CN113552332B - 用于感测包含在液体中的分析物的装置和设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于感测包含在液体中的分析物的装置和设备，本申请提供的装置包括液流结构件和感测组件，液流结构件具有测量腔、出口腔和纳米通道，测量腔用于接收待感测分析物，并且待感测分析物在沿第一方向进入测量腔时，可产生可感测的电信号，出口腔与测量腔流体连通，纳米通道包含连通测量腔的第一开口和连通出口腔的第二开口，以流体连通测量腔和出口腔，其中，纳米通道的第一开口与第二开口在第一方向上的高度差小于20μm；感测组件与测量腔耦合，以感测所述电信号。本申请提供的装置测量判读准确率高。
Description
技术领域
本申请属于生物检测技术领域，尤其涉及一种用于感测包含在液体中的分析物的装置和设备。
背景技术
纳米孔测序中，通过施加一定的电势，驱动生物聚合物穿过分子膜上的纳米孔测序通道，利用不同分子在经过纳米孔测序通道时引起电流变化，识别通过纳米孔测序通道的生物聚合物。该电流变化十分微弱，通常为几十皮安数量级，从而检测难度大，导致测量结果准确性不高。
发明内容
本申请实施例提供了一种用于感测包含在液体中的分析物的装置和设备，以解决现有技术中由于检测电流变化微弱导致测量结果准确性不高的问题。
本申请实施例的第一方面提供一种用于感测包含在液体中的分析物的装置，包括：
液流结构件，具有
测量腔，用于接收待感测分析物，并且所述待感测分析物在沿第一方向进入测量腔时，可产生可感测的电信号，
出口腔，其与所述测量腔流体连通，和
纳米通道，其包含连通所述测量腔的第一开口和连通所述出口腔的第二开口，以流体连通所述测量腔和所述出口腔，其中，所述纳米通道的所述第一开口与所述第二开口在所述第一方向上的高度差小于20μm；
感测组件，其与所述测量腔耦合，以感测所述电信号。
在一些实施例中，所述纳米通道的长度为3nm~1000μm，所述纳米通道的横截面积为2nm2~250000nm2，优选5nm2~50000nm2，更优选5nm2~25000nm2，本领域技术人员具体可以根据实际需要（例如测量腔内收容液体的导电率、浓度等）设置纳米通道尺寸。
在一些实施例中，所述纳米通道的横截面积为5nm2~11000nm2，所述高度差小于11μm。
在一些实施例中，所述纳米通道的横截面积为5nm2~50nm2，所述高度差小于500nm。
在一些实施例中，所述纳米通道的横截面积为5nm2~20nm2，所述高度差小于160nm。
在一些实施例中，所述第一开口与所述第二开口之间限定的第二方向与所述第一方向之间的夹角在45o到105o之间，优选75o到100o之间。
在一些实施例中，所述测量腔的顶部设分隔件，所述分隔件设置连通所述分隔件两侧的纳米孔、或所述分隔件用于设置连通所述分隔件两侧的纳米孔，所述电信号为所述待感测分析物通过所述纳米孔时产生。
在一些实施例中，所述液流结构件还具有样品腔，所述样品腔用于进样并保持包含待感测分析物的液体，所述分隔件设于所述样品腔与所述测量腔之间。
在一些实施例中，所述液流结构件包括基体层和与所述基体层一侧连接的第一腔室层，所述第一腔室层具有所述样品腔、所述测量腔和所述出口腔，所述样品腔、所述测量腔和所述出口腔设于所述基体层的同一侧。
在一些实施例中，所述基体层和所述第一腔室层中，一个具有第一沟槽，另一个盖设于所述第一沟槽形成所述纳米通道。
在一些实施例中，所述第一腔室层还包括设置于所述基体层上的凸起部，所述凸起部设置于所述出口腔内；所述纳米通道开设于所述凸起部。
在一些实施例中，所述测量腔包括与所述样品腔连通的第一主体腔、以及连通所述第一主体腔和所述纳米通道的第一连通腔，所述第一腔室层靠近所述基体层的一端具有缺口，所述基体层和所述缺口的壁面限定出所述第一连通腔。
在一些实施例中，所述液流结构件包括基体层、以及分设于所述基体层相对两侧的第二腔室层和第三腔室层，所述样品腔和所述测量腔设于所述第二腔室层，所述出口腔包括贯穿所述基体层两侧的第二连通腔、以及设于所述第三腔室层的第二主体腔；所述测量腔、所述纳米通道、所述第二连通腔和所述第二主体腔依次连通。
在一些实施例中，所述感测组件包括：
第一电极，设置于所述出口腔，以向所述出口腔内的液体施加驱动待感测分析物进入所述测量腔的电压；
检测电极，设置于所述测量腔，以感测所述待感测分析物进入所述测量腔时产生的电信号。
