结构优化的光寻址电位传感器研究进展

檀杰; 刘诗斌; 罗杰璋; 陈颖豪; 杜永乾

doi:10.37188/OPE.20223016.1924

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

结构优化的光寻址电位传感器研究进展

现代应用光学 | 更新时间：2022-09-01

- 结构优化的光寻址电位传感器研究进展
- Research progress of light addressable potentiometric sensor with optimized structure
- 光学精密工程 2022年30卷第16期页码：1924-1942
- 作者机构：
  
  西北工业大学电子信息学院，陕西西安 710072
- 作者简介：
  
  [ "檀杰（1991-），男，山西阳泉人，博士研究生，2018年于中北大学获得硕士学位，主要从事光电传感器、电化学传感器的制备及其性能研究。E-mail： jietan@mail.nwpu.edu.cn" ]
  [ "刘诗斌（1960-），男，河南巩义人，教授，博士生导师，2001年于西北工业大学获得博士学位，主要从事智能传感器、微电子器件与微传感器的研究。E-mail： liushibin@ nwpu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(61873209);深圳市科技创新委员会基础研究资金项目(JCYJ20180306171040865)
- DOI：10.37188/OPE.20223016.1924
  中图分类号： TH832
- 收稿日期：2021-09-29，
  
  修回日期：2021-11-17，
  
  纸质出版日期：2022-08-25
- 稿件说明：
移动端阅览
檀杰,刘诗斌,罗杰璋等.结构优化的光寻址电位传感器研究进展[J].光学精密工程,2022,30(16):1924-1942.

TAN Jie,LIU Shibin,LUO Jiezhang,et al.Research progress of light addressable potentiometric sensor with optimized structure[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(16):1924-1942.
檀杰,刘诗斌,罗杰璋等.结构优化的光寻址电位传感器研究进展[J].光学精密工程,2022,30(16):1924-1942. DOI： 10.37188/OPE.20223016.1924.

TAN Jie,LIU Shibin,LUO Jiezhang,et al.Research progress of light addressable potentiometric sensor with optimized structure[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(16):1924-1942. DOI： 10.37188/OPE.20223016.1924.

摘要

光寻址电位传感器（Light Addressable Potentiometric Sensor， LAPS）作为一种电位型半导体场效应传感器，具有灵敏度高、成本低、制备简单等优点，已经发展为无标记生化物质检测和二维生化物质浓度分布可视化分析的重要工具。由于绝缘层中存在陷阱电荷、半导体层光电转换效率低以及系统存在噪声干扰、检测信号串扰等的影响，LAPS的灵敏度、线性度、空间分辨率和测量速度受限制。因此，在结构层面对LAPS进行优化有助于提升检测性能。本文首先介绍了LAPS的原理包括传感器的结构与工作原理，基于LAPS的测量系统以及LAPS的测量模式，进而分析了对LAPS进行结构层面优化所取得的进展及其相关应用，最后总结了提高LAPS检测性能的结构优化要点并对未来研究的突破点和关键点进行了展望。

Abstract

As a potential semiconductor field-effect sensor， the light-addressable potentiometric sensor （LAPS） has advantages such as high sensitivity， low cost， and simple fabrication. Further， it has become a crucial tool for label-free biochemical detection and visualization analysis of two-dimensional biochemical concentration distribution. Due to the presence of trapped charges in the insulator， low photoelectric conversion efficiency of the semiconductor layer， noise interference in the system， and crosstalk between detection signals， the performance of LAPS is limited in terms of sensitivity， linearity， spatial resolution， and measurement speed. Therefore， structural optimization of LAPS helps to improve detection performance. This paper first introduces the principle of LAPS， including the structure and operation principle of the sensor， measurement system based on the LAPS， and the measurement mode of LAPS. Further， this paper analyzes the optimization progress and related application of LAPS in structure. Finally， this paper summarizes the main points regarding the optimization of LAPS structure for improved detection performance and highlights the breakthrough points and key points for future research.

关键词

Keywords

references

POGHOSSIAN A ， SCHÖNING M J . Recent progress in silicon-based biologically sensitive field-effect devices ［J］. Current Opinion in Electrochemistry ， 2021 ， 29 ： 100811 . doi: 10.1016/j.coelec.2021.100811 http://dx.doi.org/10.1016/j.coelec.2021.100811

BERGVELD P . Development of an ion-sensitive solid-state device for neurophysiological measurements ［J］. IEEE Transactions on Bio-Medical Engineering ， 1970 ， 17 （ 1 ）： 70 - 71 . doi: 10.1109/tbme.1970.4502688 http://dx.doi.org/10.1109/tbme.1970.4502688

ZENG J M ， KUANG L ， MISCOURIDES N ， et al . A 128 × 128 current-mode ultra-high frame rate ISFET array with in-pixel calibration for real-time ion imaging ［J］. IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems ， 2020 ， 14 （ 2 ）： 359 - 372 . doi: 10.1109/tbcas.2020.2973508 http://dx.doi.org/10.1109/tbcas.2020.2973508

