Design of an integrated circuit with buried double junction photodiodes for optical immunoassays

Optical immunoassays require measurement systems capable of distinguishing the light from the laser source, used to illuminate the assay, from the light generated by the particles contained within the assay itself (fluorescence). The main challenge is that the light used to excite the sample is several orders of magnitude more intense than that generated by fluorescence. Usually, single junction photodiodes and optical filters are used. The sensitivity of these schemes is limited by the filter performance. In this work, the design of a CMOS integrated circuit including buried double junction photodiodes (BDJ) is presented. This approach allows the measurement of both light sources simultaneously. From simulations, it is shown that this integrated circuit with BDJ would achieve a better detection limit than the scheme based on single-junction photodiodes of equivalent silicon area. Furthermore, integrating the photodetectors and the reading circuit on the same chip would make the system suitable to be used in biomedical applications such as Point-of-Care (POC) devices.
Los inmunoensayos ópticos requieren de sistemas de medición capaces de distinguir la luz de la fuente láser, utilizada para iluminar el ensayo, de aquella generada por las partículas contenidas en el mismo (fluorescencia). El principal desafío es que la luz usada para excitar la muestra es varios órdenes de magnitud más intensa que la generada por fluorescencia. Usualmente, se utilizan filtros ópticos y fotodiodos de juntura simple. La sensibilidad de estos esquemas se encuentra limitada por el desempeño del filtro. En este trabajo se presenta el diseño de un circuito integrado de lectura que incorpora fotodiodos de doble juntura, lo que permite la medición de ambas fuentes de luz en simultáneo. A partir de simulaciones, se demuestra que este enfoque lograría un mejor límite de detección que el esquema basado en fotodiodos de juntura simple de igual área. Además, la integración del circuito de lectura y los fotoreceptores en un mismo chip, favorecería la miniaturización y portabilidad del sistema para aplicaciones biomédicas como en dispositivos Point-of-Care (POC).