DE102019123153A1

DE102019123153A1 - Kleinpartikelmesssystem

Info

Publication number: DE102019123153A1
Application number: DE102019123153.1A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Sato
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2019-08-29
Publication date: 2020-03-05
Anticipated expiration: 2039-08-30
Also published as: JP2020038121A; US20220155278A1; DE102019123153B4; US20200072815A1; US11313850B2; JP7082013B2

Abstract

Eine Nanoporen-Einrichtung weist eine Öffnung und ein Elektrodenpaar auf. Ein Transimpedanzverstärker wandelt ein Stromsignal I, welches durch die Nanoporen-Einrichtung fließt, in ein Spannungssignal Vum. Die Nanoporen-Einrichtung misst Kleinpartikel basierend auf ersten Daten, welche durch Entfernen einer DC-Komponente von dem Spannungssignal Verhalten werden, und zweiten Daten, welche basierend auf dem Spannungssignal V, von welchem die DC-Komponente nicht entfernt wurde, erhalten werden. Darüber hinaus ist die Nanoporen-Einrichtung in der Lage, den Zustand der Nanoporen-Einrichtung zu überwachen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messung unter Verwendung einer Nanoporen-Einrichtung.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Ein Verfahren zur Messung der Partikelgrößenverteilung, das als „electrical sensing zone Verfahren“ (Coulter Prinzip) bezeichnet wird, ist bekannt. Bei diesem Messverfahren wird eine Elektrolytlösung mit Partikeln so aufgebracht, dass diese eine Öffnung durchläuft, die als „Nanopore“ bezeichnet wird. Wenn ein Partikel eine solche Öffnung durchläuft, wird die Menge der Elektrolytlösung, mit der die Öffnung gefüllt ist, um eine Menge reduziert, die dem Volumen des Partikels entspricht, was den elektrischen Widerstand der Öffnung erhöht. Dementsprechend ist diese Anordnung in einem Fall, bei welchem die Öffnung eine Dicke aufweist, die größer als die Partikelgröße ist, durch Messen des elektrischen Widerstands der Öffnung in der Lage, das Volumen des Partikels zu messen, das die Öffnung durchläuft. Umgekehrt ist diese Anordnung in einem Fall, bei welchem die Öffnung eine Dicke aufweist, die ausreichend kleiner als die Partikelgröße ist, in der Lage, die Querschnittsfläche (d.h. den Partikeldurchmesser) des Partikels zu messen, das die Öffnung durchläuft.
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Kleinpartikelmesssystem 1R zeigt, welches das „electrical sensing zone Verfahren“ anwendet. Das Kleinpartikelmesssystem 1R weist eine Nanoporen-Einrichtung 100, eine Messvorrichtung 200R und eine Datenverarbeitungsvorrichtung 300 auf.
Der Innenraum der Nanoporen-Einrichtung 100 ist mit einer Elektrolytlösung 2 gefüllt, welche die zu detektierenden Partikel 4 aufweist. Der Innenraum der Nanoporen-Einrichtung 100 wird mittels eines Nanoporenchips 102 so unterteilt, dass zwei Innenräume definiert werden. Die Elektroden 106 und 108 sind den beiden Räumen zugeordnet. Wenn eine elektrische Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 106 und 108 erzeugt wird, erzeugt dies einen Ionenstromfluss zwischen den Elektroden. Darüber hinaus wandern die Partikel 4 durch Elektrophorese von einem bestimmten Raum via die Öffnung 104 in den anderen Raum.
Die Messvorrichtung 200R erzeugt die elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Elektrodenpaar 106 und 108 und erfasst Informationen, welche eine Korrelation mit dem Widerstandswert Rp zwischen dem Elektrodenpaar aufweisen. Die Messvorrichtung 200R weist einen Transimpedanzverstärker 210, eine Spannungsquelle 220 und einen Digitalisierer 230 auf. Die Spannungsquelle 220 erzeugt eine elektrische Potentialdifferenz Vb zwischen dem Elektrodenpaar 106 und 108. Die elektrische Potentialdifferenz Vb fungiert als Antriebsquelle der Elektrophorese und wird als Bias-Signal zur Messung des Widerstandswertes Rp verwendet.
Ein Kleinstrom Is fließt durch das Elektrodenpaar 106 und 108 in umgekehrtem Verhältnis zum Widerstand der Öffnung 104. $Is = Vb/Rp$
Der Transimpedanzverstärker 210 wandelt den Kleinstrom Is in ein Spannungssignal Vs. Mit der Umwandlungs-Verstärkung als r gilt der folgende Ausdruck. $Vs = r \times Is$
Durch Einsetzen von Ausdruck (1) in Ausdruck (2) erhält man den folgenden Ausdruck (3). $Vs = Vb \times r/Rp$
Der Digitalisierer 230 wandelt das Spannungssignal Vs in digitale Daten Ds um. Wie oben beschrieben ist die Messvorrichtung 200R in der Lage, das Spannungssignal Vs in umgekehrtem Verhältnis zum Widerstandswert Rp der Öffnung 104 zu erfassen.
2 ist ein Wellenformdiagramm eines Beispiels des Kleinstroms Is, welcher von der Messvorrichtung 200R gemessen wird. Es ist zu beachten, dass die vertikale und die horizontale Achse, welche in den Wellenform- und Zeitdiagrammen bei der vorliegenden Beschreibung dargestellt sind, zum besseren Verständnis entsprechend erweitert oder reduziert werden. Außerdem wird jede Wellenform zum Hervorheben oder besseren Verständnis in den Zeichnungen vereinfacht oder übertrieben dargestellt.
