Για την ανίχνευση ποιο σύνθετων μορίων απαιτείται μια διαφορετική προσέγγιση.
Για το σκοπό αυτό έχουν παρουσιαστεί διάφορες τεχνολογίες.
Μία από αυτές αφορά στη χρήση οξειδοαναγωγικής επιφάνειας με την ταυτόχρονη χρήση μορίων-ενζύμων τα οποία ακινητοποιούνται πάνω σε αυτή.
@@ -200,28 +200,91 @@
\subsection{Ολίσθηση}
Με τον όρο ολίσθηση τάσης εννοούμε την αλλαγή της τάσης εξόδου της διάταξης με την πάροδο του χρόνου.
Τα ISFET συνήθως κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας κάποιο οξείδιο ως αισθητήρια επιφάνεια.
Αυτές οι επιφάνειες έχουν μια μονοτονική ολίσθηση στην που οφείλονται στο στρώμα οξειδίου \cite{Jamasb et al_1998}.
Αυτές οι επιφάνειες έχουν μια μονοτονική ολίσθηση στην που οφείλονται στο στρώμα οξειδίου \cite{Jamasb_et_al_1998}.
Αυτή η ολίσθηση είναι συνήθως ισχυρότερη όταν ο αισθητήρας εκτίθεται σε κάποιο διάλυμα και αρχίζει να σταθεροποιείται στη συνέχεια.
Οι τεχνικές αντιστάθμισης για την ολίσθηση περιλαμβάνουν αλγόριθμους διόρθωσης \cite{Hammond et al_2005}, ειδικά σχεδιασμένα κύκλωματα \eng{front-end} \cite{Hu_Georgiou_2014} και άλλα.
Οι τεχνικές αντιστάθμισης για την ολίσθηση περιλαμβάνουν αλγόριθμους διόρθωσης \cite{Hammond_et_al_2005}, ειδικά σχεδιασμένα κύκλωματα \eng{front-end} \cite{Hu_Georgiou_2014} και άλλα.
\subsection{Ροζ θόρυβος}
Ένα ακόμα φαινόμενο που παρατηρείται κατά τη λειτουργία των \eng{ISFET} είναι ο ροζ θόρυβος ή αλλιώς $1/f$ \eng{noise}.
Αυτός εκδηλώνεται ως ολίσθηση που προκαλείται από τυχαίες διακυμάνσεις σε μεγάλα χρονικά διαστήματα.
Ωστόσο ο θόρυβος αυτός έχει κληρονομηθεί στα \eng{ISFET} από την τεχνολογία \eng{CMOS}\cite{Jakobson_Nemirovsky_1999}.
\section{\eng{DNA} και \eng{RNA testing}}
Τέλος, θα παρουσιαστεί μια εφαρμογή ενός ολοκληρωμένου βιοχημικού μικροαισθητήρα πάνω σε τεχνολογία \eng{CMOS}. Αυτός χρησιμοποιείται για την ανίχνευση του \eng{DNA} ή \eng{RNA} παθογόνων μικροοργανισμών όπως \eng{Influenza A, Influenza B, Polio} και διαφόρων άλλων ιών. Ο μικροαισθητήρας αυτός χρησιμοποιεί έναν ΣΔ \eng{current-sensing modulator} ως ανιχνευτή και μια \eng{reverse-biased CMOS diode} ως μετατροπέα φωτονίων σε ηλεκτρόνια. Στη συνέχεια θα γίνει αναλυτικότερη εξήγηση της αρχής λειτουργίας του κυκλώματος εφόσον πρώτα παρουσιαστεί η γενική αρχή λειτουργίας ανίχνευσης μικροοργανισμών.
