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比利时IMEC研究中心研发分子级检测的最小生物传感器

发布时间:2021-01-11 14:37:13 所属栏目:物联网 阅读:

据麦姆斯咨询报道,IMEC近日展示了采用硅FinFET(鳍式场效应晶体管)工艺的最小生物传感器。IMEC是一家位于比利时鲁汶的微电子研究中心,采用与CMOS工艺兼容的制造流程,可实现10000颗“bioFET(生物场效应晶体管)”并行工作的批量生产,并集成于高通量、高性价比的检测工具中。目前,该检测工具的检测精度为数十个分子,IMEC的最终目标是实现可检测单个DNA分子的高精度bioFET。

得益于高集成度和低成本潜力,FET(场效应晶体管)引起了生物传感(例如DNA、蛋白质、病毒检测及pH传感等)应用领域的广泛兴趣。当生物分子与栅极的化学修饰介电表面结合时,FET阈值电压发生变化,产生可测量信号。

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IMEC的bioFET与DNA分子(图中用红色绘制)结合的示意图(源极和漏极均用金色绘制)

尽管IMEC在该领域的研究取得了持续性进展,但传统认知里FET器件尚未转变为成熟的传感产品。该研究中心探索了具有3D栅极结构的FinFET是否可以提高bioFET的灵敏度,并开辟新应用领域。FinFET具有高度集成化和并行化优势,但市场对其作为bioFET的潜力知之甚少。

优化后的FinFET器件长度减小到50纳米,证实了其对纳米级FinFET表面数十个DNA分子的强大检测能力。该研究中心预测,基于实验和模拟,在小于70纳米的FinFET中,实现信噪比(SNR)大于5的单分子检测是可能的。

“我们发挥现有能力将大量纳米器件集成到复杂系统中,不仅能获得更好的计算机或通讯器件,还能为生命科学提供基于芯片的工具,这将对迄今为止揭示难以获得的生物学细节能力造成颠覆性的改变。”IMEC卫生技术首席技术官Peter Peumans评论道。