可扩展的高通量生物感测平台制造技术

提供多通道高性能嵌入式系统，其能够进行高通量生物分析。可配置的采集和处理架构结合专用协处理器进行信号滤波和所需的其它计算任务，并且中央处理器控制整个系统。架构对架构，比如Zynq SoC，的映射证明生物感测平台支持大量传感器同时保证高采样频率的能力。此外，Zynq重构能力提供适应处理和使生物灵敏度最大化的机构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】提供多通道高性能嵌入式系统，其能够进行高通量生物分析。可配置的采集和处理架构结合专用协处理器进行信号滤波和所需的其它计算任务，并且中央处理器控制整个系统。架构对架构，比如Zynq SoC，的映射证明生物感测平台支持大量传感器同时保证高采样频率的能力。此外，Zynq重构能力提供适应处理和使生物灵敏度最大化的机构。【专利说明】可扩展的高通量生物感测平台
本专利技术一般涉及生物分析，并且特别地涉及可扩展的多通道高性能生物感测平 台，该多通道高性能生物感测平台能够进行高通量的生物分析。
技术介绍
传统生物分析方法正逐渐被精密且紧凑的基于生物芯片的床旁即时检验设备 (Point-of-Care Devie)取代。这些基于生物芯片的床旁即时检验设备以传统生物分析方 法的一部分成本进行常见的血液或葡萄糖分析。同时，相比传统生物分析方法，基于生物芯 片的床旁即时检验设备一般需要非常短的分析时间。鉴于这些基于生物芯片的点检测技术 的高潜质，在过去十年，在生物检测方法和生物芯片本身上的研究已经明显成熟。 在生物检测方法的继续研究中，新颖的且更有效的生物分析方法已成为可能，其 为若干应用，即，但不限于:临床诊断、法医学、兽医学、食品工业、农业，和药物筛选，提供有 价值的工具。
技术实现思路
根据本专利技术的各方面，提供生物检测系统。该生物检测系统的特征在于生物芯片 和生物感测平台。该生物芯片具有至少两个传感器块，每个传感器块具有信号采集通道，该 信号采集通道可独立访问，从而可以平行读取每个传感器块。该生物感测平台具有驱动电 路系统以驱动生物芯片的每个传感器块。在典型的实施中，可以将相同或不同的驱动信号 施加至生物芯片的每个传感器块。同时，该生物感测平台进一步具有采集接口组，该采集接 口组设置成使得一个选定的采集接口连接至生物芯片的一个对应的信号采集通道。该生物 感测平台还具有协处理器组，使得选定的协处理器与采集接口中对应的一个独特地相关 联。更进一步地，该生物感测平台具有中央控制器，该中央控制器控制所述驱动电路系统。 该中央控制器还与所述采集接口组连接。更进一步地，该中央控制器与所述协处理器组连 接以从所述生物芯片读取数据。此外，该生物感测平台可以提供直接的用户接口、远程接口 或其组合。 根据本专利技术的另外的方面，提供操作具有生物芯片的生物检测系统的方法。该方 法可以用于，例如，校准驱动电路系统以获得从生物芯片读取的信号数据的期望信噪比。该 方法的特征在于设定驱动电路系统以产生驱动信号组，并且从生物芯片读取传感器数据。 该方法的特征还在于利用访问生物芯片的公共信号采集通道的传感器子集，对从生物芯片 提取的传感器数据以低频率分辨率进行数字处理。该方法的特征还在于利用具有低频率分 辨率的数字处理结果限定目标频率的初步指示以测量从数据采集通道输出的传感器数据， 和识别目标频率的范围或频带。进一步地，该方法的特征在于进行滤波和信号解调，以将感 兴趣的频率(带)从已识别的目标频率范围向下替换为基带，和从所述基带中指定位分辨率 和频率分辨率，该位分辨率和频率分辨率使从信号采集通道读取的数据的信噪比最大化。 该方法的特征还在于使用调制技术以驱动生物芯片并且对应地，进行解调以从该 生物芯片提取传感器数据。在另一典型的实施中，进行数字处理的特征进一步在于利用访 问生物芯片的公共信号采集通道的传感器子集，对从生物芯片提取的传感器数据以低频率 分辨率进行快速傅里叶变换。在另一典型实施方式中，可以进行数字信号处理，以在傅里叶 变换的结果上进行一个或多个复杂的校正算法，该校正算法可以包括卡尔曼滤波、漂移补 偿和温度控制器。【附图说明】 图1为根据本专利技术的方面的用于生物分析的系统的示意图，该系统集成生物芯片 和嵌入式生物感测平台； 图2A为图1展示的用于生物分析的系统的生物芯片的分解示意图； 图2B为图1展示的用于生物分析的系统的生物感测平台的分解示意图； 图2C为图1展示的用于生物分析的系统的接口的分解示意图； 图3为根据本专利技术的方面的生物感测平台的方框图； 图4为根据本专利技术的方面的操作具有生物芯片和生物感测平台的生物检测系统的方 法。