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安培电化学微系统,用于小型化蛋白质生物传感器阵列。

Amperometric electrochemical microsystem for a miniaturized protein biosensor array.

出版信息

IEEE Trans Biomed Circuits Syst. 2009 Jun;3(3):160-8. doi: 10.1109/TBCAS.2009.2015650.

DOI:10.1109/TBCAS.2009.2015650
PMID:23853217
Abstract

Protein-based bioelectrochemical interfaces offer great potential for rapid detection, continuous use, and miniaturized sensor arrays. This paper introduces a microsystem platform that enables multiple bioelectrochemical interfaces to be interrogated simultaneously by an onchip amperometric readout system. A post-complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) fabrication procedure is described that permits the formation of planar electrode arrays and self assembly of biosensor interfaces on the electrodes. The onchip, 0.5-mum CMOS readout electronics include a compact potentiostat that supports a very broad range of input currents-6 pA to 10 muA-to accommodate diverse biosensor interfaces. The 2.3 times 2.2-mm chip operates from a 5-V supply at 0.6 mA. A prototype electrochemical sensor platform, including an onchip potentiostat and miniaturized biosensor array, was characterized by using cyclic voltammetry. The linear relationship between the oxidization peak values and the concentrations of target analytes in the solution verifies functionality of the system and demonstrates the potential for future implementations of this platform in high sensitivity, low cost, and onchip protein-based sensor arrays.

摘要

基于蛋白质的生物电化学界面在快速检测、连续使用和小型化传感器阵列方面具有巨大的潜力。本文介绍了一种微系统平台,该平台允许通过片上安培检测系统同时检测多个生物电化学界面。描述了一种后互补金属氧化物半导体(CMOS)制造工艺,该工艺允许在电极上形成平面电极阵列和自组装生物传感器界面。片上 0.5 微米 CMOS 读出电子设备包括一个紧凑的恒电位仪,该恒电位仪支持非常宽的输入电流范围-6 pA 至 10 μA-以适应各种生物传感器接口。该 2.3 倍 2.2 毫米的芯片在 5 V 电源下以 0.6 mA 运行。通过循环伏安法对包括片上恒电位仪和小型化生物传感器阵列的电化学传感器平台原型进行了表征。在溶液中目标分析物浓度与氧化峰值之间的线性关系验证了系统的功能,并展示了该平台在高灵敏度、低成本和片上基于蛋白质的传感器阵列中的未来应用潜力。

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