Während einer kurzen Zeitspanne, in der ein Partikel die Öffnung 104 durchläuft, wird der Widerstandswert Rp der Öffnung 104 groß. Dementsprechend sinkt der Strom Is in Form eines Impulses jedes Mal, wenn ein Partikel die Öffnung 104 durchläuft. Die Änderung des Stroms Is korreliert mit der Partikelgröße. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 verarbeitet die digitalen Daten Ds, um so die Anzahl der in der Elektrolytlösung 2 enthaltenen Partikel 4, deren Partikelverteilung oder dergleichen zu analysieren.
[Stand der Technik Dokumente]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. 2009-014702
[Patentdokument 2] Japanische Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. 2014-209081
[Patentdokument 3] Japanische Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. 2017-120257

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht einer solchen Situation gemacht. Dementsprechend ist ein beispielhafter Zweck einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein Kleinpartikelmesssystem bereitzustellen, welches in der Lage ist, den Zustand einer Nanoporen-Einrichtung zu erfassen, zusätzlich zum Erfassen der Informationen bezüglich von Partikeln.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kleinpartikelmesssystem, welches eine Nanoporen-Einrichtung verwendet, welches eine Öffnung und ein Elektrodenpaar aufweist. Das Kleinpartikelmesssystem weist einen Transimpedanzverstärker, welcher dazu ausgebildet ist, ein Stromsignal in ein Spannungssignal umzuwandeln; und eine Spannungsquelle auf, welche dazu ausgebildet ist, eine DC-Bias-Spannung zwischen dem Elektrodenpaar anzulegen. Das Kleinpartikelmesssystem ist dazu ausgebildet, Kleinpartikel zu messen und einen Zustand der Nanoporen-Einrichtung zu überwachen, und zwar basierend auf ersten Daten, welche durch Entfernen einer DC-Komponente aus dem Spannungssignal erhaltenen werden, und zweite Daten, welche basierend auf dem Spannungssignal ohne Entfernen der DC-Komponente erhaltenen werden.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine bei einem Kleinpartikelmesssystem verwendete Informationsverarbeitungsvorrichtung. Das Kleinpartikelmesssystem weist Folgendes auf: eine Nanoporen-Einrichtung, welche eine Öffnung und ein Elektrodenpaar aufweist; und eine Messvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine Spannung an das Elektrodenpaar anzulegen, einen Strom zu detektieren, welcher zwischen dem Elektrodenpaar fließt, und um erste Daten zu erzeugen, aus welchen eine DC-Komponente entfernt wurde, und um zweite Daten zu erzeugen, welche eine DC-Komponente aufweisen. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung weist einen Prozessor auf, welcher dazu ausgebildet ist, Verarbeitung zum Detektieren eines Kleinpartikels basierend auf den ersten Daten auszuführen, und um Verarbeitung zum Überwachen eines Zustandes von der Nanoporen-Einrichtung basierend auf den zweiten Daten auszuführen.
Noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Kleinpartikeln. Das Messverfahren weist folgende Schritte auf: Füllen einer Nanoporen-Einrichtung, welche eine Öffnung und ein Elektrodenpaar aufweist, mit einer Elektrolytlösung, welche Kleinpartikel aufweist; Anlegen einer Spannung an das Elektrodenpaar, und Messen einer Wellenform eines Stroms, welcher durch das Elektrodenpaar fließt; Erzeugen von ersten Daten, welche durch Entfernen einer DC-Komponente aus der Wellenform des Stroms erhalten werden, und Erzeugen von zweiten Daten, welche eine DC-Komponente aufweisen; Detektieren eines Kleinpartikels basierend auf den ersten Daten; und Überwachen eines Zustandes der Nanoporen-Einrichtung basierend auf den zweiten Daten.
Noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Messvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, um eine Nanoporen-Einrichtung zu messen, welche eine Öffnung und ein Elektrodenpaar aufweist. Die Messvorrichtung weist Folgendes auf: Einen Transimpedanzverstärker, welcher dazu ausgebildet ist, ein Stromsignal, welches durch die Nanoporen-Einrichtung fließt, in ein Spannungssignal umzuwandeln; eine Spannungsquelle, welche dazu ausgebildet ist, eine DC-Bias-Spannung an das Elektrodenpaar anzulegen; einen Hochpassfilter, welcher dazu ausgebildet ist, eine DC-Komponente aus dem Spannungssignal zu entfernen; einen ersten A/D-Wandler, welcher dazu ausgebildet ist, ein Ausgangssignal des Hochpassfilters in erste Daten umzuwandeln; einen zweiten A/D-Wandler, welcher dazu ausgebildet ist, ein Spannungssignal in zweite Daten umzuwandeln bevor dieses den Hochpassfilter durchläuft; eine erste Cache-Gruppe, welche dazu ausgebildet ist, die ersten Daten zu speichern; eine zweite Cache-Gruppe, welche dazu ausgebildet ist, die zweiten Daten zu speichern; eine Cache-Steuerung, welche dazu ausgebildet ist, die ersten Daten und die zweiten Daten in die erste Cache-Gruppe und die zweite Cache-Gruppe zu schreiben, und die ersten Daten und die zweiten Daten auszugeben; und eine Bus-Steuerung, welche dazu ausgebildet ist, die von der Cache-Steuerung ausgegebenen ersten Daten und zweiten Daten an eine externe Informationsverarbeitungsvorrichtung zu übermitteln.
