本公开实施例提供一种纳米孔测序电路单元及基因测序装置，该纳米孔测序电路单元采用CMOS电路实现，用于实现对纳米孔的双向微电流信号进行检测，其包括：纳米孔钳位电路，用于稳定位于纳米孔一侧的检测电极电压，与位于所述纳米孔另一侧的公共电极在所述纳米孔的两端产生固定的电压差，借助所述电压差驱动单个核苷酸分子逐一通过所述纳米孔；所述纳米孔钳位电路包括第一运算放大电路和第一钳位管组成的充电通路以及第二运算放大电路和第二钳位管组成的放电通路；积分复位电路，用于在所述纳米孔钳位电路的充电通路和放电通路分别导通时，对所述纳米孔的双向微电流信号进行积分放大，转换为电压信号；输出电路，用于接收积分复位电路转换后的电压信号并输出。本公开实施例基于小面积的测序电路单元构建具有双向检测能力的高通量基因测序装置，可以提高检测精度和效率。度和效率。度和效率。
【技术实现步骤摘要】
纳米孔测序电路单元及基因测序装置
[0001]本公开属于电子电路
，具体而言，涉及一种纳米孔测序电路单元及基因测序装置，可用于基因测序的生物微电流信号以及其他应用领域pA级微电流的检测。
技术介绍
[0002]纳米孔测序法是采用电泳技术，借助电泳驱动单个分子逐一通过纳米孔来实现测序。目前，纳米孔测序技术已逐渐被广泛应用于DNA测序、疾病检测、药物筛选和环境监测等方面的研究。现有的纳米孔测序技术中，按照供电方式，可以简单分为直流供电和交流供电，相应的纳米孔电极也可以分为直流电极和交流电极。直流电极一般会与溶液发生氧化还原反应，在反应中提供电子或者捕获电子，所以只能单方向提供电流，并随时间电极会慢慢消耗掉，存在使用寿命的问题；交流电极不会与溶液发生氧化还原反应，主要通过吸附溶液中的离子或者释放离子的方式达到供电的目的，不会被消耗掉，但是需要充电或者放电才能正常工作。根据纳米孔电极材料特性，采用交流电进行供电的方式利于降低电极的面积和提高寿命。
[0003]目前已知的罗氏基因测序方案只在单方向进行测序，另一方向仅对电极补充电荷，测序效率和精度方面还有很大提升空间。另外，已知的基因测序装置可以集成更多的测序单元同步工作，这种高通量基因测序装置需要测序单元具有更小的面积。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本公开提供一种纳米孔测序电路单元及基因测序装置，用于基于小面积的测序电路单元构建具有双向检测能力的高通量基因测序装置，可以提高检测精度和效率。
[0005]第一方面，本公开提供一种纳米孔测序电路单元，该纳米孔测序电路单元采用CMOS电路实现，用于实现对纳米孔的双向微电流信号进行检测，其包括：
[0006]纳米孔钳位电路，用于稳定位于纳米孔一侧的检测电极电压，与位于所述纳米孔另一侧的公共电极在所述纳米孔的两端产生固定的电压差，借助所述电压差驱动单个核苷酸分子逐一通过所述纳米孔；所述纳米孔钳位电路包括第一运算放大电路和第一钳位管组成的充电通路以及第二运算放大电路和第二钳位管组成的放电通路；
[0007]积分复位电路，用于在所述纳米孔钳位电路的充电通路和放电通路分别导通时，对所述纳米孔的双向微电流信号进行积分放大，转换为电压信号；
[0008]输出电路，用于接收所述积分复位电路转换后的电压信号并输出。
[0009]在可选的实施方式中，所述第一钳位管的源极和第二钳位管的源极相连，并与所述检测电极相连；所述第一钳位管的漏极和第二钳位管的漏极相连，并连接至所述积分复位电路。
[0010]在可选的实施方式中，所述第一运算放大电路的负输入端连接所述检测电极，正输入端连接公共电平，输出端与所述第一钳位管的控制端连接；所述第二运算放大电路的