在一些实施例中，所述测量腔的数量为多个，一个所述出口腔与至少两个所述测量腔通过所述纳米通道流体连通。
在一些实施例中，一个所述出口腔和与该出口腔连通的所述测量腔组成测量子单元，多个所述测量子单元呈阵列排布。
在一些实施例中，一个所述测量子单元中，多个所述测量腔绕所述出口腔设置。
本申请实施例的第二面提供一种表征生物聚合物的设备，包括：
如上述的用于感测包含在液体中的分析物的装置；
以及数据处理模块，所述数据处理模块与所述感测组件电连接，所述数据处理模块用于根据所述感测组件采集的电信号生成生物聚合物的表征信息。
在一些实施例中，所述数据处理模块包括：
信号放大单元，与所述感测组件一一对应电连接，所述信号放大单元用于放大所述感测组件采集到的模拟电压信号；
多路选通单元，与所述信号放大单元电连接；
模数转换单元，与所述多路选通单元电连接，所述多路选通单元用于控制各个所述信号放大单元的输出端依次与所述模数转换单元连通，所述模数转换单元用于将所述信号放大单元的输出端输出的模拟电压信号转换为数字电压信号。
本申请提供的用于感测包含在液体中的分析物的装置和设备，通过设置纳米通道连通测量腔和出口腔，使得纳米通道可以等效为与感测组件耦合的等效电阻，从而对测量腔产生分压作用，提高可感测电信号强度，提高判读准确率；通过设置通道形式的纳米通道，可以有效降低纳米通道形成的寄生电容，从而增加感测组件采集的信号带宽并降低采集信号中的噪音，从而有效提高测量的速度以及判读准确率；纳米通道的第一开口与第二开口在所述第一方向上的高度差小于20μm，纳米通道的生产制造难度低，使得制备复杂纳米通道结构成为可能，制备得到的装置结构稳定性好、一致性高；通过设置出口腔和测量腔连通，使得出口腔内的液体可以调节测量腔内的液体浓度，当测量腔接收包含待感测分析物的液体时，降低测量腔内的电解质离子浓度的波动范围，从而降低了感测组件感测电信号的噪音波动范围，有效提高判读准确率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例提供的装置的剖面结构示意图；
图2为图1所示装置在用于生物聚合物表征时的等效电路图；
图3为本申请另一实施例提供的装置的剖面结构示意图；
图4为本申请又一实施例提供的装置的剖面结构示意图；
图5为本申请再一实施例提供的装置的剖面结构示意图；
图6为本申请再一实施例提供的装置的剖面结构示意图；
图7为本申请一实施例提供的测量子单元的俯视结构示意图；
图8为本申请另一实施例提供的测量子单元的俯视结构示意图；
图9为本申请一实施例提供的表征生物聚合物的设备的模块结构示意图；
图10为本申请一实施例提供的信号放大单元的电路示意图；
图11为本申请又一实施例提供的信号放大单元的电路示意图；
图12为本申请一实施例提供的信号放大单元和负电容补偿单元的电路示意图。
附图标记说明：
1、液流结构件；11、样品腔；12、测量腔；121、第一主体腔；122、第一连通腔；13、出口腔；131、第二连通腔；132、第二主体腔；14、纳米通道；141、第一开口；142、第二开口；15、基体层；151、凸起部；16、第一腔室层；161、隔离件；162、安装件；17、第二腔室层；18、第三腔室层；3、感测组件；31、检测电极；32、第一电极；4、分隔件；20、信号放大单元；30、多路选通单元；40、模数转换单元。
具体实施方式
下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。
本申请描述中的方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。
一方面，本申请实施例提供一种装置。如图1所示，一种装置包括液流结构件1和感测组件3，液流结构件1具有测量腔12、出口腔13和纳米通道14，测量腔12用于接收待感测分析物，并且待感测分析物在沿第一方向进入测量腔12时，可产生可感测的电信号，出口腔13与测量腔12流体连通，纳米通道14包含连通测量腔12的第一开口141和连通出口腔13的第二开口142，以流体连通测量腔12和出口腔13，其中，纳米通道14的第一开口141与第二开口142在第一方向上的高度差小于20μm；感测组件3与测量腔12耦合，以感测前述电信号。
