世界实时:基于部分耗尽SOICMOS技术的单片集成微悬臂梁生物传感器

2023-05-28 11:12:29 | 来源:面包芯语

迄今为止,具有高灵敏度和小尺寸的无标记微悬臂梁传感器已成功地应用于多种目标分子的检测,如DNA、蛋白质、病毒、重金属离子和细菌。检测通常是通过测量由分子吸附引起的频移或微小偏转来进行的,分别称为“动态模式”、“静态模式”。一般来说,以动态模式工作的微悬臂梁可以实现极低的检测限(LOD)。然而,由于阻尼效应,微悬臂梁的灵敏度在粘性环境中显著降低,这极大地限制了其在这种条件(包括液体环境)下的应用。

据麦姆斯咨询报道,近日,北京大学于晓梅教授课题组开发了一种基于部分耗尽(PD)绝缘体上硅(SOI)CMOS技术的单片集成微悬臂梁传感器,其中压阻式微悬臂梁阵列及其片上信号处理电路都制作在SOI晶圆的器件层上。与体硅CMOS电路相比,这种单片集成工艺利用了高应变灵敏度因数的硅基微悬臂梁和低寄生电容、低闩锁效应和低漏电流的SOI CMOS。通过对人免疫球蛋白(IgG)、相思子毒素(abrin)和葡萄球菌肠毒素B(SEB)的检测,验证了所开发的集成微悬臂梁的优异性能,进一步证明了该集成微悬臂梁在无标记、实时和高灵敏度检测方面具有巨大的应用潜力。

在本研究中,所提出的集成微悬臂梁传感器由十二个压阻式微悬臂梁和一个信号处理电路组成。四个带有嵌入式压敏电阻器的微悬臂梁构成了一个惠斯通电桥配置的传感器,因此,在一个芯片上设计了三个集成压阻式微悬臂梁传感器。


(相关资料图)

单片集成微悬臂梁的整体架构

在集成微悬臂梁芯片上,利用12个相同尺寸的压阻式微悬臂梁实现了三组惠斯通电桥。基于研究人员的优化结果,压阻式微悬臂梁为矩形,长200 μm,宽50 μm,厚1 μm。根据有限元分析,最大应力集中在微悬臂梁的根部。因此,压敏电阻器被布置成U型,单边尺寸为100 μm × 13 μm,并嵌入在微悬臂梁的固定端,以确保高灵敏度。

微悬臂梁示意图

单片集成微悬臂梁芯片在布局上分为三个模块:微悬臂梁传感器模块、模拟电路模块、数字电路模块。整体的集成微悬臂梁芯片的尺寸为4.26 mm × 3.86 mm,其中包括位于微悬臂梁阵列下方的反应井,用于实现生物分子检测。由于SOI晶圆的掩埋氧化层可以将微悬臂梁与衬底隔离,降低漏电流,并获得较低的噪声,因此采用SOI晶圆来制造集成微悬臂梁。使用具有一层多晶硅和四层金属的0.15 μm标准PD-SOI CMOS工艺来制造集成微悬臂梁。与体硅CMOS相比,基于PD-SOI CMOS的单片集成技术具有寄生电容低、漏电流小、闩锁效应低等优点。

集成微悬臂梁的制造

为了验证集成微悬臂梁传感器具有高信噪比(SNR)的检测能力,对人IgG、abrin和SEB进行了检测。通过用生物素-亲和素系统(BAS)方法对微悬臂梁功能化,检测到人IgG、abrin和SEB,检测限为48 pg/mL。此外,通过检测SEB也验证了三个集成微悬臂梁适体传感器的多通道检测。所有这些实验结果表明,单片集成微悬臂梁的设计和工艺能够满足生物分子高灵敏度检测的要求。

总而言之,研究人员开发了一种由压阻式微悬臂梁阵列和片上信号处理电路组成的单片集成微悬臂梁,采用了PD-SOI CMOS技术的单片集成工艺。各项性能测试结果表明,集成微悬臂梁的设计和制造工艺是成功的,能够满足生物分子高灵敏度检测的要求。使用通过BAS方法功能化的集成微悬臂梁适体传感器,在PBS溶液中实现了不同浓度的人IgG、abrin和SEB的检测。集成微悬臂梁适体传感器具有良好的线性响应和多通道检测能力,检测SEB时的LOD为48 pg/mL。所开发的单片集成微悬臂梁适体传感器具有高信噪比、便携和无标记检测的优点,可用于生物分子检测。此外,基于SOI CMOS的集成工艺具有广泛的适用性,可以应用于制造其他压阻式集成MEMS传感器。