\par Η γενική αρχή λειτουργίας τέτοιου είδους μιρκοαισθητήρων προϋποθέτει την ύπαρξη μιας μεμβράνης στην πύλη πάνω στην οποία βρίσκονται ακινητοποιημένοι ανιχνευτές (\eng{probes}). Αυτοί οι ανιχνευτές δεσμεύουν τον μικροοργανισμό που θέλουμε να ανιχνεύσουμε και τον ακινητοποιούν σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία. Στο διάλυμα μέσα στο οποίο θέλουμε να ανιχνεύσουμε κάποιον μικροοργανισμό τοποθετούμε ορισμένα φθορίζοντα μόρια τα οποία αντιδρούν χημικά με τον μικροοργανισμό και ενώνονται στην άκρη του. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, σε κάθε μικροοργανισμό να υπάρχει αυτή η ταμπέλα (φθορίζον μόριο) στην οποία όταν προσπέσει συγκεκριμένη συχνότητα φωτός, να αρχίσει και αυτή να εκπέμπει κάποιο φως το οποίο μπορεί να ανιχνευτή από μια φωτοδίοδο. Επομένως, αν φωτίσουμε το συγκεκριμένο σημείο στο οποίο υπάρχουν οι ακινητοποιημένοι ανιχνευτές ανάλογα με το φως που θα εντοπίσει η φωτοδίοδος μπορούμε να βγάλουμε συμπεράσματα για την ύπαρξη καθώς και για την περιεκτικότητα στο διάλυμα του προς ανίχνευση μικροοργανισμού.
\par Για την υλοποίηση αυτής της όλης διαδικασίας πρέπει να πληρούνται κάποιες προϋποθέσεις. Αρχικά θα πρέπει το στρώμα του διοξειδίου του πυριτίου ($\eng{SiO_{2}}$) να έρχεται σε επαφή με το υδατικό δείγμα. Επίσης, θα πρέπει να επικρατεί μια θερμική σταθερότητα η οποία είναι αναγκαία για την επιτυχή πραγμάτωση των χημικών αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα μέσα στο διάλυμα. Η μέγιστη πυκνότητα των ανιχνευτών είναι η τελευταία προϋπόθεση που πρέπει να πληρείται και είναι 6 με 9 \eng{nm}.
\par Επιστρέφοντας στην ανάλυση της συγκεκριμένης εφαρμογής, στη συνέχεια θα εστιάσουμε στην υλοποίηση του ολοκληρωμένου. Το ολοκληρωμένο αποτελείται από επίπεδα στρωμάτων και το συνολικό ολοκληρωμένο έχει μέγεθος 100 μ\eng{m}. Στο πρώτο πάνω στρώμα υπάρχουν ακινητοποιημένοι οι ανιχνευτές που δεσμεύουν τους μικροοργανισμούς του διαλύματος που εξετάζουμε. Στο αμέσως κάτω στρώμα υπάρχει ένα φίλτρο που φιλτράρει το φως που εκπέμπουν τα φθορίζον μόρια έτσι ώστε να μπορεί να εντοπίζεται πιο εύκολα από την φωτοδίοδο. Στο πιο κάτω επίπεδο, υπάρχει ένας \eng{heater} με τον οποίο επιτυγχάνεται η θερμική σταθερότητα που αναφέρθηκε πιο πάνω. Επίσης, με την βοήθεια του \eng{heater} μπορούμε να ελέγχουμε την θερμοκρασία και επομένως να επιτύχουμε διάφορες χημικές αντιδράσεις που ενεργοποιούνται λόγω των εναλλαγών αυτών, πράγμα που θα το δούμε στη συνέχεια. Έπειτα, υπάρχουν οι μεταλλικές διασυνδέσεις και στο τέλος υπάρχει η φωτοδίοδος και ο ΣΔ \eng{modulator} (ο ανιχνευτής). Ουσιαστικά, το φως που εκπέμπεται από τις ταμπέλες των μικροοργανισμών φτάνει μέχρι το τελευταίο επίπεδο που βρίσκεται η φωτοδίοδος και εκεί γίνεται η διαδικασία της μετατροπής του αναλογικού σήματος (συχνότητα φωτός) σε ψηφιακό σήμα.
\par Στη συνέχεια αναλύεται το κύκλωμα του ανιχνευτή. Όπως έχει προαναφερθεί υπάρχει ένας πρώτης τάξης ΣΔ \eng{current-sensing modulator}, ο οποίος αποτελείται από έναν ολοκληρωτή (Σ \eng{operator}) και έναν Αναλογικό σε Ψηφιακό Μετατροπέα (Analog – Digital Converter). Επίσης, ο βρόχος κλείνει με έναν Ψηφιακό σε Αναλογικό Μετατροπέα (\eng{Digital – Analog Converter}), ο οποίος είναι ο Δ \eng{operator} και επιστρέφει πίσω σήμα που χρειάζεται για την σωστή μετατροπή του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό σήμα. Το σημαντικό είναι πως αυτό το κύκλωμα δέχεται ως είσοδο το αναλογικό σήμα της φωτοδιόδου και επιστρέφει μια ψηφιακή έξοδο που μπορεί να διαβαστεί και να οδηγήσει σε ανάλογα αποτελέσματα.
