[发明专利]用于控制、检测和测量分子复合物的传感器电路

说明书

对其它申请的交叉引用

本申请要求2012年2月27日提交的题为“SENSOR CIRCUIT FOR CONTROLLING, DETECTING, AND MEASURING A MOLECULAR COMPLEX”的美国临时专利申请No.61/603,782的优先权，为了所有目的而通过参考将其并入本文。

背景技术

近些年半导体工业内微小型化的发展已经使得生物技术专家能够开始将传统庞大的感测工具包装成所谓生物芯片上的越来越小的形状因子（form factor）。将期望为生物芯片开发使得其更稳健、高效和节约成本的技术。

附图说明

在下面的详细描述和附图中公开本发明的各种实施例。

图1图示出限制在单元100中的纳米孔中的单链DNA（ssDNA）分子。

图2图示出通过合成（纳米SBS）技术以基于纳米孔的排序来执行核苷酸排序的单元200的实施例。

图3图示出传感器单元的四个物理状态。

图4图示出单元的库（bank）（M×N）的实施例。

图5图示出被实施为十六个库8k元素的128k阵列。

图6图示出被实施为库8k元素的8×8阵列的512k阵列。

图7图示出库8k块的实施例。

图8图示出扫描序列的实施例。

图9图示出扫描序列的实施例。

图10图示出可以一次扫描阵列的一部分。

图11图示出用于测量单元中的电流的电路的实施例。

图12图示出用于测量单元中的电流的电路的实施例。

图13图示出用于测量单元中的电流的电路的实施例。

具体实施方式

可以以许多方式来实施本发明，包括作为过程、装置、系统、物质组成、包含在计算机可读存储介质上的计算机程序产品、和/或处理器（诸如被配置成执行存储在耦合到处理器的存储器上的和/或由该存储器提供的指令的处理器）。在本说明书中，这些实施方式或本发明可以采用的任何其它形式可以被称为技术。通常，可以在本发明的范围内更改所公开的过程的步骤顺序。除非另外地声明，诸如描述成被配置成执行任务的处理器或存储器之类的部件可以被实施为临时被配置成在给定时间执行该任务的通用部件或被制造为执行该任务的特定部件。如本文所使用的，术语“处理器”指代被配置成处理数据（诸如计算机程序指令）的一个或多个设备、电路和/或处理核。

下面连同说明本发明原理的附图一起来提供本发明的一个或多个实施例的详细描述。结合此类实施例来描述本发明，但是不发明不限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求来限制，并且本发明包括许多替换物、修改和等同物。在下面的描述中阐述许多具体细节以便提供对本发明的彻底理解。为了示例的目的提供这些细节并且可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下根据权利要求来实施本发明。为了清楚的目的，不会详细地描述在与本发明相关的技术领域中已知的技术材料以使得不会没必要地使本发明模糊。

在内直径中具有大约1纳米孔大小的纳米孔膜设备已经在迅速核苷酸排序中示出前景。当在浸入于导电流体中的纳米孔两端施加电压电势时，可以观察到归因于离子在纳米孔两端的传导的小离子电流。电流的大小对孔大小敏感。当分子（诸如DNA或RNA分子）通过纳米孔时，其能够部分或完全地堵塞纳米孔，引起通过纳米孔的电流的量值的变化。已经示出离子电流阻塞可能与DNA或RNA分子的碱基对序列相关。

图1图示出限制在单元100中的纳米孔中的单链DNA（ssDNA）分子。如图1中所示，锚定的ssDNA分子102被限制在通过形成于传感器电极之上的绝缘膜106（诸如脂双层）的生物纳米孔104开口内。

基于纳米孔的排序芯片并入被配置为阵列的大量自主操作的传感器单元。例如，一百万个单元的阵列可以包括1000行*100列的单元。此阵列通过测量在纳米孔缠住（entangle）的分子的收缩区域处各个基（base）之间的导电差能够实现单链DNA（ssDNA）分子的并行排序。在一些实施例中，可以确定孔-分子复合物的非线性（与电压有关的）导电特性以便区别在给定位置处的特定核苷酸碱基。