负输入端连接所述检测电极，正输入端连接公共电平，输出端与所述第二钳位管的控制端连接。
[0011]在可选的实施方式中于，所述第一钳位管包括第一晶体管和第二晶体管，所述第二钳位管包括第三晶体管和第四晶体管；其中，所述第一晶体管的漏极和第二晶体管的源极相连，所述第三晶体管的漏极和第四晶体管的源极相连；所述第一晶体管的源极和所述第三晶体管的源极相连，并与所述检测电极相连；所述第二晶体管的漏极和所述第四晶体管的漏极相连，并连接至所述积分复位电路；所述第二晶体管的控制端和所述第四晶体管的控制端相连，并连接至第一切换控制信号；所述第一切换控制信号控制所述纳米孔钳位电路在充电通路和放电通路之间切换。
[0012]在可选的实施方式中，所述第一运算放大电路的负输入端连接所述检测电极，正输入端连接公共电平，输出端与所述第一晶体管的控制端连接；所述第二运算放大电路的负输入端连接所述检测电极，正输入端连接公共电平，输出端与所述第三晶体管的控制端连接。
[0013]在可选的实施方式中，所述第一运算放大电路包括第五晶体管，所述第二运算放大电路包括第六晶体管，所述第五晶体管和第六晶体管的控制端连接第二切换控制信号；所述第五晶体管和第六晶体管用于在所述第二切换控制信号的作用下分别控制所述第一运算放大电路和第二运算放大电路的电源导通和关断以及控制所述纳米孔钳位电路在充电通路和放电通路之间切换。
[0014]在可选的实施方式中，所述第一运算放大电路和第二运算放大电路还包括偏置电压输入端，其中所述第一运算放大电路的偏置电压输入端输入第一偏置电压，所述第二运算放大电路的偏置电压输入端输入第二偏置电压。
[0015]在可选的实施方式中，所述积分复位电路包括积分电容和第一复位开关，所述积分电容的第一端连接所述第一复位开关的第一端，同时连接至所述所述第二晶体管的漏极和所述第四晶体管的漏极，所述积分电容的第二端接地电位；所述第一复位开关的第二端连接预充值电压，用于周期性对所述积分电容的电压进行复位。
[0016]在可选的实施方式中，所述积分复位电路包括积分电容和第一复位开关，所述积分电容的第一端连接所述第一复位开关的第一端，同时连接至所述第一钳位管和第二钳位管的漏极，所述积分电容的第二端接地电位；所述第一复位开关的第二端连接预充值电压，用于周期性对所述积分电容的电压进行复位。
[0017]在可选的实施方式中，所述输出电路包括第二源极跟随器和选择开关，所述第二源极跟随器的输入端连接所述积分电容的第一端，输出端连接所述选择开关的第一端，所述选择开关的第二端将所述积分复位电路转换后的电压信号输出至公共信号线。
[0018]在可选的实施方式中，所述纳米孔测序电路单元还包括第二复位开关，所述第二复位开关的第一端连接所述检测电极，第二端连接至所述公共电平，用于在所述纳米孔钳位电路在充电通路和放电通路之间切换时将所述检测电极的电压固定在公共电平。
[0019]第二方面，本公开还提供一种基因测序装置，包括集成有多个微孔结构单元和多个如前述任一实施方式所述的纳米孔测序电路单元的芯片，所述微孔结构单元包括纳米孔、位于纳米孔两侧的公共电极和检测电极；所述多个纳米孔测序电路单元与所述多个微孔结构单元对应连接，用于测量对应的微孔结构单元中纳米孔的双向微电流信号。
[0020]在可选的实施方式中，还包括公共信号线和连接至所述公共信号线的模数转换电路，所述公共信号线用于接收所述纳米孔测序电路单元输出的电压信号，所述模数转换电路用于将所述电压信号转换为数字信号。
[0021]在可选的实施方式中，还包括公共尾电流源，所述公共尾电流源的一端连接至所述公共信号线，另一端接地电位。
