生物医学传感技术是获取生物生理和病理信息的关键技术,这一领域的研究已经深入到细胞和分子层次。目前,以活体细胞作为研究对象或敏感元件的细胞传感器得到了广泛关注和发展。将活体细胞与电极或其他信号传感元件组合,可以定性定量地检测细胞的基本功能信息和被分析物质的性质。 可兴奋细胞,如神经细胞、肌肉细胞和腺体细胞等,均能产生动作电位响应外界刺激(如光、电、药物等)。因此,监测可兴奋细胞的电活动,在药物筛选、病理学和神经学等研究中有重要意义。目前,体外测量可兴奋细胞膜电位已得到广泛认同。这种方法能够实现无损测量,因此适合用于长期测量细胞。标准CMOS技术与细胞体外测量技术的结合,为细胞体外测量技术提供了更广阔的发展空间。标准CMOS工艺不但有利于提高阵列密度,而且可以实现传感阵列与后端信号处理电路的单片化集成,提高测量的效率和精度,满足细胞研究的需要。因此,本文重点研究基于标准CMOS工艺的细胞体外电信号传感技术,设计并实现了阵列式CMOS生物电信号传感芯片,通过测试验证了芯片功能。 本论文的主要内容和贡献可归纳为以下几点: 1.全面深入地研究了CMOS细胞传感器的发展情况,对国际上各主要科研小组的最新研究进展作了概况总结,提出课题研究的方向。 2.基于0.6μm标准CMOS工艺设计了阵列式传感芯片。该芯片片上集成了6×6单元有源传感阵列、模拟多路选择器、输出缓冲器、参考源和数字控制电路。有源传感单元面积为65μm×80μm,包含15μm×15μm的传感电极和预处理电路,能够线性放大幅值范围100μV—25mV的微小信号,并采用相关二次采样工作模式降低固定模式噪声,提高传感器的精度。 3.在完成标准CMOS工艺基础上,设计了传感电极的后续加工工艺。采用