\par Παρακάτω εξηγείται αναλυτικά η διαδικασία ανίχνευσης των μικροοργανισμών. Στο πρώτο στάδιο της διαδικασίας αυτής εναλλάσσουμε την θερμοκρασία με την βοήθεια του \eng{heater} και έτσι επιτυγχάνεται η πολλαπλή αντιγραφή του \eng{DNA} ή \eng{RNA} του μικροοργανισμού που βρίσκεται στο διάλυμα. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (\eng{Polymerase Chain Reaction – PCR}) και αντιγράφει το γενετικό υλικό του μικροοργανισμού μέχρι και $2^{30}$ φορές. Εδώ πρέπει να αναφερθεί πως στη συγκεκριμένη εφαρμογή ακολουθείται μια αντίστροφη διαδικασία από την γενική που αναλύθηκε παραπάνω. Πιο συγκεκριμένα, το φθορίζον μόριο βρίσκεται στην άκρη του ακινητοποιημένου ανιχνευτή και εκπέμπει συνεχώς φως. Επιπλέον, μέσα στο διάλυμα υπάρχουν συγκεκριμένα μόρια (\eng{primers}) τα οποία όταν πλησιάσουν τα φθορίζον μόρια του ανιχνευτή προκαλούν την προσωρινή ελάττωση του φωτός που εκπέμπεται. Η διαδικασία της δέσμευσης πραγματοποιείται εφόσον σταθεροποιήσουμε την θερμοκρασία λίγο πιο κάτω από τους $60^{o}$\eng{C}.
\par Για να επιτευχθεί η ταυτόχρονη ανίχνευση διαφορετικών μικροοργανισμών μέσα στο διάλυμα χρησιμοποιούνται πολλοί μικροαισθητήρες 100μ\eng{m} που αναλύθηκαν πιο πάνω. Πιο συγκεκριμένα, στην εφαρμογή που αναλύεται, χρησιμοποιούνται 32 \eng{x} 32 μικροαισθητήρες (\eng{32x32 array}), ο καθένας από τους οποίους περιέχει διαφορετικούς ανιχνευτές (\eng{probes}) οι οποίοι δεσμεύουν διαφορετικούς μικροοργανισμούς. Εφόσον τα μόρια (\eng{primers}) ενωθούν στη μία άκρη του κάθε αντίγραφου του γενετικού υλικού που έχουν δημιουργηθούν και καθώς διανύουν όλα τα 32x32 κουτάκια με τους διαφορετικούς μικροαισθητήρες, δεσμεύονται από τους κατάλληλους ανιχνευτές και ακινητοποιούνται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα στο συγκεκριμένο κουτάκι να ελαττώνεται η συχνότητα φωτός που εκπέμπεται. Επομένως, γνωρίζοντας ποιος μικροοργανισμός θα έπρεπε να δεσμεύεται θεωρητικά σε κάθε κουτάκι και αντίστοιχα εξετάζοντας αν έχει μειωθεί η συχνότητα φωτός μέσω της φωτοδιόδου του καθενός κουτιού, επιτυγχάνεται η ανίχνευση του μικροοργανισμού.
\par Όταν ολοκληρωθεί η διαδικασία της σύλληψης, πραγματοποιείται μια αντίστροφη διαδικασία μέσω της οποίας μπορούμε να επιβεβαιώσουμε τα συμπεράσματα στα οποία φτάσαμε. Ειδικότερα, κάθε ένωση μεταξύ ενός ανιχνευτή και του γενετικού υλικού του κάθε μικροοργανισμού έχει μια μοναδική καμπύλη τήξης (\eng{melt curve}), κατά την οποία ο αντίστοιχος μικροοργανισμός απομακρύνεται από τον ανιχνευτή που τον έχει δεσμεύσει και η φωτοδίοδος συνεχίζει να δέχεται ως είσοδο το φως που εκπέμπεται από το φθορίζον μόριο του ανιχνευτή. Έτσι, αξιοποιώντας την μοναδικότητα αυτή μπορούμε να επιβεβαιώσουμε την ύπαρξη ενός συγκεκριμένου μικροοργανισμού σε ένα από τα κουτάκια εξετάζοντας την καμπύλη τήξης κατά την οποία άρχισε η φωτοδίοδος να ανιχνεύει πάλι φως. Αυτή η διαδικασία επιτυγχάνεται μέσω της αύξησης της θερμοκρασίας από τους $55^{ο}$\eng{C} μέχρι τους $95^{o}$\eng{C} και έτσι ουσιαστικά δημιουργείται μια συνεχόμενη καμπύλη τήξης κατά την οποία σε διαφορετικές χρονικές στιγμές οι αντίστοιχοι μικροοργανισμοί θα αποδεσμεύσουν τους ανιχνευτές.
