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1、基于CMOS的ISFET生物传感器 的研究与应用,报告结构安排,ISFET电化学特性 及工艺,ISFET信号处理电路,ISFET生物传感器应用,选题背景,结构特点 敏感机制 电学特性 与CMOS兼容性,电路设计依据 差分对管模式电路 差分电流模式电路,生物医学应用 无线电子胶囊,研究意义,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,生物传感器技术是生物医学电子学的一项重要 的研究内容,CMOS是集成电路的主流工艺，应用其制造ISFET器件 有助于实现ISFET生物传感器的集成化,COMS工艺兼容性,生物传感器,研究一种基于 CMOS工艺的 IS
2、FET生物传 感器具有重要 研究价值,对H敏感的氢离子敏场效应管（pH-ISFET）传感器是 生物传感器中一种重要和基础的传感器,ISFET传感器,ISFET结构图,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,ISFET敏感机制,界面势与溶液的pH值呈线性变化关系,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,n沟增强MOSFET的输出特性,MOSFET电学特性,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,ISFET电学特性,ISFET电化学 特性
3、及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,与CMOS兼容的ISFET工艺,形成具有良好稳定性的参考电极,保留多晶硅“自对准”效应定义源、漏区,氢离子敏感膜,刻蚀缓冲层和形成参比电极,普通的电极和互连线,悬浮栅电极结构,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,电路设计依据,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,
4、ISFET生物 传感器应用,选题背景,差分对管电路结构,保持漏源电压和漏极电流均恒定，通过测量源极电压来获得器件对离子变化的响应,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,差分对管电路结构,传感器作差输出与pH值的变化关系,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,差分电流模式电路结构,使ISFET和RSFET工作于线性区,保持源漏电压和栅源电压恒定，通过测量输出电流来获得器件对离子变化的响应,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,差分
5、电流模式电路结构,ISFET传感器电流输出与pH关系仿真图,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,ISFET传感器在临床医学和生理学方面的应用,ISFET传感器电极材料强度高，可以用于直接测量硬度较高或者需要穿刺的样品； 电极容易清洗，可以很方便地加工成微小或者加长的形状，用于测量微小的敏感区域； 坚固、不易破碎，可以在于燥的环境中保存，携带方便。,ISFET型pH计,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,ISFET传感器在临床医学和生理学方面的应用,ISFET具有宽广的离子测量范围
6、，其微型化的特点，使之在生物医学领域中应用广泛，具有很强的生命力。 临床医学中，主要的检查对象是人或动物的体液(包括血液、脑髓液和汗液等)和活性组织。,血液中pH值过高或过低会引起碱、酸中毒现象； 血液中钾离子过多或过少会引起心律过速或心脏搏动过侵； 血液中钠盐过多会加重心力衰竭。,通过ISFET的应用可以连续监测患者体液中与病态有关的无机离子的浓度；同时通过对细胞中离子浓度的监测也适用于研究药品的效能。,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,ISFET型无线电子胶囊的研究,ISFET可应用于设计一种多参量（pH、pNa、pK等量）离子浓
7、度检测及释放药物成分的的电子胶囊传感系统。,无线电子胶囊是一种能够对肠胃道生理状态进行实时检测的监测系统,以色列的一家公司推出的M2A的无线电子胶囊,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,ISFET型无线电子胶囊的研究原理概述,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,ISFET型无线电子胶囊的研究原理概述,假设一待测溶液中有三个待测量： pH=x，pNa=y，pK=z,求解得出x、y和z,ISFET电化学 特性及工艺,ISFET信号 处理电路,ISFET生物 传感器应用,选题背景,ISFET型无线电子胶囊的研究系统结构,对病人体内的离子进行实时检测 帮助病人便捷而高效的服用和吸收药物,Thank you,