CN109728098A - 薄膜晶体管、传感器、检测方法、检测装置及检测*** - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种薄膜晶体管、传感器、检测方法、检测装置及检测***，其中，该薄膜晶体管包括：第一绝缘层、栅极、有源层、源极组件和漏极组件，第一绝缘层包括相对设置的第一面和第二面；栅极设置在第一绝缘层的第一面上；有源层设置在第一绝缘层的第二面上，有源层用于与待检测体内的铜离子反应；源极组件和漏极组件均设置在第一绝缘层的第二面上且分别位于有源层相对的两侧；该传感器包括电源、信号生成模块及如上的薄膜晶体管，电源分别与信号生成模块和薄膜晶体管连接；薄膜晶体管，用于与待检测体内的铜离子反应并生成检测信号；信号生成模块，用于基于检测信号生成体外可识别的通讯消息。本发明实施例能够检测待检测体内的铜离子浓度。

Description

薄膜晶体管、传感器、检测方法、检测装置及检测***

技术领域

本公开涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种薄膜晶体管、传感器、检测方法、检测装置及检测***。

背景技术

神经退行性疾病(Neurodegenerative disease)是一大脑和脊髓的细胞神经元丧失的疾病状态。神经退行性疾病(NDD)主要包括阿茨海默症(AD)，帕金森症(PD)，肌萎缩侧索硬化症(ALS)和亨廷顿舞蹈症(HD)等。大脑和脊髓由神经元组成，神经元有不同的功能，如控制运动，处理感觉信息，并作出决策。大脑和脊髓的细胞一般是不会再生的，过度的损害可能是毁灭性的，不可逆转的，所以对这类疾病的并没有可以阻止疾病发生的修饰药物，治疗方案主要在于病症的控制。针对这类疾病如果能够早发现早治疗就能够极大的缓解病症的发展，因此，针对这类疾病能否在早期发现就至关重要。但现有神经退行性疾病患者通常是在外在行为表现出现明显变化时，才会去就医并得以确诊，早期很难发现。

近年，根据相关医疗团队的研究发现，脑细胞中过量的铜离子会导致神经退行性疾病，但现有医学领域中对铜离子的检测主要是基于体外血液检测，对脑细胞中铜离子的检测精度较低，且很难做到实时检测。

发明内容

鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种能够检测待检测体内铜离子浓度的薄膜晶体管、传感器、检测方法、检测装置及检测***。

根据本公开的第一方案，提供了一种薄膜晶体管，其包括：

第一绝缘层，所述第一绝缘层包括相对设置的第一面和第二面；

栅极，所述栅极设置在所述第一绝缘层的第一面上；

有源层，所述有源层设置在所述第一绝缘层的第二面上，所述有源层用于与待检测体内的铜离子反应；

源极组件和漏极组件，所述源极组件和所述漏极组件均设置在所述第一绝缘层的第二面上且分别位于所述有源层相对的两侧。

在一些实施例中，所述源极组件包括贴靠在所述有源层侧方的源极和设置在所述源极外部的第二绝缘层；所述漏极组件包括贴靠在所述有源层侧方的漏极和设置在所述漏极外部的第三绝缘层。

在一些实施例中，所述第一绝缘层、所述第二绝缘层及所述第三绝缘层均为二氧化硅绝缘层。

在一些实施例中，所述栅极为石墨烯电极。

在一些实施例中，所述源极和漏极为碳纳米管电极。

在一些实施例中，所述有源层为黑磷纳米片有源层。

根据本公开的第二方案，提供了一种传感器，其包括：电源、信号生成模块及如上所述的薄膜晶体管，所述电源分别与所述信号生成模块和所述薄膜晶体管连接；

所述薄膜晶体管，用于与待检测体内的铜离子反应并生成检测信号；

所述信号生成模块，用于基于所述检测信号生成通讯消息。

在一些实施例中，所述电源为纳米发电机。

根据本公开的第三方案，提供了一种检测方法，应用如上所述的传感器，其特征在于，包括：

接收来自所述传感器的通讯消息，其中，所述通讯消息包括所述传感器检测到的检测信号；

根据所述检测信号确定待检测体内的铜离子浓度。

根据本公开的第四方案，提供了一种检测装置，其包括：

接收模块，用于接收来自如上所述的传感器的所述通讯消息，其中，所述通讯消息包括所述传感器检测到的检测信号；

确定模块，用于根据所述检测信号确定待检测体的生物细胞中的铜离子浓度。

根据本公开的第五方案，提供了一种检测***，其包括：如上所述的传感器和如上所述的检测装置。

应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本公开。

本节提供本公开中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1为本发明实施例涉及的薄膜晶体管的结构示意图；