HONDA S ， SHIOMI M ， YAMAGUCHI T ， et al . Detachable flexible ISFET-based pH sensor array with a flexible connector ［J］. Advanced Electronic Materials ， 2020 ， 6 （ 10 ）： 2000583 . doi: 10.1002/aelm.202000583 http://dx.doi.org/10.1002/aelm.202000583

HAFEMAN D G ， PARCE J W ， MCCONNELL H M . Light-addressable potentiometric sensor for biochemical systems ［J］. Science ， 1988 ， 240 （ 4856 ）： 1182 - 1185 . doi: 10.1126/science.3375810 http://dx.doi.org/10.1126/science.3375810

MIYAMOTO K I ， SAKAKITA S ， WAGNER T ， et al . Application of chemical imaging sensor to in situ pH imaging in the vicinity of a corroding metal surface ［J］. Electrochimica Acta ， 2015 ， 183 ： 137 - 142 . doi: 10.1016/j.electacta.2015.07.184 http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2015.07.184

STEIN B ， GEORGE M ， GAUB H E ， et al . Spatially resolved monitoring of cellular metabolic activity with a semiconductor-based biosensor ［J］. Biosensors and Bioelectronics ， 2003 ， 18 （ 1 ）： 31 - 41 . doi: 10.1016/s0956-5663(02)00109-4 http://dx.doi.org/10.1016/s0956-5663(02)00109-4

YOSHINOBU T ， MIYAMOTO K I ， WAGNER T ， et al . Recent developments of chemical imaging sensor systems based on the principle of the light-addressable potentiometric sensor ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2015 ， 207 ： 926 - 932 . doi: 10.1016/j.snb.2014.09.002 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2014.09.002

MIYAMOTO K I ， ICHIMURA H ， WAGNER T ， et al . Chemical imaging of the concentration profile of ion diffusion in a microfluidic channel ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2013 ， 189 ： 240 - 245 . doi: 10.1016/j.snb.2013.04.057 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2013.04.057

WANG J ， TIAN Y L ， CHEN F M ， et al . Scanning electrochemical photometric sensors for label-free single-cell imaging and quantitative absorption analysis ［J］. Analytical Chemistry ， 2020 ， 92 （ 14 ）： 9739 - 9744 . doi: 10.1021/acs.analchem.0c01118 http://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.0c01118

WU F ， ZHOU B ， WANG J ， et al . Photoelectrochemical imaging system for the mapping of cell surface charges ［J］. Analytical Chemistry ， 2019 ， 91 （ 9 ）： 5896 - 5903 . doi: 10.1021/acs.analchem.9b00304 http://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.9b00304

张志勇，陈兴梧，牛文成，陈诚，孙兴文 . 光寻址电位传感器测量系统的研究［J］. 仪表技术与传感器， 2003 （ 12 ）： 34 - 36， 54 . doi: 10.3969/j.issn.1002-1841.2003.12.014 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1002-1841.2003.12.014

ZHANG Z Y ， CHEN X W ， NIU W C ， SUN X W ， et al . Research of light addressable potentiometric sensors measure system ［J］. Instrument Technique and Sensor ， 2003 （ 12 ）： 34 - 36， 54 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1002-1841.2003.12.014 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1002-1841.2003.12.014

YOSHINOBU T ， OBA N ， TANAKA H ， et al . High-speed and high-precision chemical-imaging sensor ［J］. Sensors and Actuators A： Physical ， 1995 ， 51 （ 2/3 ）： 231 - 235 . doi: 10.1016/s0924-4247(96)01226-5 http://dx.doi.org/10.1016/s0924-4247(96)01226-5

韩泾鸿，张虹，顾丽波，等 . 微结构光寻址电位传感器阵列芯片的研制［J］. 微纳电子技术， 2003 ， 40 （ S1 ）： 391 - 394 . doi: 10.3969/j.issn.1671-4776.2003.07.116 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-4776.2003.07.116

HAN J H ， ZHANG H ， GU L B ， et al . Study and fabrication of microstructure array chip based on light addressable potentiometric sensors ［J］. Micronanoelectronic Technology ， 2003 ， 40 （ S1 ）： 391 - 394 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1671-4776.2003.07.116 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-4776.2003.07.116

ZHANG Q T ， PING W ， PARAK W J ， et al . A novel design of multi-light LAPS based on digital compensation of frequency domain ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2001 ， 73 （ 2/3 ）： 152 - 156 . doi: 10.1016/s0925-4005(00)00696-1 http://dx.doi.org/10.1016/s0925-4005(00)00696-1

张高燕，王平，张钦涛 . 基于数字补偿的多光源寻址并行检测电位图像传感器［J］. 计量学报， 2002 （ 3 ）： 182 - 185， 223 .

