[發明專利]微陣列生物傳感器的讀出電路

無效

• 申請號: 200810069564.5
• 申請日: 2008-04-17
• 公開（公告）號: CN101256167A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 潘銀松;孔謀夫;劉嘉敏;李向全;張仁富
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416
• 代理公司: 重慶志合專利事務所
• 代理人: 胡榮琿

技術領域

本發明涉及一種微陣列生物傳感器，具體涉及一種微陣列生物傳感器的讀出電路。

背景技術

電化學生物傳感器是具有電化學信號轉換器的生物傳感器，一般認為它是一個化學修飾電極。以電導、半導體或者離子導電的材料構成電化學電極作為信號轉換器，涂上一層生物化學或生物薄膜作為敏感元件，最后以電信號為特征檢測信號。根據電信號測定方式的不同，一般可分為電流式、電位式和電導式三類，電流式和電位式占主導地位。由于傳統的化學修飾電極存在體積大、靈敏度低、噪聲大等缺點，生物傳感器的化學修飾電極，正在朝著微型化的方向發展。早在20世紀60年代，微電極技術就以其優良的電化學特性引起學者廣泛的關注，70年代末期，已成為電化學的前沿領域。近20年來，微電極技術已迅速發展為一種重要的電化學研究技術，其理論與應用的研究不僅取得了長足進展，而且對電化學、生物電化學、生物傳感器、生命科學和臨床醫學等領域產生了深遠影響。

隨著生物芯片的高速發展，近年來生物傳感器的研究與開發呈現出突飛猛進的局面。其中，微陣列生物傳感器是當前研究的一個熱點。生物信號采用微陣列生物傳感器進行檢測(微陣列生物傳感器通過檢測生物反應生成的微電流信號從而對生物分子進行檢測與識別)，其輸出大多為電流信號。因此，有關微陣列生物傳感器的研究，主要側重于微電流的信號檢測與處理技術。在微弱信號的探測應用中，一個非常關鍵的技術就是對噪聲進行抑制或削弱，以提高輸出信號的信噪比(S/N)。因而對噪聲抑制或削弱的程度往往決定著所提取信號質量的優劣，或信號處理的效果。由于目前的微陣列生物傳感器的讀出電路對噪聲的抑制基本上沒有涉及，致使讀出電路中存在的最主要的噪聲源包括1/f噪聲(MOS晶體管的閃爍噪聲)、KTC噪聲(復位噪聲)和微陣列固定偏差噪聲信號，這些未經抑制或削弱的噪聲信號V_noise(噪聲信號V_noise表所有噪聲之和)隨著讀出電路輸出到后級電路。由于前級噪聲信號可能被放大而傳送到后級電路，所以危害往往更大，為提高輸出信號的信噪比，必須予以消除或削弱。

發明內容

針對上述技術問題，本發明的目的在于提供一種微陣列生物傳感器的讀出電路，它能消除生物微電極傳感器輸出信號中的噪聲信號，提高生物微電極傳感器輸出信號的信噪比。

本發明的目的是這樣實現的：包括緩沖輸出單元，以及一個與微陣列生物傳感器輸出端連接的恒電位儀電流積分單元，該恒電位儀電流積分單元為微陣列生物傳感器的工作電極和對電極之間提供一個恒定的偏置電壓，并將來自于微陣列生物傳感器的電流信號轉換為電壓信號；以及一個連接于恒電位儀電流積分單元與緩沖輸出單元之間的相關雙采樣單元，該相關雙采樣單元采樣恒電位儀電流積分單元輸出的電壓信號并作去噪處理后輸出到緩沖輸出單元。

采用了上述方案，在微陣列生物傳感器輸出端連接一恒電位儀電流積分單元，該恒電位儀電流積分單元為微陣列生物傳感器的工作電極和對電極之間提供一個恒定的偏置電壓，并將來自于微陣列生物傳感器的電流信號轉換為電壓信號輸出。恒電位儀電流積分單元包括恒電位儀以及與該恒電位儀電連接的積分器。其中恒電位儀為微陣列生物傳感器的工作電極和對電極之間提供一個恒定的偏置電壓，以保證微陣列生物傳感器在工作和信號轉換時的穩定性。從微陣列生物傳感器輸出的電流會對恒電位儀電流積分單元的積分器進行充電，從而積分器上的電壓的變化反應的正是微陣列生物傳感器輸出電流幅值的變化，因此，積分器可將微陣列生物傳感器輸出的電流信號取出并轉換為電壓信號輸出；并且積分器上的輸出電壓具有很高的輸出擺幅，對于微陣列生物傳感器的每一個輸出電流，積分曲線均具有較好的線性度。在恒電位儀電流積分單元與緩沖輸出單元之間連接一個相關雙采樣單元，該相關雙采樣單元采樣恒電位儀電流積分單元輸出的電壓信號并作去噪處理后輸出到緩沖輸出單元。相關雙采樣單元的采樣開關為兩個并聯在一起的晶體管，其導通電阻小，幾乎可以無損失地傳輸信號。相關雙采樣單元的去噪處理器為一個耦合電容，由于耦合電容對直流電信號不能突變，并通過連接于去噪處理器輸出端的電壓鉗位器對耦合電容輸出端設定的時間點將去噪處理器輸出的電壓信號進行鉗制，不但能將噪聲信號消除，以提高生物微電極傳感器輸出電信號的信噪比；并且從本發明中的讀出電路中輸出的電壓信號隨著積分器上輸出的積分電壓變化，而積分器上的電壓的變化反應的正是微陣列生物傳感器輸出電流幅值的變化，因此，最終輸出電壓隨微陣列生物傳感器變化。