本申请中的装置可用于表征生物聚合物，例如对多聚核苷酸测序、多肽测序等。生物聚合物具体可以是多核苷酸、多肽、多糖或脂质，多核苷酸包括DNA和/或RNA。液流结构件1可以均由介电材料制成，例如二氧化硅。液流结构件1还具有样品腔11，样品腔11用于进样并保持包含待感测分析物的液体，测量腔12与样品腔11流体连通。测量腔12接收从样品腔11内的包含待感测分析物的液体。感测组件3可连接电源，测量腔12和出口腔13内可放置溶剂，同时在样品腔11内可制备具有跨膜纳米孔的分子膜、或纳米孔固态材料等。例如：感测组件3通电使得分子膜两侧形成电势差，位于分子膜一侧的生物聚合物在电势差的作用下通过跨膜纳米孔，感测组件3采集生物聚合物通过跨膜纳米孔时的电压变化。可根据电压变化分析得到生物聚合物的表征信息。例如根据电压变化信息得到生物聚合物的尺寸信息、序列信息、同一性信息、修饰信息等。
以纳米通道14连通测量腔12和出口腔13的最短距离为纳米通道14的长度，纳米通道14具体为宽度和/或高度为纳米级的通道。本领域技术人员可以理解的是，测量腔12中收容的液体、分子膜等可以等效为阻值随着待感测分析物的移动而变化的第一电阻，纳米通道14中收容的液体可以等效为阻值相对固定的第二电阻，该第二电阻和第一电阻串联。本领域技术人员还可以理解的是请参阅图2，为本申请装置的等效电路图。以下以图2为例对本申请工作原理进行解释，第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3和第四开关SW4分别与不同的偏置电压VBIAS1～VBIAS4连通。至少一个开关闭合导通，第一电阻R1等效测量腔12内液体、纳米孔等的可变电阻，电容C1等效测量腔12内液体、纳米孔等形成的寄生电容，第二电阻R2等效纳米通道14中收容液体的电阻。第二电阻R2可以对第一电阻R1和寄生电容C1组成的并联电路进行分压，从而通过感测组件3对分压后的电信号进行采样，以获取待感测分析物在沿第一方向进入测量腔12时所产生的电信号变化量。特别是，当纳米通道14的长度足够长、或长径比足够大时，纳米通道14中收容的液体等效得到的寄生电容C2小，以减小寄生电容C2对感测组件3检测第一电阻R1的影响。
本领域技术人员可以理解的是，装置中通常具有若干测量腔12，使得装置整体为一个板状结构，装置可通过光刻工艺制备得到，为了方便制备装置，可以沿图1所示的第一方向X通过光刻工艺制备装置，以避免制备悬置的结构。纳米通道14的第一开口141与第二开口142在第一方向上的高度差小于20μm，使得制备时，可以通过平面纳米结构加工技术、例如刻蚀、压印、沉积缩孔等，制备该纳米通道14，降低加工难度。
本申请提供的用于感测包含在液体中的分析物的装置和设备，通过设置纳米通道14连通测量腔12和出口腔13，使得纳米通道14可以等效为与感测组件3耦合的等效电阻，从而对测量腔12产生分压作用，提高可感测电信号强度，提高判读准确率；通过设置通道形式的纳米通道14，可以有效降低纳米通道14形成的寄生电容，从而增加感测组件3采集的信号带宽并降低采集信号中的噪音，从而有效提高测量的速度以及判读准确率；纳米通道14的第一开口141与第二开口142在第一方向上的高度差小于20μm，纳米通道14的生产制造难度低，使得制备复杂纳米通道14结构成为可能，制备得到的装置结构稳定性好、一致性高；通过设置出口腔13和测量腔12连通，使得出口腔13内的液体可以调节测量腔12内的液体浓度，当测量腔12从样品腔11接收包含待感测分析物的液体装置时，降低测量腔12内的电解质离子浓度的波动范围，从而降低了感测组件3感测电信号的噪音波动范围，有效提高判读准确率。
在一示例中，纳米通道14的长度为3nm~1000μm，纳米通道14的横截面积为2nm2~250000nm2，优选5nm2~50000nm2，更优选5nm2~25000nm2。在另一示例中，纳米通道14的横截面积为5nm2~11000nm2，高度差小于11μm。在又一示例中，纳米通道14的横截面积为5nm2~50nm2，高度差小于500nm。在再一示例中，纳米通道14的横截面积为5nm2~20nm2，高度差小于160nm。本领域技术人员可以理解的是，纳米通道14配置不同长径比，可以等效不同阻值的电阻，从而可以适配不同测量腔12。
