[发明专利]纳米孔基因测序微电流检测装置及电流稳定的补偿方法

说明书

本发明提供纳米孔基因测序微电流检测装置，该装置包括对DNA分子流经薄膜上的纳米孔道时发生的电流变化的检测电路，检测电路包括第一电极、第二电极、第三电极和恒电位电路；当工作电极发生偏移时，恒电位电路使对电极对地电位始终跟随参比电极对地电位变化，以使得所述第一电极与第二电极之间保持稳定的电压差。本发明还涉及一种用于纳米孔基因测序微电流稳定的补偿方法。本发明将工作电极检测到的电流信号通过积分放大器变化为电压信号，积分放大器以电容为反馈元件，并且采用两个采样保持电路实现了相关双取样，具有更低的噪声表现且提高了信号的带宽和线性度，同时对电流信号也进行滤波、去噪、补偿等处理，极大地提高了电流检测的准确率。

技术领域

本发明涉及电子学技术领域，尤其涉及纳米孔基因测序微电流检测装置。

背景技术

以单分子、边合成边测序为特点的第三代纳米孔基因测序技术在读长、成本、速度上具备较为显著的优势，是现在的研究热点之一。纳米孔测序的原理是检测解旋后的DNA单链通过纳米孔时产生的微弱特征电流变化来判定其碱基序列。因此精确测量该特征电流是实现高准确性基因测序的关键技术之一，而当前纳米孔基因测序广泛使用两电极电化学体系，在两电极之间施加一定电压用于驱动DNA穿过纳米孔，但是由于非法拉第过程的存在，两电极之间的压差极易波动从而造成电位偏移，并且由于该电流极其微弱，一般在皮安量级，压差的变化将极大地影响电流的检测精度，影响测序的准确性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供纳米孔基因测序微电流检测装置。

本发明通过在第一电极与第二电极之间加入第三电极，第三电极使得第一电极与第二电极之间形成恒定电位，以解决上述技术问题。

本发明提供纳米孔基因测序微电流检测装置，包括对DNA分子流经薄膜上的纳米孔道时发生的电流变化的检测电路，其特征在于，所述检测电路包括第一电极、第二电极、第三电极和恒电位电路，所述第一电极与第二电极设置于薄膜的两侧，在所述第一电极与第二电极之间施加电压以驱动薄膜上的DNA单链穿过所述纳米孔道，所述第二电极用于检测DNA分子经过纳米孔道时产生的电流信号；

所述第三电极设置于所述第一电极与第二电极之间，所述第三电极连接所述恒电位电路，所述恒电位电路连接所述第一电极；所述恒电位电路调节所述第一电极对地电位始终跟随所述第三电极对地电位的变化，以使得所述第一电极与第二电极之间保持稳定的电压差。

优选地，所述恒电位电路包括恒电位发生器与数据处理组件，所述恒电位发生器与所述第一电极连接，所述数据处理组件位于所述恒电位发生器与第二电极之间；所述数据处理组件将根据检测到的所述第二电极的电位偏移量发送指令用于配置所述恒电位发生器，以使得所述第一电极与第二电极之间形成恒定电位。

优选地，所述第二电极与数据处理组件之间包括积分放大器，所述积分放大器用于将所述第二电极检测到的电流信号转换成电压信号；其中，所述积分放大器采用高输入级阻抗。

优选地，所述积分放大器与所述数据处理组件之间包括至少一个采样保持器，所述采样保持器用于保持采样值。

优选地，所述第二电极对地电位为零。

优选地，所述恒电位发生器包括运算放大器，所述运算放大器用于向所述第一电极提供电流，所述运算放大器的反相输入连接所述第三电极。

优选地，所述恒电位发生器还包括偏压源所述偏压源电性连接所述数据处理组件，所述数据处理组件发送指令给所述偏压源，所述偏压源用于设定所述第一电极与第二电极之间的恒定电位。

本发明还提供一种用于纳米孔基因测序微电流稳定的补偿方法，对所述积分放大器放大后的输出信号进行高频补偿，所述高频补偿用于减弱在所述积分放大器放大后的输出信号的高频分量。