阵列化纳米孔道微电流信号并行测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于阵列化纳米孔道微电流信号并行测量装置，包括纳米孔道多路测量单元的选通装置、多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置、多路纳米孔道电流信号的采集装置、FPGA控制芯片以及单片机。本发明专利技术能够实现阵列化纳米孔道微电流信号的高带宽放大、测量，并通过带宽补偿电路及高模数转换器高采样率，保证了信号采样带宽。本发明专利技术通过多路选通装置可定向或者轮询采集指定通道的纳米孔道微电流信号，可实现多通道纳米孔道检测体系的分组控制、轮询采样。本发明专利技术不仅可以应用于纳米孔道蛋白质分子测序中对微弱电流信号的采集与读出，也可推广用于其他微电流测量体系的检测，如离子通道药物筛选、单颗粒碰撞电化学检测等。检测等。检测等。

【技术实现步骤摘要】
阵列化纳米孔道微电流信号并行测量装置


[0001]本专利技术属于纳米孔道检测
，涉及一种蛋白质分子与纳米孔道相互作用产生的微弱电流信号的传感及检测装置，尤其涉及一种阵列化纳米孔道微电流信号并行测量装置。

技术介绍

[0002]近年来，纳米孔道测序仪飞速发展，已逐渐应用于商业化DNA测序中(例如公开号是CN107850627A的专利技术申请以及公开号是CN113574381A的专利技术申请)。一些具有独特天然限域结构纳米孔道提高了生物纳米孔道检测多肽分子的灵敏度，有效延长氨基酸在纳米孔道中的停留时间，可实现对单个多肽分子中单个带电荷氨基酸的区分，可初步实现几种简单氨基酸的分辨。例如授权公告号是CN112578106B的专利技术专利，涉及一种阵列化蛋白质测序仪，提出通过对不同纳米孔道、待测蛋白质分子进行正交组合式测量，再对获得的大量信息进行整合进而达到识别单个氨基酸残基，实现蛋白质测序的最终目标。
[0003]已知的阵列化纳米孔传感器装置有牛津纳米孔技术有限公司(Oxford NanoporeTechnologies Ltd.)制造和销售的MinION，还有Nanion公司制造和销售的Obrit16。Obrit16和MinION具有相似的阵列化纳米孔道传感器电路结构，并基于纳米孔道的传感原理测量待测分子穿过生物纳米孔道的离子电流信号。但所述仪器仅能同时测量多个同种纳米孔道与单一待测物分子的相互作用，实现所有通道的分组式测量与控制仍有不足。Obrit16和MinION等装置在阵列化纳米孔道蛋白质测序应用中仍有缺陷，如不能更换不同生物纳米孔道传感器，所有通道无法分组独立控制，单个通道检测带宽低等。这些因素和限制使得上述装置在正交组合式的阵列化纳米孔道蛋白质测序中应用仍有不足。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种可对多个纳米孔道传感器分组控制与测量、为阵列化纳米孔道传感及测量提供合适的选通方式以及可以有效提高阵列化纳米孔道每个通道的检测带宽的阵列化纳米孔道微电流信号并行测量装置。
[0005]技术方案：为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于阵列化纳米孔道微电流信号并行测量装置，所述用于阵列化纳米孔道微电流信号并行测量装置包括纳米孔道多路测量单元的选通装置、多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置、多路纳米孔道电流信号的采集装置、FPGA控制芯片以及单片机；所述多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置接入多通路纳米孔道并对多通路纳米孔道的微弱电流信号进行放大、补偿以及滤波处理；所述多路纳米孔道电流信号的采集装置与多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置相连并采集经多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置处理后的电流信号，将该电流信号进行测量、信号数字化并高速传输；所述纳米孔道多路测量单元的选通装置分别接入多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置以及多路纳米孔道电流信号的采集装置，
所述纳米孔道多路测量单元的选通装置用于定向选择特定的多路纳米孔道测量单元，或者轮询访问所有多通路阵列纳米孔道测量单元；所述单片机分别与纳米孔道多路测量单元的选通装置以及FPGA控制芯片相连；所述多路纳米孔道电流信号的采集装置接入FPGA控制芯片。
[0006]作为优选，本专利技术所采用的纳米孔道多路测量单元的选通装置包括多路测量单元信号选通装置以及与多路测量单元信号选通装置相连通的多路测量单元滤波选通装置；所述多路测量单元信号选通装置接入多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置，所述多路测量单元信号选通装置用于控制多个纳米孔道电流信号的输入的选择性输出测量；所述多路测量单元滤波选通装置接入多路纳米孔道电流信号的采集装置，用于控制多个模拟滤波器对纳米孔道信号的滤波的截止频率的选择性输出；所述单片机通过多路电平线分别与多路测量单元信号选通装置以及多路测量单元滤波选通装置相连接。
[0007]作为优选，本专利技术所采用的多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置包括多通道纳米孔道电流放大模块、多通道纳米孔道电流信号补偿模块、多通道纳米孔道电流信号校正模块以及多通道纳米孔道电流信号低通滤波模块；所述多通道纳米孔道电流放大模块的一端接入多通路纳米孔道两侧，另一端通过多通道纳米孔道电流信号补偿模块与多通道纳米孔道电流信号校正模块相连；所述多通道纳米孔道电流信号校正模块通过多路测量单元信号选通装置以及多通道纳米孔道电流信号低通滤波模块与多路测量单元滤波选通装置相连接。