\section{Έλεγχος \eng{DNA} και \eng{RNA}}
Μια εφαρμογή ενός ολοκληρωμένου βιοχημικού μικροαισθητήρα πάνω σε τεχνολογία \eng{CMOS} για τον έλεγχο του \eng{DNA} ή \eng{RNA} παθογόνων μικροοργανισμών όπως \eng{Influenza A, Influenza B, Polio} και διαφόρων άλλων ιών παρουσιάστηκε στην εργασία \eng{\textit{"A Fully Integrated CMOS Fluorescence Biochip for DNA and RNA Testing}"}\cite{Manickam_et_al_2017}.
Ο μικροαισθητήρας αυτός χρησιμοποιεί έναν ΣΔ \eng{current-sensing modulator} ως ανιχνευτή και μια \eng{CMOS} δίοδο ανάστροφης πόλωσης ως μετατροπέα φωτονίων σε ηλεκτρόνια.
Στη συνέχεια θα γίνει αναλυτικότερη εξήγηση της αρχής λειτουργίας του κυκλώματος εφόσον πρώτα παρουσιαστεί η γενική αρχή λειτουργίας ανίχνευσης μικροοργανισμών.
\insertFigure{fig:DNA_sens_dev}{src/DNA_sens_dev.png}{Πρωτότυπη συσκευή ελέγχου \eng{DNA} και \eng{RNA}\cite{Manickam_et_al_2017}}
\subsection{Αρχή λειτουργίας}
Η γενική αρχή λειτουργίας τέτοιου είδους μιρκοαισθητήρων προϋποθέτει την ύπαρξη μιας μεμβράνης στην πύλη πάνω στην οποία βρίσκονται ακινητοποιημένοι ανιχνευτές \eng{(probes)}, όπως φαίνεται και στο σχήμα \ref{fig:dna_capture}.
Αυτοί οι ανιχνευτές δεσμεύουν τον προς αναζήτηση μικροοργανισμό και τον ακινητοποιούν σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία.
Στο διάλυμα μέσα στο οποίο θέλουμε να ανιχνεύσουμε κάποιον μικροοργανισμό τοποθετούμε ορισμένα φθορίζοντα μόρια τα οποία αντιδρούν χημικά με τον μικροοργανισμό και ενώνονται στην άκρη του.
Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, σε κάθε μικροοργανισμό να υπάρχει αυτή η ταμπέλα (φθορίζον μόριο) στην οποία όταν προσπέσει συγκεκριμένη συχνότητα φωτός, αρχίζει και αυτή να με τη σειρά της εκπέμπει φως το οποίο τελικά μπορεί να ανιχνευτή από τη φωτοδίοδο.
Επομένως, αν φωτίσουμε το συγκεκριμένο σημείο στο οποίο υπάρχουν οι ακινητοποιημένοι ανιχνευτές ανάλογα με το φως που θα εντοπίσει η φωτοδίοδος μπορούμε να βγάλουμε συμπεράσματα για την ύπαρξη ή όχι των μικροοργανισμών που μας ενδειαφέρουν καθώς και για την περιεκτικότητα στο διάλυμα του προς ανίχνευση μικροοργανισμού.
\insertFigure{fig:dna_capture}{src/DNA_capture.png}{Αρχή λειτουργίας του ανιχνευτή \eng{DNA}}
\subsection{Προϋποθέσεις}
Για την υλοποίηση αυτής της διαδικασίας πρέπει να πληρούνται ορισμένες προϋποθέσεις.
Αρχικά θα πρέπει το στρώμα του διοξειδίου του πυριτίου ($\eng{SiO_{2}}$) να έρχεται σε επαφή με το υδατικό δείγμα.
Επίσης, θα πρέπει να επικρατεί μια θερμική σταθερότητα η οποία είναι αναγκαία για την επιτυχή πραγμάτωση των χημικών αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα μέσα στο διάλυμα.
Η μέγιστη πυκνότητα των ανιχνευτών είναι η τελευταία προϋπόθεση που πρέπει να πληρείται και είναι 6 με 9\eng{nm}.
