基因测序的测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本公开实施例提出一种基因测序的测量装置及其测量方法，该测量装置包括至少一个检测单元，所述检测单元包括测试腔和连接至所述测试腔的测量电路单元；所述测量电路单元包括第一放大电路和第二放大电路，用于将核苷酸分子通过所述膜上的纳米孔在所述第一隔室和第二隔室之间双向运动导致的电流信号进行调制和放大，并输出第一和第二特征电压信号用于判定核苷酸分子类型和是否参与合成反应并进一步完成测序。完成测序。完成测序。

【技术实现步骤摘要】
基因测序的测量装置及其测量方法


[0001]本公开属于生物检测
，具体而言，涉及一种基因测序的测量装置及其测量方法，可用于检测核苷酸的碱基类型从而实现测序。

技术介绍

[0002]基于纳米孔的核酸测序概念于1995年被提出。研究者发现，某些跨膜蛋白，例如细菌毒素α-hemolysin等能在磷脂膜上形成稳定的直径约为1-2纳米的通道，称为纳米孔(nanopore)。单链的DNA(或RNA)分子由于自身的带电性质，在电场中会自发的穿过纳米孔，并在穿越的过程中引起纳米孔电阻的变化，产生所谓的阻断电流。DNA(RNA)四种不同的碱基A、T(U)、C和G由于自身化学结构的差异，它们穿越纳米孔时对电流产生的阻断影响具有可识别的差异，产生各自对应的特征阻断电流。对特征阻断电流进行准确检测便可以确定相应碱基的类型，从而测定核酸序列。
[0003]现有的通过纳米孔测序的方式主要为两种，一种方式以Oxford Nanopore Technologies的系统为代表，直接让DNA单链分子穿过纳米孔并依次读取其碱基所对应的特征阻断电流。然而，由于不同碱基给出的特征电流差异小，多个碱基可同时停留在纳米孔中让阻断电流表征非常复杂，这对测序后期的电流数据分析提出了极高的要求。更重要的是，此系统对一段连续相同碱基的DNA序列(homopolymer)测定有着难以克服的困难。另一种方式以Genia Technologies(目前属于Roche Sequencing Solutions)所采用的系统为代表，利用经修饰的核苷酸类似物在核酸合成的同时进行测序。虽然对用于复制的核苷酸加上标签能提高不同碱基所对应的特征阻断电流的识别度，同时单个核苷酸标签进入纳米孔的时间间隔也有助于测定连续相同碱基的核酸序列(homopolymer)，但此系统却难以保证每个用于合成的核苷酸的标签都进入纳米孔给出阻断电流，从而造成测序过程中的漏读(deletion error)；也难以避免核苷酸标签阻断电流被读取，但核苷酸本身却并未真正参与合成反应的情况，造成信号被多余读取的错误(insertion error)。