图2为本发明实施例涉及的传感器的结构框图；

图3为本发明实施例涉及的传感器与细胞结合的示意图；

图4为本发明实施例涉及的检测方法的流程示意图；

图5为本发明实施例涉及的检测装置的结构框图；

图6为本发明实施例涉及的检测***的结构框图。

附图标记：

1-第一绝缘层；2-栅极；3-有源层；4-源极；5-漏极；6-第二绝缘层；7-第三绝缘层；8-薄膜晶体管；9-电源；10-信号生成模块。

具体实施方式

为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。

图1为本发明实施例的薄膜晶体管的结构示意图，参见图1所示，本发明实施例的薄膜晶体管包括：第一绝缘层1、栅极2、有源层3、源极组件和漏极组件，其中，第一绝缘层1包括相对设置的第一面和第二面；栅极2设置在第一绝缘层1的第一面上；有源层3设置在第一绝缘层1的第二面上，用于与待检测体内的铜离子反应；源极组件和漏极组件均设置在第一绝缘层1的第二面上且分别位于有源层3相对的两侧。需要说明的是，上述薄膜晶体管的尺寸是极其微小的，以至于该薄膜晶体管在例如近红外光谱的照射下能够穿越血脑障碍进入到例如大脑中，但此处不对其具体尺寸进行限定。

待检测体内的铜离子能够与抗坏血酸(AA)反应并催化O₂产生自由基，使体内氧化与抗氧化作用失衡，而自由基的过度产生和/或得不到及时消除，会导致机体的细胞和组织被损伤。上述薄膜晶体管的有源层3能够与待检测体内例如大脑中的铜离子反应，铜离子能够被吸附到有源层3的表面，进而导致有源层3自身的禁带宽度会发生变化，影响有源层3的载流子迁移率。在栅极2施加相同电压下，有源层3与不同浓度的铜离子反应后其自身的载流子迁移率变化量不同，导致源极组件和漏极组件之间的电流不同，通过检测源极组件和漏极组件之间的电流，就能够实现检测待检测体中铜离子浓度的目的。此外，通过有源层3与待检测体内例如大脑中的铜离子反应，还能够起到修复脑部组织的目的，具有一定的治疗效果。

在一些实施例中，该有源层3可为黑磷纳米片有源层。铜离子与黑磷纳米片有源层能够通过超分子相互作用，黑磷纳米片具有折叠蜂窝状的原子结构，每个磷原子有5个最外层的轨道电子，分别是三个单电子和一个孤对电子，三个单电子与其他三个磷原子形成共价键，外层将有一对孤对电子暴露出来，铜离子能够与具有暴露的孤对电子的磷原子相互作用，进而被吸附到黑磷纳米片表面，通过这种超分子的吸附作用，实现铜离子与黑磷纳米片结合。黑磷纳米片在与铜离子结合后其自身的禁带宽度和载流子迁移率均会发生明显变化，并且黑磷纳米片对正常生物组织无明显毒副作用，适于进行体内检测。但该有源层3不仅限于黑磷纳米片材质。

在一些实施例中，该源极组件可包括贴靠在黑磷纳米片有源层侧方的源极4和设置在源极4外部的第二绝缘层6；该漏极组件可包括贴靠在黑磷纳米片有源层侧方的漏极5和设置在漏极5外部的第三绝缘层7。通过第二绝缘层6和第三绝缘层7能够防止源极4和漏极5与待检测体直接接触，避免待检测体内例如体液或血液影响源极4和漏极5之间的电流。另外，第二绝缘层6和第三绝缘层7还能够起到固定源极4和漏极5的作用。

在一些实施例中，该第一绝缘层1、第二绝缘层6及第三绝缘层7均可为二氧化硅绝缘层。二氧化硅无毒，化学性质稳定，而且具有良好的生物相容性，不容易对待检测体的脑部组织产生危害。当然，该第一绝缘层1、第二绝缘层6、第三绝缘层7均不仅限于上述材质。

在一些实施例中，源极4和漏极5均可为碳纳米管电极。碳纳米管化学性质稳定，不容易对待检测体的脑部组织产生危害，具有较好的电学特性，且结构较为稳定，不容易损坏，容易加工成微小的结构，有益于该薄膜晶体管的小型化。

在一些实施例中，该栅极2可为石墨烯电极。石墨烯电极的化学性质稳定，不容易对待检测体的脑部组织产生危害，具有较好的电学特性，且结构较为稳定，不容易损坏，容易加工成微小的结构，有益于该薄膜晶体管的小型化。需要说明的是，源极4、栅极2和漏极5也不仅限于上述材质。