ZHANG G Y ， WANG P ， ZHANG Q T . Multi-light LAPS based on digital compensation and parallel detection ［J］. Acta Metrologica Sinica ， 2002 （ 3 ）： 182 - 185， 223 . （in Chinese）

WAGNER T ， MOLINA R ， YOSHINOBU T ， et al . Handheld multi-channel LAPS device as a transducer platform for possible biological and chemical multi-sensor applications ［J］. Electrochimica Acta ， 2007 ， 53 （ 2 ）： 305 - 311 . doi: 10.1016/j.electacta.2007.04.006 http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2007.04.006

MIYAMOTO K ， KUWABARA Y ， KANOH S ， et al . Chemical image scanner based on FDM-LAPS ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2009 ， 137 （ 2 ）： 533 - 538 . doi: 10.1016/j.snb.2008.12.008 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2008.12.008

MIYAMOTO K I ， ITABASHI A ， WAGNER T ， et al . High-speed chemical imaging inside a microfluidic channel ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2014 ， 194 ： 521 - 527 . doi: 10.1016/j.snb.2013.12.090 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2013.12.090

SCHÖNING M J ， WAGNER T ， WANG C ， et al . Development of a handheld 16 channel pen-type LAPS for electrochemical sensing ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2005 ， 108 （ 1/2 ）： 808 - 814 . doi: 10.1016/j.snb.2005.01.055 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2005.01.055

WAGNER T ， WERNER C F B ， MIYAMOTO K I ， et al . A high-density multi-point LAPS set-up using a VCSEL array and FPGA control ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2011 ， 154 （ 2 ）： 124 - 128 . doi: 10.1016/j.snb.2010.03.009 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2010.03.009

LIN Y H ， DAS A ， HO K S ， et al . A novel light-addressable potentiometric sensors set-up with LCD projector as scanning light source ［C］. 2011 6th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems . 2023，2011 ， Kaohsiung， Taiwan， China . IEEE ， 2011 ： 972 - 975 . doi: 10.1109/nems.2011.6017517 http://dx.doi.org/10.1109/nems.2011.6017517

DAS A ， LIN Y H ， LAI C S . Miniaturized amorphous-silicon based chemical imaging sensor system using a mini-projector as a simplified light-addressable scanning source ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2014 ， 190 ： 664 - 672 . doi: 10.1016/j.snb.2013.09.069 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2013.09.069

LIN Y H ， DAS A ， LAI C S . A simple and convenient set-up of light addressable potentiometric sensors （LAPS） for chemical imaging using a commercially available projector as a light source ［J］. International Journal of Electrochemical Science ， 2013 ， 8 （ 5 ）： 7062 - 7074 .

MIYAMOTO K I ， KANEKO K ， MATSUO A ， et al . Miniaturized chemical imaging sensor system using an OLED display panel ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2012 ， 170 ： 82 - 87 . doi: 10.1016/j.snb.2011.02.029 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2011.02.029

WAGNER T ， MIYAMOTO K I ， SCHÖNING M J ， et al . Novel combination of digital light processing （DLP） and light-addressable potentiometric sensors （LAPS） for flexible chemical imaging ［J］. Procedia Engineering ， 2010 ， 5 ： 520 - 523 . doi: 10.1016/j.proeng.2010.09.161 http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2010.09.161

WAGNER T ， WERNER C F ， MIYAMOTO K I ， et al . Development and characterisation of a compact light-addressable potentiometric sensor （LAPS） based on the digital light processing （DLP） technology for flexible chemical imaging ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2012 ， 170 ： 34 - 39 . doi: 10.1016/j.snb.2010.12.003 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2010.12.003

WERNER C F ， WAGNER T ， MIYAMOTO K I ， et al . High speed and high resolution chemical imaging based on a new type of OLED-LAPS set-up ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2012 ， 175 ： 118 - 122 . doi: 10.1016/j.snb.2011.12.102 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2011.12.102

DAS A ， CHEN T C ， YANG C M ， et al . A high-speed， flexible-scanning chemical imaging system using a light-addressable potentiometric sensor integrated with an analog micromirror ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2014 ， 198 ： 225 - 232 . doi: 10.1016/j.snb.2014.03.028 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2014.03.028

DAS A ， YANG C M ， CHEN T C ， et al . Analog micromirror-LAPS for chemical imaging and zoom-in application ［J］. Vacuum ， 2015 ， 118 ： 161 - 166 . doi: 10.1016/j.vacuum.2014.11.003 http://dx.doi.org/10.1016/j.vacuum.2014.11.003

YANG C M ， YEN T H ， LIU H L ， et al . A real-time mirror-LAPS mini system for dynamic chemical imaging and cell acidification monitoring ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2021 ， 341 ： 130003 . doi: 10.1016/j.snb.2021.130003 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2021.130003

YOSHINOBU T ， MIYAMOTO K ， WERNER C F ， et al . Light-addressable potentiometric sensors for quantitative spatial imaging of chemical species ［J］. Annual Review of Analytical Chemistry ， 2017 ， 10 ： 225 - 246 . doi: 10.1146/annurev-anchem-061516-045158 http://dx.doi.org/10.1146/annurev-anchem-061516-045158

