【《有机生物材料DNA薄膜概述》1900字】

有机生物材料DNA薄膜概述目录TOC\o"1-3"\h\u4276有机生物材料DNA薄膜概述 1187511.1DNA的结构 1273011.2生物材料的发展前景 2270891.1.1有机生物材料的优势 2135411.1.2有机生物材料的劣势 3250381.1.3有机生物材料的优化 3本课题为基于DNA薄膜功能层的忆阻器的制备及特性研究，使用Pt作为底电极、Ag作为顶电极、DNA薄膜为功能层。DNA薄膜属于一种常见的有机生物材料，相比于传统的无机材料存在较大的差异。一方面，有机生物材料具有良好的生物相容性和可降解性等优点；另一方面，生物材料所制备的器件在擦写速度、功耗等性能方面相较于传统的无机材料又有着不足之处。基于生物材料的忆阻器，在模拟神经突触方面有着非常巨大的优势，未来将在模拟神经突触以及人工智能等研究领域有着广泛的应用。本次实验将在Pt底电极上滴涂DNA溶液并进行干燥从而制备忆阻器的DNA薄膜功能层。本章将对本课题使用的DNA材料的相关内容进行简要的概述。1.1DNA的结构DNA全称DeoxyriboNucleicAcid即脱氧核糖核酸，是包括人类在内的绝大部分生命体用于携带遗传信息的物质，是由基本单元脱氧核苷酸组成的大分子聚合物，其结构是由两条脱氧核苷酸链所形成的双螺旋结构，两条链通过氢键进行连接，因此这种独特的双螺旋结构具有良好的稳定性。DNA双螺旋结构中的螺旋直径约为2到3nm，是一种纳米级别的生物材料，具有纳米效应。脱氧核苷酸由脱氧核糖、磷酸以及四种含氮碱基构成，四种碱基分别为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T），因此共存在四种脱氧核苷酸，这四种脱氧核苷酸通过各种方式的排列组合可以携带不同的遗传信息，并且携带信息量巨大。DNA由于其自身独特的双螺旋结构以及具有生物自组装等方面的优势在信息存储、人工智能等领域有着广阔的发展前景。图1.1DNA结构[43]图1.1是DNA的平面结构和立体结构。采用具有双螺旋结构的DNA薄膜为功能层来制作忆阻器，可以发挥其性能稳定、力学刚性、自组装等方面的优势。[3,39]本次实验将使用序列为5’-NH2-CCCTTCCCTTCCCTTTTTTCCCTTTTTTCCCAACCCAACCC-3’的DNA链溶液制备DNA薄膜。[38]1.2生物材料的发展前景DNA材料属于有机生物材料，是一种具有环保、易获得等方面优势的材料。像DNA溶液、蛋白质、纤维素等都属于有机生物材料，这些材料具有无机物不具备的优势，例如生物相容性、可生物降解性等，这些优势可以运用到器件的制备方面，与忆阻器、晶体管等器件结合。但是利用有机生物材料制备的器件并不是完美的，仍有许多缺点需要克服。下面对有机生物材料进行相关的概述。1.1.1有机生物材料的优势忆阻器的功能层是整个器件的核心，功能层材料的选择关乎忆阻器的核心性能，传统的忆阻器功能层选用金属氧化物或二维材料等无机材料。但随着对忆阻器的研究不断深入，有机生物材料也逐渐进入忆阻器的研究领域。一方面，有机生物材料种类多样、易获得、易制备、易加工，[23]基于有机生物材料的忆阻器的制备工艺简单，通常情况下选用有机生物材料进行滴涂或旋涂并干燥来制备有机薄膜功能层，制备工艺简单易操作并且在很大程度上节约了制备成本。另一方面，有机生物材料本身具有独特的性质，例如生物相容性、可生物降解性。忆阻器是一种类似于神经突触的器件，在模拟神经突触、与人工智能结合、在生物体的神经网络等方面具有很大的应用，但传统的无机材料忆阻器难免存在对生物体造成损害、不环保等一系列弊端，天然的有机生物材料的出现很好的改善了这一问题。有机生物材料出色的生物相容性可使忆阻器能更好的植入生物体内应用于神经系统网络，其可降解性也使得忆阻器具有良好的环保性。除此之外，有机生物材料还具有良好的延展性，便于转化和修饰[23]，这些优势使其在忆阻器方面有很大的应用前景，近年来也吸引众多的研究者关注有机生物材料忆阻器方面的研究。1.1.2有机生物材料的劣势采用有机生物材料制备的忆阻器并非是完美的，在器件性能方面相比于传统的无机材料忆阻器仍有较大的差距。有机生物材料忆阻器在速度、稳定性方面总体来说略逊于传统的无机材料。因此，从当前研究情况来看，忆阻器功能层材料的选择仍是以无机材料为主流，其中二元氧化物制备的忆阻器性能突出。由有机生物材料所制备的忆阻器擦写速度慢、稳定性差、使用寿命短。[23]有机材料忆阻器很多都没有达到工业标准，未来仍有很长的路要走，需要不断研究克服器件在性能方面的缺陷，才能获得更大发展前景、应用于更广阔的领域。1.1.3有机生物材料的优化将有机生物材料应用于忆阻器方面需要克服在速度、稳定性、寿命等方面的缺陷，需要对忆阻器中间功能层的有机生物材料进行优化或对忆阻器的制备工艺进行优化。一方面，可采用对功能层生物材料进行掺杂的方式来调节器件的性能，离子掺杂是一种有效的手段。离子掺杂具有掺杂温度低、易于