\subsection{Υλοποίηση}
Το ολοκληρωμένο, όπως φαίνεται και στο σχήμα \ref{fig:DNA_sens_dev}, αποτελείται από επίπεδα στρωμάτων ενώ το ολοκληρωμένο έχει μέγεθος 100μ\eng{m}.
Στο πρώτο πάνω στρώμα υπάρχουν ακινητοποιημένοι οι ανιχνευτές που δεσμεύουν τους μικροοργανισμούς του διαλύματος που εξετάζουμε.
Στο αμέσως επόμενο στρώμα παρακάτω υπάρχει ένα φίλτρο που φιλτράρει το φως που εκπέμπουν τα φθορίζον μόρια έτσι ώστε να μπορεί να εντοπίζεται πιο εύκολα από την φωτοδίοδο.
Στο επόμενο επίπεδο, υπάρχει ένας \eng{heater} με τον οποίο επιτυγχάνεται τόσο η θερμική σταθερότητα που απαιτείτε για την διαδικασία όσο και η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης \eng{(PCR)}
Έπειτα, υπάρχουν οι μεταλλικές διασυνδέσεις και στο τέλος υπάρχει η φωτοδίοδος και ο ΣΔ \eng{modulator}(ο ανιχνευτής).
Ουσιαστικά, το φως που εκπέμπεται από τις ταμπέλες των μικροοργανισμών φτάνει μέχρι το τελευταίο επίπεδο που βρίσκεται η φωτοδίοδος και εκεί γίνεται η διαδικασία της μετατροπής του αναλογικού σήματος (ένταση φωτός) σε ψηφιακό σήμα.
\subsection{Το κύκλωμα του ανιχνευτή}
Όπως φαίνεται και στο σχήμα \ref{fig:dna_circuit}, ο ανιχνευτής υλοποιείται με έναν πρώτης τάξης ΣΔ \eng{current-sensing modulator}, ο οποίος αποτελείται από έναν ολοκληρωτή (Σ \eng{operator}) και έναν Αναλογικό σε Ψηφιακό Μετατροπέα (Analog – Digital Converter).
Επίσης, ο βρόχος κλείνει με έναν Ψηφιακό σε Αναλογικό Μετατροπέα (\eng{Digital – Analog Converter}), ο οποίος είναι ο Δ \eng{operator} και επιστρέφει πίσω σήμα που χρειάζεται για την σωστή μετατροπή του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό.
Το σημαντικό είναι πως αυτό το κύκλωμα δέχεται ως είσοδο το αναλογικό σήμα της φωτοδιόδου και επιστρέφει μια ψηφιακή έξοδο.
Στο πρώτο στάδιο, με την βοήθεια του \eng{heater}, αυξομειώνουμε την θερμοκρασία στο διάλυμα ώστε να επιτευχθεί η πολλαπλή αντιγραφή του \eng{DNA} ή \eng{RNA} του μικροοργανισμού.
Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης \eng{(Polymerase Chain Reaction – PCR)} και αντιγράφει το γενετικό υλικό του μικροοργανισμού μέχρι και $2^{30}$ φορές.
Εδώ πρέπει να αναφερθεί πως στη συγκεκριμένη εφαρμογή ακολουθείται μια τροποποιημένη διαδικασία από αυτή που περιγράφηκε στην γενική αρχή λειτουργίας.
Πιο συγκεκριμένα, το φθορίζον μόριο βρίσκεται στην άκρη του ακινητοποιημένου ανιχνευτή και εκπέμπει συνεχώς φως.
Επιπλέον, μέσα στο διάλυμα υπάρχουν συγκεκριμένα μόρια \eng{(primers)} τα οποία όταν πλησιάσουν τα φθορίζοντα μόρια του ανιχνευτή προκαλούν την προσωρινή ελάττωση του φωτός που εκπέμπεται.
Η διαδικασία της δέσμευσης πραγματοποιείται εφόσον σταθεροποιήσουμε την θερμοκρασία λίγο πιο κάτω από τους $60^{o}C$.
\insertFigure{fig:dna_array}{src/DNA_array.png}{Μικρογραφία του ολοκληρωμένου}
\par Για να επιτευχθεί η ταυτόχρονη ανίχνευση διαφορετικών μικροοργανισμών μέσα στο διάλυμα χρησιμοποιούνται πολλοί μικροαισθητήρες 100μ\eng{m}.
