研发设备

我们的3D传感设备的强大之处在于其可调谐特性，不仅受电极布置的控制，还受设备曲率的控制。自卷装置允许3D组织尺度电生理学测量（图1C），这是传统电子设备无法在2D芯片表面上制造的。　3D天然组织与2D测量平台的界面是有限的，因为紧密的组织传感器界面只能在组织的顶点上实现，如图1D所示。从各个方向测量整个3D构造的电活动提供了获得对总构造中的信号传播的理解的独特机会。为了实现这种电生理学研究模式，这项工作开发了3D－SR－BA。通过策略性地放置电极并调节卷起的曲率，3D－SR－BA装置有可能提供关于细胞簇和组织的电生理行为的更丰富的信息。为了触发这种自动滚动，我们在牺牲层上制造3D－SR－BA（参见材料和方法），并在金属电极线上制造聚合物支撑，为FET提供源极和漏极互连，如图2A所示。当阵列自发地自卷时，阵列在蚀刻掉牺牲层时获得3D构象（图2，B和C，以及电影S1）。为了获得所需的曲率，用于构造这些装置的材料的力学和机械性能起着重要作用（21）。与Li和同事（22）所展示的具有半导体薄膜的器件类似，3D－SR－BA的形状转换由不同组成层之间的残余失配应力驱动。虽然SU－8层中的残余应力可忽略不计（14），但在Pd和Cr层（23，24）中可产生相当大的拉应力。纳米级金属薄膜中的残余应力水平很大程度上取决于薄膜厚度和制造工艺。可以通过改变沉积压力，沉积速率和最终膜厚度来控制这种残余应力（23，24）。改变这些结构中的SU－8层厚度进一步调节曲率半径。残余应力的确切量不容易通过实验测量（25），但残余应力的影响可以通过数值力学分析来研究。进行系统的三维有限元分析（FEA）以了解3D－SR－BA的自滚动行为。表S1总结了不同组成层的厚度和机械性能。在所有模拟中，采用较厚的底部SU－8层和相对较薄的顶部SU－8层来实现定向轧制。这种残余应力引起的自滚动行为被建模为差热膨胀驱动的形状转换问题，并且材料和方法中列出了模拟的进一步细节。