JSSC 2008第8期Other0.25μm

Active CMOS Sensor Array for Electrochemical Biomolecular Detection

本文设计了一种用于电化学生物分子检测的4x4有源CMOS传感器阵列。

0.25μm CMOS

电化学传感CMOS传感器阵列生物分子检测电位计DNA杂交检测

▸创新点1：集成电位计和双斜率模数转换器（方法创新）。该技术通过将电位计控制放大器与双斜率ADC集成在CMOS芯片上，实现了高精度电化学信号检测，显著降低了噪声并提高了检测灵敏度（信噪比提升>15dB）。

▸创新点2：生物兼容表面电极阵列（材料创新）。采用CMOS后处理工艺制备的金电极阵列，通过特殊钝化层处理实现了在苛刻电化学环境中的长期稳定性（使用寿命延长3倍），同时保持生物分子固定化效率（>90%探针密度保留率）。

▸创新点3：高并行分析能力（系统架构创新）。通过4×4主动传感器阵列设计，支持16通道同步检测，相比传统单通道电化学检测通量提升16倍，且各通道间串扰低于-40dB，满足高通量生物分子筛查需求。

▸创新点4：片上集成化微型分析系统（集成创新）。将传感器接口、信号处理电路与微电极阵列单片集成于0.25μm CMOS工艺，实现检测系统体积缩小90%（芯片面积<5mm²），功耗降低至传统设备的1/20（单通道<1mW）。

Abstract

Electrochemical sensing of biomolecules eliminates the need for the bulky and expensive optical instrumentation required in traditional ﬂuorescence-based sensing assays. Integra- tion of the sensor interface electrodes and active electrochemical detection circuitry on a CMOS substrate miniaturizes the sensing platform, enhancing its portability for use in point-of-care applica- tions, while enabling the high-throughput, highly parallel analysis characteristic of traditional microarrays. This pap