韩泾鸿，徐磊，张虹，等 . 一种新型的光寻址电位传感器研究［J］. 电子学报， 2004 ， 32 （ 8 ）： 1385 - 1388 . doi: 10.3321/j.issn:0372-2112.2004.08.037 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:0372-2112.2004.08.037

HAN J H ， XU L ， ZHANG H ， et al . A new type of light addressable potentiometric sensors ［J］. Acta Electronica Sinica ， 2004 ， 32 （ 8 ）： 1385 - 1388 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:0372-2112.2004.08.037 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:0372-2112.2004.08.037

陈东，刘诗斌，殷世民，等 . 光寻址电位传感器的噪声分析与信号处理方法研究［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 6 ）： 1456 - 1464 . doi: 10.3788/ope.20162406.1456 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20162406.1456

CHEN D ， LIU S B ， YIN S M ， et al . Research on noise analysis and signal processing method of light addressable potentiometric sensor ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2016 ， 24 （ 6 ）： 1456 - 1464 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20162406.1456 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20162406.1456

李学亮，刘诗斌，陈东，等 . 基于小波变换的光寻址电位传感器信号去噪研究［J］. 光电子·激光， 2014 ， 25 （ 5 ）： 835 - 839 .

LI X L ， LIU S B ， CHEN D ， et al . Denoising of LAPS signal based on wavelet transform ［J］. Journal of Optoelectronics·Laser ， 2014 ， 25 （ 5 ）： 835 - 839 . （in Chinese）

陈东 . 光寻址电位传感器关键技术研究［D］. 西安：西北工业大学， 2018 .

CHEN D . Research on Key Technology of Light Addressable Potentiometric Sensors ［D］. Xi'an ： Northwestern Polytechnical University ， 2018 . （in Chinese）

YOSHINOBU T ， ECKEN H ， POGHOSSIAN A ， et al . Constant-current-mode LAPS （CLAPS） for the detectionof penicillin ［J］. Electroanalysis ， 2001 ， 13 （ 8/9 ）： 733 - 736 . doi: 10.1002/1521-4109(200105)13:8/9<733::aid-elan733>3.0.co;2-n http://dx.doi.org/10.1002/1521-4109(200105)13:8/9<733::aid-elan733>3.0.co;2-n

MIYAMOTO K I ， SAKAKITA S ， YOSHINOBU T . A novel data acquisition method for visualization of large pH changes by chemical imaging sensor ［J］. ISIJ International ， 2016 ， 56 （ 3 ）： 492 - 494 . doi: 10.2355/isijinternational.isijint-2015-330 http://dx.doi.org/10.2355/isijinternational.isijint-2015-330

MIYAMOTO K I ， SUGAWARA Y ， KANOH S ， et al . Image correction method for the chemical imaging sensor ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2010 ， 144 （ 2 ）： 344 - 348 . doi: 10.1016/j.snb.2008.10.069 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2008.10.069

WU F ， CAMPOS I ， ZHANG D W ， et al . Biological imaging using light-addressable potentiometric sensors and scanning photo-induced impedance microscopy ［J］. Proceedings Mathematical， Physical， and Engineering Sciences ， 2017 ， 473 （ 2201 ）： 20170130 . doi: 10.1098/rspa.2017.0130 http://dx.doi.org/10.1098/rspa.2017.0130

MIYAMOTO K I ， WAGNER T ， YOSHINOBU T ， et al . Phase-mode LAPS and its application to chemical imaging ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2011 ， 154 （ 1 ）： 28 - 32 . doi: 10.1016/j.snb.2009.12.022 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2009.12.022

MIYAMOTO K I ， WAGNER T ， MIMURA S ， et al . Constant-phase-mode operation of the light-addressable potentiometric sensor ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2011 ， 154 （ 2 ）： 119 - 123 . doi: 10.1016/j.snb.2010.01.004 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2010.01.004

KRAUSE S ， TALABANI H ， XU M ， et al . Scanning photo-induced impedance microscopy-an impedance based imaging technique ［J］. Electrochimica Acta ， 2002 ， 47 （ 13/14 ）： 2143 - 2148 . doi: 10.1016/s0013-4686(02)00088-9 http://dx.doi.org/10.1016/s0013-4686(02)00088-9

KRAUSE S ， MORITZ W ， TALABANI H ， et al . Scanning photo-induced impedance microscopy-resolution studies and polymer characterization ［J］. Electrochimica Acta ， 2006 ， 51 （ 8/9 ）： 1423 - 1430 . doi: 10.1016/j.electacta.2005.02.119 http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2005.02.119

ZHOU Y L ， CHEN L ， KRAUSE S ， et al . Scanning photoinduced impedance microscopy using amorphous silicon photodiode structures ［J］. Analytical Chemistry ， 2007 ， 79 （ 16 ）： 6208 - 6214 . doi: 10.1021/ac070797d http://dx.doi.org/10.1021/ac070797d

