【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及晶体管材料，具体涉及一种具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管及其制备方法与应用。
技术介绍
1、随着智能织物可穿戴应用的逐步发展，纤维基有机电化学晶体管的制备逐渐受到广泛关注，但是现有技术制备的导电纤维应用于突触晶体管时，存在突触可塑性不佳的问题，因此纤维基突触晶体管还较少见。
2、现有的晶体管突触器件可以分为薄膜型晶体管、纤维基晶体管突触器件两种，而薄膜型晶体管突触器件结构仿生性差、机械稳定性不佳、共性贴合性及舒适性差。纤维基晶体管突触器件可以分为以下三类：第一类，纳米纤维膜/线，该类型尽管在能耗方面表现优异，但与基底的机械贴合性差，且难以大面积集成；第二类为在单根纤维上集成的突触晶体管，该类型常常选用铁电材料，因此工作电压过高；第三类，是树突网络结构的突触器件，该类型成功模拟了神经网络形态，但与生物突触能耗相比，pj级别的能耗过高。
3、公开号为cn114481603 b的专利提供了一种涤纶/氮化硼/聚吡咯复合导电纤维及纤维基神经突触晶体管器件。该神经突触晶体管包括相互交叉设置的源漏极和栅极，以及设置于交叉点之间的凝胶电解液。源漏极和栅极采用pet/bn/ppy复合导电纤维，该复合导电纤维是先在涤纶表面浸渍bn，然后将吡咯在其表面原位聚合生长，得到三维网状和线状结构的导电高分子复合纤维柔性电极材料。该纤维基神经突触晶体管器件具有柔软，生物相容性好，集成方式多样化的优点。pet/bn/ppy沟道材料高电导率有助于提高器件传感性能，但晶体管器件能耗也随之增加，达到0.85
4、有鉴于此，有必要设计一种具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管及其制备方法与应用，以解决上述问题。
技术实现思路
1、鉴于
技术介绍
中存在的技术问题，本申请提供了一种具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管及其制备方法与应用，该制备方法首先采用等离子体溅射技术改善纤维基材表面亲水性与电荷分布，再将二维层状结构mxene复合在纤维表面形成致密连续的薄膜，利用其大比表面积和丰富官能团均匀吸附有机半导体聚合物单体，诱导原位聚合反应得到具有多孔纳米结构的人工神经纤维。
2、该人工神经纤维体积电容大，能量耗散路径短，以该人工神经纤维作为晶体管源漏极，以在该人工神经纤维上负载生物识别分子的纤维作为晶体管栅极组装的纤维基突触晶体管工作电压低(<0.5v)、响应速度快(3s)、跨导高、能耗小(0.10fj/尖峰)、突触可塑性能优异。
3、该纤维基突触晶体管可应用于低能耗、高生化物质介导可塑性人工突触、脑机接口、感觉神经和智能电子织物等领域。
4、第一方面，本申请实施例提供了一种具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管的制备方法，包括以下步骤：
5、s1，在氮气/氢气混合气体条件下，对纤维基材进行等离子体刻蚀，刻蚀时间为3-30min；
6、s2，将步骤s1得到的纤维基材充分浸泡在mxene悬浮液中6-8h，取出后在10～60℃的真空烘箱中干燥；重复上述浸泡、干燥步骤2-6次；
7、s3，将步骤s2得到的mxene复合纤维基材置于导电高分子聚合物单体溶液中，浸润后，再通过低温原位聚合反应制备得到具有多孔纳米针状、线状和网状复合结构的人工神经纤维；
8、s4，在步骤s3得到的人工神经纤维上负载生物识别分子，得到栅极人工神经纤维；
9、s5，以步骤s3得到的人工神经纤维作为晶体管源漏极，在其两端涂上银浆；在中间位置滴加电解液，待其稍干，再滴加另一滴，如此反复2-3次垒起一定高度形成凝胶电解液；将步骤s4得到的栅极人工神经纤维放置于所述凝胶电解液上呈十字交叉型，同时再滴加一滴凝胶电解液，同样待其稍干，再滴加另外一滴稍干后，即得到具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管。
10、在一些实施例中，在步骤s2中，所述mxene悬浮液的浓度为0.1～12mg/ml。
11、在一些实施例中，在步骤s3中，所述低温原位聚合的时间为12～72h。
12、在一些实施例中，所述mxene为ti3c2tx、mo2ctx、mo2tic2tx、cr2tic2tx中的一种或多种，其片层厚度为1～10nm。
13、在一些实施例中，在步骤s4中，将所述生物识别分子负载在人工神经纤维上的方法为物理吸附法、化学偶联法、生物亲和法、物理包埋法、自组装技术中的一种或多种。
14、在一些实施例中，所述导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚3-己基噻吩、聚3-环己基噻吩、噻吩吡咯并吡咯二酮、聚环氧乙烷中的一种；所述纤维基材为棉、毛、蚕丝、锦纶、涤纶、腈纶、维纶、丙纶、粘胶纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种或多种。
15、在一些实施例中，所述凝胶电解液为离子液体凝胶电解质、生物质凝胶电解质中的一种。
16、第二方面，本申请实施例提供了一种具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管，所述纤维基突触晶体管由源漏极人工神经纤维、栅极人工神经纤维以及电解质组成；所述源漏极人工神经纤维包括纤维基材、负载在所述纤维基材上的导电高分子聚合物和mxene；所述栅极人工神经纤维包括纤维基材、负载在所述纤维基材上的导电高分子聚合物、mxene和生物识别分子。