论文信息:https://www.nature.com/articles/s41378-023-00534-y

上一篇 下一篇

相关新闻

世界实时:基于部分耗尽SOICMOS技术的单片集成微悬臂梁生物传感器

世界今热点:杭州站是杭州东站吗_杭州站是哪个站

无锡市气象台发布雷暴大风黄色预警【Ⅲ级/较大】【2023-05-27】 天天速递

年内第八次释放松绑信号 南京出台多项公积金新政

全球快播:智多星吴用职位_智多星吴用

世界快看:贾静雯罕见谈离婚往事,与前夫争夺女儿足骨深刻,为女儿变得强大

自驾游新手必备神器,这个APP让你玩转全国美景 天天热推荐

环球信息:2023武陵山情报论坛在湖南吉首召开

雷军:小米13 Ultra手机电商购买用户首月满意率超过99%

1:0!成都蓉城主场再奏凯歌!《亲亲我的宝贝》燃爆凤凰山

共赴青铜盛宴 《夜读成都》文博季第二场全网观看量超35万 天天快看点

冠军在这4人之间产生?国乒世界第一第二携手晋级,球迷翘首以盼

左肋内部疼_左肋内疼痛的可能病因

朝九晚五日剧结局_朝九晚五日剧

知乎发布最新智能应用“搜索聚合”,面壁智能开源大模型CPM-Bee 10b

最新新闻

世界实时:基于部分耗尽SOICMOS技术的单片集成微悬臂梁生物传感器

世界今热点:杭州站是杭州东站吗_杭州站是哪个站

无锡市气象台发布雷暴大风黄色预警【Ⅲ级/较大】【2023-05-27】 天天速递

年内第八次释放松绑信号 南京出台多项公积金新政

全球快播:智多星吴用职位_智多星吴用

世界快看:贾静雯罕见谈离婚往事,与前夫争夺女儿足骨深刻,为女儿变得强大

自驾游新手必备神器,这个APP让你玩转全国美景 天天热推荐

环球信息:2023武陵山情报论坛在湖南吉首召开

雷军:小米13 Ultra手机电商购买用户首月满意率超过99%

1:0!成都蓉城主场再奏凯歌!《亲亲我的宝贝》燃爆凤凰山

共赴青铜盛宴 《夜读成都》文博季第二场全网观看量超35万 天天快看点

冠军在这4人之间产生?国乒世界第一第二携手晋级,球迷翘首以盼

左肋内部疼_左肋内疼痛的可能病因

朝九晚五日剧结局_朝九晚五日剧

知乎发布最新智能应用“搜索聚合”,面壁智能开源大模型CPM-Bee 10b

iPhone 15 无线充电终于要开放了,但仍被安卓机秒成渣?|世界快资讯

老钱庄心论坛988o09 老钱庄三肖

在柏林穿纳粹风格服装演出遭德国警方调查,英国摇滚歌手“水爷”:明显是在抨击法西斯

山西男童死亡案后,大批网红蜂拥至当地开直播 嫌疑人姐姐诊所被迫关门-全球最新

当前观点:2023年5月27日云南省西兰花批发价格行情

XD成大生:5月26日融资买入304.96万元,融资融券余额2.25亿元

线下机市场整顿?小米Civi3一经发布,网友:骁龙778G该淘汰了|世界最资讯

韩国人的名字有哪些_韩国人的名字 全球热门

静寂的意思是指_静寂的意思_世界快看

凤凰光学:5月26日融资买入469.56万元,融资融券余额1.46亿元 世界快资讯

即将首航!国产大飞机C919周日上海飞北京

绥化特产介绍(黑龙江省绥化特产大全)

隐形眼镜和美瞳哪个危害大_美瞳隐形眼镜价格_世界热文

每日精选:武汉金万彩遮阳棚设计有限公司

重庆沙坪坝开展中职校风采展示暨职业体验活动 当前信息