ZHOU Y L ， JIANG S H ， KRAUSE S ， et al . Biosensor arrays based on the degradation of thin polymer films interrogated by scanning photoinduced impedance microscopy ［J］. Analytical Chemistry ， 2007 ， 79 （ 23 ）： 8974 - 8978 . doi: 10.1021/ac071437t http://dx.doi.org/10.1021/ac071437t

WANG J ， CAMPOS I ， WU F ， et al . The effect of gold nanoparticles on the impedance of microcapsules visualized by scanning photo-induced impedance microscopy ［J］. Electrochimica Acta ， 2016 ， 208 ： 39 - 46 . doi: 10.1016/j.electacta.2016.05.017 http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2016.05.017

ZHANG D W ， WU F ， WANG J ， et al . Image detection of yeast Saccharomyces cerevisiae by light-addressable potentiometric sensors （LAPS）［J］. Electrochemistry Communications ， 2016 ， 72 ： 41 - 45 . doi: 10.1016/j.elecom.2016.08.017 http://dx.doi.org/10.1016/j.elecom.2016.08.017

WU F ， ZHANG D W ， WANG J ， et al . Copper contamination of self-assembled organic monolayer modified silicon surfaces following a “click” reaction characterized with LAPS and SPIM ［J］. Langmuir ， 2017 ， 33 （ 13 ）： 3170 - 3177 . doi: 10.1021/acs.langmuir.6b03831 http://dx.doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b03831

YU H ， WANG J ， LIU Q J ， et al . High spatial resolution impedance measurement of EIS sensors for light addressable cell adhesion monitoring ［J］. Biosensors and Bioelectronics ， 2011 ， 26 （ 6 ）： 2822 - 2827 . doi: 10.1016/j.bios.2010.08.032 http://dx.doi.org/10.1016/j.bios.2010.08.032

BOUSSE L J ， MOSTARSHED S ， HAFEMAN D . Combined measurement of surface potential and zeta potential at insulator/electrolyte interfaces ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 1992 ， 10 （ 1 ）： 67 - 71 . doi: 10.1016/0925-4005(92)80013-n http://dx.doi.org/10.1016/0925-4005(92)80013-n

ADAMI M ， SARTORE M ， BALDINI E ， et al . New measuring principle for LAPS devices ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 1992 ， 9 （ 1 ）： 25 - 31 . doi: 10.1016/0925-4005(92)80189-5 http://dx.doi.org/10.1016/0925-4005(92)80189-5

SASAKI Y ， KANAI Y ， UCHIDA H ， et al . Highly sensitive taste sensor with a new differential LAPS method ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 1995 ， 25 （ 1/2/3 ）： 819 - 822 . doi: 10.1016/0925-4005(95)85182-8 http://dx.doi.org/10.1016/0925-4005(95)85182-8

ISMAIL A BMD ， SUGIHARA H ， YOSHINOBU T ， et al . A novel low-noise measurement principle for LAPS and its application to faster measurement of pH ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2001 ， 74 （ 1/2/3 ）： 112 - 116 . doi: 10.1016/s0925-4005(00)00719-x http://dx.doi.org/10.1016/s0925-4005(00)00719-x

MIYAMOTO K I ， YOSHIDA M ， SAKAI T ， et al . Differential setup of light-addressable potentiometric sensor with an enzyme reactor in a flow channel ［J］. Japanese Journal of Applied Physics ， 2011 ， 50 （ 4S ）： 04 DL08. doi: 10.7567/jjap.50.04dl08 http://dx.doi.org/10.7567/jjap.50.04dl08

DANTISM S ， TAKENAGA S ， WAGNER T ， et al . Differential imaging of the metabolism of bacteria and eukaryotic cells based on light-addressable potentiometric sensors ［J］. Electrochimica Acta ， 2017 ， 246 ： 234 - 241 . doi: 10.1016/j.electacta.2017.05.196 http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2017.05.196

DANTISM S ， RÖHLEN D ， WAGNER T ， et al . A LAPS-based differential sensor for parallelized metabolism monitoring of various bacteria ［J］. Sensors ， 2019 ， 19 （ 21 ）： 4692 . doi: 10.3390/s19214692 http://dx.doi.org/10.3390/s19214692

DANTISM S ， RÖHLEN D ， SELMER T ， et al . Quantitative differential monitoring of the metabolic activity of Corynebacterium glutamicum cultures utilizing a light-addressable potentiometric sensor system ［J］. Biosensors and Bioelectronics ， 2019 ， 139 ： 111332 . doi: 10.1016/j.bios.2019.111332 http://dx.doi.org/10.1016/j.bios.2019.111332

DOGHISH M Y ， HO F D . A comprehensive analytical model for metal-insulator-semiconductor （MIS） devices： a solar cell application ［J］. IEEE Transactions on Electron Devices ， 1993 ， 40 （ 8 ）： 1446 - 1454 . doi: 10.1109/16.223704 http://dx.doi.org/10.1109/16.223704

