用于分析生物系统的集成电路技术方案

公开了用于感测生物分子的集成电路。集成电路可用于测量被测生物样品的阻抗。所述集成电路可用于使用单元阵列对多核苷酸进行测序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分析生物系统的集成电路本申请基于35U.S.C.§119(e)要求于2018年5月23日提交的美国临时申请第62/675,517号的权益，其通过引用以其整体并入本文。
本公开涉及用于感测生物分子的集成电路。集成电路可用于测量被测生物样品的阻抗。所述集成电路可用于使用单元阵列对多核苷酸进行测序。
技术介绍
用于测量生物分子的性质的平台可以包括促进高通量以及并行处理和分析的单独的单元的大阵列。这种阵列可用于例如多核苷酸和蛋白质的测序。为了适应快速测量时间、降低功耗、并实现高精度和灵敏的测量，测量电路可以与用于处理生物样品的单元阵列集成。需要用于提高测量精度、灵敏度和速度的电路。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种集成电路，其包括：单元阵列，其包括多个测量单元，其中所述多个测量单元中的每一个包括感测电路，所述感测电路被配置为测量被测生物样品的阻抗，其中所述感测电路包括多个输入和输出；行访问逻辑电路，其可操作地连接到多个测量单元中的每一个的输入，并且被配置为选择单元阵列的行；单元写入逻辑电路，其可操作地连接到多个测量单元中的另一个的输入；模拟多路复用器，其可操作地连接到所述多个测量单元中的每一个的输出；列放大器电路，可操作地连接到模拟多路复用器；模数转换器，其可操作地连接到列放大器；多路复用器-FIFO缓冲器，可操作地连接到模数转换器；以及，外部接口，其可操作地连接到多路复用器-FIFO缓冲器。根据本专利技术，生物传感电路包括：测量单元，其中所述测量单元包括：单元体积；反电极(CE)，其设置在所述单元体积的第一部分内；和工作电极(WE)，其设置在所述单位体积的第二部分内；以及测量电路，所述测量电路包括：控制电压输入；复位电压输入；WE输入，其中所述WE输入与WE互相联接；输出。根据本专利技术，测量电路包括根据本专利技术的生物感测电路。根据本专利技术，分子传感装置包括根据本专利技术的生物传感电路。根据本专利技术，感测分子的方法包括：通过施加控制电压来启动根据本专利技术的生物感测电路；通过向输出施加复位电压来复位生物传感电路；对CE施加AC波形；以及在输出对AC波形进行采样。根据本专利技术，感测生物分子的方法包括向根据本专利技术的生物感测电路的CE施加转变电压；通过向输出施加复位电压来复位生物传感电路；以及对AC波形的电压进行采样。根据本专利技术，检测被测生物样品的方法包括使用本专利技术提供的集成电路。附图的简要说明所属领域的技术人员将了解，本文所描述的附图仅用于说明目的。附图不意图限制本公开的范围。图1示出了由本公开提供的集成电路的示例的示意图。图2示出本专利技术所提供的集成电路中的单元区块划分的实例。具体实施方式出于以下描述的目的，应了解，本专利技术所提供的实施例可采取各种替代变化和步骤次序，除非明确地相反指定。此外，除了在实施例中，或者在另外指出的情况下，表示例如在说明书和权利要求书中使用的成分的量的所有数字应理解为在所有情况下由术语“约”修饰。因此，除非相反指示，否则在以下说明书和所附权利要求书中描述的数值参数是近似值，其可根据待获得的所需性质而变化。至少，且并非意图限制权利要求范围的等同原则的应用，每个数值参数至少应该根据所报告的有效数字的数值并通过应用普通的舍入技术来解释。尽管阐述本专利技术的宽范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实施例中阐述的数值尽可能精确地被报告。然而，任何数值固有地包含由在它们各自的测试测量中发现的标准变化必然产生的某些误差。此外，应当理解，本文所述的任何数值范围旨在包括其中涵盖的所有子范围。例如，“1至10”的范围旨在包括所述最小值约1和所述最大值约10之间(包括)的所有子范围，即，具有等于或大于约1的最小值和等于或小于约10的最大值。此外，在本申请中，除非另外具体说明，否则"或"的使用意味着"和/或"，即使"和/或"在某些情况下明确地使用。"被测样品"是指生物材料，例如多核苷酸或蛋白质。"多核苷酸"指任何长度的核苷酸、脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸或它们的类似物的聚合形式。多核苷酸可以具有任何三维结构，并且可以执行已知或未知的任何功能。多核苷酸的实例：包括基因或基因片段的编码或非编码区、由连锁分析定义的基因座(基因座)、外显子、内含子、信使RNA(mRNA)、转移RNA(tRNA)、核糖体RNA(rRNA)、短干扰RNA(siRNA)、短发夹RNA(shRNA)、微RNA(miRNA)、核酶、cDNA、重组多核苷酸、分支多核苷酸、质粒、载体、任何序列的分离DNA、任何序列的分离RNA、核酸探针和引物。多核苷酸可以包含一个或多个修饰的核苷酸，例如甲基化的核苷酸和核苷酸类似物。如果存在，可以在聚合物组装之前或之后对核苷酸结构进行修饰。核苷酸序列可以被非核苷酸组分中断。多核苷酸可以在聚合后被进一步修饰，例如通过与标记组分缀合。现参考本专利技术的某些集成电路。所公开的集成电路并不旨在限制权利要求。相反，权利要求旨在覆盖所有替换、修改和等同物。设计生物传感器集成电路以测量单元阵列的各个测量单元内的生物材料的一个或多个特性。单元阵列可以包括，例如1,000至10,000,000个单独的单元、2,000至7,000,000个单独的单元、500,000至5,000,000个单独的单元或2,000至2,000,000个测量单元，例如1,048,576个单元。生物传感器集成电路可以被配置为测量单元阵列中的测量单元内的生物材料的阻抗，将测量的阻抗数字化，并输出数字化的结果。生物分子可包括，例如，大分子，如多核苷酸或蛋白质。多核苷酸可以包括基因组DNA、基因组cDNA、无细胞DNA、无细胞cDNA或任何前述的组合。多核苷酸可包括无细胞DNA、循环肿瘤DNA、基因组DNA和福尔马林固定的DNA、以及石蜡包埋的样品。样品可以包括任何合适的DNA和/或cDNA样品，例如尿、粪便、血液、唾液、组织、活组织检查、体液或肿瘤细胞。多核苷酸样品可以来自任何合适的来源。例如，可以从患者、动物、植物或环境(例如天然存在的或人造的大气、水系统、土壤、大气病原体收集系统、地下沉积物、地下水或污水处理厂)获得样品。来自样品的多核苷酸可以包括一种或多种不同的多核苷酸，例如DNA、RNA、核糖体RNA(rRNA)、转移RNA(tRNA)、微小RNA(miRNA)、信使RNA(mRNA)、任何前述的片段或任何前述的组合。样品可以包含DNA。样品可以包含基因组DNA。样品可以包含线粒体DNA、叶绿体DNA、质粒DNA、细菌人工染色体、酵母人工染色体、寡核苷酸标签或前述任一项的组合。本公开提供的生物传感器集成电路可以集成到包括测量单元阵列的平台中。图1中示出了生物传感器集成电路的示例的框图。图1所示的集成电路100包括单元阵列101，行访问逻辑102，单元写入逻辑103，列模拟多路复用器104，列放大器105，模数转换器(ADC)106，多路复用器/FIFO缓冲器107，并行USB接口108，主偏置109和温度传感器110。单元阵列1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.集成电路，其包括：/n单元阵列，其包括多个测量单元，其中所述多个测量单元中的每一个包括感测电路，所述感测电路被配置为测量被测生物样品的阻抗，其中所述感测电路包括多个输入和输出；/n行访问逻辑电路，其可操作地连接到多个测量单元中的每一个的输入，并且被配置为选择单元阵列的行；/n单元写入逻辑电路，其可操作地连接到多个测量单元中的另一个的输入；/n模拟多路复用器，其可操作地连接到所述多个测量单元中的每一个的输出；/n列放大器电路，其可操作地连接到模拟多路复用器；/n模数转换器，其可操作地连接到列放大器；/n多路复用器-FIFO缓冲器，其可操作地连接到模数转换器；以及/n外部接口，其可操作地连接到多路复用器-FIFO缓冲器。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180523 US 62/675,5171.集成电路，其包括：
单元阵列，其包括多个测量单元，其中所述多个测量单元中的每一个包括感测电路，所述感测电路被配置为测量被测生物样品的阻抗，其中所述感测电路包括多个输入和输出；
行访问逻辑电路，其可操作地连接到多个测量单元中的每一个的输入，并且被配置为选择单元阵列的行；
单元写入逻辑电路，其可操作地连接到多个测量单元中的另一个的输入；
模拟多路复用器，其可操作地连接到所述多个测量单元中的每一个的输出；
列放大器电路，其可操作地连接到模拟多路复用器；
模数转换器，其可操作地连接到列放大器；
多路复用器-FIFO缓冲器，其可操作地连接到模数转换器；以及
外部接口，其可操作地连接到多路复用器-FIFO缓冲器。