图2为本发明实施例的传感器的结构框图，参见图2所示，本发明实施例中的传感器包括：电源9、信号生成模块10及如上所述的薄膜晶体管8，电源9分别与信号生成模块10和薄膜晶体管8连接。例如，图3为本发明实施例的传感器与细胞结合的示意图，在本实施例中，该电源9包括第一电流输出端、第二电流输出端和电流输入端，电源9的第一电流输出端与薄膜晶体管8的漏极5连接，电源9的第二电流输出端与薄膜晶体管8的栅极2连接，信号生成模块10的电流输入端与薄膜晶体管8的源极4连接，信号生成模块10的电流输出端与电源9的电流输入端连接，这样就形成了一个完整的检测电路，薄膜晶体管8与细胞上的铜离子相互作用，检测电路就可以检测到细胞内铜离子浓度。

其中，薄膜晶体可以用于任何场景的铜离子检测，但由于薄膜晶体管8的尺寸极其微小，以至于在近红外光谱的照射下能够穿越血脑障碍进入到大脑中，因此，待检测体可以是大脑，即薄膜晶体可以用于与大脑中的铜离子反应并生成检测信号，该检测信号为电流信号。信号生成模块10能够接受到该检测信号，并能够基于该检测信号生成可体外识别的通讯消息，以便于体外检测装置能够识别到该通讯消息，并基于该通讯消息计算出待检测体内例如大脑中的铜离子浓度，使体内检测铜离子浓度成为可能。

在一个实施例中，该通讯消息可为通过无线信号传播的消息。例如，超声波，这样体外检测装置就能够方便的接受到该通讯消息。也即，该信号生成模块10为一无线信号生成模块10，用于生成能够无线传输到体外的无线信号。当然，该无线信号的具体类型不限，只要用于生成该无线信号的信号生成模块10能够满足植入体内要求即可。

在另一个实施例中，该通讯消息也可为通过电信号传播的消息。例如，该电信号为能够被现有技术中的脑电波检测装置获取到的电信号，这样就可以通过脑电波检测装置来获取该通讯消息，之后利用例如特征识别等计算方法得出铜离子浓度。也即，该信号生成模块10为电信号生成装置，用于生成能够被脑电波检测装置检测到的电信号。例如生成特定频段的电信号，脑电波检测装置获取到脑电信号后，通过频域分析提取该特定频段的电信号，即可获取到该通讯消息。当然，该通讯消息也可为其他形式，只要能够让体外的检测装置识别到即可。

在一些实施例中，该电源9可为纳米发电机，纳米发电机体积较小，有益于该传感器的小型化，植入体内后可例如待检测体内例如体液流动或者血液流动的能量，并将这些能量转化成电能，以维持该传感器的正常工作。显然，该电源9不仅限于上述形式。

本发明实施例还提供了一种检测方法，该检测方法应用如上所述的传感器对待检测体内的铜离子浓度进行检测。图4为本发明实施例的检测方法的流程示意图，参见图4所示，本发明的检测方法具体包括如下步骤：

S101，接收来自传感器的通讯消息，其中，该通讯消息包括检测到的检测信号，该检测信号为薄膜晶体管8生成的电流信号。

其中，该通讯消息可为通过无线信号传播的消息，例如，超声波信号。这样体外检测装置就能够方便的接受到该通讯消息。当然，该无线信号的具体类型不限，只要用于生成该无线信号的信号生成模块10的体积能够满足植入体内要求即可。该通讯消息也可为通过电信号传播的消息，例如，能够影响脑电波的信号，这样可利用现有技术中的脑电波检测装置来进行脑电波检测，之后利用例如特征识别等计算方法以获取到该通讯消息，并以此计算出铜离子浓度。当然，该通讯消息也可为其他形式，只要能够让体外的检测装置识别到即可。

S102，根据该检测信号确定待检测体内的铜离子浓度。

由于薄膜晶体管8在植入体内后其有源层3能够与待检测体内例如大脑中的铜离子反应，反应后有源层3自身的禁带宽度会发生变化，进而影响有源层3的载流子迁移率。在栅极2施加相同电压下，有源层3与不同浓度的铜离子反应后其自身的载流子迁移率变化量不同，进而导致源极组件和漏极组件之间的电流不同，也就是生成了电流形式的检测信号，信号生成模块10基于该检测信号生成可体外识别的通讯消息，该通讯消息包含了检测信号。这样，基于该通讯消息就可以计算出待检测体内例如大脑中的铜离子浓度。