Es ist zu beachten, dass jede beliebige Kombination oder Neuanordnung der oben beschriebenen strukturellen Komponenten und so weiter durch die vorliegenden Ausführungsformen wirksam und von den vorliegenden Ausführungsformen mit einbezogen ist. Darüber hinaus beschreibt diese Zusammenfassung der Erfindung nicht unbedingt alle notwendigen Merkmale, sodass die Erfindung auch eine Unterkombination dieser beschriebenen Merkmale sein kann.
Figurenliste
Im Folgenden werden Ausführungsformen exemplarisch unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, welche exemplarisch, nicht einschränkend gemeint sind, und bei denen gleichartige Elemente in mehreren Figuren gleich nummeriert sind, wobei:

1 ein Blockdiagramm darstellt, das ein Kleinpartikelmesssystem zeigt, welches das „electrical sensing zone Verfahren“ verwendet;
2 ein Wellenformdiagramm darstellt, das ein Beispiel für einen von einer Messvorrichtung gemessenen Kleinstrom Is zeigt;
3 ein Blockdiagramm darstellt, das ein Kleinpartikelmesssystem gemäß einer Ausführungsform darstellt;
4A und 4B Wellenform Diagramme darstellen, welche die Wellenform eines Spannungssignals darstellen, ein erstes Signal und ein zweites Signal;
5 ein Diagramm zum Erläutern der Detektion einer Verstopfung einer Öffnung darstellt;
6 ein Flussdiagramm von einer von einem Kleinpartikelmesssystem gestützte Kleinpartikelmessung darstellt;
7 ein Blockdiagramm darstellt, welches eine Messvorrichtung darstellt; und
8 ein Diagramm zum Erläutern eines Cache-Steuerung-Vorganges der in 7 dargestellten Messvorrichtung darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird die Erfindung wird auf der Grundlage von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, welche nicht den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung einschränken, sondern die Erfindung exemplarisch darstellen sollen. Alle bei der Ausführungsform beschriebenen Merkmale und deren Kombinationen sind für die Erfindung nicht unbedingt wesentlich.
Bei der vorliegenden Beschreibung bezieht der durch den Satz „das Element A ist mit dem Element B angeschlossen“ ausgedrückte Zustand einen Zustand mit ein, bei welchem das Element A indirekt mit dem Element B über ein anderes Element angeschlossen ist, welches die elektrische Verbindung zwischen diesen nicht wesentlich beeinflusst oder die Funktionen oder Auswirkungen der Verbindung zwischen diesen nicht beeinträchtigt, sowie einen Zustand, bei welchem diese physisch und direkt angeschlossen sind.
Ebenso bezieht der durch den Satz „das Element C ist zwischen dem Element A und dem Element B angeordnet“ ausgedrückte Zustand einen Zustand mit ein, bei welchem das Element A indirekt mit dem Element C verbunden ist, oder das Element B indirekt mit dem Element C über ein anderes Element verbunden ist, welches die elektrische Verbindung zwischen diesen nicht wesentlich beeinflusst oder die Funktionen oder Auswirkungen der Verbindung zwischen diesen nicht beeinträchtigt, sowie einen Zustand, bei welchem diese direkt verbunden sind.
GRUNDAUSFÜHRUNG
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Kleinpartikelmesssystem 1 gemäß einer Ausführungsform darstellt. Das Kleinpartikelmesssystem 1 weist eine Nanoporen-Einrichtung 100, eine Messvorrichtung 200 und eine Datenverarbeitungsvorrichtung 300 auf.
Wie unter Bezugnahme von 1 beschrieben, weist die Nanoporen-Einrichtung 100 einen Nanoporenchip 102, welcher mit einer Öffnung 104 versehen ist, und ein Elektrodenpaar 106 und 108 auf. Ein Innenraum des Nanoporenchips 102 ist mit einer Elektrolytlösung wie beispielsweise einer KCI-Lösung (Kaliumchlorid), PBS-Lösung (phosphatgepufferte Kochsalzlösung) oder dergleichen gefüllt.
Die Messvorrichtung 200 ist ausgebildet, um eine Spannung zwischen dem Elektrodenpaar 106 und 108 vorzugeben, und zum Messen eines Stromes I_S , welcher durch die Öffnung 104 fließt. Die Messvorrichtung 200 weist einen Transimpedanzverstärker 210 und eine Spannungsquelle 220 als Front-End-Schaltung auf. Die Spannungsquelle 220 legt eine DC-Bias-Spannung Vb an das Elektrodenpaar 106 und 108 an. Der Transimpedanzverstärker 210 wandelt den Strom I_S , welcher durch die Nanoporen-Einrichtung 100 fließt, in ein Spannungssignal V_S um.
Das Kleinpartikelmesssystem 1 ist in der Lage, die in der Elektrolytlösung 2 enthaltenen Partikel 4 zu messen, und zwar basierend auf ersten Daten D1, welche durch Entfernen einer DC-Komponente aus dem Spannungssignal Vs erhalten werden, und auf zweiten Daten D2, welche ohne Entfernen der DC-Komponente aus dem Spannungssignal Vs erhalten werden. Darüber hinaus ist das Kleinpartikelmesssystem 1 in der Lage, den Zustand der Nanoporen-Einrichtung 100 (oder den Zustand eines Nanoporenchips 102) zu überwachen.
Um die ersten Daten D1 und die zweiten Daten D2 zu erfassen, weist die Messvorrichtung 200 einen Hochpassfilter 250, einen ersten A/D-Wandler 231 und einen zweiten A/D-Wandler 232 auf. Der Hochpassfilter 250 entfernt eine DC-Komponente (Baseline-Komponente) aus dem Spannungssignal Vs. Die ersten Daten D1 werden basierend auf dem Ausgangssignal V1 des Hochpassfilters 250 erzeugt. Andererseits werden die zweiten Daten D2 basierend auf dem Spannungssignal Vs erzeugt, welches ohne Einbeziehen des Hochpassfilters 250 empfangen wird.