在一示例中，第一开口141与第二开口142之间限定的第二方向与第一方向之间的夹角在45o到105o之间，优选75o到100o之间。第二方向可以为第一开口141的几何中心与第二开口142的几何中心之间的连线所限定的方向。以第一方向为竖直方向为例，第一方向和第二方向的夹角为90°时，纳米通道14沿水平方向延伸，第一开口141和第二开口142的高度差可以为0；第一方向和第二方向的夹角为105°时，第一开口141高于第二开口142；第一方向和第二方向的夹角为45°时，第一开口141低于第二开口142。控制第一方向和第二方向的夹角，以使得纳米通道14的延伸方向相对于第一方向更平缓，制备难度低，制备得到的装置质量稳定。
如图3所示，在一实施中，液流结构件1包括基体层15和与基体层15一侧连接的第一腔室层16，第一腔室层16具有样品腔11、测量腔12和出口腔13，样品腔11、测量腔12和出口腔13设于基体层15的同一侧。本领域技术人员可以理解的是，基体层15和第一腔室层16可以采用同一材料制备，当然也可以采用不同介电材料制备。基体层15和第一腔室层16中各结构可以同时制备，再结合在一起构成装置，也可以分时序制备，当然基体层15和第一腔室层16还可以是一体件。
进一步地，基体层15和第一腔室层16中，一个具有第一沟槽，另一个盖设于第一沟槽形成纳米通道14。如图4所示，第一沟槽设置于第一腔室层16上，基体层15和第一腔室层16合围形成该纳米通道14。具体地，可以先分别制备基体层15和具有第一沟槽的第一腔室层16，再将第一腔室层16和基体层15结合，形成纳米通道14。当然还可以先制备基体层15，在基体层15上一层层刻蚀形成具有腔室和纳米通道14的第一腔室层16。制备的方法多种多样，在此不在一一赘述。
请再次参阅图1和图3，在一实施例中，第一腔室层16还包括设置于基体层15上的凸起部151，凸起部151设置于出口腔13内；纳米通道14开设于凸起部151。具体可以如图1所示实施例，纳米通道14沿竖直方向设置于凸起部151，间隔测量腔12和出口腔13的隔离件161与凸起部151围成纳米通道14。还可以如图3所示实施例，纳米通道14延伸方向与竖直方向具有夹角，倾斜设置于凸起部151。纳米通道14的结构可以根据具体需要设置，本申请不做限定，具体可以是沿水平方向设置、竖直方向、多次弯折的阶梯状设置、弯曲状设置等等。
进一步地，测量腔12包括与样品腔11连通的第一主体腔121、以及连通第一主体腔121和纳米通道14的第一连通腔122，第一腔室层16靠近基体层15的一端具有缺口，基体层15和缺口的壁面限定出第一连通腔122。第一连通腔122的尺寸可以是非纳米级设置，第一连通腔122的尺寸可以远大于纳米通道14，当然第一连通腔122的尺寸也可以采用纳米级设置，使得第一连通腔122内收容的液体也可以作为等效大电阻进行分压。无论采用哪种方式设置哪种尺寸和形状的第一连通腔122，仅需保证第一连通腔122连通测量腔12和纳米通道14即可。
本申请不限定出口腔13的具体结构，具体可以是如图1、图3和图4所示实施例中，出口腔13和测量腔12通过隔离件161间隔设置，出口腔13上不设置遮蔽结构。请参阅图5，在一实施例中，第一腔体层16还包括与基体层15相对设置的安装件162，安装件162的边沿与隔离件161连接，安装件162、隔离件161和基体层15合围形成出口腔13。感测组件3包括第一电极32和检测电极31，第一电极32设置于出口腔13，以向出口腔13内的液体施加驱动待感测分析物从样品腔11进入测量腔12的电压；检测电极31设置于测量腔12，以感测包含待感测分析物的液体从样品腔11进入测量腔12时产生的电信号。本申请也不限定第一电极32在出口腔13中的具体位置，在一实施例中，第一电极32设置于基体层15上。在另一实施例中，第一电极32设置于隔离件161上。在又一实施例中，第一电极32设置于安装件162上。本领域技术人员可以根据出口腔13的具体结构和具体测量需要，决定第一电极32放置的位置；同时本领域技术人员可以根据具体测量需要，决定出口腔13与测量腔12的相对位置关系。
请参阅图6，液流结构件1包括基体层15、以及分设于基体层15相对两侧的第二腔室层17和第三腔室层18，样品腔11和测量腔12设于第二腔室层17，出口腔13包括贯穿基体层15两侧的第二连通腔131、以及设于第三腔室层18的第二主体腔132；测量腔12、纳米通道14、第二连通腔131和第二主体腔132依次连通。相较于图3所示实施例，本实施例，测量腔12和出口腔13分设于基体层15的相对两侧，基体层15上具有通孔形成的第二连通腔131，以连通第二主体腔132和纳米通道14。在本实施例中，第二腔室层17与基体层15相对设置的表面凹陷形成纳米通道14；在其他实施例中，纳米通道14也可以采用贯穿基体层15的方式形成。在本申请中，测量腔12和出口腔13的相对位置可以根据需要自行设置，仅需设置纳米通道14连通两个腔体。
