组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
神经元动作电位（neuronal action potentials）、细胞电活动（cellular electrical activity）；样品基质：体外神经元/心肌细胞/HEK 细胞培养液、脑片、生理盐水
检测原理
该综述所述 CMOS 细胞基生物传感器以全细胞作为识别元件。神经元或心肌细胞贴附于 CMOS 微电极表面，细胞膜去极化产生动作电位或离子电流。细胞与电极之间存在纳米级间隙和固-液双电层，电信号通过欧姆耦合或电容耦合传递到金属电极，或经电解质-氧化物-半导体（EOS）FET 栅极调制沟道电流。电极阻抗、细胞-电极间隙和界面电容决定信号幅度与信噪比；铂黑等粗糙化导电层可降低阻抗并减少热噪声。药物或刺激改变细胞电活动，使记录电位频率、幅度或网络同步性变化，最终由片上 CMOS 放大器与数据采集系统读出。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
综述指出标准 CMOS 铝电极在生理盐水中易受氯离子腐蚀，生物相容性依赖稳定氧化物。通过阳极氧化多孔氧化铝并电沉积金、铂黑，30 μm 电极 1 kHz 阻抗可低于 40 kΩ，接近商用 MEA：MCS TiN 39–41 kΩ，MED64 Pt-black 7–10 kΩ，Ayanda Pt 400–600 kΩ。RGD、YIGSR 和层粘连蛋白可减小细胞-电极间隙，TEM 测得约 26–108 nm。3Brain CMOS MEA 含 4096 个 21×21 μm 电极、间距 42 μm，价格约 £140，低于 MCS £250–300。未报告统一选择性、RSD 或回收率；作者认为低成本后处理、封装和可靠性是商业化关键。
传感器的构成
- 基底/换能器：CMOS 硅集成电路（Si CMOS IC），集成 FET、放大器与多路复用电路，作为微电极阵列和信号处理基底
- 金属电极层：Al-Si-Cu 键合焊盘/金属层（Al-Si-Cu bondpads），形成电极，但需后处理改善电化学稳定性
- 钝化层：氮化硅钝化层（Si3N4 passivation），保护电路并开窗暴露电极
- 表面修饰层：多孔氧化铝（porous alumina）或氮化钛（TiN），提高生物相容性并降低腐蚀
- 低阻抗导电层：金（Au）和铂黑（Pt-black）电沉积层，降低电极阻抗、改善信噪比
- 识别元件：神经元、心肌细胞或 HEK 细胞等全细胞生物受体（neurons/cardiomyocytes/HEK cells），贴附于电极表面
- 细胞黏附层：RGD、YIGSR、层粘连蛋白（laminin）或聚乙烯亚胺（PEI），促进细胞贴附并减小细胞-电极间隙
- 信号读出：CMOS 低噪声前置放大器与数据采集系统（low-noise amplifier/DAQ），记录动作电位或阻抗变化
中文摘要
将标准集成电路（IC）技术用作细胞基生物传感器的换能器，用于药物发现药理学、神经接口系统和电生理学研究，要求电极具备电化学稳定性、生物相容性和低成本。然而，广泛使用的互补金属氧化物半导体（CMOS）IC 技术本身难以满足电化学稳定性要求。对于仅用于研究的器件，可在洁净室中通过后处理修饰 CMOS；但要使 CMOS 成为商用生物传感器的基础，必须仅采用低成本后处理技术，以保留 CMOS 制造的规模经济优势。本综述重点介绍 CMOS 集成电路作为换能系统组成部分的细胞基生物传感器设计方法，尤其关注多电极阵列在体外神经科学中的应用。针对具体应用，选择合适的 IC 封装方法仍面临重大挑战。文章综述了相关挑战与困难，并提出若干潜在解决方案。
英文摘要
The adaptation of standard integrated circuit (IC) technology as a transducer in cell-based biosensors in drug discovery pharmacology, neural interface systems and electrophysiology requires electrodes that are electrochemically stable, biocompatible and affordable. Unfortunately, the ubiquitous Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) IC technology does not meet the first of these requirements. For devices intended only for research, modification of CMOS by post-processing using cleanroom facilities has been achieved. However, to enable adoption of CMOS as a basis for commercial biosensors, the economies of scale of CMOS fabrication must be maintained by using only low-cost post-processing techniques. This review highlights the methodologies employed in cell-based biosensor design where CMOS-based integrated circuits (ICs) form an integral part of the transducer system. Particular emphasis will be placed on the application of multi-electrode arrays for in vitro neuroscience applications. Identifying suitable IC packaging methods presents further significant challenges when considering specific applications. The various challenges and difficulties are reviewed and some potential solutions are presented.