Der erste A/D-Wandler 231 wandelt ein erstes Signal V1, welches ein Ausgangssignal des Hochpassfilters 250 ist, in die ersten Daten D1 in Form von digitalen Daten um. Als stromaufwärtige Stufe zum ersten A/D-Wandler 231 ist ein Antialiasing-Filter 251 angeordnet.
Das Eingangssignal Vs des Hochpassfilters 250 wird als zweites Signal V2 in den zweiten A/D-Wandler 232 eingegeben. Ein Antialiasing-Filter 252 kann als stromaufwärtige Stufe zum zweiten A/D-Wandler 232 angeordnet sein. Nachdem das zweite Signal V2 den Antialiasing-Filter 252 durchlaufen hat, sind unnötige HochFrequenz-Komponenten aus dem zweiten Signal V2 entfernt, und die DC-Komponente des Spannungssignals Vs verbleibt in dem zweiten Signal V2. Der erste A/D-Wandler 231 und der zweite A/D-Wandler 232 können dazu eingerichtet sein, verschiedene Auflösungen und verschiedene Abtastraten aufzuweisen.
Die Schnittstelle 240 übermittelt die ersten Daten D1 und die zweiten Daten D2 an die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 und empfängt ein Steuerungssignal von der Datenverarbeitungsvorrichtung 300.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 fungiert als Schnittstelle mit dem Benutzer. Darüber hinaus steuert die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 integral das Kleinpartikelmesssystems 1 und weist Funktionen zum Erfassen, Speichern und Anzeigen von Messergebnissen auf. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 kann als Universalcomputer oder Workstation ausgebildet sein. Außerdem kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 als dedizierte Hardwarekomponente ausgebildet sein, welche für das Kleinpartikelmesssystem 1 eingerichtet ist.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 verarbeitet die ersten Daten D1 und die zweiten Daten D2, welche von der Messvorrichtung 200 empfangen wurden, um so die Anzahl der in der Elektrolytlösung 2 enthaltenen Partikel 4 und deren Partikelgrößen zu erfassen, und um den Zustand der Nanoporen-Einrichtung 100 zu überwachen.
Zum Beispiel ist die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 als Informationsverarbeitungsvorrichtung ausgebildet, wie beispielsweise ein Laptop-Computer, Desktop-Computer, Tablet-Terminal oder dergleichen. Die bei der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Funktionen der Datenverarbeitungsvorrichtung 300 werden von einem bei der Informationsverarbeitungsvorrichtung angeordneten Prozessor (CPU: „Central Processing Unit“) und von einem von dem Prozessor auszuführendem Software-Programm gestützt.
Oben wurde die Konfiguration des Kleinpartikelmesssystems 1 beschrieben. Als Nächstes wird der Vorgang davon beschrieben. 4A und 4B sind Wellenformdiagramme, welche das Spannungssignal Vs, das erste Signal V1 und das zweite Signal V2 zeigen. Die vertikale Achse und die horizontale Achse, welche in den Wellenform- und Zeitdiagrammen dargestellt sind, welche als Referenz bei der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, sind zum besseren Verständnis entsprechend erweitert oder reduziert. Außerdem wird zum Hervorzuheben oder besseren Verständnis jede in den Zeichnungen gezeigte Wellenform vereinfacht oder übertrieben dargestellt.
4A zeigt eine Wellenform der Baseline des Spannungssignals Vs (Stromsignal Is) aus einer makroskopischen Sicht auf einer Langzeitskala. Aus der Sicht einer solchen Langzeitskala, nimmt die Baseline des Spannungssignales Vs mit der Zeit ab. Mit anderen Worten erhöht sich aus Sicht einer solchen Langzeitskale der Widerstand der Nanoporen-Einrichtung 100 mit der Zeit. Bekannte Ursachen warum der Widerstand sich mit der Zeit erhöht sind die Bildung von einer Oxidschicht auf der Elektrodenoberfläche, Adhäsion von Verunreinigungen und dergleichen.
4B zeigt eine vergrößerte Wellenform von 4A auf einer Kurzzeitskala ts. Das Spannungssignal Vs wird als Wellenform beobachtet, welche spitzenartige Signal-Komponenten aufweist, wobei jede davon dem Durchgang eines Partikels entspricht, überlagert mit der Baseline-Komponente. Das erste Signal V1 weist eine Wellenform auf, welche den Signal-Komponenten entspricht. Das zweite Signal V2 weist eine Wellenform auf, welche der Baseline entspricht. Das heißt, die von dem ersten Signal V1 erfassten ersten Daten D1 repräsentieren die Signal-Komponenten. Die von dem zweiten Signal V2 erfassten zweiten Daten D2 repräsentieren die Baseline-Komponente.
Das Kleinpartikelmesssystem 1 ist in der Lage, den Durchmesser von jedem Partikel basierend auf den ersten Daten D1 zu messen. Darüber hinaus ist das Kleinpartikelmesssystem 1 in der Lage, den Zustand der Nanoporen-Einrichtung 100 zu überwachen. Beispiele für den Zustand der Nanoporen-Einrichtung 100 sind Verstopfen der Öffnung 104.