在一实施例中，装置还包括设置于测量腔12顶部的分隔件4，分隔件4上设置有连通分隔件4两侧的纳米孔，或分隔件4用于设置连通分隔件4两侧的纳米孔，电信号为待感测分析物通过纳米孔时产生。分隔件4具体可以是磷脂双分子、油脂等构成的分子膜，还可以是固态层结构，其中设置有纳米孔。具体地，分隔件4设于样品腔11与测量腔12之间。以下以分隔件4为由两亲性材料制备的膜结构的分子膜为例进行说明。测量腔12可以收容极性溶剂，例如用于制备分子膜的缓冲液体，具体可为磷酸盐缓冲液体、含有KCl或NaCl的HEPES缓冲液体、含有KCl或NaCl的CAPS缓冲液体等。控制测量腔12中极性溶剂的液面高度，使得新加入的非极性溶剂可以分布在极性溶剂表面并在极性溶剂表面内形成液膜，非极性溶剂可以为溶解两亲性材料的非极性溶剂，如硅油，具体可为甲基苯基硅油、聚二甲基硅氧烷等，对极性溶剂进行驱赶，即完成“油赶水”过程。在此基础上，再通入极性溶剂对两亲性材料的非极性溶剂进行驱赶，即完成“水赶油”过程。极性溶剂如缓冲液体，具体可为磷酸盐缓冲液体、含有KCl或NaCl的HEPES缓冲液体、含有KCl或NaCl的CAPS缓冲液体等。此时，样品腔11内可形成极性溶剂-非极性溶剂-极性溶剂的结构，两亲性材料的非极性溶剂夹在两层极性溶剂之间形成两亲分子膜，该分子膜悬置于样品腔11内。样品腔11和测量腔12具体形状不做限定，仅需保证样品腔11可收容极性溶剂和非极性溶剂，并在样品腔11内可以形成分子膜即可。样品腔11上设置有可供液体流入的进样口，进样口的大小和形状也不做限制，只要能够通过进样口向测量腔12内添加极性或非极性溶剂、以及液体即可。
为了在分隔件4两侧形成电势差，本申请提供的装置还可以包括与第一电极32配合的第二电极，第二电极可以通过多个开关控制，以输出不同电压或电流，以控制生物聚合物通过跨膜纳米孔的方向和速度。当然本申请也可以不包括第二电极，通过外部电源作为与第一电极32配合的第二电极。
又进一步地，测量腔12的容积小于出口腔13的容积，从而保证出口腔13内可放置更多的液体以维持测量腔12内液体浓度，降低测量腔12内电解质离子浓度波动幅度。
进一步地，第一电极32设置于基体层15上并容纳于出口腔13内。将第一电极32设置于基体层15上，方便连接第一电极32的电路布线。进一步地，还可以将检测电极31一同设置在基体层15上，以方便布线。
请参阅图7和图8，测量腔12和出口腔13的数量为多个，一个出口腔13与至少两个测量腔12通过纳米通道14连通。即多个测量腔12共用一个出口腔13，以省去制备多个出口腔13，降低制备难度，提高了装置的结构紧凑性。
在装置中，一个出口腔13和与该出口腔13连通的测量腔12组成测量子单元，多个测量子单元呈阵列排布，以使得每个测量腔12均能开始测量任务，增加装置的测量速率。
在装置中，可以设置有多个样品腔11和多个测量腔12，样品腔11与测量腔12一一对应，多个测量腔12分布呈一列或者多列。如此一来，一个装置可以同时设置多个分隔件4，以进行多个生物聚合物的表征工作，提高检测工作的效率。可以理解的是，设置一个样品腔11对应一个测量腔12，也可以设置多个样品腔11和对应多个测量腔12，这里不做限制，根据具体需求进行选取。当在一个装置上设置多个测量腔12和对应的多个样品腔11时，多个样品腔11可以有规律的排布，也可以没有规律的排布，这里不做限制。
可选地，在一实施例中，相邻测量腔12相互阻隔。即测量腔12之间不直接连通，保持各测量腔12和对应的样品腔11测序工作的独立性，互相之间不会产生干扰。
在一些实施例中，多个测量腔12在基体层15上的分布呈多列，且相邻两列的测量腔12错位分布。可以理解的是，每一测量腔12对应设置检测电极31，通过检测电极31同装置的外电路导电连接，以在分隔件4的两侧形成电势差。设置测量腔12在基体层15上分布呈多列，且相邻两列的测量腔12错位分布，如此便于相邻两列的测量腔12底部对应的检测电极31在基体层15上的错位排布，使得装置对应的检测电极31排布的更加合理，进一步提高了表征生物聚合物的设备的结构紧凑性。
