《基於納米微陣列的CMOS集成生物感測系統中關鍵技術研究》是依託清華大學，由張雷擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於納米微陣列的CMOS集成生物感測系統中關鍵技術研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：張雷
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
作為微電子學與生命科學的交叉方向，基於納米微陣列的CMOS集成生物感測系統在蛋白質與DNA檢測、醫療檢測與即時輔助診斷等方面都具有重要的套用，是近年來國際上的研究熱點。本項目緊跟其微型化、規模化與智慧型化的發展趨勢，面向基於納米微陣列的CMOS集成生物感測系統進行系統架構、電路設計、工藝方法和實驗集成的創新，從集成晶片設計和生物感測實驗驗證個方面展開深入的研究。研究實現高靈敏度低噪聲信號採集前端電路，設計適應納米尺度大規模電極微陣列生物感測技術的電路晶片，研究納米微陣列電極的工藝製造方法，研究基於神經態電路的高吞吐率、並行模式識別後端的設計實現方法與學習訓練算法，實現CMOS生物晶片與基於蛋白質/DNA生物感測系統的集成。力爭通過本項目的研究，突破新一代納米CMOS集成生物感測系統中的核心技術和關鍵科學與技術難題。
結題摘要
作為微電子學與生命科學的交叉方向，基於微陣列結構的CMOS 高靈敏度、多靶標集成生物晶片與系統（Integrated Biochip and System）在蛋白質與DNA 檢測、醫療檢測與即時輔助診斷等方面都具有重要的套用，是近年來國際上的研究熱點。本項目針對電化學/螢光電極陣列生物晶片、GMR（巨磁阻）微陣列生物晶片和CMOS全兼容式電感微陣列生物晶片技術等國際前沿領域展開研究，超額完成了計畫書中的研究任務與研究內容，取得了一系列研究成果，相關技術指標達到國際先進水平，為未來高靈敏度、多靶標微陣列集成生物晶片與系統領域的進一步研究奠定了堅實的基礎，並積累了寶貴的工作經驗。 電化學/螢光電極陣列生物晶片方面，研究實現了高靈敏度低噪聲信號採集前端電路，設計了適應納米尺度大規模電極微陣列生物檢測技術的電路晶片，研究了納米微陣列電極的工藝製造方法，研究了基於神經態電路的圖形與模式識別後端的設計，實現了CMOS 生物晶片與生物檢測系統的集成。 GMR微陣列生物晶片方面，研究了高靈敏度、多靶標生物晶片技術、弱信號提取電路技術、信號處理技術等，實現了包括弱信號提取電路前端、信號採集後端、磁鐵、信號源、A/D採集卡和軟體分析在內的系統原型，實現了12個檢測靶標，靈敏度達到＜100ppm量級，接近國際商用的最高水平。 CMOS全兼容式電感微陣列生物晶片方面，研究並設計了一款基於電感微陣列的CMOS集成生物晶片，集成了兩個振盪器檢測區，工作頻率為1.5GHz左右，結果指出，該振盪器的相位噪聲在1MHz頻偏處為-120dBc/Hz，靈敏度大致在17kHz左右，即10ppm的量級，達到同類電磁學檢測方法中的較高水平。 相關研究成果目前已發表論文16篇，其中SCI收錄7篇，EI收錄15篇，有多篇發表在IEEE Tran. Circuits Syst.、IEEE Microw. Wireless Compon. Lett.、IET Electron. Lett.、Analog Integr. Circuits Signal Process.、ECS Transactions、J. Circuits Syst. Computers和CICC、ISCAS、EDSSC、MWSCAS、ICSICT、AICA等本研究領域內高水平國際期刊和國際會議上，應邀請撰寫專著1項，授權專利1項，申請專利1項。