5 ist ein Diagramm zum Erläutern der Detektion von Verstopfen von der Öffnung 104. Vor dem Zeitpunkt t₀ tritt kein Verstopfen auf. Es gibt nur eine allmähliche Änderung bei der Baseline von dem Spannungssignal Vs. Dementsprechend gibt es nur eine allmähliche Änderung bei dem zweiten Signal V2. Wenn die Öffnung 104 mit Partikeln oder anderem Debris verstopft ist, erhöht dies den Widerstand zwischen den Elektroden, d.h. dies vermindert den Fluss des Stromsignals Is, was die Baseline des Spannungssignals Vs kleiner werden lässt. Wenn beispielsweise die zweiten Daten D2 eine vorgegebene Bedingung erfüllen, beurteilt die Datenverarbeitungsvorrichtung 300, dass eine Verstopfungsanomalie aufgetreten ist, und ist in der Lage, eine Benachrichtigung oder Warnung an den Benutzer auszugeben. Bei einer solchen vorgegebenen Bedingung, wenn über eine vorgegebene Zeitspanne die zweiten Daten D2 kleiner bleiben als ein vorgegebener Wert, kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 beurteilen, dass eine Verstopfungsanomalie aufgetreten ist. In dem in 5 gezeigten Beispiel werden zum Zeitpunkt t₁ die zweiten Daten D2 kleiner als ein vorgegebener Schwellwert T_H . Nachdem eine vorgegebene Zeitspanne τ verstrichen ist, wird zu dem Zeitpunkt t₂ eine Beurteilung gemacht, dass eine Verstopfungsanomalie aufgetreten ist.
Es ist zu beachten, dass der von dem Kleinpartikelmesssystem 1 zu überwachende Zustand der Nanoporen-Einrichtung 100 nicht auf solche Verstopfungen der Öffnung 104 beschränkt ist. Vielmehr sind Beispiele eines solchen Zustandes verschiedene Arten von Phänomenen und Zustände, welche einen Zusammenhang mit der Baseline aufweisen. Zum Beispiel ist die Baseline abhängig von der Konzentration der Elektrolytlösung 2, mit welcher die Nanoporen-Einrichtung gefüllt ist. Die Elektrolytlösung 2 ist von dem Benutzer unter Verwendung eines Reagenzstoffes hergestellt, was mit einer Änderung der Konzentration einhergeht.
Dementsprechend ist das Kleinpartikelmesssystem 1 in der Lage, die Konzentration der Elektrolytlösung 2 zu überwachen oder eine Anomalie zu detektieren, welche bei der Konzentration auftreten kann.
Die Baseline ändert sich entsprechend dem Abstand zwischen dem Elektrodenpaar 106 und 108. Die Nanoporen-Einrichtung 100 ist mit einem Halbleiterprozess hergestellt. Dementsprechend wird der Abstand zwischen dem Elektrodenpaar 106 und 108 durch Prozessschwankungen beeinflusst. Darüber hinaus wirken sich der Durchmesser der Öffnung 104 und die Dicke des Nanoporenchips 102 jeweils auf die Baseline aus. Dementsprechend ist das Kleinpartikelmesssystem 1 in der Lage, einen Herstellungsfehler bei der Nanoporen-Einrichtung 100 und eine temporäre Anomalie zu detektieren.
Darüber hinaus weist das Kleinpartikelmesssystem 1 den folgenden Vorteil auf. Auf gesamter Skala des Spannungssignals Vs als FS ist der Maximalwert A_MAX der Amplitude der Signalkomponente relativ kleiner als auf gesamter Skala FS. In einem Fall, in welchem das Spannungssignal Vs Eingangssignal für den A/D-Wandler ist, ist es erforderlich, den Eingangs-Dynamik-Bereich des A/D-Wandlers unter Berücksichtigung der vollen Skala FS zu bestimmen. Solch eine Anordnung geht mit einer schlechten Auflösung der Signalkomponente einher. Beispielsweise stützt eine solche Anordnung in einem Fall, bei welchem der A/D-Wandler eine 10-Bit Auflösung und den Maximalwert AMAX der Amplitude ¼ der vollen Skala FS aufweist, nur eine 8-Bit Auflösung für die Signalkomponente.
Die in 3 gezeigte Messvorrichtung 200 ist dazu ausgebildet, ein erstes Signal V1 zu erzeugen, welches keine Baseline aufweist, und den ersten A/D-Wandler 231 anzuweisen, das erste Signal V1 zu erfassen. Dementsprechend kann der Eingangs-Dynamik-Bereich des ersten A/D-Wandlers 231 basierend auf dem Maximalwert A_MAX der Amplitude (volle Skala des ersten Signals V1) anstatt der vollen Skala des Spannungssignales Vs eingerichtet werden. Dies ermöglicht es der Signalkomponente mit hoher Auflösung erfasst zu werden.
Der erste A/D-Wandler 231 empfängt, als Eingangssignal, eine Signalkomponente, welche sich mit hoher Geschwindigkeit ändert. Im Gegensatz empfängt der zweite A/D-Wandler 231, als Eingangssignal, die Baseline, welche sich allmählich ändert. Dementsprechend kann der erste A/D-Wandler 231 vorzugsweise eingerichtet sein, um eine relativ höhere Abtastrate als die des zweiten A/D-Wandlers 232 aufzuweisen.
Darüber hinaus empfängt der erst A/D-Wandler 231 als Eingangssignal eine Signalkomponente, welche sich in einem kleinen Bereich ändert. Im Gegensatz empfängt der zweite A/D-Wandler 232, als Eingangssignal, die Baseline, welche sich in einem großen Bereich ändert. Dementsprechend kann der erste A/D-Wandler vorzugsweise eingerichtet sein, um eine höhere Auflösung als die des zweiten A/D-Wandlers 232 aufzuweisen.