Πιο συγκεκριμένα, στην συγκεκρημένη εφαρμογή, χρησιμοποιούνται $32x32$ μικροαισθητήρες \eng{(32x32 array)}, ο καθένας από τους οποίους περιέχει διαφορετικούς ανιχνευτές \eng{(probes)} οι οποίοι δεσμεύουν διαφορετικούς μικροοργανισμούς.
Εφόσον τα μόρια \eng{(primers)} ενωθούν στη μία άκρη του κάθε αντίγραφου του γενετικού υλικού που έχουν δημιουργηθούν και καθώς διανύουν όλα τα $32x32$ κουτάκια με τους διαφορετικούς μικροαισθητήρες, δεσμεύονται από τους κατάλληλους ανιχνευτές και ακινητοποιούνται.
Αυτό έχει ως αποτέλεσμα στο συγκεκριμένο κουτάκι να ελαττώνεται η ένταση φωτός που εκπέμπεται.
Επομένως, γνωρίζοντας ποιος μικροοργανισμός θα έπρεπε να δεσμεύεται θεωρητικά σε κάθε κουτάκι και αντίστοιχα εξετάζοντας αν έχει μειωθεί η ένταση φωτός μέσω της φωτοδιόδου του καθενός κουτιού, επιτυγχάνεται η ανίχνευση του μικροοργανισμού.
\\ Α) Θερμοκρασιακό προφίλ για \eng{PCR cycling, capturing} και \eng{melt.}
\\ Β) Περιγραφή των βημάτων
}
\par Όταν ολοκληρωθεί η διαδικασία της σύλληψης, πραγματοποιείται μια αντίστροφη διαδικασία μέσω της οποίας μπορούμε να επιβεβαιώσουμε τα συμπεράσματα στα οποία φτάσαμε.
Ειδικότερα, κάθε ένωση μεταξύ ενός ανιχνευτή και του γενετικού υλικού του κάθε μικροοργανισμού έχει μια μοναδική καμπύλη τήξης (\eng{melt curve}), κατά την οποία ο αντίστοιχος μικροοργανισμός απομακρύνεται από τον ανιχνευτή που τον έχει δεσμεύσει και η φωτοδίοδος συνεχίζει να δέχεται ως είσοδο το φως που εκπέμπεται από το φθορίζον μόριο του ανιχνευτή.
Έτσι, αξιοποιώντας την μοναδικότητα αυτή μπορούμε να επιβεβαιώσουμε την ύπαρξη ενός συγκεκριμένου μικροοργανισμού σε κάθε ένα από τα κουτάκια εξετάζοντας την καμπύλη τήξης κατά την οποία άρχισε η φωτοδίοδος να ανιχνεύει πάλι φως.
Αυτή η διαδικασία επιτυγχάνεται μέσω της αύξησης της θερμοκρασίας από τους $55^{ο}C$ μέχρι τους $95^{o}C$ και έτσι ουσιαστικά δημιουργείται μια συνεχόμενη καμπύλη τήξης κατά την οποία σε διαφορετικές χρονικές στιγμές οι αντίστοιχοι μικροοργανισμοί θα αποδεσμεύσουν τους ανιχνευτές.
\section{Συμπεράσματα}
Τα συμπεράσματα αυτής της έρευνας είναι πως η χρήση των ολοκληρωμένων βιοχημικών μικροαισθητήρων θα βελτιώσει με πολλούς τρόπους τον τομέα της υγείας και κυρίως την ζωή των ανθρώπων και την δυνατότητα
Οι ολοκληρωμένοι αισθητήρες που παρουσιάστηκαν στο παρόν άρθρο αποτελούν μόνο ένα μικρό δείγμα αυτών που έχουν μελετηθεί και κατασκευαστεί.
Παρά τις σημαντικές προσπάθειες, η συνολική πρόοδος προς την εμπορική εκμετάλλευση ήταν μέτρια.
Σε αυτό συνέβαλε η δυσκολία προσαρμογής των ηλεκτρονικών σε υγρό περιβάλλον.
Στο εργαστήριο τέτοιου είδους προσαρμογές έχουν επιτευχθεί αλλά η τελική τους επικράτηση και μαζική παραγωγή παραμένει ακόμα ασαφής.
Επιπροσθέτως, αν και αυτοί οι αισθητήρες υπόσχονται χαμηλό κόστος και απλότητα, κάθε εφαρμογή απαιτεί περισσότερους του ενός για να επιτύχει το στόχο του.