图5为本发明实施例的检测装置的结构框图，参见图5所示，本发明实施例中的检测装置包括：接收模块和确定模块。

其中，该接收模块用于获取来自传感器的通讯消息，该通讯消息包括检测到的检测信号。在一些实施例中，该通讯消息可为通过无线信号传播的消息，例如，超声波信号。这时，该接收模块为与信号生成模块10相对应的、能够获取到该无线信号的装置。当然，该无线信号的具体类型不限，接收模块的具体类型也不限，只要能够获取到该无线信号即可。在另一些实施例中，该通讯消息也可为通过电信号传播的消息，例如，能够影响脑电波的信号。这时，该接收模块可为例如现有技术中的脑电波检测装置，通过该脑电波检测装置能够检测到受该通讯消息影响后的脑电波。之后，利用例如特征识别等计算方法以获取到该通讯消息。

确定模块用于根据该通讯消息确定待检测体内例如大脑中的铜离子浓度。由于薄膜晶体管8在植入体内后其有源层3能够与待检测体内例如大脑中的铜离子反应，反应后有源层3自身的禁带宽度会发生变化，进而影响有源层3的载流子迁移率。在栅极2施加相同电压下，有源层3与不同浓度的铜离子反应后其自身的载流子迁移率变化量不同，进而导致源极组件和漏极组件之间的电流不同，也就是生成了电流形式的检测信号，信号生成模块10基于该检测信号生成可体外识别的通讯消息，该通讯消息包含了检测信号。这样，基于该通讯消息就可以计算出待检测体内例如大脑中的铜离子浓度。

图6为本发明实施例的检测***的结构框图，参见图6所示，本发明的检测***包括如上所述的传感器和检测装置。

传感器植入体内后其薄膜晶体管8的有源层3能够与待检测体内例如大脑中的铜离子反应，反应后有源层3自身的禁带宽度会发生变化，进而影响有源层3的载流子迁移率。在栅极2施加相同电压下，有源层3与不同浓度的铜离子反应后其自身的载流子迁移率变化量不同，进而导致源极组件和漏极组件之间的电流不同，也就是生成了电流形式的检测信号，信号生成模块10基于该检测信号生成可体外识别的通讯消息。

检测装置包括接收模块和确定模块，接收模块能够获取来自传感器的通讯消息，确定模块能够根据该通讯消息确定待检测体内例如大脑中的铜离子浓度。

通过该传感器和检测装置配合，能够方便且实时的对待检测体内例如大脑中的铜离子浓度进行检测。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括：

第一绝缘层，所述第一绝缘层包括相对设置的第一面和第二面；

栅极，所述栅极设置在所述第一绝缘层的第一面上；

有源层，所述有源层设置在所述第一绝缘层的第二面上，所述有源层用于与待检测体内的铜离子反应；

源极组件和漏极组件，所述源极组件和所述漏极组件均设置在所述第一绝缘层的第二面上且分别位于所述有源层相对的两侧。

2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述源极组件包括贴靠在所述有源层侧方的源极和设置在所述源极外部的第二绝缘层；所述漏极组件包括贴靠在所述有源层侧方的漏极和设置在所述漏极外部的第三绝缘层。

3.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第一绝缘层、所述第二绝缘层及所述第三绝缘层均为二氧化硅绝缘层。

4.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极为石墨烯电极。

5.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述源极和漏极为碳纳米管电极。

6.根据权利要求1-5任一项所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述有源层为黑磷纳米片有源层。

7.一种传感器，其特征在于，包括：电源、信号生成模块及如权利要求1-6任一项所述的薄膜晶体管，所述电源分别与所述信号生成模块和所述薄膜晶体管连接；

所述薄膜晶体管，用于与待检测体内的铜离子反应并生成检测信号；

所述信号生成模块，用于基于所述检测信号生成通讯消息。

8.根据权利要求7所述的传感器，其特征在于，所述电源为纳米发电机。

9.一种检测方法，应用权利要求7或8所述的传感器，其特征在于，包括：

接收来自所述传感器的通讯消息，其中，所述通讯消息包括所述传感器检测到的检测信号；

根据所述检测信号确定待检测体内的铜离子浓度。

10.一种检测装置，与权利要求7或8所述的传感器交互，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收来自所述传感器的通讯消息，其中，所述通讯消息包括所述传感器检测到的检测信号；

确定模块，用于根据所述检测信号确定待检测体内的铜离子浓度。

11.一种检测***，其特征在于，包括：权利要求7或8所述的传感器和权利要求10所述的检测装置。