用于神经化学检测的CMOS平台：采用32个石墨烯场效应晶体管（GFET）阵列，每个通道的检测速率为16 kS/s

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》：CMOS Platform for Neurochemical Detection Using 32 Graphene FETs Array at 16 kS/s per Channel

石墨烯场效应晶体管（GFETs）作为神经探针，其CMOSASIC平台实现32通道512kS/s采样，8.38位有效位数，173μW/通道功耗，集成差分运放和SARADC，支持实时多通道离子检测与空间可视化，验证了GFET在脑化学监测中的可行性。

　　

摘要：

由于石墨烯场效应晶体管（GFETs）具有纳米级尺寸和对离子浓度的高敏感性，它们正成为监测大脑中化学分子的新兴传感器。在这样的系统中，需要紧凑的电子读出设备，以实现密集传感器阵列的高时空分辨率，从而在相关的生理时间尺度上改进大脑空间映射。本研究介绍了一种基于CMOS的平台，该平台能够以512 kS/s的采样率对GFET阵列进行读取，数据通过32个通道进行时间复用，每通道的ENOB（有效位数）为8.38位，功耗为173 μW。该ASIC采用180 nm CMOS工艺制造，核心面积为970 μm × 500 μm，集成了跨阻放大器、全差分放大器和SAR ADC（串行模拟-数字转换器）。该ASIC可扩展以支持更大的GFET阵列。系统控制及实时数据采集采用全可编程系统级芯片（All-Programmable System-on-Chip），数据通过千兆以太网传输到计算机，使用定制软件进行可视化和处理。在生理缓冲液（如磷酸盐缓冲盐水PBS）和人工脑脊液（aCSF）中稀释的多巴胺等介质中的测量结果证实了该系统具备实时电流监测、V形传输曲线分析、频率倍增行为评估以及在不同离子条件和目标下传感器响应的时空可视化能力。