Dielectrophoresis-assisted 65-GHz LC-oscillator array CMOS chips for label-free and sensitive detection of microorganism cells
Dielectrophoresis-assisted 65-GHz LC-oscillator array CMOS chips for label-free and sensitive detection of microorganism cells
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介电泳辅助 65 GHz LC 振荡器阵列 CMOS 芯片，用于微生物细胞的无标记灵敏检测
DOI：
10.1016/j.sna.2023.114286
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Ogawa Yuichi
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chen Siyao;Yamashige Yoshihisa;Mitsunaka Takeshi;Kondo Naoshi;Shiraga Keiichiro;Ogawa Yuichi
在本文中，我们提出了一种微型、灵敏、无标记的检测方法，该方法使用带有介电(DEP)辅助LC振荡器阵列的互补金属氧化物半导体芯片来检测大肠杆菌和酵母菌。芯片上的62×24个阵列传感器元件中的每一个都包含一个65 GHz的LC振荡器，该振荡器可以感知由于微生物的存在而导致的介电变化。鉴于LC振荡器的灵敏度不均匀，将制作成的放置在LC振荡器最灵敏位置的DEP电极用于采集微生物，从而提高了测量灵敏度。DEP在2 GHz以上的交流电场干扰指定附近的65 GHz LC振荡器电路。通过适当的DEP设置，每个传感器元件可以实现两个检测的极限。结肠细胞或一个酵母细胞。在微生物数量很少的情况下，定量计数达到单细胞分辨率。本研究的结果证实了DEP技术与LC振荡器阵列相结合的新方法可以实现对微生物的高灵敏度检测。此外，大规模并行测量的实现使所提出的CMOS生物传感器成为食品检测和临床诊断中快速、低成本的芯片实验室传感器的潜在候选者。
In this paper, we propose a miniature, sensitive, and label-free method for detectingEscherichia coli(E. coli) andSaccharomycescerevisiae(yeast) by using a complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) chip with dielectrophoresis (DEP)-assisted LC-oscillator arrays. Each of the 62 × 24 arrayed sensor elements on the CMOS chip comprises a 65-GHz LC oscillator that senses the dielectric change due to the presence of the microorganisms. Given the non-uniform sensitivity of the LC oscillator, the DEP electrodes fabricated to be placed at the most sensitive position of the LC-oscillator were used to collect microorganisms and thereby enhance the measurement sensitivity. The AC electric field of DEP above 2 MHz interferes with the 65-GHz LC oscillator circuit in the designated vicinity. With appropriate DEP settings, each sensor element can achieve a limit of detection of twoE. colicells or one yeast cell. Quantitative enumeration reaches a single-cell resolution at small microorganism numbers. The results of this study confirmed that the novel approach of combining DEP technique and LC-oscillator array can perform high-sensitivity detection of microorganisms. Further, the realization of large-scale paralleled measurement makes the proposed CMOS biosensor a potential candidate as a rapid and low-cost lab-on-a-chip sensor for food inspection and clinical diagnosis.
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作者：
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Fujishima, Minoru
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P. Murali;A. Niknejad;B. Boser
通讯作者：
B. Boser
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通讯作者：
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DOI：
10.33945/sami/ajca.2020.2.3
发表时间：
2020
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
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通讯作者：
M. Fathollahzadeh
影响因子：
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作者：
Baoqing Zhou;Bolu Chen;Xin Wu;Fan Li;Pei Yu;Zoraida P. Aguilar;Hua Wei;Hengyi Xu
通讯作者：
Baoqing Zhou;Bolu Chen;Xin Wu;Fan Li;Pei Yu;Zoraida P. Aguilar;Hua Wei;Hengyi Xu