基于纳米微阵列的CMOS集成生物传感系统中关键技术研究

作为微电子学与生命科学的交叉方向，基于纳米微阵列的CMOS集成生物传感系统在蛋白质与DNA检测、医疗检测与即时辅助诊断等方面都具有重要的应用，是近年来国际上的研究热点。本项目紧跟其微型化、规模化与智能化的发展趋势，面向基于纳米微阵列的CMOS集成生物传感系统进行系统架构、电路设计、工艺方法和实验集成的创新，从集成芯片设计和生物传感实验验证个方面展开深入的研究。研究实现高灵敏度低噪声信号采集前端电路，设计适应纳米尺度大规模电极微阵列生物传感技术的电路芯片，研究纳米微阵列电极的工艺制造方法，研究基于神经态电路的高吞吐率、并行模式识别后端的设计实现方法与学习训练算法，实现CMOS生物芯片与基于蛋白质/DNA生物传感系统的集成。力争通过本项目的研究，突破新一代纳米CMOS集成生物传感系统中的核心技术和关键科学与技术难题。

作为微电子学与生命科学的交叉方向，基于微阵列结构的CMOS 高灵敏度、多靶标集成生物芯片与系统（Integrated Biochip and System）在蛋白质与DNA 检测、医疗检测与即时辅助诊断等方面都具有重要的应用，是近年来国际上的研究热点。本项目针对电化学/荧光电极阵列生物芯片、GMR（巨磁阻）微阵列生物芯片和CMOS全兼容式电感微阵列生物芯片技术等国际前沿领域展开研究，超额完成了计划书中的研究任务与研究内容，取得了一系列研究成果，相关技术指标达到国际先进水平，为未来高灵敏度、多靶标微阵列集成生物芯片与系统领域的进一步研究奠定了坚实的基础，并积累了宝贵的工作经验。.电化学/荧光电极阵列生物芯片方面，研究实现了高灵敏度低噪声信号采集前端电路，设计了适应纳米尺度大规模电极微阵列生物检测技术的电路芯片，研究了纳米微阵列电极的工艺制造方法，研究了基于神经态电路的图形与模式识别后端的设计，实现了CMOS 生物芯片与生物检测系统的集成。.GMR微阵列生物芯片方面，研究了高灵敏度、多靶标生物芯片技术、弱信号提取电路技术、信号处理技术等，实现了包括弱信号提取电路前端、信号采集后端、磁铁、信号源、A/D采集卡和软件分析在内的系统原型，实现了12个检测靶标，灵敏度达到<100ppm量级，接近国际商用的最高水平。.CMOS全兼容式电感微阵列生物芯片方面，研究并设计了一款基于电感微阵列的CMOS集成生物芯片，集成了两个振荡器检测区，工作频率为1.5GHz左右，结果指出，该振荡器的相位噪声在1MHz频偏处为-120dBc/Hz，灵敏度大致在17kHz左右，即10ppm的量级，达到同类电磁学检测方法中的较高水平。.相关研究成果目前已发表论文16篇，其中SCI收录7篇，EI收录15篇，有多篇发表在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等本研究领域内高水平国际期刊和国际会议上，应邀请撰写专著1项，授权专利1项，申请专利1项。