本申请公开了一种基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测装置及系统，涉及体内PH检测技术领域。该装置包括：外壳；无线传感芯片，所述芯片上集成有：PH传感模块，其传感界面通过所述外壳暴露于被测环境；信号处理模块，与所述PH传感模块连接，用于对所述PH传感模块检测到的PH传感信号进行处理；以及无线通信及供电模块，与所述信号处理模块连接，用于发送经所述信号处理模块处理的PH传感信号，并为所述无线传感芯片上的各模块供电。本申请将PH检测模块、信号处理模块、无线通信模块集成于一个片上系统中，利用CMOS工艺、无线能量传输技术和背散射反向通信技术，有效减小了PH检测装置的体积，提高PH检测的精度。提高PH检测的精度。提高PH检测的精度。
【技术实现步骤摘要】
基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测装置及系统
[0001]本申请涉及体内PH检测
，具体涉及一种基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测装置及系统。
技术介绍
[0002]胃食管反流病(Gastroesophageal reflux disease,GERD)是指胃内容物反流入食管或咽部而引起一系列食管内、外症状及相关并发症的一种疾病，目前医学界普遍以24小时pH监测数据为诊断GERD病症的黄金标准，监测过程的核心步骤是将pH电极置入食管括约肌上方约5cm处。随后将采集到的数据传出到体外的分析记录仪当中，以供临床分析。考虑到上述的数据采集过程是在体内实现，以及医学环境下严格的卫生标准，用于食道内部监测pH值的理想电极应该是微型、可靠且经济的。
[0003]然而目前为止，医疗市场上应用最为广泛、技术最成熟的pH监测系统均是基于导管的插入式电极，其存在诸多局限性。例如导管式电极的位置会随着患者体位改变、吞咽食物等动作发生变化，造成测量数据不准确；在长时间的检测过程中，由于导管电极表面氧化，导管电极的pH值随着时间推移而缓慢漂移。因此，在超过一定时间之后使用导管式电极所测得数据准确度将会下降，影响诊断率；且导管插入的方式会使人体感到不适。
[0004]此外，医疗市场上还存在一种无线植入式pH监测胶囊，如BRAVO Capsule无线胶囊。该胶囊的无线检测系统由多个功能模块集合实现，不同模块之间需要复杂的电气连接，使得胶囊体积较大，在植入操作和固定操作中都有一定难度；且长时间监测易导致电极上的氧化损伤、电池寿命短以及自行脱落等问题。除此之外，由于无线监测系统的采样频率较低，BRAVO系统对短时间的反流事件(＜15s至17s)缺乏敏感性，可能会造成数据的丢失。
技术实现思路
[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题的至少之一，本申请实施例提供一种基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测装置及系统。
[0006]根据本申请实施例的第一方面，本申请提供一种基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测装置，所述装置包括：
[0007]外壳；
[0008]无线传感芯片，所述芯片上集成有：
[0009]PH传感模块，其传感界面通过所述外壳暴露于被测环境；
[0010]信号处理模块，与所述PH传感模块连接，用于对所述PH传感模块检测到的PH传感信号进行处理；以及
[0011]无线通信及供电模块，与所述信号处理模块连接，用于发送经所述信号处理模块处理的PH传感信号，并为所述无线传感芯片上的各模块供电。
[0012]在一实施例中，所述PH传感模块采用离子敏场效应管；
[0013]所述离子敏场效应管的参比电极通过CMOS工艺集成于所述芯片上。
[0014]在一实施例中，所述参比电极基于磁控溅射技术、电子蒸镀技术或电镀技术形成于所述芯片上。
[0015]在一实施例中，所述传感界面包括离子敏感介质层；
[0016]所述离子敏感介质层包括硅氧化物、硅氮化物、high
‑
K介质物、对氢离子敏感的金属氧化物中的一种。
[0017]在一实施例中，所述信号处理模块包括：
[0018]功放单元，用于对所述PH传感信号进行放大；
[0019]模数转换单元，用于对经所述功放单元放大的PH传感信号进行模数转换。
[0020]在一实施例中，所述无线通信及供电模块包括；
[0021]负载调制键控电路，与所述信号处理模块连接，用于传输经所述信号处理模块处理的PH传感信号；
[0022]一个片上线圈，与所述负载调制键控电路连接，用于根据所述负载调制键控电路的调控改变负载，以发送所述PH传感信号或接收外部的功率信号；
[0023]片上电源管理模块，与所述信号处理模块以及所述PH传感模块分别连接，用于将所述功率信号转化为直流供电电压进行供电。
[0024]在一实施例中，所述负载调制键控电路还用于：
[0025]在接收到所述信号处理模块发送的PH传感信号时，根据所述PH传感信号控制所述片上线圈的负载变化，以使所述片上线圈发送所述PH传感信号；
[0026]在未接收到所述信号处理模块发送的PH传感信号时，根据所述功率信号控制所述片上线圈的负载变化，以使所述片上线圈接收所述功率信号。