可以理解的是，多列出口腔13可以两两对应一条电路，相邻两列出口腔13对应的第一电极32与同一电路连接，相邻两列的出口腔13对应的第一电极32可以向相反的方向延伸，此时，无论相邻列的出口腔13对应的第一电极32如何排布，都不会相互干涉，因此，对于向相反的方向延伸的第一电极32对应的出口腔13，也可以不错位排布。
进一步地，一个测量子单元中，多个测量腔12绕出口腔13设置。如图7所示实施例中，出口腔13在基体层15上的投影为环形，测量腔12在基体层15上的投影为环绕该环形的多个环形；如图8所示实施中，出口腔13在基体层15上的投影为矩形，测量腔12在基体层15上的投影为环绕矩形的多个环形。由于本申请中出口腔13的形状不做限定，本领域技术人员具体可以根据出口腔13的形状，选择合适的排布方式排布多个测量腔12环绕出口腔13，以提高测量子单元的紧凑性，并保证各跨膜纳米孔离出口腔13的距离较短，以进一步降低测量过程中的电解质离子浓度波动幅度。
第二方面，本申请实施例提供一种表征生物聚合物的设备，包括如上述的装置、以及数据处理模块（未标识），数据处理模块（未标识）与检测电极31电连接，数据处理模块用于根据检测电极31采集的电压信号生成表征信息。
本申请实施例提供的表征生物聚合物的设备，由于采用了以上任意一实施例提供的装置，或者采用以上任意一实施例提供的生物芯片，因而具有相同的技术效果，这里不再赘述。
请参阅图9，数据处理模块包括多个与检测电极31一一对应电连接的信号放大单元20、以及电连接的多路选通单元30和模数转换单元40，信号放大单元20用于放大检测电极31采集到的模拟电压信号，多路选通单元30用于控制各个信号放大单元的输出端依次与模数转换单元40连通；模数转换单元40用于将信号放大单元的输出端输出的模拟电压信号转换为数字电压信号。
信号放大单元20可采用电路结构多种多样，具体可以参照图10设置，信号放大单元20的输入端IN1与检测电极31电连接，信号放大单元20的输出端OUT1与多路选通单元30电连接；也可以参照图11设置，设置电流源A和场效应晶体管（MOSFET），信号放大单元20的输入端IN2与检测电极31电连接，信号放大单元20的输出端OUT2与多路选通单元30电连接。当然还可以是跨导放大器(OTA-C)电路或串叠放大电路(Cascode)等。
进一步地，如图12所示，在上述数据处理模块中，还可以设置负电容补偿单元，负电容补偿单元可以包括第一补偿电容C2，第一补偿电容C2的两端分别与信号放大单元的输入端IN3和输出端OUT3连接。从而在信号放大单元对电压信号进行缓冲放大的同时，还进行负电容补偿，从而有效增加测量信号的带宽。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应理解，在本申请实施例中，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (20)
1.一种用于感测包含在液体中的分析物的装置，其特征在于，包括：
液流结构件，具有
测量腔，用于接收待感测分析物，并且所述待感测分析物在沿第一方向进入所述测量腔时，可产生可感测的电信号，
出口腔，其与所述测量腔流体连通，和
纳米通道，其包含连通所述测量腔的第一开口和连通所述出口腔的第二开口，以流体连通所述测量腔和所述出口腔，其中，所述纳米通道的所述第一开口与所述第二开口在所述第一方向上的高度差小于20μm；
感测组件，其与所述测量腔耦合，以感测所述电信号，所述感测组件包括：
检测电极，设置于所述测量腔，以感测所述待感测分析物进入所述测量腔时产生的电信号，
其中所述液流结构件包括基体层和与所述基体层一侧连接的第一腔室层，所述第一腔室层具有所述测量腔，所述基体层和所述第一腔室层中，一个具有第一沟槽，另一个盖设于所述第一沟槽形成所述纳米通道。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述纳米通道的长度为3nm~1000μm，所述纳米通道的横截面积为2nm2~250000nm2。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述纳米通道的长度为3nm~1000μm，所述纳米通道的横截面积为5nm2~50000nm2。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述纳米通道的长度为3nm~1000μm，所述纳米通道的横截面积为5nm2~25000nm2。