[發明專利]一種納米孔基因檢測傳感器芯片

有效

• 申請號: 201610104151.0
• 申請日: 2016-02-24
• 公開（公告）號: CN105695318B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 姜鈺;劉旭;余浩;嚴媚
• 申請（專利權）人: 嚴媚
• 主分類號: C12M1/34
• 分類號: C12M1/34
• 代理公司: 江蘇愛信律師事務所 32241
• 代理人: 唐小紅

1.一種納米孔基因檢測傳感器芯片，其特征在于：由運放偏置電路(OPA)、n行m列傳感單元(5T)陣列、行譯碼器、電流-時域-電壓轉換讀取電路、模數轉換電路(ADC)、靜態隨機寄存器組(SRAM)以及列譯碼器組成；

每一列傳感單元(5T)共享一個運放偏置電路(OPA)、電流-時域-電壓轉換讀取電路、模數轉換電路(ADC)和靜態隨機寄存器組(SRAM)，運放偏置電路(OPA)的負輸入端連接到該列的每行傳感單元(5T)的納米孔負反饋選通管(MN4)的漏極，運放偏置電路(OPA)的正輸入端連接到偏置電壓(V_ref)上，運放偏置電路(OPA)的輸出端連接到該列每行傳感單元(5T)的源極跟隨傳輸管(MN3)的柵極；

每個傳感單元(5T)由一個納米孔、一個采樣電容(Cf)以及五個晶體管(MN4、MN3、MN2、MN1、MN0)組成；

納米孔兩端分別有正負兩個電極，其中靠近溶液的負電極接地，正電極連接到源極跟隨傳輸管(MN3)漏極和納米孔負反饋選通管(MN4)的源極；

納米孔負反饋選通管(MN4)柵極接到負反饋選通信號(SN)上，漏極連接到運放偏置電路(OPA)的負輸入端，源極連接到源極跟隨傳輸管(MN3)的漏極上；

源極跟隨傳輸管(MN3)柵極連接到運放偏置電路(OPA)的輸出端，源極跟隨傳輸管(MN3)源極分別連接到采樣電容(Cf)的一端、復位管(MN2)的源極和亞閾值區放大管(MN0)的柵極；采樣電容(Cf)的另一端接地；

復位管(MN2)柵極接選通信號(RSTG)，復位管(MN2)漏極接復位電壓信號(RSTV)；

亞閾值區放大管(MN0)漏極連接到行選通管(MN1)源極，亞閾值區放大管(MN0)源極接地；

行選通管(MN1)柵極接由行譯碼器控制的行選通信號(ROW)，行選通管(MN1)漏極連接電流-時域-電壓轉換讀取電路的輸入節點(N0)；

電流-時域-電壓轉換讀取電路由預充電管(MP0)、充放電控制開關(S0)、積分電容(C0)、源極跟隨讀取管(MN5)組成；

預充電管(MP0)柵極接預充電管選通信號(VBP)，預充電管(MP0)漏極連接到電流-時域-電壓轉換讀取電路的輸入節點(N0)上，預充電管(MP0)源極接到電源(VDD)上；

充放電控制開關(S0)跨接在電流-時域-電壓轉換讀取電路的輸入節點(N0)和源極跟隨讀取管(MN5)的柵極之間，充放電控制開關(S0)由一個互補的N型和P型傳輸管對組成，并由互補的開關控制信號(CTX和CTXB)打開或關閉充放電控制開關(S0)；

積分電容(C0)的一端連接到源極跟隨讀取管(MN5)的柵極，另一端接地；

源極跟隨讀取管(MN5)漏極接到電源(VDD)，源極跟隨讀取管(MN5)源極連接到電流偏置I₀并作為輸出端電壓(V_out)連接到模數轉換電路(ADC)的輸入端；

模數轉換電路(ADC)輸出連接靜態隨機寄存器組(SRAM)；在列譯碼器的控制下以列為單位將該列數據通過輸出端口(DOUT)輸出；

行譯碼器在行地址的控制下為傳感單元陣列提供四種信號：行選通信號(ROW)，復位管柵極選通信號(RSTG)和復位電壓信號(RSTV)，以及負反饋選通信號(SN)；

同一行中處在所有列上的傳感單元(5T)的納米孔電流(I_nano)經其對應的電流-時域-電壓轉換讀取電路，由其對應的模數轉換電路(ADC)轉換成數字信號，并存儲在其對應的靜態隨機寄存器組(SRAM)中，最后在列地址的控制下經列譯碼器在芯片的輸出端口(DOUT)輸出，如此重復直至所有行的傳感單元(5T)的納米孔電流(I_nano)轉換完成在芯片的輸出端口(DOUT)輸出；

行譯碼器控制每行傳感單元的操作時序，當第一行傳感單元的納米孔電流經過讀取電路進行電壓放大后并轉化為數字信號，再在列譯碼器的控制下將m列數據串行輸出到處理器如計算機中，緊接著對第二行的傳感單元進行操作，并將m列的數據輸出，直至第n行后整個n行m列傳感單元陣列的數據都已經進行讀取，通過專用軟件對數據進行分析還原基因序列信息。

2.根據權利要求1所述的一種納米孔基因檢測傳感器芯片，其特征在于所述的納米孔：由生物納米孔或者固態納米孔構成。