[0008]作为优选，本专利技术所采用的多通道纳米孔道电流信号低通滤波模块是低通滤波器；所述多通道纳米孔道电流放大模块包括放大电路，所述放大电路是跨阻放大电路、T型跨阻放大电路或积分微分放大电路。
[0009]作为优选，本专利技术所采用的多路纳米孔道电流信号的采集装置包括多通道AD模数转换器模块、多通道DA数模转换器模块以及USB桥接芯片；所述多通道DA数模转换器模块通过多通道AD模数转换器模块接入FPGA控制芯片；所述多通道DA数模转换器模块用于输出施加在纳米孔道两端的偏置电压信号；所述多通道AD模数转换器模块用于测量放大后的多路纳米孔道电流信号及施加纳米孔道两端的偏置电压信号；所述FPGA控制芯片与USB桥接芯片相连；所述USB桥接芯片用于向上位机传输采集的数据及接受上位机的指令并传递给FPGA控制芯片。
[0010]作为优选，本专利技术所采用的USB桥接芯片通过并行数据线以及控制信号线与FPGA控制芯片相连。
[0011]作为优选，本专利技术所采用的多通道AD模数转换器模块通过多路时钟线、多路数据线以及多路采样使能线与FPGA控制芯片相连。
[0012]一种基于如前所述的用于阵列化纳米孔道微电流信号并行测量装置在在蛋白质测序、药物筛选以及电化学检测时的应用。
[0013]一种基于如前所述的用于阵列化纳米孔道微电流信号并行测量装置在制备蛋白测序仪时的应用。
[0014]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点是：本专利技术提供了一种阵列化纳米孔道微电流信号并行测量装置，包括纳米孔道多路测量单元的选通装置，多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置以及多路纳米孔道电流信号的采集装置。纳米孔道多路测量单元
的选通装置包含选通芯片、控制芯片，选通芯片连接到阵列化纳米孔道信号通路上，用于从多个信号源中选出一个信号源测量，控制芯片，用于控制选通芯片的选择方式。多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置采用微电流放大电路及其他相关电路对纳米孔道的微电流信号进行放大，实现多路信号的同时高带宽放大及信号处理，多路纳米孔道电流信号的采集装置包含多路模数转换器、数模转换器及控制芯片，多路模数转换器连接在多路选通芯片后端，实现对多路纳米孔道信号的信号采集，多路数模转换器的输出连接在多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置上，用于在阵列化纳米孔道两端施加偏置电压，控制芯片控制多路模数转换器和数模转化器的电路参数等。本专利技术提供了一种阵列化纳米孔道微电流信号并行测量装置，能够实现阵列化纳米孔道微电流信号的高带宽放大、测量，并通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于阵列化纳米孔道微电流信号并行测量装置，其特征在于，所述用于阵列化纳米孔道微电流信号并行测量装置包括纳米孔道多路测量单元的选通装置、多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置、多路纳米孔道电流信号的采集装置、FPGA控制芯片(12)以及单片机(14)；所述多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置接入多通路纳米孔道并对多通路纳米孔道的微弱电流信号进行放大、补偿以及滤波处理；所述多路纳米孔道电流信号的采集装置与多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置相连并采集经多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置处理后的电流信号，将该电流信号进行测量、信号数字化并高速传输；所述纳米孔道多路测量单元的选通装置分别接入多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置以及多路纳米孔道电流信号的采集装置，所述纳米孔道多路测量单元的选通装置用于定向选择特定的多路纳米孔道测量单元，或者轮询访问所有多通路阵列纳米孔道测量单元；所述单片机(14)分别与纳米孔道多路测量单元的选通装置以及FPGA控制芯片(12)相连；所述多路纳米孔道电流信号的采集装置接入FPGA控制芯片(12)。2.根据权利要求1所述的用于阵列化纳米孔道微电流信号并行测量装置，其特征在于，所述纳米孔道多路测量单元的选通装置包括多路测量单元信号选通装置(7)以及与多路测量单元信号选通装置(7)相连通的多路测量单元滤波选通装置(9)；所述多路测量单元信号选通装置(7)接入多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置，所述多路测量单元信号选通装置(7)用于控制多个纳米孔道电流信号的输入的选择性输出测量；所述多路测量单元滤波选通装置(9)接入多路纳米孔道电流信号的采集装置，用于控制多个模拟滤波器对纳米孔道信号的滤波的截止频率的选择性输出；所述单片机(14)通过多路电平线分别与多路测量单元信号选通装置(7)以及多路测量单元滤波选通装置(9)相连接。3.根据权利要求2所述的用于阵列化纳米孔道微电流信号并行测量装置，其特征在于，所述多路纳米孔道电流信号的放大及信号处理装置包括多通道纳米孔道电流放大模块(4)、多通道纳米孔道电流信号补偿模块(5)、多通道纳米孔道电流信号校正模块(6)以及多通道纳米孔道电流信号低通滤波模块(8)；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：应佚伦，龙亿涛，钟诚兵，张琳琳，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：