JSSC 2025第3期Medical & Bio65nm

A Threshold-Based Bioluminescence Detector With a CMOS-Integrated Photodiode Arr

一种基于阈值的生物发光检测器，采用CMOS集成光电二极管阵列，用于可摄入电子胶囊的生物化学检测。

59-nW active power consumption, 25-fA/count resolution, 59-fA minimum detectable signal (MDS)

生物发光检测CMOS光电二极管可摄入电子胶囊低功耗肠道炎症 biomarker

▸创新点1：CMOS集成光电二极管阵列的创新设计，采用65纳米工艺技术，实现了高灵敏度的生物发光检测，最小可检测信号（MDS）达到59-fA，显著提升了检测精度和信噪比。

▸创新点2：双工作周期前端设计的电路创新，通过动态切换工作模式，有效降低了功耗，实现了59-nW的超低功耗运行，适用于长期植入式或可穿戴设备。

▸创新点3：低功耗生物发光检测的系统创新，结合了高灵敏度光电二极管和低功耗电路设计，成功在体外实验中检测到肠道炎症生物标志物四硫酸盐，展示了其在无创疾病诊断中的潜力。

▸创新点4：微型化可吞咽胶囊的系统集成创新，将核心IC与其他系统组件集成到仅6.5毫米厚、12毫米直径的电池供电无线胶囊中，实现了在胃肠道环境中的实时监测和诊断。

Abstract

This article presents a highly miniaturized ingestible electronic capsule for biochemical detection via onboard genet- ically engineered biosensor bacteria. The core integrated circuit (IC) is a threshold-based bioluminescence detector with a CMOS-integrated photodiode array in a 65-nm technology that utilizes a dual-duty-cycling front end to achieve low power consumption. The implemented IC achieved 59-nW active power consumption, 25-fA/count resolution, and a 59-fA minimum detectable signal (M