存储纳米孔测量样本的模拟存储器的差分输出制造技术

公开了纳米孔测量电路。纳米孔测量电路包括纳米孔电极、第一模拟存储器和第二模拟存储器。纳米孔测量电路还包括将纳米孔电极选择性地连接到第一模拟存储器和第二模拟存储器中的至少一个的开关网络。

Differential output of analog memory for measuring nanopore measurements

The nanoscale measurement circuit is disclosed. The nanopore measuring circuit includes a nanoporous electrode, a first analog memory and a second analog memory. The nanopore measuring circuit also includes a switch network selectively connecting the nanoporous electrodes to at least one of the first analog memory and the second analog memory.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】存储纳米孔测量样本的模拟存储器的差分输出
技术介绍
近年来半导体产业内微小型化方面的进步使得生物技术专家能够开始将传统上庞大的感测工具打包到越来越小的形状因子中，打包到所谓的生物芯片上。常常，可以从生物芯片中导出的数据量由于在通信带宽方面的限制而受约束。随着生物芯片生成越来越多的信息，减小需要从生物芯片中导出的数据的量将是合期望的。附图说明在以下详细描述和附图中公开了本专利技术的各种实施例。图1图示了基于纳米孔的定序芯片中的单元100的实施例。图2图示了利用Nano-SBS技术来执行核苷酸定序的单元200的实施例。图3图示了即将利用预加载的标签来执行核苷酸定序的单元的实施例。图4图示了用于利用预加载的标签来进行核酸定序的过程400的实施例。图5A图示了在法拉第传导期间的小信号电路模型的实施例。图5B图示了在法拉第传导情况下PNTMC的不同状态。图6图示了被配置用于非法拉第和电容性耦合的测量的基于纳米孔的定序芯片中的单元的实施例。图7图示了针对非法拉第传导的小信号电路模型的实施例。图8A和图8B图示了双层的电容性响应的实施例。图9A和9B图示了在非法拉第AC调制情况下的纳米孔电流。图10图示了处于稳定状态的峰值正电流根据占空比和所施加的电压而变化。图11图示了与图10的数据匹配的仿真模型的实施例。图12A和12B图示了当所施加的信号具有50%占空比时的仿真结果。图13A图示了当所施加的信号具有25%占空比时的测量电流。图13B图示了当所施加的信号具有25%占空比时的仿真电流。图14A图示了当所施加的信号具有50%占空比时施加到纳米孔的电压对时间。图14B图示了当所施加的信号具有25%占空比时施加到纳米孔的电压对时间。图15图示了用于标识分子的过程的实施例。图16图示了基于纳米孔的定序芯片的单元中的电路1600的实施例。图17图示了基于纳米孔的定序芯片的单元中的电路1700的实施例，其中跨纳米孔施加的电压可以被配置成在纳米孔处于特定可检测状态中的时间段内变化。图18A和18B图示了基于纳米孔的定序芯片的单元中的电路（1800和1801）的附加实施例，其中跨纳米孔施加的电压可以被配置成在纳米孔处于特定可检测状态中的时间段内变化。图19图示了用于分析纳米孔内部的分子的过程1900的实施例，其中纳米孔被插入隔膜中。图20图示了当过程1900被执行且重复三次时跨纳米孔施加的电压对时间的曲线图的实施例。图21图示了当纳米孔处于不同状态时跨纳米孔施加的电压对时间的曲线图的实施例。图22是图示基于纳米孔的定序芯片的单元的电路的实施例的电路图，其中该定序芯片包括用于存储测量值的模拟存储器。图23是图示了用于测量纳米孔的过程的实施例的流程图。图24是图示了当AC电压源被用作纳米孔的对电极的参考电压时的电路测量结果的图形的图。图25是图示了用于检测纳米孔的状态并自适应地处理纳米孔状态数据以优化要被输出的数据的系统的实施例的框图。图26是图示了用于报告纳米孔状态数据的过程的实施例的流程图。图27是图示了在参考AC电压源信号的循环期间接收的周期性电气测量样本的示例的图。图28是图示了用于自适应地分析要被输出的数据的过程的实施例的流程图。图29是图示了用于确定压缩技术的过程的实施例的流程图。图30是图示了用于修改/过滤要被输出的数据的过程的实施例的流程图。图31是图示了用于处置穿过纳米孔多状态检测的过程的实施例的流程图。具体实施方式本专利技术可以以众多方式来实现，这些方式包括作为过程；装置；系统；物质组成；体现在计算机可读存储介质上的计算机程序产品；和/或处理器，诸如被配置成执行指令的处理器，所述指令被存储在耦合到该处理器的存储器上和/或由耦合到该处理器的存储器提供。在该说明书中，这些实现或本专利技术可以采取的任何其它形式可以被称为技术。