[发明专利]微阵列生物传感器的读出电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种微阵列生物传感器，具体涉及一种微阵列生物传感器的读出电路。

背景技术

电化学生物传感器是具有电化学信号转换器的生物传感器，一般认为它是一个化学修饰电极。以电导、半导体或者离子导电的材料构成电化学电极作为信号转换器，涂上一层生物化学或生物薄膜作为敏感元件，最后以电信号为特征检测信号。根据电信号测定方式的不同，一般可分为电流式、电位式和电导式三类，电流式和电位式占主导地位。由于传统的化学修饰电极存在体积大、灵敏度低、噪声大等缺点，生物传感器的化学修饰电极，正在朝着微型化的方向发展。早在20世纪60年代，微电极技术就以其优良的电化学特性引起学者广泛的关注，70年代末期，已成为电化学的前沿领域。近20年来，微电极技术已迅速发展为一种重要的电化学研究技术，其理论与应用的研究不仅取得了长足进展，而且对电化学、生物电化学、生物传感器、生命科学和临床医学等领域产生了深远影响。

随着生物芯片的高速发展，近年来生物传感器的研究与开发呈现出突飞猛进的局面。其中，微阵列生物传感器是当前研究的一个热点。生物信号采用微阵列生物传感器进行检测(微阵列生物传感器通过检测生物反应生成的微电流信号从而对生物分子进行检测与识别)，其输出大多为电流信号。因此，有关微阵列生物传感器的研究，主要侧重于微电流的信号检测与处理技术。在微弱信号的探测应用中，一个非常关键的技术就是对噪声进行抑制或削弱，以提高输出信号的信噪比(S/N)。因而对噪声抑制或削弱的程度往往决定着所提取信号质量的优劣，或信号处理的效果。由于目前的微阵列生物传感器的读出电路对噪声的抑制基本上没有涉及，致使读出电路中存在的最主要的噪声源包括1/f噪声(MOS晶体管的闪烁噪声)、KTC噪声(复位噪声)和微阵列固定偏差噪声信号，这些未经抑制或削弱的噪声信号V_noise(噪声信号V_noise表所有噪声之和)随着读出电路输出到后级电路。由于前级噪声信号可能被放大而传送到后级电路，所以危害往往更大，为提高输出信号的信噪比，必须予以消除或削弱。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种微阵列生物传感器的读出电路，它能消除生物微电极传感器输出信号中的噪声信号，提高生物微电极传感器输出信号的信噪比。

本发明的目的是这样实现的：包括缓冲输出单元，以及一个与微阵列生物传感器输出端连接的恒电位仪电流积分单元，该恒电位仪电流积分单元为微阵列生物传感器的工作电极和对电极之间提供一个恒定的偏置电压，并将来自于微阵列生物传感器的电流信号转换为电压信号；以及一个连接于恒电位仪电流积分单元与缓冲输出单元之间的相关双采样单元，该相关双采样单元采样恒电位仪电流积分单元输出的电压信号并作去噪处理后输出到缓冲输出单元。

采用了上述方案，在微阵列生物传感器输出端连接一恒电位仪电流积分单元，该恒电位仪电流积分单元为微阵列生物传感器的工作电极和对电极之间提供一个恒定的偏置电压，并将来自于微阵列生物传感器的电流信号转换为电压信号输出。恒电位仪电流积分单元包括恒电位仪以及与该恒电位仪电连接的积分器。其中恒电位仪为微阵列生物传感器的工作电极和对电极之间提供一个恒定的偏置电压，以保证微阵列生物传感器在工作和信号转换时的稳定性。从微阵列生物传感器输出的电流会对恒电位仪电流积分单元的积分器进行充电，从而积分器上的电压的变化反应的正是微阵列生物传感器输出电流幅值的变化，因此，积分器可将微阵列生物传感器输出的电流信号取出并转换为电压信号输出；并且积分器上的输出电压具有很高的输出摆幅，对于微阵列生物传感器的每一个输出电流，积分曲线均具有较好的线性度。在恒电位仪电流积分单元与缓冲输出单元之间连接一个相关双采样单元，该相关双采样单元采样恒电位仪电流积分单元输出的电压信号并作去噪处理后输出到缓冲输出单元。相关双采样单元的采样开关为两个并联在一起的晶体管，其导通电阻小，几乎可以无损失地传输信号。相关双采样单元的去噪处理器为一个耦合电容，由于耦合电容对直流电信号不能突变，并通过连接于去噪处理器输出端的电压钳位器对耦合电容输出端设定的时间点将去噪处理器输出的电压信号进行钳制，不但能将噪声信号消除，以提高生物微电极传感器输出电信号的信噪比；并且从本发明中的读出电路中输出的电压信号随着积分器上输出的积分电压变化，而积分器上的电压的变化反应的正是微阵列生物传感器输出电流幅值的变化，因此，最终输出电压随微阵列生物传感器变化。