17、在一些实施例中，所述纤维基突触晶体管的工作电压小于0.5v，跨导为7.0ms，且能耗低至0.10fj/尖峰。
18、所述纤维基突触晶体管用于低能耗、高体液生理标志物物质介导可塑性人工突触、脑机接口、感觉神经、智能电子织物领域。
19、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
20、(1)本申请提供的具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管的制备方法，首先在氮气/氢气混合气体条件下对纤维基材进行等离子体刻蚀，以增强纤维对带负电荷的mxene的亲和力，再将二维层状结构mxene复合在纤维表面形成致密连续的薄膜，利用其大比表面积和丰富官能团均匀吸附有机半导体聚合物单体，诱导原位聚合反应得到具有多孔纳米结构的人工神经纤维。
21、(2)该人工神经纤维体积电容大，能量耗散路径短，以该人工神经纤维作为晶体管源漏极，以在该人工神经纤维上负载生物识别分子的纤维作为晶体管栅极组装的纤维基突触晶体管工作电压低(<0.5v)、响应速度快(3s)、跨导高、能耗低至0.10fj/尖峰、突触可塑性能优异。
22、(3)本申请提供的具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管，在pbs和人工尿液环境下均成功实现了选择性和浓度依赖性突触行为，并具有显著的记忆效应，为人工神经形态装置与本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述MXene悬浮液的浓度为0.1～12mg/ml。
3.根据权利要求1所述的具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述低温原位聚合的时间为12～72h。
4.根据权利要求1所述的具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管的制备方法，其特征在于，所述MXene为Ti3C2Tx、Mo2CTx、Mo2TiC2Tx、Cr2TiC2Tx中的一种或多种，其片层厚度为1～10nm。
5.根据权利要求1所述的具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，将所述生物识别分子负载在人工神经纤维上的方法为物理吸附法、化学偶联法、生物亲和法、物理包埋法、自组装技术中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的具有
7.根据权利要求1所述的具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管的制备方法，其特征在于，所述凝胶电解液为离子液体凝胶电解质、生物质凝胶电解质中的一种。
8.一种具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管，其特征在于，由权利要求1-7中任一项所述的制备方法制备得到；所述纤维基突触晶体管由源漏极人工神经纤维、栅极人工神经纤维以及电解质组成；所述源漏极人工神经纤维包括纤维基材、负载在所述纤维基材上的导电高分子聚合物和MXene；所述栅极人工神经纤维包括纤维基材、负载在所述纤维基材上的导电高分子聚合物、MXene和生物识别分子。
9.根据权利要求8所述的具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管，其特征在于，所述纤维基突触晶体管的工作电压小于0.5V，且能耗低至0.10fJ/尖峰。
10.一种权利要求1-7中任一权利要求所述的制备方法制得的纤维基突触晶体管或权利要求8-9所述的纤维基突触晶体管的应用，其特征在于：所述纤维基突触晶体管用于低能耗、高体液生理标志物物质介导可塑性人工突触、脑机接口、感觉神经、智能电子织物领域。
...【技术特征摘要】
1.一种具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述mxene悬浮液的浓度为0.1～12mg/ml。
3.根据权利要求1所述的具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，所述低温原位聚合的时间为12～72h。
4.根据权利要求1所述的具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管的制备方法，其特征在于，所述mxene为ti3c2tx、mo2ctx、mo2tic2tx、cr2tic2tx中的一种或多种，其片层厚度为1～10nm。
5.根据权利要求1所述的具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管的制备方法，其特征在于，在步骤s4中，将所述生物识别分子负载在人工神经纤维上的方法为物理吸附法、化学偶联法、生物亲和法、物理包埋法、自组装技术中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的具有超低能耗和体液生理标志物介导可塑性的纤维基突触晶体管的制备方法，其特征在于，所述导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚3-己基噻吩、聚3-环己基噻吩、噻吩吡咯...
【专利技术属性】
技术研发人员：卿星，王栋，陈斌，肖晴，罗词文，张曹扬，李沐芳，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：
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