电连接12被施加在第一隧道电极上。在生物聚合物6诸如核 酸经过时，在两个隧道电极4之间流动的隧道电流在每个纳米孔中形成，被调制成序列信 号，所述隧道电流被测量参量接收器接收，并且通过电连接18分别被传输到移位寄存器16 的触发元件20中。
[0033] 所述移位寄存器16优选地被构造为模拟（analog)"电荷禪合器件（Charge Coupled Device)" (CCD)。移位寄存器16对于专业人员迄今作为模拟移位寄存器或者也作 为图像传感器是已知的。所述移位寄存器W电荷包沿着移位寄存器的几乎无损失的传输而 突出。从各个触发元件的电荷输送在此按照斗链原理起作用。对于移位寄存器16,集成存储 设备22可W被前置在每个触发元件20之前，其缓存并且可选择地放大序列信号。理想地，各 自的存储设备22包括电容器。在图3中每个存储设备22之内的箭头表明：所述存储设备22将 放大的信号传输到其分别后置的触发元件20中。作为序列信号的可选择地放大的隧道电流 因此可W在移位寄存器16的输入级中（也即在存储设备22中）被整合（integrieren)，并且 W周期性间隔通过激活"Load"信号（"L")而并行地被接管到移位寄存器16中（方法步骤 S1)。序列信号到移位寄存器16中的传输在此可W优选地W在0.5千赫兹至千赫兹之间的、 尤其1千赫兹的频率进行。
[0034] 之后，每个存储设备22的内容可已知的方式借助于用于移位寄存器16的不重 叠的控制信号"净〇"、''杏1"和"净2"串行地从移位寄存器16中被推移。输出放大器24可W附 加地放大由此形成的串行A0UT信号（"A")，并且为了进一步处理用W提供，也即传输给评估 设备26、例如计算机的微处理器。然而所述输出信号A也可W直接地由移位寄存器16被传输 给评估设备26。也即序列信号被采样，并且采样值通过移位寄存器16收集地被传输给单个 评估设备26。
[0035] 在图3的示例中示出四个纳米孔装置，然而通常设置任意多个并联连接的纳米孔 装置10。替代于多个纳米孔装置10,也可W设置多个用于在按照本发明的方法中和在按照 本发明的设备中生成序列信号的其他装置10,例如分别包括离子半导体DNA测序系统的用 于生成序列信号的装置10。多个纳米孔装置10可W例如被布置在测序设备1中，并且包括用 于接收纳米孔的隧道电流的测量参量接收器。所述测序设备1可W同样地如在图3中示出的 那样包括所述一个或多个前置放大器14和/或移位寄存器16。在此情况下优选的是，所述移 位寄存器16和多个纳米孔装置10集成在相同的电路内，也即例如集成在微忍片上和/或集 成在测序设备中。运样的集成电路的优点在于几乎无损失地传输每个序列信号。然而可替 代地，已知的组件也可W被布置在不同的设备中，并且所述设备可W彼此通过电连接禪合。
[0036] 在按照本发明的方法的或者按照本发明的测序装置11的实施方式中，按照本发明 的测序装置11也可W被扩展为例如传感器阵列，或者集成在相同的设备之内。运在图4中示 出。在图4中示出的测序装置11从来自图3的列状装置导出。出于总览，仅并联连接的移位寄 存器16之一 W及仅纳米孔装置10、前置放大器14、输入级22和触发元件20中的一些用附图 标记标出。各自的移位寄存器16和各自的前置装置的构造由图3和与之相关的描述得出。
[0037] 装置的各个列（分别包括多个纳米孔装置10和移位寄存器16)通过另一移位寄存 器16'禪合，所述另一移位寄存器16'将各个列的A0UT信息再次并行地接管到自身的触发元 件20'中，并且串行地在输出端24处提供。描述两个移位寄存器彼此禪合的禪合的装置对于 专业人员由EP 0 303 846 B1已知。
[0038] 测量周期可W如下进行:首先序列信号通过激活"LoadV"信号（"LV")被接管到列 寄存器中。之后，输出单元的电荷通过激活控制信号"LoadH" ( "LH")被接管到行移位寄存器 16 '中。作为下一个步骤，行移位寄存器16 '例如通过用于所述移位寄存器16 '的控制信号净 0H、杏1H、杏2H被推移出。之后，在列移位寄存器16中的数据例如通过控制信号杏0V、净IV、净 2V被推移一个位置，并且在行移位寄存器16'处的读出过程可W被重复，直到所有的序列 信号被读出。
[0039] 在另一实施例中，所述实施例运里在图5中示出，按照本发明的测序装置11可W与 另一输出放大器24'、例如所谓的"电子倍增(Electron multiplying)CCD级"（EMCCD)组合。 EMCCD级由相机技术是已知的，它们主要地在特别灵敏的相机系统中被使用。在另一输出放 大器24'的每个级32中，电子的数量通过碰撞电离逐级被提高。此外，在图5中示出的测序装 置11可W包括按照图3和与之相关的描述的测序装置11。