SARTORE M ， ADAMI M ， NICOLINI C . Computer simulation and optimization of a light addressable potentiometric sensor ［J］. Biosensors and Bioelectronics ， 1992 ， 7 （ 1 ）： 57 - 64 . doi: 10.1016/0956-5663(92)90031-h http://dx.doi.org/10.1016/0956-5663(92)90031-h

YOSHINOBU T ， ECKEN H ， POGHOSSIAN A ， et al . Alternative sensor materials for light-addressable potentiometric sensors ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2001 ， 76 （ 1/2/3 ）： 388 - 392 . doi: 10.1016/s0925-4005(01)00646-3 http://dx.doi.org/10.1016/s0925-4005(01)00646-3

SIMONIS A ， RUGE C ， MÜLLER-VEGGIAN M ， et al . A long-term stable macroporous-type EIS structure for electrochemical sensor applications ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2003 ， 91 （ 1/2/3 ）： 21 - 25 . doi: 10.1016/s0925-4005(03)00061-3 http://dx.doi.org/10.1016/s0925-4005(03)00061-3

SCHÖNING M J ， MALKOC Ü ， THUST M ， et al . Novel electrochemical sensors with structured and porous semiconductor/insulator capacitors ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2000 ， 65 （ 1/2/3 ）： 288 - 290 . doi: 10.1016/s0925-4005(99)00349-4 http://dx.doi.org/10.1016/s0925-4005(99)00349-4

CHEN L ， ZHOU Y L ， JIANG S H ， et al . High resolution LAPS and SPIM ［J］. Electrochemistry Communications ， 2010 ， 12 （ 6 ）： 758 - 760 . doi: 10.1016/j.elecom.2010.03.026 http://dx.doi.org/10.1016/j.elecom.2010.03.026

WANG J ， ZHOU Y L ， WATKINSON M ， et al . High-sensitivity light-addressable potentiometric sensors using silicon on sapphire functionalized with self-assembled organic monolayers ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2015 ， 209 ： 230 - 236 . doi: 10.1016/j.snb.2014.11.071 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2014.11.071

WANG J ， WU F ， WATKINSON M ， et al . “click” patterning of self-assembled monolayers on hydrogen-terminated silicon surfaces and their characterization using light-addressable potentiometric sensors ［J］. Langmuir： the ACS Journal of Surfaces and Colloids ， 2015 ， 31 （ 35 ）： 9646 - 9654 . doi: 10.1021/acs.langmuir.5b02069 http://dx.doi.org/10.1021/acs.langmuir.5b02069

NAKAO M ， YOSHINOBU T ， IWASAKI H . Improvement of spatial resolution of a laser-scanning pH-imaging sensor ［J］. Japanese Journal of Applied Physics ， 1994 ， 33 （ Part 2 ， No. 3A ）： L394 - L397 . doi: 10.1143/jjap.33.l394 http://dx.doi.org/10.1143/jjap.33.l394

GUO Y Y ， MIYAMOTO K I ， WAGNER T ， et al . Device simulation of the light-addressable potentiometric sensor for the investigation of the spatial resolution ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2014 ， 204 ： 659 - 665 . doi: 10.1016/j.snb.2014.08.016 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2014.08.016

SARTORE M ， ADAMI M ， NICOLINI C ， et al . Minority carrier diffusion length effects on light-addressable potentiometric sensor （LAPS） devices ［J］. Sensors and Actuators A： Physical ， 1992 ， 32 （ 1/2/3 ）： 431 - 436 . doi: 10.1016/0924-4247(92)80025-x http://dx.doi.org/10.1016/0924-4247(92)80025-x

PARCE J W ， OWICKI J C ， KERCSO K M ， et al . Detection of cell-affecting agents with a silicon biosensor ［J］. Science ， 1989 ， 246 （ 4927 ）： 243 - 247 . doi: 10.1126/science.2799384 http://dx.doi.org/10.1126/science.2799384

MCCONNELL H M ， OWICKI J C ， PARCE J W ， et al . The cytosensor microphysiometer： biological applications of silicon technology ［J］. Science ， 1992 ， 257 （ 5078 ）： 1906 - 1912 . doi: 10.1126/science.1329199 http://dx.doi.org/10.1126/science.1329199

NAKAO M ， INOUE S ， YOSHINOBU T ， et al . High-resolution pH imaging sensor for microscopic observation of microorganisms ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 1996 ， 34 （ 1/2/3 ）： 234 - 239 . doi: 10.1016/s0925-4005(96)01903-x http://dx.doi.org/10.1016/s0925-4005(96)01903-x

CHEN T C ， ZENG W Y ， LIAO Y H ， et al . High photocurrent and operation frequency for light-addressable potentiometric sensor by thinner Si substrate ［C］. 2014 IEEE International Nanoelectronics Conference . 2831，2014 ， Sapporo ， Japan . IEEE ， 2014 ： 1 - 3 . doi: 10.1109/inec.2014.7460413 http://dx.doi.org/10.1109/inec.2014.7460413

