CMOS-basierte Biosensoren

Fluidische Cartridge mit Kavität und biokompatibel vergossenem Sensorchip für molekularbiologische Nachweise, die direkt auf der Chipoberfläche stattfinden. Foto: IMMS.

Kernthema CMOS-basierte Biosensoren

Hochpräzise diagnostische Systeme sind groß und teuer, werden vor allem in zentralisierten Laboren eingesetzt und ziehen Warte- und Wegezeiten von Tagen nach sich. Sind jedoch schnelle Testergebnisse wichtig oder Investitionen in ein Labor nicht möglich, wie z.B. in Entwicklungsländern, sind Point-of-care-Tests eine Option. Allerdings sind diese meistens noch zu ungenau und nicht digitalisiert.

Wir erforschen CMOS-integrierte Transducer und deren Interaktion mit biologischen Rezeptoren.

Sie bieten durch die Integration verschiedenster Funktionen und Miniaturisierung sowie durch Skaleneffekte das Potenzial für präzise, digitale und gleichzeitig kostengünstige Point-of-Care-Tests. Mit CMOS-basierten Biosensoren lassen sich Strukturgrößen im µm-Bereich realisieren und damit auch Eigenschaften im molekularen Maßstab erfassen. Unser Fokus liegt auf Sensoren für optische (z.B. mittels SPADs) und ladungsbasierte (mittels ISFET) Analyseverfahren.

Gemeinsam mit Partnern erforschen wir, Chipoberflächen zu funktionalisieren, um auch weitere physikalische, chemische und biologische Parameter digitalisieren zu können.

Zudem forschen wir daran, integrierte Schaltungen mit anderen diagnostischen Technologien zu integrieren, wie z.B. mikrofluidische Lab-on-Chip-Systeme.

Kontakt

Eric Schäfer, M. Sc.

Leiter Mikroelektronik und Institutsteil Erfurt

eric.schaefer(at)imms.de+49 (0) 361 663 25 35

Eric Schäfer und sein Team erforschen Integrierte Sensorsysteme und hier insbesondere CMOS-basierte Biosensoren, ULP-Sensorsysteme und KI-basierte Entwurfs- und Testautomatisierung. Die Ergebnisse fließen in die Forschung an den Leitthemen Sensorsysteme für die In-vitro-Diagnostik und RFID-Sensoren ein. Er unterstützt Sie mit Dienstleistungen rund um die Entwicklung integrierter Schaltungen und mit KI-basierten Methoden für komplexe IC-Entwürfe.

„Die großen Herausforderungen bei der Entwicklung von Point-of-Care Test wurden vom IMMS sehr motiviert angegangen. Unsere Erfahrungen zeigen, dass das IMMS die biochemischen Prozesse anwendungsorientiert analysiert, versteht und modelliert. Die Partner setzen zudem die Anforderungen in ihren integrierten Systementwürfen um und passen die Systeme auch flexibel an.“

Referenz

Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Husar, TU Ilmenau

„Für die gleichzeitige und kontinuierliche Aufnahme der Signale aller 800 Sensoren benötigten wir analog/digitale ASICs, die diese Aufgabe mit äußerst geringer Leistungsaufnahme erfüllen. Diese in dieser Form vorher noch nicht dagewesenen Anforderungen konnten wir mithilfe der ASIC-Entwicklung des IMMS bewältigen.“

Referenz

Dr. Jörg Weber, Analytik Jena

„Die Arbeiten sind nicht nur essentiell für die Erschließung künftigen Marktpotenzials auf diesem Gebiet, sondern auch sehr vielversprechend in den Wachstumsmärkten Bioanalytik und Medizintechnik, da dort intelligente mikroelektronische Sensorlösungen künftig verstärkt eingesetzt werden.“

Lock-In Pixel CMOS Image Sensor for Time-Resolved Fluorescence Readout of Lateral-Flow Assays
Alexander Hofmann¹. Benjamin Saft¹. Peggy Reich¹. Martin Grabmann¹. Georg Gläser¹. Max Trübenbach². Alexander Rolapp¹. Marco Reinhard¹. Friedrich Scholz². Eric Schäfer¹.
IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, vol. 16, no. 4, pp. 535-544, Aug. 2022, DOI: doi.org/10.1109/TBCAS.2022.3192926
¹IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH, 98693 Ilmenau, Germany. ²Senova Gesellschaft für Biowissenschaft und Technik mbH, Germany.
Integrierte Sensorsysteme Begutachtete VeröffentlichungMEDIKIT
Zeitaufgelöste Fluoreszenz für genaue und mobile In-vitro-Diagnostik
Eric Schäfer¹. Benjamin Saft¹.
DeviceMed, Das Community-Magazin, Jahrgang 17, November 2021, Seite 40 - 41, www.devicemed.de, ISSN 1860-9414
¹IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH, 98693 Ilmenau, Germany.
Integrierte Sensorsysteme Fachartikel in ZeitschriftenMEDIKIT
Filterless TRF Reader with CMOS Sensor ASIC for Lateral Flow Immunoassays
Alexander Hofmann¹. Peggy Reich¹. Martin Grabmann¹. Georg Gläser¹. Max Trübenbach². Alexander Rolapp¹. Marco Reinhard¹. Friedrich Scholz². Eric Schäfer¹.
2021 IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS), 2021, pp. 1-6, doi.org/10.1109/BioCAS49922.2021.9645000, 6 - 9 October 2021, Berlin, Germany, virtual conference
¹IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH, 98693 Ilmenau, Germany. ²Senova Gesellschaft für Biowissenschaft und Technik mbH, Weimar, Germany.
Integrierte Sensorsysteme Begutachtete VeröffentlichungMEDIKIT
Design and Optimization of a Control Algorithm for a Digital Low-Dropout Regulator in System-on-Chip Applications
Benedikt Ohse¹. Jun Tan².
2021 17th International Conference on Synthesis, Modeling, Analysis and Simulation Methods and Applications to Circuit Design (SMACD), ieeexplore.ieee.org/document/9547956, 19 - 22 July 2021, Erfurt, Germany, online
¹Ernst-Abbe-Hochschule Jena, Jena, Germany. ²IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH, 98693 Ilmenau, Germany.
Integrierte Sensorsysteme Begutachtete VeröffentlichungBICCell

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