技术实现思路

[0004]本公开实施例提供一种基因测序的测量装置及其测量方法，用于提高基因测序的准确性。
[0005]第一方面，本公开实施例提出一种基因测序的测量装置，包括：
[0006]至少一个检测单元，该检测单元包括测试腔和连接至该测试腔的测量电路单元；
[0007]该测试腔包括由膜分隔的第一隔室和第二隔室，以及连接至该第一隔室的第一电极和连接至该第二隔室的第二电极，该第一电极连接公共电极端，该第二电极连接该测量电路单元；
[0008]该测量电路单元包括第一放大电路和第二放大电路，用于将核苷酸分子通过该膜上的纳米孔在该第一隔室和第二隔室之间双向运动导致的电流信号进行调制和放大，并输出第一或者第二特征电压信号。
[0009]根据本公开的优选实施方式，该核苷酸分子在该第一隔室和第二隔室之间双向运动导致该膜和纳米孔所表征的电阻电容特性的变化。
[0010]根据本公开的优选实施方式，该测量装置还包括多路选通器和模数转换器，该多路选通器连接至该至少一个检测单元中的测量电路单元，该模数转换器连接至该多路选通器，用于对该至少一个检测单元中的测量电路单元输出的第一或者第二特征电压信号进行模数转换。
[0011]根据本公开的优选实施方式，该测量装置还包括至少一个模数转换器，该至少一个模数转换器对应连接至该至少一个检测单元中的测量电路单元，用于对该至少一个检测单元中的测量电路单元输出的第一或者第二特征电压信号进行模数转换。
[0012]根据本公开的优选实施方式，该第一放大电路包括第一运算放大器、第一电容和第一复位开关；其中，该第一电极输入参考电压，该第一运算放大器的正相输入端输入工作电压，该第一运算放大器的反相输入端连接该第二电极，该第一电容和第一复位开关并联在该第一运算放大器的反相输入端和输出端；该第一运算放大器在该第一电容的作用下对该电流信号进行积分放大，输出第三电压信号，该第一复位开关用于对该第一电容进行复位。
[0013]根据本公开的优选实施方式，该第二放大电路包括第二运算放大器、第二电容和第二复位开关；其中，该第二运算放大器的正相输入端经由第三电容连接至该第一运算放大器的输出端，该第二电容和第二复位开关并联在该第二运算放大器的反相输入端和输出端；该第二运算放大器在该第二电容的作用下对该第三电压信号进行放大，输出该第一或者第二特征电压信号，该第二复位开关用于对该第二电容进行复位。
[0014]根据本公开的优选实施方式，该第一运算放大器包括第一斩波稳定电路，该第二运算放大器包括第二斩波稳定电路；该第一斩波稳定电路用于将输入至该第一运算放大器的该电流信号中的待测信号调制为高频信号，该第二斩波稳定电路用于将放大后的待测信号调制回低频信号，并将放大后的噪音信号调制为高频信号。
[0015]根据本公开的优选实施方式，该测量电路单元还包括低通滤波器，该低通滤波器用于过滤该第一或者第二特征电压信号中的高频信号。
[0016]根据本公开的优选实施方式，该装置还包括可变电压源，用于产生装配电压以驱动在该膜上插入该纳米孔。
[0017]根据本公开的优选实施方式，该可变电压源还用于产生工作电压以驱动该核苷酸分子通过该膜上的纳米孔在该第一隔室和第二隔室之间双向运动。
[0018]根据本公开的优选实施方式，该膜包括磷脂双分子膜。
[0019]第二方面，本公开实施例提供一种基因测序的测量方法，基于前述任一实施方式的测量装置，该方法包括：
[0020]在第一电极和第二电极之间施加正向的工作电压，驱动核苷酸分子通过该纳米孔从第一隔室进入第二隔室；
[0021]将该核苷酸分子通过该纳米孔从第一隔室进入第二隔室产生的第一电流信号进行调制和放大，输出第一特征电压信号；
[0022]在第一电极和第二电极之间施加反向的工作电压，驱动该核苷酸分子通过该纳米孔从第二隔室返回第一隔室；
[0023]将该核苷酸分子通过该纳米孔从第二隔室返回第一隔室产生的第二电流信号进行调制和放大，输出第二特征电压信号；
[0024]根据该第一特征电压信号和第二特征电压信号，实现对待测核苷酸序列进行测序。
[0025]根据本公开的优选实施方式，该方法还包括：在第一电极和第二电极之间施加装配电压以驱动在该膜上插入该纳米孔。
[0026]根据本公开的优选实施方式，该方法还包括：检测在该膜上插入该纳米孔的过程中该膜的电阻电容特性的变化，从而控制插入纳米孔的过程和数量。
[0027]根据本公开的优选实施方式，该方法还包括：将该第一或者第二隔室中的核苷酸分子利用生物聚合物进行修饰。
[0028]本公开实施例的基因测序的测量装置及其测量方法对核苷酸分子通过纳米孔从第一隔室进入第二隔室时或者从第二隔室进入第一隔室时产生的特征电流信号分别进行调制和放大，从而输出特征电压信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基因测序的测量装置，其特征在于，包括：至少一个检测单元，所述检测单元包括测试腔和连接至所述测试腔的测量电路单元；所述测试腔包括由膜分隔的第一隔室和第二隔室，以及连接至所述第一隔室的第一电极和连接至所述第二隔室的第二电极，所述第一电极连接公共电极端，所述第二电极连接所述测量电路单元；所述测量电路单元包括第一放大电路和第二放大电路，用于将核苷酸分子通过所述膜上的纳米孔在所述第一隔室和第二隔室之间双向运动导致的电流信号进行调制和放大，并输出第一或者第二特征电压信号。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述核苷酸分子在所述第一隔室和第二隔室之间双向运动导致所述膜和纳米孔所表征的电阻电容特性的变化。3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括多路选通器和模数转换器，所述多路选通器连接至所述至少一个检测单元中的测量电路单元，所述模数转换器连接至所述多路选通器，用于对所述至少一个检测单元中的测量电路单元输出的第一或者第二特征电压信号进行模数转换。4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括至少一个模数转换器，所述至少一个模数转换器对应连接至所述至少一个检测单元中的测量电路单元，用于对所述至少一个检测单元中的测量电路单元输出的第一或者第二特征电压信号进行模数转换。5.根据权利要求3或4所述的测量装置，其特征在于，所述第一放大电路包括第一运算放大器、第一电容和第一复位开关；其中，所述第一电极输入参考电压，所述第一运算放大器的正相输入端输入工作电压，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述第二电极，所述第一电容和第一复位开关并联在所述第一运算放大器的反相输入端和输出端；所述第一运算放大器在所述第一电容的作用下对所述电流信号进行积分放大，输出第三电压信号，所述第一复位开关用于对所述第一电容进行复位。6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述第二放大电路包括第二运算放大器、第二电容和第二复位开关；其中，所述第二运算放大器的正相输入端经由第三电容连接至所述第一运算放大器的输出端，所述第二电容和第二复位开关并联在所述第二运算放大器的反相输入端和输出端；所述第二运算放大器在所述第二电容的作用下对所述第三电压信号进行放大，输出所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋可，苏云鹏，邹耀中，
申请(专利权)人：成都今是科技有限公司，
类型：发明
国别省市：