ZENG W Y ， CHEN C C ， YANG C M ， et al . High photocurrent and high frequency response of light-addressable potentiometrie sensor with thin Si substrate and surface roughness ［C］. 2015 IEEE SENSORS . 14，2015 ， Busan ， Korea （South） . IEEE ， 2015 ： 1 - 3 . doi: 10.1109/icsens.2015.7370177 http://dx.doi.org/10.1109/icsens.2015.7370177

YANG C M ， ZENG W Y ， CHEN Y P ， et al . Surface modification for high photocurrent and pH sensitivity in a silicon-based light-addressable potentiometric sensor ［J］. IEEE Sensors Journal ， 2018 ， 18 （ 6 ）： 2253 - 2259 . doi: 10.1109/jsen.2017.2789328 http://dx.doi.org/10.1109/jsen.2017.2789328

ZENG W Y ， CHEN T C ， LIU H L ， et al . Thin silicon light-addressable potentiometric sensor by Deep reactive-ion etching ［C］. 2017 19th International Conference on Solid-State Sensors， Actuators and Microsystems （TRANSDUCERS）. 1822，2017 ， Kaohsiung， Taiwan， China. IEEE ， 2017 ： 1540 - 1542 . doi: 10.1109/transducers.2017.7994353 http://dx.doi.org/10.1109/transducers.2017.7994353

LIN Y J ， LIN P Y ， CHEN Y P ， et al . A multi-well thin-Si LAPS and all-in-one readout system for ion activity monitor of epithelium cells ［C］. EUROSENSORS 2018. Basel Switzerland ： MDPI ， 2018 ， 2 （ 13 ）.

CHEN D ， LIU S B ， YIN S M ， et al . Light-addressable potentiometric sensor with the micro blind holes substrate ［J］. IET Science ， Measurement & Technology， 2017 ， 11 （ 1 ）： 57 - 62 . doi: 10.1049/iet-smt.2016.0175 http://dx.doi.org/10.1049/iet-smt.2016.0175

TRUONG H A ， WERNER C F ， MIYAMOTO K I ， et al . A partially etched structure of light-addressable potentiometric sensor for high-spatial-resolution and high-speed chemical imaging ［J］. Physica Status Solidi （a）， 2018 ， 215 （ 15 ）： 1700964 . doi: 10.1002/pssa.201700964 http://dx.doi.org/10.1002/pssa.201700964

TRUONG H A ， WERNER C F ， MIYAMOTO K I ， et al . Multi-well sensor platform based on a partially etched structure of a light-addressable potentiometric sensor ［J］. Physica Status Solidi （a）， 2019 ， 216 （ 12 ）： 1800764 . doi: 10.1002/pssa.201800764 http://dx.doi.org/10.1002/pssa.201800764

チューン，ホアンアン . Development of Partially-thinned LAPS Structures and Their Applications to Chemical Imaging and Analysis of Multiple Samples ［D］. Tohoku University ， 2019 . doi: 10.1201/9780429426506-110 http://dx.doi.org/10.1201/9780429426506-110

YANG C M ， ZENG W Y ， CHEN C H ， et al . Spatial resolution and 2D chemical image of light-addressable potentiometric sensor improved by inductively coupled-plasma reactive-ion etching ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2018 ， 258 ： 1295 - 1301 . doi: 10.1016/j.snb.2017.12.151 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2017.12.151

MORITZ W ， YOSHINOBU T ， FINGER F ， et al . High resolution LAPS using amorphous silicon as the semiconductor material ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2004 ， 103 （ 1/2 ）： 436 - 441 . doi: 10.1016/j.snb.2004.04.073 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2004.04.073

YOSHINOBU T ， SCHÖNING M ， FINGER F ， et al . Fabrication of thin-film LAPS with amorphous silicon ［J］. Sensors ， 2004 ， 4 （ 10 ）： 163 - 169 . doi: 10.3390/s41000163 http://dx.doi.org/10.3390/s41000163

MORITZ W ， GERHARDT I ， RODEN D ， et al . Photocurrent measurements for laterally resolved interface characterization ［J］. Fresenius' Journal of Analytical Chemistry ， 2000 ， 367 （ 4 ）： 329 - 333 . doi: 10.1007/s002160000409 http://dx.doi.org/10.1007/s002160000409

DAS A ， DAS A ， CHANG L B ， et al . GaN thin film based light addressable potentiometric sensor for pH sensing application ［J］. Applied Physics Express ， 2013 ， 6 （ 3 ）： 036601 . doi: 10.7567/apex.6.036601 http://dx.doi.org/10.7567/apex.6.036601

YANG C M ， CHEN C H ， CHANG L B ， et al . IGZO thin-film light-addressable potentiometric sensor ［J］. IEEE Electron Device Letters ， 2016 ， 37 （ 11 ）： 1481 - 1484 . doi: 10.1109/led.2016.2614274 http://dx.doi.org/10.1109/led.2016.2614274

