基于FET的生物传感器的便携式阻抗分析仪,具有嵌入式分析兰德尔电路的光谱
Norman Pfeiffer1, Martin Bach1, Alice Steiner1
1Fraunhofer IIS, Institute for Integrated Circuits IIS, 91058 Erlangen, Germany.
Sensors (Basel, Switzerland)
|September 19, 2025
概括
一个新的便携式阻抗分析仪 (PIA) 能够使用电化学阻抗光谱 (EIS) 对生物传感器进行现场测量. 这种节能装置准确地确定充电传输电阻 (Rct),用于现实应用.
科学领域:
- 电化学 电化学 电化学
- 生物传感器技术技术
- 仪器化 仪器化 仪器化
背景情况:
- 电化学阻抗光谱 (EIS) 对于表征生物传感器至关重要,例如基于场效应晶体管的生物传感器 (BioFET).
- 目前的局限性包括缺乏便携式阻抗光谱仪,将EIS的使用限制在实验室环境中.
- 这阻碍了生物传感器在现场环境中的面向应用的部署.
研究的目的:
- 开发一个便携式阻抗分析仪 (PIA) 用于4通道EIS测量BioFETs.
- 实施一个节能算法来从EIS光谱中确定电荷转移电阻 (Rct).
- 用模拟数据和电化学传感器验证系统的性能.
主要方法:
- 一个便携式阻抗分析仪 (PIA) 设计用于4通道EIS测量.
- 开发了一种节能算法,通过将一个圆圈配合兰德尔电路的尼奎斯特表示来确定Rct.
- 该系统使用模拟的兰德尔电路光谱和pH敏感离子敏感场效应晶体管 (ISFET) 的测量进行了评估.
主要成果:
- 循环拟合算法在低功耗 (40mW) 和快速计算 (3054μs) 的模拟光谱上实现了1.2%的Rct检测中位精度.
- 在使用定制的兰德尔电路模拟器时,PIA系统显示了4.2%的中位数Rct误差.
- 与复杂非线性最小平方 (CNLS) 相比,使用ISFET的测量显示了6.5 ± 2.8%的偏差,提供了显著的速度和效率增长.
结论:
- 开发的便携式阻抗分析仪可以为生物传感器进行节能,现场部署的EIS测量.
- 该系统提供精确的Rct确定,在速度和效率方面超过传统方法.
- 这项技术为在实验室外进行新型,低功耗,自动化和便携式生物传感器测量铺平了道路.