6 ist ein Flussdiagramm, welches eine von dem Kleinpartikelmesssystem 1 gestützte Messung von Kleinpartikeln zeigt. Zunächst wird die Nanoporen-Einrichtung 100, welche die Öffnung 104 und das Elektrodenpaar 106 und 108 aufweist, mit der Elektrolytlösung 2 gefüllt, welche die Kleinpartikel 4 aufweist (S100). Anschließend beginnt die Messvorrichtung 200, die Bias-Spannung Vb an das Elektrodenpaar 106 und 108 anzulegen (S102). Anschließend wird die Wellenform des Stromes, welcher durch das Elektrodenpaar 106 und 108 fließt, gemessen (S104). Die ersten Daten D1, welche keine DC-Komponenten der Wellenform des Stromes aufweisen, und die zweiten Daten D2, welche eine solche DC-Komponente aufweisen, werden unter jeweiligen Abtastraten erzeugt (S106 und S108). Die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 detektiert Partikel basierend auf den ersten Daten D1 (S110), und detektiert den Zustand der Nanoporen-Einrichtung 100 basierend auf den zweiten Daten D2 (S112).
Es sollte beachtet werden, dass die Verarbeitung und die Reihenfolge der in dem Flussdiagramm gezeigten Schritte soweit modifiziert werden können, wie eine solche Modifikation kein Problem bei der Verarbeitung verursacht. Außerdem kann Verarbeitung im Bezug zu den ersten Daten D1 und den zweiten Daten D2 parallel simultan ausgeführt werden.
Als Nächstes wird eine spezifische Beispielkonfiguration der Nanoporen-Einrichtung 100 beschrieben. 7 ist ein Blockdiagramm, welches die Messvorrichtung 200 zeigt.
Die Schnittstelle 240 weist eine erste Cache-Gruppe 241, eine zweite Cache-Gruppe 242, eine Cache-Steuerung 244 und eine Bus-Steuerung 246 auf. Die erste Cache-Gruppe 241 weist mehrere (in diesem Beispiel zwei) Caches C1-2 und C1-2 auf und speichert die ersten Daten D1. Die zweite Cache-Gruppe 242 weist mehrere Caches C2-1 und C2-2 auf und speichert die zweiten Daten D2.
Die Cache-Steuerung 244 weist Folgendes auf: Eine Schreib-Steuerung, welche dazu ausgebildet ist, das Schreiben der ersten Daten D1 in die erste Cache-Gruppe 241 zu steuern, und um das Schreiben der zweiten Daten D2 in die zweite Cache-Gruppe 424 zu steuern; und eine Lese-Steuerung, welche dazu ausgebildet ist, das Lesen von den ersten Daten D1 aus der ersten Cache-Gruppe 241 zu steuern, und um das Lesen von den zweiten Daten D2 aus der zweiten Cache-Gruppe 242 zu steuern.
Insbesondere wählt die Schreib-Steuerung als Schreib-Ziel einen von den mehreren Caches C1-2 und C1-2 aus, welche in der ersten Cache-Gruppe 241 angeordnet sind, und schreibt sequentiell die ersten Daten D1 in den so ausgewählten Cache. Andererseits wählt die Lese-Steuerung, als Lese-Ziel, einen von den Caches, welche in der ersten Cache Gruppe 241 angeordnet sind, ausgenommen der Cache, welcher als das Schreib-Ziel von der Schreib-Steuerung ausgewählt wurde, und liest die ersten Daten D1 von dem so ausgewählten Cache aus. Das gleiche gilt analog für die zweite Cache-Gruppe 242.
Die Bus-Steuerung 246 übermittelt die ersten Daten D1 und die zweiten Daten D2, welche so von der Cache-Steuerung 244 ausgelesen wurden, an eine externe Informationsverarbeitungsvorrichtung (in 3 gezeigte Datenverarbeitungsvorrichtung 300).
Wie oben beschrieben ist die Abtastrate des ersten A/D-Wandlers 231 höher als die des zweiten A/D-Wandlers 232. Darüber hinaus ist der erste A/D-Wandler 231 als ein Höherer-Bit A/D-Wandler als der zweite A/D-Wandler 232 ausgebildet.
Wenn ein volles Cache Ereignis bei entweder der ersten Cache-Gruppe 241 oder der zweiten cache-Gruppe 242 aufgetreten ist, schaltet die Cache-Steuerung 244 die Schreib-Ziel-Caches um und schaltet jeden in dem vorigen Schritt ausgewählten Cache von dem Schreib-Ziel-Cache zu dem Lese-Ziel-Cache um. Anschließend beginnt die Cache-Steuerung 244, die ersten Daten D1 und die zweiten Daten D2 zu lesen.
8 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Cache-Steuerung-Vorganges der in 7 gezeigten Messvorrichtung 200. 8 zeigt die Menge der in jedem Cache gespeicherten Daten.
Zu dem Zeitpunkt t₀ übermittelt die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 eine Messungs-Start-Anweisung an die Messvorrichtung 200. In Antwort auf die Messungs-Start-Anweisung beginnt die Cache-Steuerung 244 mit einem Steuerungs-Vorgang für den ersten A/D-Wandler 231 und den zweiten A/D-Wandler 232, und einem Schreib-Steuerung-Vorgang für die erste Cache-Gruppe 241 und die zweite Cache-Gruppe 242.
Zunächst werden die Caches C1-1 und C2-1 als Schreib-Ziel-Caches ausgewählt. Die ersten Daten D1 und die zweiten Daten D2 werden jeweils in die so ausgewählten Caches C1-1 und C2-1 geschrieben.