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述纳米通道的横截面积为5nm2~11000nm2，所述高度差小于11μm。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述纳米通道的横截面积为5nm2~50nm2，所述高度差小于500nm。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述纳米通道的横截面积为5nm2~20nm2，所述高度差小于160nm。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一开口与所述第二开口之间限定的第二方向与所述第一方向之间的夹角在45o到105o之间。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一开口与所述第二开口之间限定的第二方向与所述第一方向之间的夹角在75o到100o之间。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量腔顶部设分隔件，所述分隔件设置连通所述分隔件两侧的纳米孔、或所述分隔件用于设置连通所述分隔件两侧的纳米孔，所述电信号为所述待感测分析物通过所述纳米孔时产生。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述液流结构件还具有样品腔，所述样品腔用于进样并保持包含待感测分析物的液体，所述分隔件设于所述样品腔与所述测量腔之间。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一腔室层还具有所述样品腔和所述出口腔，所述样品腔、所述测量腔和所述出口腔设于所述基体层的同一侧。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一腔室层还包括设置于所述基体层上的凸起部，所述凸起部设置于所述出口腔内；所述纳米通道开设于所述凸起部。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述测量腔包括与所述样品腔连通的第一主体腔、以及连通所述第一主体腔和所述纳米通道的第一连通腔，所述第一腔室层靠近所述基体层的一端具有缺口，所述基体层和所述缺口的壁面限定出所述第一连通腔。
15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述感测组件包括：
第一电极，设置于所述出口腔，以向所述出口腔内的液体施加驱动待感测分析物进入所述测量腔的电压。
16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量腔的数量为多个，一个所述出口腔与至少两个所述测量腔通过所述纳米通道流体连通。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，一个所述出口腔和与该出口腔连通的所述测量腔组成测量子单元，多个所述测量子单元呈阵列排布。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，一个所述测量子单元中，多个所述测量腔绕所述出口腔设置。
19.一种用于表征生物聚合物的设备，其特征在于，包括：
如权利要求1至18中任一项所述的用于感测包含在液体中的分析物的装置；
以及数据处理模块，所述数据处理模块与所述感测组件电连接，所述数据处理模块用于根据所述感测组件采集的电信号生成生物聚合物的表征信息。
20.根据权利要求19所述的表征生物聚合物的设备，其特征在于，所述数据处理模块包括：
信号放大单元，与所述感测组件一一对应电连接，所述信号放大单元用于放大所述感测组件采集到的模拟电压信号；
多路选通单元，与所述信号放大单元电连接；
模数转换单元，与所述多路选通单元电连接，所述多路选通单元用于控制各个所述信号放大单元的输出端依次与所述模数转换单元连通，所述模数转换单元用于将所述信号放大单元的输出端输出的模拟电压信号转换为数字电压信号。
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