寸为微米级的电极阵列接触细胞，记录细胞动作电位频率、幅值以及细胞间信号传导等参数。微电极阵列属于细胞外测量，具有无损、长期、并行输出多路探测信号等优势，但由于细胞膜属于微弱信号。在电极阵列走线上损耗信号相对较大，且走线间信号串扰较大。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有细胞膜电位传感器的不足，提供一种基于延展栅mosfet的细胞膜电位传感器及其应用，该细胞膜电位传感器采用延展栅金属氧化物半导体场效应晶体管作为细胞膜电位传感器，用mosfet的源漏电阻值来表征细胞的膜电位，是突破传统的膜片钳技术和微电极阵列型细胞膜传感器胞内测量瓶颈和集成瓶颈的可行方案。测量时通过改变体接触电极的电势来使未放置细胞时的传感器工作点位于亚阈值区，此时源漏电阻值对细胞电位敏感度最大。且未放置细胞时的传感器初始电阻可根据后续读出电路需求大范围可调。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
3、本专利技术提供了一种基于延展栅mosfet的细胞膜电位传感器，包括衬底，衬底上设有体扩散区、源扩散区和漏扩散区，所述源扩散区和漏扩散区之间形成氧化层，氧化层表面形成栅极金属电极，所述细胞膜电位传感器还包括从所述栅极金属电极引出的延展栅金属电极，
4、检测时，所述延展栅金属电极用于放置待检测的细胞。
5、优选的，所述衬底的材料为以下至少一种：硅衬底、锗衬底、砷化镓衬底。
6、具体的，所述体扩散区通过在衬底对应区域进行p型掺杂形成；
7、所述源扩散区和漏扩散区通过在衬底对应区域进行n型重掺杂形成。
8、具体的，所述氧化层的材料为以下至少一种：氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧氮化硅；
9、所述栅极金属电极的材料为以下至少一种：铝、铜、镍硅合金；
10、所述延展栅金属电极的材料为以下至少一种：铝、铜、金。
11、进一步地，所述体扩散区的厚度为10～50nm；所述源扩散区和漏扩散区的厚度各为10～50nm；所述氧化层的厚度为10～100nm；所述栅极金属电极的厚度为10～50nm；所述延展栅金属电极的厚度为10～50nm。
12、本专利技术还提供了所述细胞膜电位传感器的制备方法，包括以下步骤：
13、(1)在衬底的对应区域进行p型掺杂形成体扩散区；
14、(2)在衬底的对应区域进行n型重掺杂形成源扩散区和漏扩散区；
15、(3)在衬底位于源扩散区和漏扩散区之间光刻出栅极，沉积氧化层，并在氧化层表面沉积形成栅极金属电极；
16、(4)在硅片上沉积形成延展栅金属电极，将延展栅金属电极与栅极金属电极进行引线键合连接。
17、常用固定金属引线的材料可以为金、铝、铜中的任意一种。
18、具体的，步骤(1)中，进行p型掺杂形成体扩散区前，需要在衬底表面光刻体区域，光刻体区域的方法可以为紫外光刻、激光直写和电子束光刻；进行p型掺杂形成体扩散区时，掺杂的方法为热扩散或离子注入，掺杂的浓度为1015每立方厘米至1017每立方厘米，掺杂并退火，退火的方式可以选择热退火、微波退火或激光退火；
19、步骤(2)中，进行n型重掺杂形成源扩散区和漏扩散区前，需要在衬底表面光刻源漏区域，光刻这两个区域的方法可以为紫外光刻、激光直写和电子束光刻；进行n型重掺杂形成源扩散区和漏扩散区时，掺杂的方法为热扩散或离子注入，掺杂的浓度为1017每立方厘米至1020每立方厘米，掺杂并退火，退火的方式可以选择热退火、微波退火或激光退火。
20、步骤(3)中，光刻出栅极的方法可以选择紫外光刻、激光直写和电子束光刻，沉积氧化层的方法为原子层气相沉积或热氧化。
21、步骤(3)和步骤(4)中，沉积形成栅极金属电极和沉积形成延展栅金属电极的方法均为磁控溅射或热蒸发。
22、本专利技术还提供了一种细胞膜电位检测方法，使用所述细胞膜电位传感器，所述细胞膜电位检测方法包括以下步骤：
23、(1)将待检测的细胞体外培养在所述延展栅金属电极上；其中待检测的细胞使用单个细胞进行检测；
24、(2)体扩散区、源扩散区和漏扩散区分别作为体接触电极、源极和漏极，体接触电极施加一个特定电压，漏极施加恒定电压，源极接地，测量漏极电流随时间变化情况，计算出源漏电阻值，
25、其中，体接触电极施加特定电压为使所述细胞膜电位传感器在栅压为零下工作在亚阈值区的电压；所述漏极施加恒定电压为使所述细胞膜电位传感器工作在线性区的电压，取漏极电压除以漏极电流值为源漏电阻值；
26、(3)细胞接受刺激后，细胞膜电位改变导致延展栅金属电极和栅极金属电极电压的改变，源漏电阻值相应发生变化，从而实现对细胞膜电位的传感检测。
27、本专利技术提供一种基于延展栅mosfet的细胞膜电位传感器采用衬底场效应晶体管的结构，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于延展栅MOSFET的细胞膜电位传感器，其特征在于，包括衬底，衬底上设有体扩散区、源扩散区和漏扩散区，所述源扩散区和漏扩散区之间形成氧化层，氧化层表面形成栅极金属电极，所述细胞膜电位传感器还包括从所述栅极金属电极引出的延展栅金属电极，
2.根据权利要求1所述基于延展栅MOSFET的细胞膜电位传感器，其特征在于，所述衬底的材料为以下至少一种：硅衬底、锗衬底、砷化镓衬底。
3.根据权利要求2所述基于延展栅MOSFET的细胞膜电位传感器，其特征在于，所述体扩散区通过在衬底对应区域进行p型掺杂形成；
4.根据权利要求2所述基于延展栅MOSFET的细胞膜电位传感器，其特征在于，所述氧化层的材料为以下至少一种：氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧氮化硅；
5.根据权利要求1所述基于延展栅MOSFET的细胞膜电位传感器，其特征在于，所述体扩散区的厚度为10～50nm；
6.权利要求1～5任一所述细胞膜电位传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中，进行p型掺杂形成
8.一种细胞膜电位检测方法，其特征在于，使用权利要求1～5任一所述细胞膜电位传感器，所述细胞膜电位检测方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于延展栅mosfet的细胞膜电位传感器，其特征在于，包括衬底，衬底上设有体扩散区、源扩散区和漏扩散区，所述源扩散区和漏扩散区之间形成氧化层，氧化层表面形成栅极金属电极，所述细胞膜电位传感器还包括从所述栅极金属电极引出的延展栅金属电极，
2.根据权利要求1所述基于延展栅mosfet的细胞膜电位传感器，其特征在于，所述衬底的材料为以下至少一种：硅衬底、锗衬底、砷化镓衬底。
3.根据权利要求2所述基于延展栅mosfet的细胞膜电位传感器，其特征在于，所述体扩散区通过在衬底对应区域进行p型掺杂形成；
4.根据权利要求2所述基于延展栅mosfet的细胞膜电位传感器，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：张睿，张心怡，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：
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