Zum besseren Verständnis wird ein Beispiel beschreiben, bei welchem die Anzahl der Bits, welche die ersten Daten D1 ausbilden (z.B. 14 Bits) kleiner ist als ein Wort (z.B. 16 Bit), welches von jedem in der ersten Cache-Gruppe 241 angeordneten Cache C1 gestützt wird. Auf die gleiche Weise ist die Anzahl der Bits, welche die zweiten Daten D2 ausbilden (z.B. 10 Bits) kleiner als ein Wort (z.B. 16 Bits), welches von jedem in der zweiten Cache-Gruppe 242 angeordneten Cache C2 gestützt wird.
Im Folgenden werden die Anzahl der Wörter, welche von jedem Cache C1 als X1 gestützt werden, und die Anzahl der Wörter, welche von jedem Cache C2 als X2 gestützt werden, beschrieben. Darüber hinaus wird die Abtastrate des A/D-Wandlers 231 als r1 und die Abtastrate des zweiten A/D-Wandlers 232 als r2 beschrieben. Die Zeitspannen T1 und T2, welche verstreichen, bevor die jeweiligen Caches C1 und C2 voll werden, werden durch die folgenden Ausdrücke repräsentiert. $T 1 = X 1 /r 1$
$T 2 = X 2 /r 2$
Die Beschreibung wird unter der Annahme T1 < T2 vorgenommen. Hier entsprechen r1 und r2 jeweils der Steigung einer Zunahme der in dem entsprechenden Cache gespeicherten Datenmenge.
Zu dem Zeitpunkt t1 (=T1) wird der Cache C1-1 auf Seiten der ersten Cache-Gruppe 241 voll. Als Antwort auf dieses volles-Cache-Ereignis als Auslöser schaltet die Cache-Steuerung 244 die Caches C1-1 und C2-2, welche als die Schreib-Ziel-Caches gesetzt waren, zu Lese-Ziel-Caches um. Anschließend liest die Cache-Steuerung 244 die ersten Daten D1 und die zweiten Daten D2 aus, welche jeweils in den so als Lese-Ziel-Caches ausgewählte Caches C1-1 und C2-1 gespeichert sind, und übermittelt die ersten Daten D1 und die zweiten Daten D2 an die Datenverarbeitungsvorrichtung 300. Nachdem der Daten-Lese-Vorgang vollständig ist, können die in dem entsprechenden Cache gespeicherten Daten gelöscht werden.
Nach dem Zeitpunkt t₁ werden die Caches C1-2 und C2-2 als die Schreib-Ziel-Caches ausgewählt. Die ersten Daten D1 und die zweiten Daten D2 werden in die so ausgewählten Caches C1-2 und C-2 geschrieben. Anschließend, wenn zu dem Zeitpunkt t₂ der Cache C1-2 auf Seiten der ersten Cache-Gruppe 241 voll wird, werden die Lese-Ziel-Caches und die Schreib-Ziel-Caches wieder umgeschaltet. Anschließend wird der gleiche Vorgang wiederholt.
Im Folgenden wird eine Beschreibung wird unter der Annahme gemacht, dass die Gesamtsumme der Anzahl der Bits (16 Bits), welche ein Wort ausbilden, welches von dem Cache C1 gestützt wird, und die Anzahl der Bits (16 Bits), welche ein Wort ausbilden, welches von dem Cache C2 gestützt wird, gleich ist oder kleiner als die Datenbreite des Busses. In diesem Fall erlaubt eine solche Anordnung, dass die ersten Daten D1 und die zweiten Daten D2 in Inkrementen eines Wortes ausgelesen werden, und gleichzeitig an den Bus ausgegeben werden. Die Anzahl der Lesevorgänge kann vorzugsweise basierend auf Daten bestimmt werden, welche aus einer größeren Anzahl von Wörtern ausgebildet sind. In diesem Beispiel wird die Anzahl der Wörter XI, welche die ersten Daten D1 ausbilden, als die Anzahl der Lesevorgänge bestimmt. Jeder Cache C2 speichert die zweiten Daten D2, welche aus (r2 x T1) Wörtern ausgebildet sind. Dementsprechend können das (r2 x T1 + 1)-te Wort und die folgenden Wörter vorzugsweise ungültig gemacht werden.
Die Vorteile des oben beschriebenen Cache-Steuerung-Vorganges kann im Vergleich mit einer Vergleichstechnik einfach verstanden werden. Mit einer solchen Vergleichstechnik wird, wenn ein volles-Cache-Ereignis bei der ersten Cache-Gruppe 241 aufgetreten ist, eine Lese-Anweisung für die erste Cache-Gruppe 241 ausgegeben. Andererseits wird, wenn ein volles-Cache-Ereignis bei der zweiten Cache-Gruppe 242 aufgetreten ist, eine Lese-Anweisung für die zweite Cache-Gruppe 242 ausgegeben. Das volle-Cache-Ereignis tritt bei der ersten Cache-Gruppe 241 und der zweiten Cache-Gruppe 242 auf eine asynchrone Weise auf. Eine solche Anordnung geht mit dem Auftreten einer Situation einher, bei welcher die Lese-Anweisung für die erste Cache-Gruppe 241 und die Lese-Anweisung für die zweite Cache-Gruppe 242 zur gleichen Zeit ausgegeben werden (was als „Kollision“ bezeichnet wird). In diesem Fall wird, nachdem der Lesevorgang für einen von der ersten Cache-Gruppe 241 und der zweiten Cache-Gruppe 242 vollständig ist, mit dem Lesevorgang für die andere Cache-Gruppe begonnen, was zu einem Problem von einer langen Zeitspanne führt, welche benötigt wird, um die Daten zu lesen. Darüber hinaus wird in manchen Fällen, abhängig von der Situation, die Lese-Anweisung für einen von den Caches nicht entsprechend empfangen, was zu einem Problem von fehlenden Daten führt.
