CMOS-Integrated Fluorescence Biochip Arrays

CMOS 集成荧光生物芯片阵列

基本信息

  • 批准号:
    8592320
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 29.98万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-09 至 2014-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

CMOS-Integrated Fluorescence Biochip Arrays Abstract Array technologies have been responsible for a multitude of discoveries in genomics and proteomics. However, they require sophisticated and highly accurate instrumentation. Today, the bulkiness, cost, and complexity of array readers have become barriers to their adoption in point-of-care (PoC) applications. There is thus a huge demand for rugged, portable, low cost, and ease-of-use systems that can be used outside of core facilities. In this proposal, we will develop a semiconductor-integrated solution for this problem: a CMOS-integrated fluorescence biochip. This system offers the "best of both worlds" by integrating the gold standard detection modality of biotechnology (fluorescence detection) with commercially available, conventional semiconductor manufacturing processes (complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS). The active array substrates include not only the individual transducers required for sensing, but also the low-noise and high dynamic range sensor circuitry and electronic signal analysis blocks. Our preliminary results have demonstrated that by using CMOS, we will not only offer unprecedented detection dynamic range, but also make the cost of the integrated biochip arrays negligible. The latter is a truly unique criterion, as it justifies integration efforts by allowing the biochip array (effectively the reader) to be disposable. In this Phase I project, we plan to design and optimize a biochip system for the widely used DNA microarrays in molecular diagnostics applications with <1000 DNA capturing spots. The integrated biochip will be capable of high performance and multicolor fluorescence detection within the visible-range (¿=400nm to 800nm) with an array size of 1000 and a pixel pitch of 100 ¿m. The specific tasks in this project will be to (1) design and fabricate the electronics circuits that are required for such CMOS biochips, (2) integrate the emission filter, (3) optimize the surface functionalization protocols, and (4) create a microarray-compatible fluidics module for seamless experimentation. Our ultimate quantitative goal of this Phase I SBIR is to experimentally validate the whole system for DNA microarray applications and further develop and commercialize this technology in Phase II.
CMOS集成荧光生物芯片阵列 抽象的 阵列技术已导致基因组学和蛋白质组学中的许多发现。 但是,它们需要复杂且高度准确的仪器。今天,笨重,成本和 阵列读者的复杂性已成为其在护理(POC)应用中采用的障碍。有 因此,可以在核心之外使用的崎,,便携,低成本和易用系统的巨大需求 设施。 在此提案中,我们将针对此问题开发一个半导体集成解决方案:CMOS集成 荧光生物芯片。该系统通过整合黄金标准检测来提供“两全其美” 具有市售的常规半导体的生物技术(荧光检测)的模态 制造工艺(互补的金属氧化物 - 氧化流动器,CMO)。活动阵列基板 不仅包括传感所需的单个传感器,还包括低噪声和高 动态范围传感器电路和电子信号分析块。我们的初步结果 证明,通过使用CMO,我们不仅提供前所未有的检测动态范围,还提供 使集成的生物芯片阵列的成本可以忽略不计。后者是一个真正独特的标准,因为它证明了 通过允许生物芯片阵列(实际上是读者)的融合工作。 在此阶段I项目中,我们计划设计和优化广泛使用的DNA的生物芯片系统 分子诊断应用中的微阵列<1000个DNA捕获斑点。综合生物芯片将 能够在可见范围内进行高性能和多色荧光检测(»= 400nm至 800nm)的阵列大小为1000,像素螺距为100€m。该项目的特定任务将是(1) 设计和制造此类CMOS生物芯片所需的电子电路,(2)整合了 发射过滤器,(3)优化表面功能化协议,(4)创建兼容的微阵列 用于无缝实验的流体模块。 我们此阶段I SBIR的最终定量目标是实验验证整个系统的DNA 微阵列应用和进一步开发并在II阶段将这项技术商业化。

项目成果

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