2.如权利要求1所述的集成电路，其中所述单元阵列包含多个单元区块，其中所述多个单元区块中的每一个包含多个所述测量单元。


3.如权利要求2所述的集成电路，其中单元区块内的所述测量单元中的每一个连接至32个8:1多路复用器中的1个。


4.如权利要求2所述的集成电路，其中所述多个单元区块中的每一个被配置为独立于所述其它单元区块中的每一个而操作。


5.如权利要求1所述的集成电路，其中所述感测电路被配置为在相应的测量单元内测量被测样品的阻抗。


6.如权利要求1所述的集成电路，其中所述感测电路包括：
预充电测量单元电容器，其被配置为通过相应的测量单元内的被测样品的阻抗进行放电；和
复制偏压调节器，其被配置为跨越所述被测样品施加电压。


7.如权利要求1所述的集成电路，其中所述感测电路包括电流镜电路。


8.如权利要求7所述的集成电路，其中所述电流镜被配置为：
将被测样品的阻抗转换为电流；
放大所述电流；和
使用求和放大器将放大的电流转换为电压。


9.如权利要求1所述的集成电路，其中所述模拟多路复用器和所述列放大器是集成的，并且每个测量单元耦合到多路复用器-放大器。


10.如权利要求1所述的集成电路，其中所述感测...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬·F·德雷尔，普里扬卡·阿格拉瓦尔，田辉，
申请(专利权)人：阿克斯比尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US