【具体实施方式】 根据本专利技术的各方面，利用系统、方法和计算机实施的过程来实现可扩展的多通 道高性能生物感测平台，该生物感测平台能够进行高通量的生物分析。例如，本专利技术的方面 发现在比如基因表达图谱中的应用，其中成千上万的生物传感器平行分析给定的样本。在 这点上，在此描述的生物感测平台将电子感测系统的复杂性和计算需求集成至具有足够的 计算能力的便携且独立的嵌入式系统中以进行这些高通量分析。 根据本专利技术的各方面，提供多种系统，以通过高性能和可配置的采集和处理架构 提供先进生物芯片技术所需的计算能力，并且允许以高采样率同时进行采集和处理。例如， 如在此更详细的描述，提供生物感测平台，该生物感测平台使用多个专用协处理器进行基 于快速傅立叶变换(FFT)的信号滤波，以及其它复杂的校正算法。利用附加的专用处理器以 合成传感器的刺激信号，并且设有中央处理器以控制整个系统。通过该方法，提供完全自动 的嵌入式系统，该嵌入式系统能够独立操作该平台，从而增加灵活性和可用性。 生物检测系统 现在参考附图，并且特别地参考图1，以示意形式展示了生物检测系统100,该生物检测 系统能够根据本专利技术的方面进行生物分析。一般地，该生物检测系统100包括生物芯片102 和生物感测平台104。 该生物检测系统100还与接口 106集成以提供完整的芯片实验室解决方案。该接口 106可以包括，例如，本地用户接口的外部设备（比如，键盘、鼠标、显示器等等）、远程接口， 或其组合。该接口可以与生物感测平台的电子设备交换数据。 一般参考图1和图2A，该生物芯片102(例如磁阻式生物芯片)包括生物传感器的一 个或多个"±夬"108。例如，如图所示，具有η个传感器块，其中η为大于零的任何整数。以这种 方式，特定块以108-1、108-2……108-η，等等表示。每个传感器块108具有信号采集通道 110,该信号采集通道110可以独立访问使得可以平行读取每个传感器块108,如在此的更详 细的描述。当与在此描述的生物感测平台104结合使用时，该生物芯片(例如，传感器块108) 实现高灵敏度、高信噪比（SNR)和高动态范围。 生物芯片10 2的左边是最好的展示，（例如，块108-1的）分解视图展示了每个块108 包括多个传感器。所述多个传感器中的每个可以为不同类型（例如，磁性的、温度）。通过说 明，而非通过限制的方式，每个块108具有256个传感器，设置成16行16列的阵列。根据本发 明的方面，对于许多重要应用（例如，基因表达图谱）需要超过256个传感器。为了解决该需 求，示例性生物芯片102结合CMOS与薄膜制备技术，以在小生物芯片包上提供所需数量的传 感器。因此，例如，通过执行n=4个块108,每个块具有256个传感器而实现具有超过1，000个 传感器的生物芯片102。但是，实际上，每个块108可以在其阵列中具有任何数量的传感器。 例如，在某些示例性实施例中，每个块108可以包括16个传感器或更多个传感器。 在某些示例性实施例中，该生物芯片102的每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物检测系统(100)，其特征在于：生物芯片(102)，其具有至少两个传感器块(108)，每个传感器块具有信号采集通道(110)，所述信号采集通道(110)可单独访问，使得每个传感器块能被平行读取；和生物感测平台(104)，其具有：驱动电路系统(112)，其驱动所述生物芯片的每个传感器块(108)；采集接口(116)组，其设置成使得一个选定的采集接口(116)连接至一个对应的信号采集通道(110)；协处理器(122)组，使得选定的协处理器独特地与所述采集接口(116)中对应的一个采集接口相关联；以及中央处理器(114)，其控制所述驱动电路系统(112)，与采集接口(116)组连接并与协处理器(122)组连接，以读取来自生物芯片的数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔斯安东尼奥亨里克斯库安·杰尔马诺，莫伊塞斯西蒙斯·彼达迪，
申请(专利权)人：马格诺米克斯公司，
类型：发明
国别省市：葡萄牙;PT