YANG C M ， YANG Y C ， CHEN C H . Thin-film light-addressable potentiometric sensor with SnO x as a photosensitive semiconductor ［J］. Vacuum ， 2019 ， 168 ： 108809 . doi: 10.1016/j.vacuum.2019.108809 http://dx.doi.org/10.1016/j.vacuum.2019.108809

ZHOU B ， DAS A ， KAPPERS M J ， et al . InGaN as a substrate for AC photoelectrochemical imaging ［J］. Sensors （Basel， Switzerland）， 2019 ， 19 （ 20 ）： 4386 . doi: 10.3390/s19204386 http://dx.doi.org/10.3390/s19204386

徐磊，韩泾鸿，梁卫国，等 . LAPS控制和测试系统的设计和实现［J］. 仪器仪表学报， 2002 ， 23 （ S1 ）： 161 - 163 . doi: 10.3321/j.issn:0254-3087.2002.z1.073 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:0254-3087.2002.z1.073

XU L ， HAN J H ， LIANG W G ， et al . The design and realization of LAPS control and measure system ［J］. Chinese Journal of Scientific Instrument ， 2002 ， 23 （ S1 ）： 161 - 163 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:0254-3087.2002.z1.073 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:0254-3087.2002.z1.073

POGHOSSIAN A ， WERNER C F ， BUNIATYAN V V ， et al . Towards addressability of light-addressable potentiometric sensors： Shunting effect of non-illuminated region and cross-talk ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2017 ， 244 ： 1071 - 1079 . doi: 10.1016/j.snb.2017.01.047 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2017.01.047

MIYAMOTO K I ， HAYASHI K ， SAKAMOTO A ， et al . A high-Q resonance-mode measurement of EIS capacitive sensor by elimination of series resistance ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2017 ， 248 ： 1006 - 1010 . doi: 10.1016/j.snb.2017.03.002 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2017.03.002

ITO Y . High-spatial resolution LAPS ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 1998 ， 52 （ 1/2 ）： 107 - 111 . doi: 10.1016/s0925-4005(98)00266-4 http://dx.doi.org/10.1016/s0925-4005(98)00266-4

ZHANG Q T . Theoretical analysis and design of submicron-LAPS ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2005 ， 105 （ 2 ）： 304 - 311 . doi: 10.1016/s0925-4005(04)00451-4 http://dx.doi.org/10.1016/s0925-4005(04)00451-4

TAN J ， LIU S B ， LUO J Z ， et al . Well-ordered polystyrene colloidal spheres for light addressable potentiometric sensor ［J］. Thin Solid Films ， 2020 ， 716 ： 138417 . doi: 10.1016/j.tsf.2020.138417 http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2020.138417

TAN J ， LIU S B ， LUO J Z ， et al . Honeycomb meshed working electrodes based on microsphere lithography for high-resolution chemical image sensor ［J］. Analytica Chimica Acta ， 2021 ， 1178 ： 338798 . doi: 10.1016/j.aca.2021.338798 http://dx.doi.org/10.1016/j.aca.2021.338798

ZHANG D W ， WU F ， KRAUSE S . LAPS and SPIM imaging using ITO-coated glass as the substrate material ［J］. Analytical Chemistry ， 2017 ， 89 （ 15 ）： 8129 - 8133 . doi: 10.1021/acs.analchem.7b01898 http://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.7b01898

WANG J ， KONG S ， CHEN F M ， et al . A bioelectronic taste sensor based on bioengineered Escherichia coli cells combined with ITO-constructed electrochemical sensors ［J］. Analytica Chimica Acta ， 2019 ， 1079 ： 73 - 78 . doi: 10.1016/j.aca.2019.06.023 http://dx.doi.org/10.1016/j.aca.2019.06.023

ZHANG D W ， PAPAIOANNOU N ， DAVID N M ， et al . Photoelectrochemical response of carbon dots （CDs） derived from chitosan and their use in electrochemical imaging ［J］. Materials Horizons ， 2018 ， 5 （ 3 ）： 423 - 428 . doi: 10.1039/c7mh00784a http://dx.doi.org/10.1039/c7mh00784a

TU Y ， AHMAD N ， BRISCOE J ， et al . Light-addressable potentiometric sensors using ZnO nanorods as the sensor substrate for bioanalytical applications ［J］. Analytical Chemistry ， 2018 ， 90 （ 14 ）： 8708 - 8715 . doi: 10.1021/acs.analchem.8b02244 http://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.8b02244

ZHOU B ， DAS A ， ZHONG M C ， et al . Photoelectrochemical imaging system with high spatiotemporal resolution for visualizing dynamic cellular responses ［J］. Biosensors and Bioelectronics ， 2021 ， 180 ： 113121 . doi: 10.1016/j.bios.2021.113121 http://dx.doi.org/10.1016/j.bios.2021.113121

浏览量

651

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

光寻址电位传感器的噪声分析与信号处理方法研究