[发明专利]自适应纳米孔信号压缩

说明书

本文中所描述的技术涉及用于并行DNA分子测序的系统和方法。预处理器可以从包括100,000个或更多单元的传感器芯片接收原始数据帧，其中每个原始数据帧可以包括在所述100,000个或更多单元的形成期间或在使用所述100,000个或更多单元的DNA分子测序期间的给定时间处来自所述100,000个或更多单元的检测信号。预处理器然后可以从原始数据帧中提取用于确定单元的状态的相关信息，生成包括所提取的信息的一个或多个摘要帧，以及将摘要帧发送到处理器以用于处理、诸如碱基确定。由于被发送到处理器的摘要帧的数目小于原始数据帧的数目，并且摘要帧包括经预处理的数据，所以被传递到处理器的数据的量以及通过处理器的数据处理的量可以被减小。

技术领域

本公开内容一般涉及基于纳米孔的DNA测序，并且更具体地涉及通过基于纳米孔的测序传感器芯片所生成的压缩数据，所述基于纳米孔的测序传感器芯片包括大量并行测序传感器单元。

背景技术

具有在内直径方面大约一纳米的孔大小的纳米膜器件在快速核苷酸测序方面示出了希望。当跨浸在导电流体中的纳米孔而施加电压电势的时候，可存在小离子电流，其归因于跨纳米孔的离子的传导。电流的大小对孔大小以及哪种分子在纳米孔中敏感。分子可以是被附连到特定核苷酸的特定标记，从而允许检测核酸的特定定位处的核苷酸。可以作为测量分子的电阻的方式来测量（例如在积分电容器处）包括纳米孔的电路中的电压，从而允许检测哪种分子在纳米孔中。

基于纳米孔的测序传感器芯片可以用于DNA测序。基于纳米孔的测序传感器芯片可以并入大量传感器单元，其被配置为用于并行测序的阵列。例如，基于纳米孔的测序传感器芯片可以包括被布置在二维阵列中的100,000或更多（例如一百万或更多）单元，用于并行地为100,000或更多DNA分子测序。因而，在多个时间段中的每个时间段期间可以通过传感器芯片生成大量数据，其包括来自100,000或更多单元的测量信号。

发明内容

本公开内容一般涉及基于纳米孔的DNA测序，并且更具体地涉及通过基于纳米孔的测序传感器芯片所生成的压缩数据，所述基于纳米孔的测序传感器芯片包括大量并行测序传感器单元。代替于发送测序传感器单元所生成的所有数据以供处理，使用预处理电路来从测序传感器单元所生成的数据提取相关信息，并且仅仅转发所提取的信息以供进一步处理，从而减小被传递的数据的量。

在一些实施例中，预处理电路可以用于从传感器芯片所生成的数据中提取用于在测序传感器单元的形成期间检查和校准测序传感器单元的相关信息，以及用于确定DNA分子中的碱基的相关信息。仅有所提取的信息被发送到处理器，所述处理器可以基于所提取的信息来检查和校准测序传感器单元和/或确定DNA分子中的碱基。预处理电路可以被配置成在单元形成、校准和测序的不同阶段期间从传感器芯片所生成的数据中提取不同的信息。在一些实施例中，预处理电路可以自适应性地在不同的时间、基于来自测序系统中其他组件的请求来从传感器芯片所生成的数据中提取不同的信息。

在一些实施例中，公开了一种操作测序系统的方法，所述测序系统被配置成并行地对至少100,000个DNA分子进行测序。所述方法可以包括通过预处理电路从包括多个单元的传感器芯片接收数据帧的集合，其中每个数据帧可以包括来自所述多个单元的检测信号，并且可以对应于不同的时间。所述方法还可以包括从所述数据帧的集合提取信息，以获得摘要信息（digested information），以供用在确定所述多个单元的状态中。所述方法可以此外包括：生成摘要帧的群组，所述摘要帧的群组包括从所述数据帧的集合提取的摘要信息；以及将所述摘要帧的群组发送到处理器以供用在确定所述多个单元的状态中。