CMOS Capacitive Sensors for Lab-on-Chip Applications: A Multidisciplinary Approach

آزمایشگاه روی تراشه (LoC) یک رویکرد چند رشته ای به سمت کوچک سازی، ادغام و اتوماسیون سنجش های بیولوژیکی است. یک آزمایشگاه بیولوژیکی شامل قطعات مختلفی از تجهیزات مورد استفاده برای انجام انواع پروتکل های بیولوژیکی است. جنبه مهندسی طراحی LoC این است که همه این اجزا را در یک تراشه برای کاربردهای تک منظوره جاسازی کند. LoC رشته‌ای جوان است که انتظار می‌رود متعاقباً در چند سال آینده گسترش یابد و با توسعه قابل توجه کاربردها در حوزه‌های مهندسی مکانیک، بیوشیمی و برق تحریک شود. در میان دستگاه‌های مختلف میکروالکترونیکی که برای کاربردهای LoC به کار می‌روند، حسگرهای خازنی CMOS برای چندین کاربرد از جمله تشخیص DNA، تشخیص آنتی‌بادی-آنتی‌ژن و نظارت بر رشد باکتری‌ها مورد توجه قرار گرفته‌اند. اجزای اصلی حسگرهای زیستی خازنی CMOS از جمله الکترودهای حسگر، لایه حسگر با عملکرد زیستی، مدارهای رابط و بسته‌بندی میکروسیال به طور کامل در فصل‌های 2-6 پس از معرفی کوتاهی در مورد LoCهای مبتنی بر CMOS در فصل 1 توضیح داده شده‌اند. سنسورهای خازنی CMOS برای آزمایشگاه -on-Chip Applications به روش آموزشی ساده نوشته شده است. بر جنبه‌های عملی حسگرهای زیستی کاملاً یکپارچه CMOS به جای محاسبات ریاضی و جزئیات نظری تأکید دارد. با استفاده از حسگرهای خازنی CMOS برای کاربردهای آزمایشگاهی روی تراشه، خواننده روش‌های طراحی مدار، رابط‌های خازنی بیولوژیکی مهم و روش‌های ساخت میکروسیال مورد نیاز برای ایجاد حسگر زیستی خازنی از طریق فرآیند استاندارد CMOS را خواهد داشت. P>

Laboratory-on-Chip (LoC) is a multidisciplinary approach toward the miniaturization, integration and automation of biological assays. A biological laboratory contains various pieces of equipment used for performing a variety of biological protocols. The engineering aspect of LoC design is aiming to embed all these components in a single chip for single-purpose applications. LoC is a young discipline which is expected to subsequently expand over the next few years, stimulated by considerable development of applications in the mechanical, biochemical and electrical engineering domains. Among various microelectronic devices employed for LoC applications, CMOS capacitive sensors have received a significant interest for several applications including DNA detection, antibody-antigen recognition and bacteria growth monitoring. The main components of CMOS capacitive biosensors including sensing electrodes, bio-functionalized sensing layer, interface circuitries and microfluidic packaging are verbosely explained in chapters 2-6 after a brief introduction on CMOS based LoCs in Chapter 1. CMOS Capacitive Sensors for Lab-on-Chip Applications is written in a simple pedagogical way. It emphasises practical aspects of fully integrated CMOS biosensors rather than mathematical calculations and theoretical details. By using CMOS Capacitive Sensors for Lab-on-Chip Applications, the reader will have circuit design methodologies, main important biological capacitive interfaces and the required microfluidic fabrication procedures to create capacitive biosensor through standard CMOS process.