高通量生物传感器筛选与优化对健康和环境监测中的快速准确检测至关重要。传统生物传感器设计与优化依赖手工移液、大体积样品和长时间孵育，通量低且难以满足大规模文库筛选需求。本文提出一种模块化液滴微流控系统，将定制 CMOS 集成电路嵌入微流控芯片，用于阻抗谱和生物发光检测。芯片采用 65 nm 工艺制造，可实现对纳升级液滴的高效检测与分析...
全球农产品损失主要由病原真菌引起。本研究开发一种基于互补金属氧化物半导体（CMOS）的生物传感器，用于检测胶孢炭疽菌（Colletotrichum gloeosporioides）的休眠期标志物——烯酰辅酶A水合酶/异构酶（enoyl-CoA-hydratase/isomerase）的 DNA/mRNA 序列。传感器以玻璃管为基底，...
本文旨在展示利用二维阻抗谱（2D EIS）在CMOS生物传感器微电极阵列上识别细菌生物膜生长区域。作者设计并应用了一种新型多通道阻抗谱仪器，可与CMOS微电极阵列平台集成，提供1 Hz至100 kHz宽频率范围，支持可调刺激电压，并能够以每秒一次的频率对整个阻抗传感器阵列进行测量，从而实现对生物膜生长的实时二维空间与时间评估。相邻传...
采后果实腐烂主要由真菌病原引起，造成重大损失。本研究利用CMOS传感器鉴定在果实中处于休眠期的胶果刺盘孢菌（Colletotrichum gloeosporioides）上调的特异性mRNA序列。鉴定采用三明治法：与C. gloeosporioides休眠期mRNA互补的链固定在CMOS表面，再暴露于目标互补报告链。当存在目标序列时...
本文报道了一种基于碳纳米管场效应晶体管（CNTFET）的单片 CMOS 生物传感器平台，用于检测神经递质谷氨酸。该平台采用互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺制备，集成 9216 个 CNTFET 传感单元和 96 个可调读出与放大通道，芯片尺寸为 6.4×3.0 mm²。单壁碳纳米管（SWCNT）通过介电泳（DEP）沉积在铂电极对...
介电电泳（DEP）是一种非破坏、非侵入技术，适用于即时医疗诊断。该技术可在微型平台上对细胞或分子等生物颗粒进行固定、分离、旋转和检测。利用互补金属氧化物半导体（CMOS）等先进平面工艺，可通过叉指电容生物传感器实现DEP。本文采用有限元仿真研究了叉指电极（IDE）阵列对微米和亚微米颗粒的介电电泳固定。CMOS兼容IDE被置于硅微流控...
高通量小电流记录在生物传感器应用中日益常见，包括体内多巴胺测量、单细胞电生理、光电容积脉搏波、脉搏血氧和纳米孔记录，因此需要高度可扩展的跨阻放大器设计。半共享放大器通过让多个反相半共享同一非反相半，可将硅面积和功耗降低近一半。本文分析了一种简单半共享放大器结构的可扩展性，并研究增加共享反相半数量带来的折中。基于该结构设计了以电容电流...
本文报道了一种单片互补金属氧化物半导体（CMOS）生物传感器平台的设计与表征。该平台由基于开关矩阵的 9216 个碳纳米管场效应晶体管（CNTFET）阵列及相应读出电路组成。开关矩阵可灵活选择并同步将 96 个传感元件路由至对应读出通道。为实现 50 kΩ 至 1 GΩ 范围内的电阻测量，作者采用低噪声、宽带宽、宽动态范围跨阻连续时...
本文提出一种可头戴式无线光纤生物光度微系统，用于在自由行为啮齿动物中慢性检测与神经活动相关的荧光信号波动。该系统将传统有线光纤生物光度系统的核心功能集成于无线微型平台，包括蓝色 LED 激发光源、定制 CMOS 生物传感器、多模光纤、微控制器和无线数据收发器，并封装于轻质 3D 打印外壳中。CMOS 生物传感器采用 0.18 µm ...
开发了一种互补金属氧化物半导体（CMOS）芯片生物传感器，用于基于环形振荡器的电容传感器阵列进行细胞活力监测。芯片采用低温共烧陶瓷（LTCC）模块封装，并通过倒装芯片键合技术集成。微控制器驱动芯片，整个测量系统由计算机控制。所开发的生物传感器用于贴壁细胞增殖阶段的测量，其响应取决于附着在芯片表面的健康、存活和增殖细胞与从芯片表面脱落...
