[发明专利]一种固态纳米孔DNA测序的电信号校准方法

说明书

技术领域

本发明属于遗传学和分子生物学领域，更具体地，涉及一种固态纳米孔DNA测序的电信号校准方法。

背景技术

纳米孔DNA测序技术是一种新兴的快速无损检测技术。由于其电子检测方式和方便的样品制备等特点，纳米孔DNA测序在廉价测序领域极具潜力，是目前为止最有望实现全基因“1000美元”DNA测序计划的技术。

纳米孔核酸测序大多采用电泳的方法，碱基在外加恒定电场的驱动下穿过纳米级的小孔时会引发电流的变化。由于不同碱基存在尺寸和分子结构的差异，会产生不同幅度和脉宽的特征电流，而不同碱基特征电流出现的先后顺序反映了碱基的顺序信息，因此通过检测特征电流就能达到测定DNA核酸碱基的目的。

在利用传统膜片钳系统检测碱基在外加恒定电场的驱动下穿过纳米级小孔引发的电流变化时，均采用相同的增益检测四种碱基的特征电流。对于固态纳米孔而言，各种碱基的电流变化幅度可能相差100倍以上。若采用相同的放大倍数，则对于特征电流小的碱基而言，可能存在检测波形分辨率严重不足的问题；而对于特征电流大的碱基，则可能存在超出模数变换器量程的问题。因此，为了解决这个问题以提高碱基识别的准确率和分辨率，在纳米孔核酸测序应用中，应该采用不同的增益放大四种碱基的特征电流，这就需要针对不同材料的固态纳米孔的碱基特征电流数量级，进行增益校准。

发明内容

针对现有纳米孔测序校准的缺陷，本发明提供了一种对不同碱基的检测增益进行校准的方法，其目的在于在核酸测序过程中，针对不同的碱基特征电流，通过设置不同的增益以提高识别的分辨率。

本发明提供的固态纳米孔DNA测序的电信号校准方法包括下述步骤：

S1：设置程控放大电路中各个放大器的增益初始基值；

S2：通过各个通道的模数转换器并行采集，获得与各个增益初始基值对应的碱基采集电压数据；

S3：依次判断各个通道的碱基采集电压数据是否小于满量程数据，若是，则进入步骤S5；若否，则进入步骤S4；

S4：丢弃满量程通道的碱基采集电压数据；

S5：选择分辨率最大的碱基采集电压数据并根据分辨率最大的碱基采集电压数据计算最佳增益值；

S6：判断当前通道增益初始基值是否等于所述最佳增益值，若是，则结束；若否，则进入步骤S7；

S7：将当前通道增益初始基值修正为最佳增益值。

更进一步地，所述分辨率最大是指在小于满量程的数据中，与满量程数据最接近的采集电压数据；所述满量程数据是指模数转换器实际量程的75%～85%；所述最佳增益值是指针对未满量程的通道数据，按照波动的最大值将其微调至满量程值所需的增益。

更进一步地，还包括下述步骤：对各个通道的碱基采集电压数据分别进行时间序列的统计处理，并提取各个通道的碱基统计特征数据；所述碱基统计特征数据包括脉冲幅值均值、波动范围、基线值、脉冲个数。

更进一步地，根据碱基统计特征数据和增益初始基值获得修正系数，所述最佳增益值等于增益初始基值乘以修正系数。

更进一步地，还包括下述步骤：将碱基采集电压数据转换为特征电压信号，并根据所述特征电压信号计算阈值比较电路各个比较器的参考电压。

更进一步地，还包括下述步骤：根据阈值比较电路的输出识别碱基种类。

本发明在核酸测序过程中针对不同的碱基特征电流，通过设置不同的增益以提高识别的分辨率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的用于固态纳米孔核酸测序电信号的检测和采集系统的原理框图；

图2是本发明实施例提供的用于固态纳米孔核酸测序电信号的检测和采集系统中碱基特征信号数据采集电路的一种结构示意图；

图3是本发明实施例提供的固态纳米孔DNA测序的电信号校准方法实现流程图；

图4是本发明实施例提供的用于固态纳米孔核酸测序电信号的检测和采集系统中碱基特征信号数据采集电路的另一种结构示意图；

图5是本发明实施例提供的基于固态纳米孔DNA测序的电信号校准方法可以实现碱基种类识别的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明中需要用到的技术术语的定义如下：

（1）满量程数据：考虑碱基信号的波动，满量程数据定义为模数转换器实际量程的75%～85%。该值可根据实际情况调整；