Lab-on-a-Chip eszközök multidomén tervezése

Munkám során egy olyan integrált áramköri technológiára épülő kiolvasó áramkört terveztem, amely egy úgynevezett "Lab-on-a-Chip" mikrodiagnosztikai eszközben látja el feladatát, és folytonos áramlású mikrokaloriméterként a minták hőtartalmának különbségével arányos jelet állít elő a kimenetén. Ezzel kimutathatóvá válnak az antitest-antigén, fehérje-ligandum és enzim-ligandum reakciók, amellyel meghatározhatók olyan betegségek, mint a rák, neurológiai rendellenességek, diabétesz, anyagcsere-betegségek egy cseppnyi vérminta felhasználásával közvetlenül a betegágy mellett, és biztosított lenne az azonnali eredmény.

Ismertetem a rendszer működésének elvi alapjait, majd röviden bemutatom az enzimkinetika azon részét, melynek ismerete feltétlenül szükséges az eszköz működésének megértéséhez. Részletesen ismertetem a jelenleg alkalmazott eszközt és megoldást, valamint az áramkörtervezéssel kapcsolatos problémákat. Az adott problémákra a szakirodalomban bevált megoldásokat keresek, ezek közül kiválasztom a jelen feladathoz legjobban illeszkedőt és alkalmazom az áramkörben.

Bemutatom az általam kidolgozott eljárást, melynek segítségével az áramkör tervezéséhez szükséges paraméterek meghatározhatóak. A MEMS (mikro-elektro-mechanikus rendszer) hőmérséklet érzékelő termikus analíziséhez elkészítettem a struktúra végeselem modelljét és termikus transzfer impedancia alapú kompakt helyettesítő képét. A modell alkalmas a struktúra termikus csatolásainak leírására, valamint az erősítőáramkör bemeneti jeltartományának definiálására. A termikus és áramköri modellek megfelelő összekapcsolásával tanulmányozhatóvá válik az enzimreakciók hőválaszának hatása az áramkör kimenetén. Az így kapott szempontok szerint kiválasztottam egy tervezési struktúrát a szakirodalomban ismertetett változatok közül és megterveztem a kiolvasó áramkör elvi kapcsolási rajzát az adott célnak megfelelően optimalizált változatban. Ennek ismeretében elkészítettem az áramkör layout tervét az adott peremfeltételek szerint, elvégeztem a kapcsolás DRC és LVS ellenőrzését, valamint az áramkör mikrofluidikai platformon meghatározott pozíciójára ajánlást adtam.

Végül az általam kifejlesztett, az adott problémára optimalizált áramkör jellemző tulajdonságainak meghatározására irányuló szimulációk és azok eredményei kerülnek bemutatásra. Ezek közül különös jelentőséggel bírnak a termikus, a technológiai szórás hatását vizsgáló, valamint a post-layout szimulációk. Az eszköz működőképességének vizsgálatára további feladatspecifikus szimulációk végrehajtása szükséges. Modelleztem a mikrofluidikai instabilitások hatását a kiolvasó áramkör működésére. Az így kapott eredményekből a kapcsolás működőképességére és annak határaira vonatkozó következtetések vontam le. Meghatároztam a jövőbeli fejlesztések lehetséges irányát, amely segítségével a mikrofluidikai platform valódi Lab-on-a-Chip eszközzé válik.

szerző

• 
  Takács Gábor Dr.
  villamosmérnöki
  nappali
  

konzulens

• 
  Dr. Ender Ferenc
  Egyetemi Docens, Elektronikus Eszközök Tanszék

helyezés