[发明专利]微电流检测电路及基因测序装置

说明书

本公开实施例提供一种微电流检测电路及基因测序装置，该检测电路包括纳米孔电压施加单元，用于向纳米孔测试腔的公共电极和检测电极施加电压，驱动单个核苷酸分子通过纳米孔；积分电路单元，用于对纳米孔测试腔的检测电极输出的微电流信号进行积分放大，转换为积分电压信号；输出电路单元，用于接收该积分电路单元转换后的积分电压信号并输出；补偿电流输入单元，用于施加补偿电流到纳米孔测试腔的检测电极。该实施例实现了纳米孔基因测序的快速响应，提升测序准确度，便于大规模集成。

技术领域

本公开属于电子电路技术领域，具体而言，涉及一种微电流检测电路及基因测序装置，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。

背景技术

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。纳米孔(nanopore)为直径约为1～10纳米的通道，包括固态纳米孔和生物纳米孔。单链的DNA(或RNA)分子由于自身的带电性质，在电场中会自发的穿过纳米孔，并在穿越的过程中引起纳米孔电阻的变化，产生所谓的阻断电流。DNA(RNA)的四种不同的碱基A、T(U)、C和G由于自身化学结构的差异，它们穿越纳米孔时对电流产生的阻断影响具有可识别的差异，产生各自对应的特征阻断电流。对特征阻断电流进行准确检测，便可以确定相应碱基的类型从而测定核酸序列。

现有的纳米孔测序方式中，以Genia Technologies公司的测序技术为例，其采用经修饰的核苷酸类似物在核酸合成的同时进行测序，修饰后的核苷酸类似物包含用于合成的核苷酸和连接子，不同的连接子能够产生比核酸更有效的特征阻断电流，通过对连接子检测能够有效提高碱基识别度，但是只检测连接子的情况下难以避免连接子阻断电流被读取，但核苷酸本身却并未真正参与合成反应的情况，造成信号被多余读取的错误(insertion error)。因此，有必要对现有的纳米孔测序技术进行改进使其不仅能检测连接子，而且能检测核苷酸本身，以提高测序准确度和快速响应能力。这需要更高的采样频率和更严格的噪声控制手段。

发明内容

本公开实施例提供一种微电流检测电路及基因测序装置，用于快速准确地实现对通过纳米孔的核苷酸分子类型进行判断，完成测序功能。

第一方面，本公开实施例提供一种微电流检测电路，包括：

纳米孔电压施加单元，用于向纳米孔测试腔的公共电极和检测电极施加电压，驱动单个核苷酸分子通过纳米孔；

积分电路单元，用于对纳米孔测试腔的检测电极输出的微电流信号进行积分放大，转换为积分电压信号；

输出电路单元，用于接收该积分电路单元转换后的积分电压信号并输出；

补偿电流输入单元，用于施加补偿电流到纳米孔测试腔的检测电极。

在可选的实施方式中，所述纳米孔电压施加单元包括钳位管，所述钳位管的第一通路端连接所述检测电极，所述钳位管的第二通路端连接所述积分电路单元，所述钳位管的控制端输入钳位电压。

在可选的实施方式中，所述纳米孔电压施加单元包括正向钳位管和反向钳位管，所述正向钳位管和反向钳位管的第一通路端连接所述检测电极，所述正向钳位管和反向钳位管的第二通路端连接所述积分电路单元，所述正向钳位管的控制端输入第一钳位电压，所述反向钳位管的控制端输入第二钳位电压；所述正向钳位管的电流方向是从所述检测电极流向所述积分电路单元，所述反向钳位管的电流方向是从所述积分电路单元流向所述检测电极。

在可选的实施方式中，所述积分电路单元包括积分电容和积分复位开关，所述积分电容的第一端连接所述钳位管的第二通路端，所述积分电容的第二端接地；所述积分复位开关的第一通路端与所述积分电容的第一端相连，所述积分复位开关的第二通路端连接复位电压，用于对所述积分电容的电压进行复位。