[发明专利]化学传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感设备和方法。本发明可以用于检测神经活动或化学事件。

背景技术

在过去40年，化学传感器和电极阵列已用于加入化学和电领域，使得用于多种应用的生物激励系统得以发展。理论上，转换器的物理尺寸和选择性确定能被感测或触发的最小生物活动。但是，当常规的化学传感器的缩放妨碍传感器的可靠性时，通常会经历相对低的生物感测分辨率。

化学传感器的进步已经关联到化学和电领域，使得用于多种应用的生物激励系统得以发展。但是，即使简单的生物功能也可以需要大量的跨导元件以用于有效模仿生物功能的相似物的功能。因此在化学传感器的发展中建立了摩尔缩放定律的类似趋势。

生物功能主要是通过离子扩散来表达，化学突触是这些电化学相互作用的最佳示例。化学突触本质上是自然存在的最小通信通道，经由动作电位的传导将神经元与一个或多个其他神经元连接起来。突触的强度gsyn(t)取决于其历史记录，更明确地是已经通过该突触传导的神经递质的总量，这在数学上表达如下：

l_syn=g_syn(t)(V_m-E_r)（1）

dVmdt=-1Cm(ΣiIion)---(2)]]>

其中I_syn是突触后的电流，g_syn(t)是时间相关的突触电导率，V_m是突触两端电压，E_r是通道的反电势，C_m是膜（membrane）的电容，以及I_ion是离子电流。

Hodgkin和Huxley已经特别描述了细胞膜通过由于钠（Na⁺）和钾（K⁺）离子导致的离子电流传导的生物物理特性。一组时变电导率描述了由于神经递质释放通过膜传导的不同离子电流（l_Na和l_k），如图6（b）和（c）所示。

Thanapitak和Toumazou最近提出了在模拟突触的非线性电化学行为的CMOS（互补金属氧化物半导体）中实现化学仿生突触。这种方式基于电流模式电路的，而化学界面连接（interfacing）通过ISFET来实现。

以下参考文献提供背景：

1.L.O.Chua,Memristor-The missing circuit element,Transactions onCircuits Theory IEEE,vol.CT-18,no.5,pp.507-519,Sep.1971。

2.L.Chua和S.Kang，″Memristive devices and systems,Proceedings ofthe IEEE,vol.64,no.2,pp.209-223,1976。

3.B.Widrow，W.H.Pierce和J.B.Angell Birth,Life,And Death InMicroelectronic Systems,Office of Naval Research Technical Report1552-2/1851-1,May30,1961。

4.F.Argall,Switching Phenomena in Titanium Oxide Thin Films,Solid-State Electronics,Pergamon Press,535-541,27July1967,Vol.11。