\par Παρά τις προκλήσεις, πολλές εταιρείες στοχεύουν στο προσεχές μέλλον.
Για παράδειγμα, η \eng{DNAe} αναπτύσσει μια συσκευή δοκιμής σήψης βασισμένη σε \eng{ISFET} που κατασκευάζεται με τη χρήση
μη τροποποιημένης διαδικασίας \eng{CMOS}.
Επιπλέον, η \eng{Quantum MDx} έχει ξεκινήσει την διάθεση της διαγνωστικής συσκευής χειρός \eng{Q-POC.}
Πολλές ακόμα εταιρίες ακολουθούν και αρκετές ακόμα αναμένεται να ακολουθήσουν στο μέλλον.
Μια επικράτηση αυτής της τεχνολογίας θα οδηγίσει ίσως σε μαζική παραγωγή συσκευών που θα φτάσουν στο κάθε σπίτι και θα προσφέρουν στοχευμένη και έγκαιρη διάγνωση εύκολα και ανώδυνα.
% Reference List
@@ -230,66 +293,51 @@
\begin{thebibliography}{100} % Bibliography
\bibitem{Kaisti_2017}
\eng{M. Kaisti, "Detection principles of biological and chemical FET sensors", Biosensors and Bioelectronics, vol. 98, pp. 437-448, 2017.}
\bibitem{Manickam_et_al_2017}
\eng{A. Manickam, R. Singh, M. W. McDermott, N. Wood, S. Bolouki, P. Naraghi-Arani, Kirsten A. Johnson, Robert G. Kuimelis, G. Schoolnik, A. Hassibi, "A Fully Integrated CMOS Fluorescence Biochip for DNA and RNA Testing", IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 52, No. 11, Nov. 2017}
\bibitem{Bergveld_1970}
\eng{
P. Bergveld, “Development of an Ion-Sensitive Solid-State Device for Neurophysiological Measurements”, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. BME-17, issue 1, pp. 70-71, Jan. 1970.
}
\eng{P. Bergveld, “Development of an Ion-Sensitive Solid-State Device for Neurophysiological Measurements”, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. BME-17, issue 1, pp. 70-71, Jan. 1970.}
\bibitem{Shoorideh_Chui_2014}
\eng{
Shoorideh, K., Chui, C.O., "On the origin of enhanced sensitivity in nanoscale fet-based biosensors", Proc. Natl. Acad. Sci, vol. 111, pp. 5111–5116, Apr. 8 2014.
}
\eng{Shoorideh, K., Chui, C.O., "On the origin of enhanced sensitivity in nanoscale fet-based biosensors", Proc. Natl. Acad. Sci, vol. 111, pp. 5111–5116, Apr. 8 2014.}
\bibitem{Bausells_et_al_1999}
\eng{
Bausells, J., Carrabina, J., Errachid, A., Merlos, A., "Ion-sensitive field-effect transistors fabricated in a commercial cmos technology", Sens. Actuators B: Chem., vol. 57, pp. 56–62, 1999.
}
\eng{Bausells, J., Carrabina, J., Errachid, A., Merlos, A., "Ion-sensitive field-effect transistors fabricated in a commercial cmos technology", Sens. Actuators B: Chem., vol. 57, pp. 56–62, 1999.}
\bibitem{Hu_Georgiou_2014}
\eng{
Hu, Y., Georgiou, P., "A robust isfet ph-measuring front-end for chemical reaction monitoring", IEEE Trans. Biomed. Circuits Syst., vol. 8, pp. 177–185. 2014.
}
\eng{Hu, Y., Georgiou, P., "A robust isfet ph-measuring front-end for chemical reaction monitoring", IEEE Trans. Biomed. Circuits Syst., vol. 8, pp. 177–185. 2014.}
\bibitem{Shen_et_al_2003}
\eng{
Shen, N.Y.-M., Liu, Z., Lee, C., Minch, B.A., Kan, E.C.-C., "Charge-based chemical sensors: a neuromorphic approach with chemoreceptive neuron mos (C}ν\eng{MOS) transistors", IEEE Trans. Electron Devices, vol. 50, pp. 2171–2178, 2003.
