有機(jī)生物材料DNA薄膜概述目錄TOC\o"1-3"\h\u4276有機(jī)生物材料DNA薄膜概述 1187511.1DNA的結(jié)構(gòu) 1273011.2生物材料的發(fā)展前景 2270891.1.1有機(jī)生物材料的優(yōu)勢(shì) 2135411.1.2有機(jī)生物材料的劣勢(shì) 3250381.1.3有機(jī)生物材料的優(yōu)化 3本課題為基于DNA薄膜功能層的憶阻器的制備及特性研究，使用Pt作為底電極、Ag作為頂電極、DNA薄膜為功能層。DNA薄膜屬于一種常見(jiàn)的有機(jī)生物材料，相比于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)材料存在較大的差異。一方面，有機(jī)生物材料具有良好的生物相容性和可降解性等優(yōu)點(diǎn)；另一方面，生物材料所制備的器件在擦寫(xiě)速度、功耗等性能方面相較于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)材料又有著不足之處。基于生物材料的憶阻器，在模擬神經(jīng)突觸方面有著非常巨大的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)將在模擬神經(jīng)突觸以及人工智能等研究領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本次實(shí)驗(yàn)將在Pt底電極上滴涂DNA溶液并進(jìn)行干燥從而制備憶阻器的DNA薄膜功能層。本章將對(duì)本課題使用的DNA材料的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)要的概述。1.1DNA的結(jié)構(gòu)DNA全稱DeoxyriboNucleicAcid即脫氧核糖核酸，是包括人類在內(nèi)的絕大部分生命體用于攜帶遺傳信息的物質(zhì)，是由基本單元脫氧核苷酸組成的大分子聚合物，其結(jié)構(gòu)是由兩條脫氧核苷酸鏈所形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)，兩條鏈通過(guò)氫鍵進(jìn)行連接，因此這種獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中的螺旋直徑約為2到3nm，是一種納米級(jí)別的生物材料，具有納米效應(yīng)。脫氧核苷酸由脫氧核糖、磷酸以及四種含氮堿基構(gòu)成，四種堿基分別為腺嘌呤（A）、鳥(niǎo)嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T），因此共存在四種脫氧核苷酸，這四種脫氧核苷酸通過(guò)各種方式的排列組合可以攜帶不同的遺傳信息，并且攜帶信息量巨大。DNA由于其自身獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)以及具有生物自組裝等方面的優(yōu)勢(shì)在信息存儲(chǔ)、人工智能等領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。圖1.1DNA結(jié)構(gòu)[43]圖1.1是DNA的平面結(jié)構(gòu)和立體結(jié)構(gòu)。采用具有雙螺旋結(jié)構(gòu)的DNA薄膜為功能層來(lái)制作憶阻器，可以發(fā)揮其性能穩(wěn)定、力學(xué)剛性、自組裝等方面的優(yōu)勢(shì)。[3,39]本次實(shí)驗(yàn)將使用序列為5’-NH2-CCCTTCCCTTCCCTTTTTTCCCTTTTTTCCCAACCCAACCC-3’的DNA鏈溶液制備DNA薄膜。[38]1.2生物材料的發(fā)展前景DNA材料屬于有機(jī)生物材料，是一種具有環(huán)保、易獲得等方面優(yōu)勢(shì)的材料。像DNA溶液、蛋白質(zhì)、纖維素等都屬于有機(jī)生物材料，這些材料具有無(wú)機(jī)物不具備的優(yōu)勢(shì)，例如生物相容性、可生物降解性等，這些優(yōu)勢(shì)可以運(yùn)用到器件的制備方面，與憶阻器、晶體管等器件結(jié)合。但是利用有機(jī)生物材料制備的器件并不是完美的，仍有許多缺點(diǎn)需要克服。下面對(duì)有機(jī)生物材料進(jìn)行相關(guān)的概述。1.1.1有機(jī)生物材料的優(yōu)勢(shì)憶阻器的功能層是整個(gè)器件的核心，功能層材料的選擇關(guān)乎憶阻器的核心性能，傳統(tǒng)的憶阻器功能層選用金屬氧化物或二維材料等無(wú)機(jī)材料。但隨著對(duì)憶阻器的研究不斷深入，有機(jī)生物材料也逐漸進(jìn)入憶阻器的研究領(lǐng)域。一方面，有機(jī)生物材料種類多樣、易獲得、易制備、易加工，[23]基于有機(jī)生物材料的憶阻器的制備工藝簡(jiǎn)單，通常情況下選用有機(jī)生物材料進(jìn)行滴涂或旋涂并干燥來(lái)制備有機(jī)薄膜功能層，制備工藝簡(jiǎn)單易操作并且在很大程度上節(jié)約了制備成本。另一方面，有機(jī)生物材料本身具有獨(dú)特的性質(zhì)，例如生物相容性、可生物降解性。憶阻器是一種類似于神經(jīng)突觸的器件，在模擬神經(jīng)突觸、與人工智能結(jié)合、在生物體的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方面具有很大的應(yīng)用，但傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)材料憶阻器難免存在對(duì)生物體造成損害、不環(huán)保等一系列弊端，天然的有機(jī)生物材料的出現(xiàn)很好的改善了這一問(wèn)題。有機(jī)生物材料出色的生物相容性可使憶阻器能更好的植入生物體內(nèi)應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，其可降解性也使得憶阻器具有良好的環(huán)保性。除此之外，有機(jī)生物材料還具有良好的延展性，便于轉(zhuǎn)化和修飾[23]，這些優(yōu)勢(shì)使其在憶阻器方面有很大的應(yīng)用前景，近年來(lái)也吸引眾多的研究者關(guān)注有機(jī)生物材料憶阻器方面的研究。1.1.2有機(jī)生物材料的劣勢(shì)采用有機(jī)生物材料制備的憶阻器并非是完美的，在器件性能方面相比于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)材料憶阻器仍有較大的差距。有機(jī)生物材料憶阻器在速度、穩(wěn)定性方面總體來(lái)說(shuō)略遜于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)材料。因此，從當(dāng)前研究情況來(lái)看，憶阻器功能層材料的選擇仍是以無(wú)機(jī)材料為主流，其中二元氧化物制備的憶阻器性能突出。由有機(jī)生物材料所制備的憶阻器擦寫(xiě)速度慢、穩(wěn)定性差、使用壽命短。[23]有機(jī)材料憶阻器很多都沒(méi)有達(dá)到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，未來(lái)仍有很長(zhǎng)的路要走，需要不斷研究克服器件在性能方面的缺陷，才能獲得更大發(fā)展前景、應(yīng)用于更廣闊的領(lǐng)域。1.1.3有機(jī)生物材料的優(yōu)化將有機(jī)生物材料應(yīng)用于憶阻器方面需要克服在速度、穩(wěn)定性、壽命等方面的缺陷，需要對(duì)憶阻器中間功能層的有機(jī)生物材料進(jìn)行優(yōu)化或?qū)涀杵鞯闹苽涔に囘M(jìn)行優(yōu)化。一方面，可采用對(duì)功能層生物材料進(jìn)行摻雜的方式來(lái)調(diào)節(jié)器件的性能，離子摻雜是一種有效的手段。離子摻雜具有摻雜溫度低、易于