[0022]在可选的实施方式中，所述芯片包括实现所述微孔结构单元的MEMS芯片。
[0023]本公开的纳米孔测序电路单元具有极小的电路面积，具备双向的微电流检测能力，适用于集成构建百万通量甚至千万通量的纳米孔基因测序装置，可以极大提高集成度，从而实现高通量和高检测效率。进一步地，该纳米孔测序电路单元及其基因测序装置，可以在一个方向进行检测，在另外一个方向进行纠错，可以进一步纠正错误，降低错误率，提高检测精度。
附图说明
[0024]为了更清楚本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种纳米孔测序电路单元，其特征在于，该纳米孔测序电路单元采用CMOS电路实现，用于实现对纳米孔的双向微电流信号进行检测，其包括：纳米孔钳位电路，用于稳定位于纳米孔一侧的检测电极电压，与位于所述纳米孔另一侧的公共电极在所述纳米孔的两端产生固定的电压差，借助所述电压差驱动单个核苷酸分子逐一通过所述纳米孔；所述纳米孔钳位电路包括第一运算放大电路和第一钳位管组成的充电通路以及第二运算放大电路和第二钳位管组成的放电通路；积分复位电路，用于在所述纳米孔钳位电路的充电通路和放电通路分别导通时，对所述纳米孔的双向微电流信号进行积分放大，转换为电压信号；输出电路，用于接收所述积分复位电路转换后的电压信号并输出。2.如权利要求1所述的纳米孔测序电路单元，其特征在于，所述第一钳位管的源极和第二钳位管的源极相连，并与所述检测电极相连；所述第一钳位管的漏极和第二钳位管的漏极相连，并连接至所述积分复位电路。3.如权利要求2所述的纳米孔测序电路单元，其特征在于，所述第一运算放大电路的负输入端连接所述检测电极，正输入端连接公共电平，输出端与所述第一钳位管的控制端连接；所述第二运算放大电路的负输入端连接所述检测电极，正输入端连接公共电平，输出端与所述第二钳位管的控制端连接。4.如权利要求1所述的纳米孔测序电路单元，其特征在于，所述第一钳位管包括第一晶体管和第二晶体管，所述第二钳位管包括第三晶体管和第四晶体管；其中，所述第一晶体管的漏极和第二晶体管的源极相连，所述第三晶体管的漏极和第四晶体管的源极相连；所述第一晶体管的源极和所述第三晶体管的源极相连，并与所述检测电极相连；所述第二晶体管的漏极和所述第四晶体管的漏极相连，并连接至所述积分复位电路；所述第二晶体管的控制端和所述第四晶体管的控制端相连，并连接至第一切换控制信号；所述第一切换控制信号控制所述纳米孔钳位电路在充电通路和放电通路之间切换。5.如权利要求4所述的纳米孔测序电路单元，其特征在于，所述第一运算放大电路的负输入端连接所述检测电极，正输入端连接公共电平，输出端与所述第一晶体管的控制端连接；所述第二运算放大电路的负输入端连接所述检测电极，正输入端连接公共电平，输出端与所述第三晶体管的控制端连接。6.如权利要求3所述的纳米孔测序电路单元，其特征在于，所述第一运算放大电路包括第五晶体管，所述第二运算放大电路包括第六晶体管，所述第五晶体管和第六晶体管的控制端连接第二切换控制信号；所述第五晶体管和第六晶体管用于在所述第二切换控制信号的作用下分别控制所述第一运算放大电路和第二运算放大电路的电源导通和关断以及控制所述纳米孔钳位电路在充电...
【专利技术属性】
技术研发人员：张风体，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：
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