[0027]在一实施例中，所述片上电源管理模块包括：
[0028]片上整流电路和片上稳压电路，用于将所述功率信号转化为稳定的直流供电电压。
[0029]在一实施例中，所述外壳采用耐受被测环境中的物质腐蚀的材料制成。
[0030]根据本申请实施例的第二方面，本申请提供一种基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测系统，该系统包括：
[0031]本申请任一实施例提供的基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测装置，设置于被测环境中；
[0032]无线收发器，设置于不同于所述被测环境的信号接收环境中；
[0033]所述基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测装置检测所述被测环境中的PH信号并将所述PH信号发送至所述无线收发器；以及接收所述无线收发器发射的功率信号并将所述功率信号转换为直流供电电压。
[0034]本申请的基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测装置及系统，采用基于ISFET原理的pH传感电路，通过微加工集成传感器与片上参比电极，将胃酸监测芯片系统体积控制在毫米数量级上，从而实现无感植入，实现高效、准确、可靠、快速的诊断过程；同时，基于无线能量传输系统供能的植入系统，通过中远场能量传输系统，低功耗的电源管理系统和背散射反向通信系统，能够使植入物功耗进一步降低同时使植入物的安全性与可靠性进一步提高。此外，ISFET生物芯片自带的半导体芯片属性，可以轻易的将主体功能实现与信号处理集成于一个片上系统，进而实现一种新型的微型化、高精准、性能可靠的医疗诊断系统。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0036]图1为本申请提供的基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测装置的侧面剖视图。
[0037]图2为本申请提供的无线传感芯片的一种系统结构框图。
[0038]图3为本申请提供的无线传感芯片的另一种系统结构框图。
[0039]图4为本申请提供的无线传感芯片的另一种系统结构框图。
[0040]图5为本申请提供的基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测系统的示意图。
具体实施方式
[0041]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本专利技术实施例做进一步详细说明。在此，本专利技术的示意性实施例及其说本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测装置，其特征在于，所述装置包括：外壳；无线传感芯片，所述芯片上集成有：PH传感模块，其传感界面通过所述外壳暴露于被测环境；信号处理模块，与所述PH传感模块连接，用于对所述PH传感模块检测到的PH传感信号进行处理；以及无线通信及供电模块，与所述信号处理模块连接，用于发送经所述信号处理模块处理的PH传感信号，并为所述无线传感芯片上的各模块供电。2.根据权利要求1所述的基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测装置，其特征在于，所述PH传感模块采用离子敏场效应管；所述离子敏场效应管的参比电极通过CMOS工艺集成于所述芯片上。3.根据权利要求2所述的基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测装置，其特征在于，所述参比电极基于磁控溅射技术、电子蒸镀技术或电镀技术形成于所述芯片上。4.根据权利要求1所述的基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测装置，其特征在于，所述传感界面包括离子敏感介质层；所述离子敏感介质层包括硅氧化物、硅氮化物、high
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K介质物、对氢离子敏感的金属氧化物中的一种。5.根据权利要求1所述的基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测装置，其特征在于，所述信号处理模块包括：功放单元，用于对所述PH传感信号进行放大；模数转换单元，用于对经所述功放单元放大的PH传感信号进行模数转换。6.根据权利要求1所述的基于ISFET的单芯片集成微型无线PH检测装置，其特征在于，所述无线通信及供电模块包括；负载调制键控电路，与所述信号处理模块连接，用于传输经所述信号处理模块处理的PH传感信...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡远奇，梁菁，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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