[发明专利]一种生物纳米孔道的微弱电流放大电路

说明书

本发明一种生物纳米孔道的微弱电流放大电路，包括跨阻放大模块、高频补偿模块、低通滤波模块和命令电压施加模块；所述命令电压施加模块的输出端与生物纳米孔道的反式端连接，用于为生物纳米孔道提供mV级的命令电压，从而产生pA级的离子电流，生物纳米孔道的顺式端与跨阻放大模块的输入端连接，跨阻放大模块的输出端与高频补偿模块的输入端连接，高频补偿模块的输出端与低通滤波模块的输入端连接；所述低通滤波模块的输出端还外接有数据采集器。简单、廉价、低噪声、高带宽，它能实现单个生物纳米孔道中的微弱离子电流的检测，有利于纳米孔道单分子分析技术的推广和发展。

技术领域

本发明涉及纳米孔道单分子检测分析技术，具体为一种生物纳米孔道的微弱电流放大电路。

背景技术

纳米孔道单分子分析技术由于简单、免标记、基于溶液检测和易于操作的特点，已成为生物样品检测的强大工具。纳米孔道的捕获样品异质性细节特征的能力在生物应用中非常重要，尤其是在检测复杂的生命物质和具有微小差异的目标成分方面。

嵌入脂双层的生物纳米孔道，如α-溶血素(α-hemolysin)、气单胞菌溶素(aerolysin)、短杆菌肽(Gramicidin)、耻垢分枝杆菌孔蛋白A(MspA)、phi29 DNA分子马达、Cytolysin A(ClyA)、CsgG等，它们具有优异的单分子检测性能。这些纳米孔道在高盐浓度如1M KCl溶液和小于200mV的命令电压条件下，通常会产生0～1000pA的离子电流。这就使得纳米孔道微弱电流的放大需要使用极高增益的放大电路。另外，目标分析物如DNA、RNA、蛋白质以及小分子造成的电流阻塞脉冲信号的时间宽度大约在0.1毫秒以上，这就要求信号放大电路的整体带宽至少达到5kHz以上，才能准确反映分析物的信号特征。

目前生物纳米孔道的微弱电流放大还没有成熟的商业化仪器，现有的综合型仪器如Melecular公司的Axon patch 200B系列放大器、HEKA公司的EPC10放大器等，均属于大型仪器、便携性差，噪声性能不足。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有问题，提供一种生物纳米孔道的微弱电流放大电路，简单、廉价、低噪声、高带宽，它能实现单个生物纳米孔道中的微弱离子电流的检测，有利于纳米孔道单分子分析技术的推广和发展。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种生物纳米孔道的微弱电流放大电路，包括跨阻放大模块、高频补偿模块、低通滤波模块和命令电压施加模块；

所述命令电压施加模块的输出端与生物纳米孔道的反式端连接，用于为生物纳米孔道提供mV级的命令电压，从而产生pA级的离子电流，生物纳米孔道的顺式端与跨阻放大模块的输入端连接，跨阻放大模块的输出端与高频补偿模块的输入端连接，高频补偿模块的输出端与低通滤波模块的输入端连接；

所述低通滤波模块的输出端还外接有数据采集器。

优选的，所述的跨阻放大模块包括第一运算放大器U1，第一运算放大器U1的反向输入端连接生物纳米孔道的顺式端。

进一步，所述第一运算放大器U1的反向输入端与输出端之间接有反馈电阻R1和反馈电容C1。

优选的，所述高频补偿模块包括第二运算放大器U2，跨阻放大模块的输出端通过并联的可调电阻RP2与电容连接至第二运算放大器U2的反向输入端。

进一步，所述第二运算放大器U2的反向输入端与正向输入端之间连接有RC串联的缓冲电路；第二运算放大器U2的反向输入端与输出端连接有反馈电阻RP1。

优选的，所述的低通滤波模块包括第一滤波芯片L1和第二滤波芯片L2，高频补偿模块的输出端与第一滤波芯片L1的输入端连接，第一滤波芯片L1的输出端与第二滤波芯片L2的输入端连接，第二滤波芯片L2的输出端外接数据采集器。