}
\eng{Shen, N.Y.-M., Liu, Z., Lee, C., Minch, B.A., Kan, E.C.-C., "Charge-based chemical sensors: a neuromorphic approach with chemoreceptive neuron mos (C}ν\eng{MOS) transistors", IEEE Trans. Electron Devices, vol. 50, pp. 2171–2178, 2003.}
\bibitem{Spijkman_et_al_2011a}
\eng{
Spijkman, M., Smits, E.C.P., Cillessen, J.F.M., Biscarini, F., Blom, P.W.M., de Leeuw, D.M., "Beyond the nernst-limit with dual-gate zno ion-sensitive field-effect transistors", Appl. Phys. Lett., vol. 98, 043502, 2011a.
}
\eng{Spijkman, M., Smits, E.C.P., Cillessen, J.F.M., Biscarini, F., Blom, P.W.M., de Leeuw, D.M., "Beyond the nernst-limit with dual-gate zno ion-sensitive field-effect transistors", Appl. Phys. Lett., vol. 98, 043502, 2011a.}
\bibitem {Spijkman_et_al_2011b}
\eng{
Spijkman, M.-J., Myny, K., Smits, E.C.P., Heremans, P., Blom, P.W.M., de Leeuw, D.M., "Dual-gate thin-film transistors, integrated circuits and sensors", Adv. Mater, vol. 23, pp. 3231–3242, 2011b.
}
\eng{Spijkman, M.-J., Myny, K., Smits, E.C.P., Heremans, P., Blom, P.W.M., de Leeuw, D.M., "Dual-gate thin-film transistors, integrated circuits and sensors", Adv. Mater, vol. 23, pp. 3231–3242, 2011b.}
\bibitem{Schoning_Poghossian_2002}
\eng{
Schoning, M.J., Poghossian, A., "Recent advances in biologically sensitive field-effect transistors (biofets)", Analyst, vol. 127, pp. 1137–1151. 2002.
}
\eng{Schoning, M.J., Poghossian, A., "Recent advances in biologically sensitive field-effect transistors (biofets)", Analyst, vol. 127, pp. 1137–1151. 2002.}
\bibitem{Schoot_Bergveld_1987}
\eng{
van der Schoot, B.H., Bergveld, P., "Isfet based enzyme sensors", Biosensors, vol. 3, issue 3, pp. 161–186. 1987.
}
\eng{van der Schoot, B.H., Bergveld, P., "Isfet based enzyme sensors", Biosensors, vol. 3, issue 3, pp. 161–186. 1987.}
\bibitem{Dzyadevych_et_al_2006}
\eng{
Dzyadevych, S.V., Soldatkin, A.P., El'skaya, A.V., Martelet, C., Jaffrezic-Renault, N., "Enzyme biosensors based on ion-selective field-effect transistors", Anal. Chim. Acta, vol. 568, pp. 248–258. 2006.
}
\eng{Dzyadevych, S.V., Soldatkin, A.P., El'skaya, A.V., Martelet, C., Jaffrezic-Renault, N., "Enzyme biosensors based on ion-selective field-effect transistors", Anal. Chim. Acta, vol. 568, pp. 248–258. 2006.}
\bibitem{Jamasb_et_al_1998}
\eng{
Jamasb, S., Collins, S., Smith, R.L., "A physical model for drift in ph ISFETs", Sens. Actuators B: Chem., vol. 49, pp. 146–155. 1998.
}
\eng{Jamasb, S., Collins, S., Smith, R.L., "A physical model for drift in ph ISFETs", Sens. Actuators B: Chem., vol. 49, pp. 146–155. 1998.}
\bibitem{Hammond_et_al_2005}
\eng{
Hammond, P.A., Ali, D., Cumming, D.R.S., "A system-on-chip digital ph meter for use in a wireless diagnostic capsule", IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 52, pp. 687–694. 2005.
}
\eng{Hammond, P.A., Ali, D., Cumming, D.R.S., "A system-on-chip digital ph meter for use in a wireless diagnostic capsule", IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 52, pp. 687–694. 2005.}
\bibitem{Jakobson_Nemirovsky_1999}
\eng{
Jakobson, C.G., Nemirovsky, Y., "1/f noise in ion sensitive field effect transistors from subthreshold to saturation", IEEE Trans. Electron Devices, vol. 46, pp. 259–261, 1999.
}
\eng{Jakobson, C.G., Nemirovsky, Y., "1/f noise in ion sensitive field effect transistors from subthreshold to saturation", IEEE Trans. Electron Devices, vol. 46, pp. 259–261, 1999.}
Christos Houtouridis
преди 4 години