一般地，可以在本专利技术的范围内变更所公开的过程的步骤的顺序。除非另外记载，否则可以将被描述为被配置成执行任务的诸如处理器或存储器之类的部件实现为被暂时配置成在给定时间执行该任务的一般部件或被制造成执行该任务的特定部件。如在本文中使用的，术语“处理器”指代被配置成处理诸如计算机程序指令之类的数据的一个或多个设备、电路和/或处理核。下面连同图示本专利技术的原理的附图提供本专利技术的一个或多个实施例的详细描述。本专利技术结合此类实施例被描述，但本专利技术不限于任何实施例。本专利技术的范围仅由权利要求限制并且本专利技术包含众多替代方案、修改和等同方案。以下描述中阐述了众多特定细节以便提供对本专利技术的透彻理解。出于举例的目的而提供了这些细节，并且可以在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下根据权利要求实践本专利技术。出于清楚的目的，没有详细地描述在与本专利技术相关的
中已知的技术材料以使得本专利技术不会被不必要地模糊。具有大约一纳米内径的孔大小的纳米孔隔膜设备在快速核苷酸定序方面显示了希望。当跨沉浸于传导流体中的纳米孔施加电压电位时，可以观察到归因于跨纳米孔的离子传导的小离子电流。该电流的大小对孔大小敏感。基于纳米孔的定序芯片可以用于DNA定序。基于纳米孔的定序芯片包括被配置为阵列的大量传感器单元。例如，具有一百万个单元的阵列可以包括1000行×1000列个单元。图1图示了基于纳米孔的定序芯片中的单元100的实施例。隔膜102形成于单元的表面之上。在一些实施例中，隔膜102是脂质双分子层。包含可溶性蛋白质纳米孔跨膜分子复合物（PNTMC）和感兴趣的分析物的主体电解液（bulkelectrolyte）114被直接放置到单元的表面上。单个PNTMC104通过电穿孔而被插入到隔膜102中。阵列中的个体隔膜既不化学地也不电气地彼此连接。因此，阵列中的每个单元是独立的定序机器，产生对与PNTMC相关联的单个聚合物分子而言唯一的数据。PNTMC104对分析物起作用并且通过另外的不可渗透的双分子层来调制离子电流。继续参考图1，模拟测量电路112连接到被电解液薄膜108所覆盖的金属电极110。电解液薄膜108通过离子不可渗透隔膜102与主体电解液114隔离。PNTMC104穿过隔膜102并且提供用于离子电流从主体液体（bulkliquid）流到工作电极110的唯一路径。单元还包括对电极（CE）116，对电极116是电化学电位传感器。在一些实施例中，纳米孔阵列使用基于单分子纳米孔的合成定序（Nano-SBS）技术实现了并行定序。图2图示了利用Nano-SBS技术来执行核苷酸定序的单元200的实施例。在Nano-SBS技术中，将要被定序的模板202和先导物引入到单元200。针对该模板-先导物复合物，四个不同地加标签的核苷酸208被添加到主体水相。随着被正确加标签的核苷酸与聚合酶204复合，标签的尾部被定位在纳米孔206的桶状体中。保持在纳米孔206的桶状体中的标签生成唯一离子阻挡信号210，从而由于标签的不同化学结构而以电子方式标识所添加的碱基。图3图示了即将利用预加载的标签来执行核苷酸定序的单元的实施例。在隔膜302中形成纳米孔301。酶303（例如，聚合酶，诸如DNA聚合酶）与纳米孔相关联。在一些情况中，聚合酶303共价键合地附连到纳米孔301。聚合酶303与要被定序的核酸分子304相关联。在一些实施例中，核酸分子304是圆形的。在一些情况中，核酸分子30本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米孔测量电路，包括：纳米孔电极；第一模拟存储器；第二模拟存储器；和开关网络，将所述纳米孔电极选择性地连接到第一模拟存储器和第二模拟存储器中的至少一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.24 US 14/8643951.一种纳米孔测量电路，包括：纳米孔电极；第一模拟存储器；第二模拟存储器；和开关网络，将所述纳米孔电极选择性地连接到第一模拟存储器和第二模拟存储器中的至少一个。2.如权利要求1所述的电路，还包括输出电路，所述输出电路将第一模拟存储器和第二模拟存储器选择性地连接到测量电路。3.如权利要求2所述的电路，其中所述输出电路包括开关，所述开关选择性地连接第一模拟存储器。4.如权利要求2所述的电路，其中所述输出电路选择性地输出第一模拟存储器的电压。5.如权利要求2所述的电路，其中所述测量电路包括模数转换器。6.如权利要求2所述的电路，其中所述测量电路包括比较器。7.如权利要求2所述的电路，其中所述测量电路输出第一模拟存储器与第二模拟存储器之间的差的第一数字值、第一模拟存储器的绝对电气值的第二数字值以及第二模拟存储器的绝对电气值的第三数字值。8.如权利要求1所述的电路，还包括测量电...

【专利技术属性】
技术研发人员：B梅尼，S弗南德斯戈梅斯，H田，
申请(专利权)人：豪夫迈·罗氏有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH