CN112189135A - 用于分析生物系统的集成电路 - Google Patents

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Abstract

公开了用于感测生物分子的集成电路。集成电路可用于测量被测生物样品的阻抗。所述集成电路可用于使用单元阵列对多核苷酸进行测序。

Description

用于分析生物系统的集成电路
本申请基于35U.S.C.§119(e)要求于2018年5月23日提交的美国临时申请第62/675,517号的权益，其通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开涉及用于感测生物分子的集成电路。集成电路可用于测量被测生物样品的阻抗。所述集成电路可用于使用单元阵列对多核苷酸进行测序。
背景技术
用于测量生物分子的性质的平台可以包括促进高通量以及并行处理和分析的单独的单元的大阵列。这种阵列可用于例如多核苷酸和蛋白质的测序。为了适应快速测量时间、降低功耗、并实现高精度和灵敏的测量，测量电路可以与用于处理生物样品的单元阵列集成。需要用于提高测量精度、灵敏度和速度的电路。
发明内容
根据本发明，提供了一种集成电路，其包括：单元阵列，其包括多个测量单元，其中所述多个测量单元中的每一个包括感测电路，所述感测电路被配置为测量被测生物样品的阻抗，其中所述感测电路包括多个输入和输出；行访问逻辑电路，其可操作地连接到多个测量单元中的每一个的输入，并且被配置为选择单元阵列的行；单元写入逻辑电路，其可操作地连接到多个测量单元中的另一个的输入；模拟多路复用器，其可操作地连接到所述多个测量单元中的每一个的输出；列放大器电路，可操作地连接到模拟多路复用器；模数转换器，其可操作地连接到列放大器；多路复用器-FIFO缓冲器，可操作地连接到模数转换器；以及，外部接口，其可操作地连接到多路复用器-FIFO缓冲器。
根据本发明，生物传感电路包括：测量单元，其中所述测量单元包括：单元体积；反电极(CE)，其设置在所述单元体积的第一部分内；和工作电极(WE)，其设置在所述单位体积的第二部分内；以及测量电路，所述测量电路包括：控制电压输入；复位电压输入；WE输入，其中所述WE输入与WE互相联接；输出。
根据本发明，测量电路包括根据本发明的生物感测电路。
根据本发明，分子传感装置包括根据本发明的生物传感电路。
根据本发明，感测分子的方法包括：通过施加控制电压来启动根据本发明的生物感测电路；通过向输出施加复位电压来复位生物传感电路；对CE施加AC波形；以及在输出对AC波形进行采样。
根据本发明，感测生物分子的方法包括向根据本发明的生物感测电路的CE施加转变电压；通过向输出施加复位电压来复位生物传感电路；以及对AC波形的电压进行采样。
根据本发明，检测被测生物样品的方法包括使用本发明提供的集成电路。
附图的简要说明
所属领域的技术人员将了解，本文所描述的附图仅用于说明目的。附图不意图限制本公开的范围。
图1示出了由本公开提供的集成电路的示例的示意图。
图2示出本发明所提供的集成电路中的单元区块划分的实例。
具体实施方式
出于以下描述的目的，应了解，本发明所提供的实施例可采取各种替代变化和步骤次序，除非明确地相反指定。此外，除了在实施例中，或者在另外指出的情况下，表示例如在说明书和权利要求书中使用的成分的量的所有数字应理解为在所有情况下由术语“约”修饰。因此，除非相反指示，否则在以下说明书和所附权利要求书中描述的数值参数是近似值，其可根据待获得的所需性质而变化。至少，且并非意图限制权利要求范围的等同原则的应用，每个数值参数至少应该根据所报告的有效数字的数值并通过应用普通的舍入技术来解释。
尽管阐述本发明的宽范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实施例中阐述的数值尽可能精确地被报告。然而，任何数值固有地包含由在它们各自的测试测量中发现的标准变化必然产生的某些误差。
此外，应当理解，本文所述的任何数值范围旨在包括其中涵盖的所有子范围。例如，“1至10”的范围旨在包括所述最小值约1和所述最大值约10之间(包括)的所有子范围，即，具有等于或大于约1的最小值和等于或小于约10的最大值。此外，在本申请中，除非另外具体说明，否则"或"的使用意味着"和/或"，即使"和/或"在某些情况下明确地使用。
"被测样品"是指生物材料，例如多核苷酸或蛋白质。
"多核苷酸"指任何长度的核苷酸、脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸或它们的类似物的聚合形式。多核苷酸可以具有任何三维结构，并且可以执行已知或未知的任何功能。多核苷酸的实例：包括基因或基因片段的编码或非编码区、由连锁分析定义的基因座(基因座)、外显子、内含子、信使RNA(mRNA)、转移RNA(tRNA)、核糖体RNA(rRNA)、短干扰RNA(siRNA)、短发夹RNA(shRNA)、微RNA(miRNA)、核酶、cDNA、重组多核苷酸、分支多核苷酸、质粒、载体、任何序列的分离DNA、任何序列的分离RNA、核酸探针和引物。多核苷酸可以包含一个或多个修饰的核苷酸，例如甲基化的核苷酸和核苷酸类似物。如果存在，可以在聚合物组装之前或之后对核苷酸结构进行修饰。核苷酸序列可以被非核苷酸组分中断。多核苷酸可以在聚合后被进一步修饰，例如通过与标记组分缀合。
现参考本发明的某些集成电路。所公开的集成电路并不旨在限制权利要求。相反，权利要求旨在覆盖所有替换、修改和等同物。
设计生物传感器集成电路以测量单元阵列的各个测量单元内的生物材料的一个或多个特性。单元阵列可以包括，例如1,000至10,000,000个单独的单元、2,000至7,000,000个单独的单元、500,000至5,000,000个单独的单元或2,000至2,000,000个测量单元，例如1,048,576个单元。生物传感器集成电路可以被配置为测量单元阵列中的测量单元内的生物材料的阻抗，将测量的阻抗数字化，并输出数字化的结果。
生物分子可包括，例如，大分子，如多核苷酸或蛋白质。多核苷酸可以包括基因组DNA、基因组cDNA、无细胞DNA、无细胞cDNA或任何前述的组合。多核苷酸可包括无细胞DNA、循环肿瘤DNA、基因组DNA和福尔马林固定的DNA、以及石蜡包埋的样品。样品可以包括任何合适的DNA和/或cDNA样品，例如尿、粪便、血液、唾液、组织、活组织检查、体液或肿瘤细胞。多核苷酸样品可以来自任何合适的来源。例如，可以从患者、动物、植物或环境(例如天然存在的或人造的大气、水系统、土壤、大气病原体收集系统、地下沉积物、地下水或污水处理厂)获得样品。来自样品的多核苷酸可以包括一种或多种不同的多核苷酸，例如DNA、RNA、核糖体RNA(rRNA)、转移RNA(tRNA)、微小RNA(miRNA)、信使RNA(mRNA)、任何前述的片段或任何前述的组合。样品可以包含DNA。样品可以包含基因组DNA。样品可以包含线粒体DNA、叶绿体DNA、质粒DNA、细菌人工染色体、酵母人工染色体、寡核苷酸标签或前述任一项的组合。
本公开提供的生物传感器集成电路可以集成到包括测量单元阵列的平台中。
图1中示出了生物传感器集成电路的示例的框图。图1所示的集成电路100包括单元阵列101，行访问逻辑102，单元写入逻辑103，列模拟多路复用器104，列放大器105，模数转换器(ADC)106，多路复用器/FIFO缓冲器107，并行USB接口108，主偏置109和温度传感器110。
单元阵列101包括多个单独的测量单元。各个测量单元可以包括感测电路，所述感测电路被配置为测量生物材料(例如多核苷酸)、生物材料(例如核酸)的一部分或与所述生物材料相关联的标签的阻抗。传感电路可以耦合到微流体样品处理系统。
为了增加测量单元的读取/转换时间，可以将单元阵列划分成较小的单元阵列，称为单元区块。例如，包括排列成1,024列和1,024行的1,048,576个单独的单元的单元阵列101可以被划分成16个单元区块，每个单元区块包括65,536个单独的单元。
例如，每个单元区块可以包括由256行和256列组成的65,536个单元，用于每个单元区块的相关行访问逻辑，三十二(32)个8:1模拟多路复用器，三十二(32)个列放大器和三十二(32)个ADC。
单元写入逻辑103电连接到各个单独的测量单元，并且与行访问逻辑102相结合，确定当测量单元的感测电路被访问并所感测的信号(例如阻抗)被读取并被发送到检测电路时的时机。检测电路可以包括列模拟多路复用器104，列放大器105和模数转换器(ADC)106。
单元写入逻辑使得能够为各个单独的单元选择两个可能的电压。在芯片的两个引脚上呈现两个可能的电压。所选择的电压可以被施加到单元电路，并且根据该值，可以用于：(1)启用单元，(2)禁用单元，或者(3)启用单元并确定被强制通过被测样品的电压。
每个单元区块可以在电气上独立于其它单元区块中的每一个。
在图2中展示将单元阵列分割成16个单元区块(单元区块0至15)的实例。
以下描述涉及具有总共1,048,576个以1,024列和1,024行排列的单独的单元的单元阵列，可以被划分成16个单元区块，每个单元区块包括65,536个具有256列和256行的单独的单元。
为了访问单元区块内的单元，行内的每个测量单元由行访问逻辑同时访问。一行内的256个单元中的每一个的模拟电压被输出至8:1模拟多路复用器。测量单元的感测电路迫使电压跨过被测样品，例如生物分子。不同的电压可以施加在被测样品上，并且可以由单元写入逻辑电路103来确定选择施加哪个电压。模拟电压与测量单元的阻抗成比例。当模拟多路复用器顺序地存取单元阵列的每一列时，来自列中每个单元的感测电路的模拟电压被提供到相关联的列放大器105。列放大器驱动列的线电容，并将模拟电压提供给ADC，例如8位ADC，用于转换为数字输出，例如8位数字信号。对于每一行，ADC执行八个连续的模数转换，一个用于八个被访问的列中的每一列。每一行存取从所存取行中的各个所存取单元产生256个8位数字输出。然后将这些8位数字输出发送到缓冲器(mux/FIFO)，并随后发送到适当的互连接口，例如并行USB接口，以输出到外部设备。在存取、读取和输出一行内的每个单元之后，可存取后续行，且重复所述过程直到读取、转换和输出单元阵列的每个测量单元为止。
感测电路可以包括例如三(3)个模拟输入(VC1、VC2和VRST)和两个数字输入。感测电路可以包括多个输入。
图2展示集成电路装置的单元区块的物理布置的实例的细节。该设备包括被划分为16个单元区块的单元阵列，所述16个单元区块包括单元区块0到单元区块15。行0在物理上位于每个单元区块的顶部，行255位于每个单元区块的底部。列0在物理上位于每个单元区块的左侧，而列255在物理上位于每个单元区块的右侧。单元区块0在物理上位于单元阵列的右上方，而单元区块15位于单元阵列的右下方。
为了诱导电流通过被测样品，可以跨越被测样品施加电压。在测试电压下的样品被提供给图1所示的引脚VC1和VC2上的集成电路。可以由单元写入逻辑和行访问逻辑来确定所选择的在测试电压下的样品。
用户可以选择并设置数个设备配置设置和状态输出。这些配置设置和状态输出可以存储在内部寄存器(图1中的111)中。内部寄存器可经由外部接口(例如并行USB接口108)或使用串行外围接口总线(SPI)112来写入和读出。
集成电路可以包括主偏置109，其产生用于内部电路的偏置电流和电压。偏置电流和电压可以由外部源提供给主偏置。
集成电路可以包括内部温度传感器。内部温度传感器的输出可用于监控集成电路温度并控制被配置成将集成电路保持在预定温度的外部冷却装置。
单元阵列的每个测量单元包括用于测量单元的生物材料的阻抗的感测电路。生物材料如多核苷酸也被称为被测样品。
生物传感器电路可以以两种方式配置。在第一配置中，感测电路可以包括预充电电容器，所述预充电电容器由被测样品的阻抗放电。在这种配置中，读出电路可以采用降低数量的晶体管，并且可以利用复制偏置来进行精确的电压控制。
为了检测被测样品的阻抗，产生与被测样品的阻抗成比例的电流。所产生的电流使预充电的电容器放电，并且所产生的电压与测试阻抗下的样品的阻抗成比例。通过跨越被测样品施加固定电压来产生电流，从而产生恒定电流，所述恒定电流是被测样品阻抗的函数。通过复制偏置电路间接地产生跨越被测样品施加的电压。
在第二配置中，可以使用电流镜电路，其中被测样品的阻抗被转换为电流，电流被放大，并且将被放大的电流使用求和放大器转换为电压。可以使用任何合适的电流镜电路。
列放大器缓冲每个测量单元并驱动每个相应列的电容。每个测量单元经由多路复用器顺序地连接到其相关的列放大器。然后将该单元电压输入到列放大器，并将其发送到ADC，以转换为数字输出。列多路复用器和列放大器可以是单独的电路。
或者，列多路复用器和列放大器可集成到单个电路中。集成列多路复用器和放大器减少了用于这两个功能的物理面积并减少了功耗。
被测样品的阻抗通常很小。为了将阻抗转换为可容易检测的电压，通过被测阻抗的样品使预充电电容器放电给定时间，以产生与被测阻抗的样品成比例且足够大以用于检测的电压。具有电容器的该节点是单元电压输出。然而，单元电压输出不能切换到列线，因为列线的电容将随单元电容器电容重新分布并将信号减小到可能不能可靠地检测到的小数值。为此，简单地在单元输出和列放大器之间放置多路复用器将不会给出精确的读数。传统的方法是每列具有一个列放大器，并且在每个单元中放置一些列放大器以缓冲来自列线电容的单元输出。可将列放大器放置在单元内以缓冲输出电压。然而，为了减小集成电路的面积并最小化功耗，期望每列不存在一个列放大器。为了解决这个问题，可以将多路复用器结合到列放大器中，使得单元输出电压由每个单元中的数个列放大器来缓冲，但是具有内置到列放大器中的多路复用功能。因此，使用8:1嵌入式多路复用器，可以使用每8列1列的放大器，从而减少面积和功耗。
在典型的操作中，感测电路测量被测样品在测量单元中的阻抗。然而，在某些条件下，在检测电路和被测样品之间可能产生辅助电容。例如，这种电容可以由测量单元内的单元感测电路外部的化学反应引起。这种辅助电容防止或干扰DC电流流过被测样品。
为了避免这种辅助电容的影响并允许精确和灵敏地测量被测样品，本公开提供的集成电路可以包括检测被测样品阻抗的AC模式。可以将AC感测模式集成到集成电路中，或者可以在集成电路外部产生AC感测模式。
例如，使用AC模式测试算法，低频AC信号可以被施加到被测样品上。被测样品的阻抗将是通过被测样品的AC信号的上升和下降时间的函数。可以以随机间隔测量所施加的AC信号的上升和下降时间，以测量样品的阻抗。低频AC信号是指AC波形，例如具有例如从10Hz至1000Hz的特征频率的方波波形。
可选的AC操作模式可以提供改进的测量精度。
在AC产生模式中，低频AC波形可以被施加到被测样品。低频AC波形发生器电路可以在集成电路的外部，或者可以结合到集成电路中。单元复位信号发生器也可以结合到集成电路中。AC波形和单元复位信号可以在时间上同步，并全局地施加到单元阵列的每个测量单元。AC波形和单元复位信号的同步便于快速和准确地测量由被测样品产生的AC波形的上升和下降时间。此外，可以以可编程的间隔询问AC波形，这可以增加AC波形测量的动态范围(灵敏度)。
在AC操作模式中，单元复位和AC波形以精确的、同步的顺序发生。在标准测量方法中，单元复位和AC波形可以彼此异步，因为复位是在芯片上产生的，并且AC波形是在芯片外部产生的。在本公开提供的测量方法中，单元复位和AC波形被同步。同步可以通过在内部或外部产生单元复位和AC波形来实现。如果在内部产生，则在芯片上产生单元复位和AC波形。或者，可在外部产生单元复位和AC波形并将其输入到芯片。
预定的单元复位时间可用于确定何时开始采样AC测量信号。在非预定单元复位时间的情况下，复位时间是随机的，并且AC测量可以在任何时间点开始，导致许多无效测量。通过设置单元的预定复位时间和复位电压，AC测量将是有效的和更准确的。
并非在内部产生AC波形和单元复位信号，即，将AC波形和单元复位发生器合并到集成电路中，而是可以在外部产生AC波形并将其输入到集成电路。这种模式允许在定义AC波形的特性方面具有更大的灵活性。当在芯片上产生AC波形时，AC波形可以是方波。可以产生外部AC波形作为芯片的输入。在外部产生AC波形提供了施加诸如正弦或三角波形的其它波形的能力。
作为另一个实例，并非将单个AC波形施加到测量单元，而是可以将两个或多个AC波形(其中两个或多个AC波形各个具有不同的特征频率)施加到测量单元。两个或多个AC波形可以在内部、外部或其组合中产生。在每个频率下测量的峰值电压将取决于测量单元和被测样品的阻抗。通过分析不同频率下的峰值电压，可以将测量单元的辅助电容与被测样品的阻抗解耦。
在标准方法中，在被测样品上施加方波，并且在单元输出处测量的所得上升和下降时间与被测样品的阻抗和内部电容器成比例。在本发明所提供的方法中，跨越被测样品施加正弦波，并且被测样品的阻抗和内部单元电容器的组合用作低通滤波器，其衰减作用于被测样品的正弦波。正弦波的衰减与被测样品的阻抗成比例。
进行AC测量的另一种方法是复位测量电路并脉冲AC波形。在这种模式下，测量单元电容器可以首先被复位到固定电压，然后在复位周期结束时，将AC波形施加到被测样品，并测量单元电容器上的电压。
测量单元电容器上的波形形状和电压是被测样品的阻抗、内部单元电容器的电容以及AC波形的上升/下降与时间之间的延迟的函数，测量内部电容器上的电压。
可以在AC波形的正边缘、AC波形的负边缘、或者在AC波形的正边缘和负边缘两者上测量内部单元电容器上的电压。当在两个边缘上进行测量时，可以减去所测量的电压以解决系统/电路中的系统误差。
另一种进行AC测量的方法是对AC波形进行脉冲，随后复位测量电路。在该配置中，首先将脉冲AC波形施加到被测样品，然后可以将测量单元电容器复位到固定电压。在复位周期结束时，测量跨越单元电容器的电压。
测量单元电容器处的波形的形状是被测样品的阻抗和内部电容器的电容的函数。
测量跨越单元电容器的电压可以在AC波形的正边缘、AC波形的负边缘、或AC波形的正边缘和负边缘两者上测量。当在两个边缘上进行测量时，可以减去所测量的电压以解决系统/电路中的系统误差。
在AC波形的上升和/或下降期间，可以在一个或多个点处测量跨越电容器的电压。使用信号平均方法进行多次测量可以提高精度和灵敏度。
可以按列和按行顺序访问单元区块内的单元。在一行的256个单元中的每一个被访问并且该行被复位之后。因为行被顺序地读取，所以一行将不会被访问，直到单元区块中的其它255行中的每一行也被读取之后。结果是，耦合到每个单元的电容器在等于行读取时间乘以256的持续时间(称为单元周期时间)内由被测样品放电。
在某些条件下，单元电容器可以比单元周期时间快地放电到零。在这种情况下，为了获得有效的阻抗测量，需要减小电容器放电时间(例如，减小放电速率)，以防止在可以访问和询问测量单元之前电容器完全放电到零。
为了防止电容器放电到零，可以将行复位信号之间的时间减少到少于256个行读取时间。因此，集成电路可以结合对1行至256行读取时间的行复位之间的间隔进行编程的能力。这允许用户调整行复位速率以匹配被测样品的阻抗，而不必修改芯片速度或时钟。
该特征可以在AC模式中使用，以在特定时间采样波形，以测量波形的指数分量。
可以顺序地访问和读取单元区块中的行，例如行0至行255。
或者，可非顺序地存取行。例如，可以从读取过程中省略某些行，和/或可以以非顺序的顺序或随机的顺序访问某些行。为了实现这一点，本公开提供的集成电路可以结合选择访问行和/或访问单元区块内的哪些行的顺序的能力。
本公开提供的方法包括使用本文公开的集成电路来感测生物分子。
感测分子的方法可以包括通过施加复位电压将控制电压施加到测量电路来复位测量电路，将AC波形施加到测量电路；并对AC波形进行采样。
感测分子的方法可以包括向测量电路施加AC波形，通过施加复位电压向测量电路施加复位电压，以及对AC波形进行采样。
施加AC波形可以包括施加脉冲AC波形。
对AC波形进行采样可以包括对AC波形的上升时间进行采样、对AC波形的下降时间进行采样、或者对AC波形的上升时间和下降时间进行采样。AC波形可以在AC波形的上升时间和/或下降时间上的一个时间点进行采样，或者在AC波形的上升时间和/或下降时间上的多个时间点进行采样。
这样，可以调整单元区块的读取时间以适应电容器的放电速率。此外，可以从读取序列中消除具有受损的测量单元的行，从而增加设备的总吞吐量。
本发明的各个方面
方面1.集成电路，其包括：包括多个测量单元的单元阵列，其中所述多个测量单元中的每一个包括被配置为测量被测生物样品的阻抗的感测电路，其中所述感测电路包括多个输入和输出；行访问逻辑电路，其可操作地连接到多个测量单元中的每一个的输入，并且被配置为选择单元阵列的行；单元写入逻辑电路，其可操作地连接到多个测量单元中的另一个的输入；模拟多路复用器，其可操作地连接到所述多个测量单元中的每一个的输出；列放大器电路，其可操作地连接到模拟多路复用器；模数转换器，其可操作地连接到列放大器；多路复用器-FIFO缓冲器，其可操作地连接到模数转换器；以及，外部接口，其可操作地连接到多路复用器-FIFO缓冲器。
方面2.如方面1所述的集成电路，其中所述单元阵列包含1,000至10,000,000个测量单元。
方面3.如方面1至2中任一项所述的集成电路，其中所述单元阵列包含多个单元区块，其中所述多个单元区块中的每一个包含多个测量单元。
方面4.如方面3所述的集成电路，其中所述多个单元区块中的每一个包含1,000至10,000,000个测量单元。
方面5.如方面3所述的集成电路，其中所述单元阵列包括1,048,576个测量单元；16个单元区块，并且各个单元区块包括65,536个测量单元。
方面6.如方面3至5中任一项所述的集成电路，其中单元区块内的所述测量单元中的每一个连接至32个8:1多路复用器中的1个。
方面7.如方面3至6中任一项所述的集成电路，其中所述多个单元区块中的每一个被配置为独立于其它单元区块中的每一个而操作。
方面8.如方面1至7中任一项所述的集成电路，其中所述感测电路被配置为测量所述相应测量单元内的被测样品的阻抗。
方面9.如方面1至8中任一项所述的集成电路，其中所述感测电路包括：预充电电容器，其被配置为通过在相应测量单元内的被测样品的阻抗来放电；以及复制偏压调节器，其被配置为跨越被测样品施加电压。
方面10.如方面1至9中任一项所述的集成电路，其中所述感测电路包括电流镜电路。
方面11.如方面1至10中任一项所述的集成电路，其中所述电流镜被配置为：将被测样品的阻抗转换为电流；放大电流；以及使用求和放大器将放大的电流转换为电压。
方面12.如方面1至11中任一项所述的集成电路，其中所述模拟多路复用器和所述列放大器是集成的，且每个测量单元耦合到多路复用器-放大器。
方面13.如方面1至12中任一项所述的集成电路，其中所述感测电路包括：AC产生电路，所述AC产生电路被配置为产生低频AC波形；以及电容器复位电路，被配置为产生电容器复位信号；其中，所述低频AC波形和所述电容器复位信号在时间上同步。
方面14.如方面1至13中任一项所述的集成电路，其中所述低频波形包括10Hz至1,000Hz的频率。
方面15.如方面14所述的集成电路，其中所述被测样品的阻抗是通过所述被测样品的AC波形的上升和下降时间的函数。
方面16.如方面14至15中任一项所述的集成电路，其中所述感测电路被配置为允许在选定时间测量所述AC波形的上升和下降时间。
方面17.如方面14至16中任一项所述的集成电路，其中，所述AC产生电路被配置为产生以两个不同频率为特征的AC波形。
方面18.如方面1至17所述的集成电路，其中所述测量单元感测电路包括：外部AC产生电路，其被配置为产生一个或多个低频AC波形；以及，外部测量单元电容器复位电路，其被配置为产生测量单元电容器复位信号，其中，所述低频AC波形与所述测量单元电容器复位信号被同步。
方面19.如方面18所述的集成电路，其中所述测量单元电容器复位电路被配置为将所述测量单元电容器复位到固定电压。
方面20.如方面18至19中任一项所述的集成电路，其中所述低频AC波形包括脉冲AC波形。
方面21.如方面18至20中任一项所述的集成电路，其还包含测量电路，所述测量电路被配置为在所述脉冲AC波形的正边缘期间、在所述脉冲AC波形的负边缘期间、或在所述脉冲AC波形的负边缘和所述脉冲AC波形的负边缘两者期间，测量跨越所述测量单元电容器的电压。
方面22.如方面21所述的集成电路，其中所述感测电路被配置为施加测量单元电容器复位信号、施加AC波形、以及测量跨越测量单元电容器的AC波形的电压。
方面23.如方面21所述的集成电路，其中所述感测电路被配置为施加AC波形、施加测量单元电容器复位信号、以及测量跨越测量单元电容器的AC波形的电压。
方面24.如方面21至23中任一项所述的集成电路，其中所述感测电路被配置为对所述AC波形进行多次测量。
方面25.如方面1至24中任一项所述的集成电路，其包括读取时间电路，所述读取时间电路被配置为设定电容器复位的时间与读取测量单元的时间之间的持续时间。
方面26.如方面25所述的集成电路，其中所述持续时间是1至256行的读取时间。
方面27.如方面25至26中任一项所述的集成电路，其中选择所述持续时间以匹配所述被测样品的阻抗。
方面28.如方面1至27中任一项所述的集成电路，其包含行读取电路，所述行读取电路被配置为非循序地读取单元区块内的行，其中所述行读取电路连接至所述感测电路。
方面29.如方面28所述的集成电路，其中所述行读取电路可由用户编程。
方面30.如方面28至29中任一项所述的集成电路，其中所述行读取电路被配置为独立地启用或停用所述行中的每一个。
方面31.感测被测生物样品的方法，包括使用方面1至30中任一项所述的集成电路。
应注意，存在实现本文所揭示的实施例的替代方式。因此，本实施例被认为是说明性的而非限制性的。此外，权利要求不限于本文给出的细节，并且被赋予其全部范围及其等同物。

Claims (22)

1.集成电路，其包括：
单元阵列，其包括多个测量单元，其中所述多个测量单元中的每一个包括感测电路，所述感测电路被配置为测量被测生物样品的阻抗，其中所述感测电路包括多个输入和输出；
行访问逻辑电路，其可操作地连接到多个测量单元中的每一个的输入，并且被配置为选择单元阵列的行；
单元写入逻辑电路，其可操作地连接到多个测量单元中的另一个的输入；
模拟多路复用器，其可操作地连接到所述多个测量单元中的每一个的输出；
列放大器电路，其可操作地连接到模拟多路复用器；
模数转换器，其可操作地连接到列放大器；
多路复用器-FIFO缓冲器，其可操作地连接到模数转换器；以及
外部接口，其可操作地连接到多路复用器-FIFO缓冲器。
2.如权利要求1所述的集成电路，其中所述单元阵列包含多个单元区块，其中所述多个单元区块中的每一个包含多个所述测量单元。
3.如权利要求2所述的集成电路，其中单元区块内的所述测量单元中的每一个连接至32个8:1多路复用器中的1个。
4.如权利要求2所述的集成电路，其中所述多个单元区块中的每一个被配置为独立于所述其它单元区块中的每一个而操作。
5.如权利要求1所述的集成电路，其中所述感测电路被配置为在相应的测量单元内测量被测样品的阻抗。
6.如权利要求1所述的集成电路，其中所述感测电路包括：
预充电测量单元电容器，其被配置为通过相应的测量单元内的被测样品的阻抗进行放电；和
复制偏压调节器，其被配置为跨越所述被测样品施加电压。
7.如权利要求1所述的集成电路，其中所述感测电路包括电流镜电路。
8.如权利要求7所述的集成电路，其中所述电流镜被配置为：
将被测样品的阻抗转换为电流；
放大所述电流；和
使用求和放大器将放大的电流转换为电压。
9.如权利要求1所述的集成电路，其中所述模拟多路复用器和所述列放大器是集成的，并且每个测量单元耦合到多路复用器-放大器。
10.如权利要求1所述的集成电路，其中所述感测电路包括：
AC产生电路，其被配置为产生低频AC波形；和
测量单元电容器复位电路，其被配置为产生测量单元电容器复位信号；
其中，所述低频AC波形和所述测量单元电容器复位信号在时间上同步。
11.如权利要求10所述的集成电路，其中所述被测样品的阻抗是通过所述被测样品的所述AC波形的上升和下降时间的函数。
12.如权利要求10所述的集成电路，其中所述感测电路被配置为允许在选定时间测量所述AC波形的上升和下降时间。
13.如权利要求10所述的集成电路，其中所述AC产生电路被配置为产生由两个不同频率表征的AC波形。
14.如权利要求1所述的集成电路，其中所述感测电路包括：
外部AC产生电路，其被配置为产生一个或多个低频AC波形；和
外部测量单元电容器复位电路，其被配置为产生测量单元电容器复位信号，其中，所述低频AC波形和所述测量单元电容器复位信号被同步。
15.如权利要求14所述的集成电路，其中所述低频AC波形包括脉冲AC波形。
16.如权利要求14所述的集成电路，其还包含测量电路，所述测量电路被配置为在所述脉冲AC波形的正边缘期间、在所述脉冲AC波形的负边缘期间、或在所述脉冲AC波形的负边缘和所述脉冲AC波形的负边缘两者期间，测量跨越所述测量单元电容器的电压。
17.如权利要求16所述的集成电路，其中所述感测电路被配置为对所述AC波形进行多次测量。
18.如权利要求1所述的集成电路，其包含读取时间电路，所述读取时间电路被配置为设定测量单元电容器复位的时间与读取测量单元的时间之间的持续时间。
19.如权利要求18所述的集成电路，其中选择所述持续时间以匹配所述被测样品的阻抗。
20.如权利要求1所述的集成电路，其包含行读取电路，所述行读取电路被配置为非循序地读取单元区块内的行，其中所述行读取电路连接至所述感测电路。
21.如权利要求21所述的集成电路，其中所述行读取电路被配置为独立地启用或停用所述行中的每一个。
22.感测被测生物样品的方法，其包括使用权利要求1所述的集成电路。
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