[发明专利]一种纳米孔基因检测传感器芯片

说明书

本发明公开了一种纳米孔基因检测传感器芯片，包含由运放偏置电路OPA、n行m列传感单元5T阵列、行译码器、电流‑时域‑电压转换读取电路、模数转换电路ADC、静态随机寄存器组SRAM以及列译码器组成。同一行中的传感单元5T经其对应的电流‑时域‑电压转换读取电路、模数转换电路ADC、静态随机寄存器组SRAM处理，最后在列译码器的控制下输出，如此重复直至所有行传感单元处理完成。通过采用与半导体工艺兼容的纳米孔5T传感单元以及亚阈值放大的C‑TVC读取策略，可以实现1pA纳米孔电流的基因片段碱基对直接检测，简化了生物处理的复杂度，进一步提高了芯片集成度，降低芯片生产成本。

技术领域

本发明涉及一种基因测序技术，尤其涉及一种纳米孔基因检测传感器芯片。

背景技术

基因测序对生命科学，生物科技以及药物研发来说有着革命性的重要意义。如图1所示，第一代测序技术由Sanger于1975年发明，采用了双脱氧链终止法以及荧光检测法，但是这种方法不仅昂贵而且测试时间长，不适用于现代长基因序列的检测。因此，为了进一步减少测序成本，缩短测序时间，新一代的测序技术已经从第一代的Sanger测序，到第二代的焦磷酸测序，再发展到近几年的第三代Illumina的边合成边测序和Ion Torrent离子半导体测序，测序成本已经成功下降到了0.1美元/百万碱基对。在电脑和手机等消费者市场的推动下，以大规模生产的半导体技术迅猛发展，使得传统生物医疗测试系统集成到生物芯片成为可能，特别是近几年大力发展的纳米孔单分子测序(nanopore)由于其样本处理简单，读取序列长和检测时间短等优点已经引起了产业界的极大兴趣，被认为第四代基因测序的主流，其中具有代表性的公司包括Oxford Nanopore Technology(ONT)和GeniaTechnologies。

ONT在2013年发布了一款基因测序产品MinION，该便携式产品可以直接在USB3.0上使用，由512个生物纳米孔组成检测阵列集成在生物芯片上，每个单元一次可以检测含100K个碱基对的基因链，并且测序成本已经达到1美元/百万碱基对。通过发展与CMOS半导体工艺兼容的纳米孔技术，可以将上百万个纳米孔集成在一块芯片上，因此可以同时检测上百万个基因链，同时这个数量还可以随着半导体工艺节点的微缩而持续增加，不仅可以大大减小测试成本，而且还可以缩短测试时间，通过长链测序提高准确性。总的来说，与CMOS工艺兼容的大阵列纳米孔传感器由于其低价，快速，可便携，数据处理简单等优点，在未来个人化基因检测等应用中具有广阔的发展前景。