基于硒化镉量子点的悬浮微块阵列免疫芯片的研究

论文摘要

本文中设计的悬浮微块阵列芯片用于生化免疫检测,它能从大量待检测的生物分子中,检测出某种特异性生物分子。悬浮微块阵列芯片采用微电子工业中的微细加工技术,通过光刻、电子束蒸发等工艺,在微块表面刻蚀出微通孔标记的数字符号,实现了微块的生物探针编码。这种通过光刻等微加工实现的编码技术可复用性非常好。应用时,针对不同检测物的核酸(互补链)或蛋白(如抗原抗体)以共价方式结合到特定编码的微块上,再加入被检测物(被测物可以是血清中的抗原、抗体、或酶等)。悬浮微块捕获阵列与被检测物特异性地结合,然后以硒化镉纳米量子点标记编码微块,借助荧光显微镜可以很清晰、直观的观察到微块表面微通孔标记的数字符号,达到对微金属块的生物探针解码,同时,利用光电二级管阵列可以采集荧光强度并将其转化为电信号。在本文中,CMOS集成电路用于悬浮微块阵列芯片荧光信号的探测。信号的处理通过由电流到频率的转换电路完成,本文分别对用于积分器的增益自举运算放大器和带隙基准电路进行了设计。电路的制作采用标准0.35微米工艺,3.3V电源电压。本论文在“天津大学ASIC设计中心与国家纳米技术与工程研究院关于开展用于生化检测的悬浮编码微块的研究”项目背景下制备悬浮微块阵列免疫芯片。本论文的主要创新点是:利用硒化镉纳米量子点作为荧光探针,用数字符号进行生物探针编码,结合微块金表面可以很容易实现生物分子修饰的悬浮阵列技术和CMOS技术,最终可满足生化免疫检测的微量化、并行化及高通量化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 MEMS
• 1.1.1 MEMS 的概念与特点
• 1.1.2 MEMS 的研究内容、应用及加工工艺
• 1.2 生物芯片的基本概念
• 1.2.1 生物芯片的基本特点与分类
• 1.3 本论文选题的意义、依据和研究内容
• 1.3.1 选题的意义和依据
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 基于硒化镉纳米量子点的悬浮微块免疫芯片的设计
• 2.1 基于量子点的荧光编码
• 2.1.1 量子点的特点
• 2.1.2 三种粒径尺寸硒化镉量子点的表征测试
• 2.1.3 探针分子的固定
• 2.2 悬浮微块阵列免疫芯片
• 2.2.1 悬浮微块结构
• 2.2.2 悬浮微块阵列芯片的制备
• 2.2.3 悬浮微块阵列芯片的生物检测
• 第三章 基于悬浮微块捕获阵列的微流体免疫芯片的设计
• 3.1 微流体系统
• 3.1.1 微流体芯片的工作过程
• 3.1.2 微流体芯片制造技术
• 3.1.3 微流体芯片材料选择
• 3.1.4 微流体芯片的制作
• 3.2 基于悬浮微块捕获阵列的微流体免疫芯片的设计
• 第四章 应用于悬浮微块阵列芯片荧光信号读出电路的设计
• 4.1 信号读出电路设计
• 4.2 用于积分器的有源共源共栅放大器的设计
• 4.2.1 有源共源共栅放大器的原理
• 4.2.2 设计步骤与方法
• 4.2.3 有源共源共栅放大器整体仿真与测试
• 4.3 带隙基准电路的设计
• 4.3.1 带隙基准电压源常见结构
• 4.3.2 带隙基准电路的设计
• 4.3.3 带隙基准电路整体仿真
• 第五章 总结
• 5.1 全文总结
• 5.2 后续展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