[0040] 例如跨阻抗(Tranzimpedanz)装置(如例如由Rosenstein等人中已知的）原则上适 合作为前置放大器14。然而隧道接触部的相对高的杂散电容可能导致前置放大器的稳定性 问题，并且导致噪声的提高。在高的输入容量的情况下用于前置放大器14的电路图例如是 在图6中简示的前置放大器14。在此例如可W是具有"共基极"输入级的对于专业人员已知 的电路，所述电路包括低的输入电阻并且相对于输出包括电流镜30。工作原理本身从电路 图可W看出。例如两个晶体管化η和Qer形成输入级。所述信号可W通过两个电流镜晶体管Mpl 和Mp2被引到输出端。在该示例中，Ib是偏置电流，Rf是反馈电阻W及Ro是输出电阻。Iin在此 表示输入电流，v?t表示输出电压。
[0041] 上面实施的实施例阐明本发明的原理:将用于测序的装置、诸如纳米孔装置与来 自图像传感技术的原理组合。
[0042] 由此说明集成装置，其中例如将由纳米孔4组成的阵列与例如放大器14、24和读出 单元26组合，使得用于测序的一个或多个装置的可能的性能被明显地提高。
【主权项】
1. 用于对至少两种生物聚合物(6)测序的方法，包括步骤： -对于每种生物聚合物(6)，通过各自的测量参量接收器根据生物聚合物(6)的序列接 收序列信号， -将每个序列信号传输到移位寄存器(16)中，并且因此缓存每个序列信号， -顺序地将缓存的序列信号从移位寄存器(16)传输到评估设备(26)中， -通过评估设备(26)评估序列信号。2. 按照权利要求1所述的方法，其中每个序列信号到移位寄存器（16)中的传输在由移 位寄存器(16)和测量参量接收器构成的集成电路之内进行。3. 按照上述权利要求之一所述的方法，其中第一生物聚合物(6)的序列信号的接收与 另一生物聚合物(6)的序列信号的接收同时进行。4. 按照上述权利要求之一所述的方法，其中序列信号的接收借助于纳米孔装置（10)进 行，所述纳米孔装置(10)分别包括用于对生物聚合物(6)之一测序的纳米孔(4)，和/或其中 各自的序列信号描述在纳米孔中的隧道电流。5. 按照上述权利要求之一所述的方法，其中每个序列信号在传输到移位寄存器（16)之 前分别通过前置放大器(14)放大。6. 按照上述权利要求之一所述的方法，其中缓存的序列信号的顺序传输包括通过一个 或多个输出放大器(24)对每个序列信号的一次或多次放大。7. 按照上述权利要求之一所述的方法，其中每个序列信号到移位寄存器（16)中的传输 以0.5千赫兹至10千赫兹之间的、尤其1千赫兹的频率进行。8. 按照上述权利要求之一所述的方法，其中通过作为输出放大器的至少一个EMCCD级 (32)放大序列信号。9. 按照上述权利要求之一所述的方法，其中移位寄存器（16)的发出的信号和相同类型 的另一移位寄存器（16)的发出的信号并行地被传输给总移位寄存器（16'），所述总移位寄 存器(16'）顺序地将所述信号传输给评估单元(26)。10. 用于对多种生物聚合物（6)探测和/或测序的测序装置（11)，包括至少一个用于接 收每种生物聚合物(6)的各自序列信号的测量参量接收器和与每个测量参量接收器电连接 的移位寄存器(16)。11. 按照权利要求10所述的测序装置（11)，其中所述至少一个测量参量接收器和所述 移位寄存器(16)被构造为集成电路。12. 按照权利要求10或11所述的测序装置（11)，此外包括多个用于对生物聚合物(6)测 序的、具有各自纳米孔(4)和各自测量参量接收器的纳米孔装置(10)，其中各自的测量参量 接收器被设计用于，当在各自的纳米孔(4)中存在生物聚合物(6)时接收隧道电流。13. 按照权利要求10至12之一所述的测序装置（11)，此外分别包括前置放大器（14)，所 述前置放大器(14)接在每个测量参量接收器和所述移位寄存器(16)之间。14. 按照权利要求10至13之一所述的测序装置（11)，此外包括至少一个用于放大序列 信号的输出放大器(24)，所述输出放大器(24)接在移位寄存器(16、16'）之后。15. 按照权利要求10至14之一所述的测序装置（11)，具有所述类型的至少一个另一移 位寄存器(16)，其中所述移位寄存器通过总移位寄存器(16'）与评估设备(26)耦合。
【专利摘要】本发明涉及用于对至少两种生物聚合物（6）测序的方法和相应的装置，其中对于每种生物聚合物（6），通过各自的测量参量接收器根据生物聚合物（6）的序列接收序列信号，所述序列信号被传输到移位寄存器（16）中，并且在那里被缓存，缓存的序列信号从移位寄存器（16）顺序地被传输到评估设备（26）中，并且在那里被评估。每个序列信号在此优选地借助于纳米孔装置（10）被产生。在相应的测序装置（11）中，测量参量接收器和移位寄存器（16）优选地集成到电路中、也即例如集成到传感器阵列上。每个序列信号可以在此在传输到移位寄存器（16）中之前由前置放大器（14）放大。将输出信号（A）输出给评估设备（24）可以包括通过输出放大器（24）和/或至少一个EMCCD级（32）对信号进行放大。
【IPC分类】G01N33/487, C12Q1/68, G11C27/04
【公开号】CN105659086
【申请号】
【发明人】W.贡布雷希特, O.海登, M.席恩勒
【申请人】西门子公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2014年5月8日