荧光生物光度测量需要宽动态范围和高灵敏度，因为微小荧光变化常淹没在噪声与组织高背景自荧光中，亟需兼具高线性、高灵敏和高能效的小型探测器。本文提出一种新型生物光度传感器，将低噪声传感前端与二阶连续时间ΣΔ调制器（CTSDM）合并为单一模块，以实现高灵敏、高能效的光传感。具体而言，差分CMOS光电探测器与基于差分电容跨阻放大器（DCTI...
本文基于原子尺度结构描述，建立了用于高频阻抗谱（HFIS）纳米电极对T=3病毒衣壳及完整病毒响应的简化集总几何与电学模型，以评估现实HFIS CMOS纳米电极生物传感器平台对不同病毒的理论检测响应。研究选取植物病毒豇豆花叶病毒（CCMV）、动物病毒兔出血症病毒（RHDV）和人类病毒甲型肝炎病毒（HAV），计算其电容谱，并归纳谱图共同...
冠心病及其并发症严重威胁人类健康。本文对一种用于心脏疾病诊断的集成CMOS生物分子传感器进行临床前评估，检测三种心脏生物标志物：心肌特异性肌钙蛋白I（cTnI）、N端脑钠肽前体（NT-proBNP）和白细胞介素-6（IL-6）。该传感器采用商用0.35 µm CMOS工艺制造，基于低掺杂多晶硅线型场效应结构，并以惠斯通电桥排列四个多...
本文综述了被动与集成近场微波生物传感器的发展。微波（1–100 GHz）与生物材料的相互作用主要取决于水含量和介电弛豫，水的德拜弛豫特征频率约为17 GHz，因此生物样品中水与生物分子之间的介电常数差异可被近场微波结构敏感地探测。被动微波生物传感器通常由微带线、共面线、波导、谐振器或互指电容等结构构成，制备于微波介质基板上，通过散射...
感染性疾病的及时、准确诊断是当前现代医学面临的重大挑战之一。开发创新技术，以便在即时检测点使用低成本、便携仪器快速、准确鉴定细菌病原体，至关重要。我们开发了一种新型全电子生物传感器，能够在10分钟内识别细菌。该技术利用细菌天然产生的蛋白毒素——细菌素作为选择性生物识别元件，将其与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺中的钾离子选择性传...
本文综述了互补金属氧化物半导体（CMOS）技术在集成生物传感器阵列中的进展。作者首先介绍 CMOS 工艺、后处理与封装方法，说明如何将晶圆级读出电路与生物识别界面结合，形成可用于液体环境的微型传感系统。随后系统总结 CMOS 作为换能器及信号处理电路在电化学、场效应、阻抗、电容、光学、磁性和压电等生物传感器中的应用，涵盖恒电位仪、放...
通过在大规模集成电路（LSI）芯片上集成化学反应，可构建新型器件。面向生物医学应用，作者发展了单片集成的电位、安培和阻抗生物分子传感阵列。电位传感阵列以时空涨落的统计分布检测 pH 和氧化还原反应；安培传感阵列提出可高速测量多路电流的微电极结构；阻抗传感阵列可测量高达 10 MHz 的阻抗。多模态传感阵列可实现综合分析，并有助于生物...
随着现代社会老龄化与个性化医疗需求增长，现场快速、低成本生物分子诊断日益重要。本文报道一种基于多晶硅纳米线（poly-Si NW）的无线生物传感器系统级芯片（bio-SSoC），采用商用0.35 μm 2-Poly-4-Metal（2P4M）CMOS工艺制造。该芯片将poly-Si NW传感单元与斩波差分差分放大器（DDA）模拟前端...
磁性微珠因可被磁场操控且不易光漂白，被广泛用于生物技术与生物医学研究中的细胞和生物分子操控与检测。多数具备操控与检测功能的芯片系统需要外部仪器完成其中一项功能，导致系统尺寸和成本增加。本文旨在开发一种集成平台，通过在同一CMOS芯片上实现电磁微线圈和电容生物传感器，同时完成操控与检测。与多数磁型传感器相比，该检测方法无需外加磁场，相...
本文设计了一种尺寸为1.5 mm×3 mm的CMOS芯片，用于监测芯片上细胞培养。芯片采用0.5 µm CMOS工艺制造，具有3层金属、2层多晶硅，为5 V工艺。芯片集成了离子敏感场效应晶体管（ISFET）以及带读出电路的ISFET，用于监测置于芯片上方溶液的pH。利用工艺顶层金属制作叉指电极结构（IDES），通过阻抗/电容变化检测...