Im Gegensatz dazu geht die in 7 gezeigte Messvorrichtung 200 nicht mit einer solchen Kollision einher, bei welcher zwei Lese-Anweisungen zur gleichen Zeit ausgegeben werden. Dies ermöglicht es, die ersten Daten D1 und die zweiten Daten D2 auf sichere Weise an die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 zu übermitteln.
Mit der Vergleichstechnik ist in einem Fall, bei welchem zwei Lese-Anweisungen zu verschiedenen Zeiten ausgegeben werden, die Bussteuerung für die Gesamtsumme der Zeit, welche benötigt wird, um die Daten aus dem Cache C1 zu lesen, und der Zeit belegt, welche benötigt wird, um die Daten aus dem Cache C2 zu lesen. Im Gegensatz dazu können mit der in 7 gezeigten Messvorrichtung 200 Daten aus dem Cache C1 gelesen werden, welcher einer von zwei Arten von Caches ist, und zwar während einer Zeitspanne, in welcher Daten aus dem Cache C1 gelesen werden, welcher zu der anderen Art von Cache gehört. Dies ermöglicht es, die Bus-Belegungs-Dauer zu reduzieren.
Darüber hinaus wird mit der Vergleichstechnik von der Datenbreite des Busses (32-Bit) nur 16-Bit Daten in jeder der ersten-Daten-D1-Übermittelung und die zweiten-Daten-D2-Übermittelung übermittelt, und dementsprechend treten Verluste auf. Im Gegensatz dazu ist die in 7 gezeigte Messvorrichtung 200 in der Lage, effektiv die Datenbreite des Busses auszunutzen.
Oben wurde die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Ausführungsform beschrieben. Die oben beschriebene Ausführungsform wurde nur für exemplarische Zwecke beschrieben und ist keineswegs dazu bestimmt, eingeschränkt interpretiert zu werden. Vielmehr ist es für den Fachmann leicht zugänglich, dass verschiedene Modifikationen gemacht werden können, in dem die oben beschriebenen Komponenten oder Vorgänge zu verschiedenen Kombinationen kombiniert werden, welche auch in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung fallen. Im Folgenden werden solche Modifikationen beschrieben.
ERSTE MODIFIKATION
Bei der vorliegenden Beschreibung wurde bei der Ausführungsform eine Anordnung beschrieben, bei welcher das erste Signal V1 und das zweite Signal V2 jeweils in dem Analogbereich erzeugt werden, um so die digitalen Daten D1 und D2 zu erfassen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Anordnung beschränkt. Beispielsweise kann das Spannungssignal Vs mittels eines Hochgeschwindigkeits-, Hochauflösungs-A/D-Wandlers in ein digitales Signal Ds umgewandelt werden. Außerdem können die ersten Daten D1 und die zweiten Daten D2 mittels digitaler Signalverarbeitung erzeugt werden. Insbesondere kann das digitale Signal Ds von einem digitalen Hochpassfilter verarbeitet werden, um so die ersten Daten D1 zu erzeugen. Außerdem können die digitalen Daten Ds von einem digitalen Tiefpassfilter verarbeitet werden, um so die zweiten Daten D2 zu erzeugen.
Beispielsweise kann die Messvorrichtung 200 das digitale Signal Ds an die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 übermitteln. Außerdem kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 die ersten Daten D1 und die zweiten D2 mittels Datenverarbeitung erzeugen.
Außerdem kann die Messvorrichtung 200 einen digitalen Filter oder andernfalls einen Prozessor aufweisen, welcher dazu ausgebildet ist, die ersten Daten D1 und die zweiten Daten D2 basierend auf dem digitalen Signal Ds zu erzeugen. Außerdem kann die Messvorrichtung 200 die so generierten ersten Daten D1 und zweiten Daten D2 an die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 übermitteln.
ZWEITE MODIFIKATION
Bei der vorliegenden Beschreibung wurde eine Anordnung beschrieben, bei welcher die zweiten Daten D2 unter Verwendung eines Tiefpassfilters (Antialiasing-Filter) erzeugt werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Anordnung beschränkt. Außerdem kann ein solcher Tiefpassfilter entfallen. Das liegt daran, dass die zweiten Daten D2 nur Informationen bereitstellen müssen, welche verwendet werden können, um den Zustand der Nanoporen-Einrichtung zu überwachen, z.B. um nur zuzulassen, dass ein grober Strompegel erfasst wird. Dementsprechend hat dies auch in einem Fall, dass die zweiten Daten ein Abtastrauschen oder dergleichen aufweisen, keine große Auswirkung.
DRITTE MODIFIKATION
Die ersten Daten D1 und die zweiten Daten D2 können von der Messvorrichtung 200 an die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 auf folgende Weise übermittelt werden. Zum Beispiel in einem Fall, bei welchem die Anzahl der Bits, welche die ersten Daten D1 ausbilden, und die Anzahl der Bits, welche die zweiten Daten D2 ausbilden, jeweils größer sind als die Datenbreite des Busses, können im ersten Schritt alle ersten Daten D1 aus der ersten Cache-Gruppe 241 ausgelesen werden und an die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 übermittelt werden. Anschließend können im zweiten Schritt alle zweiten Daten D2 aus der zweiten Cache-Gruppe 242 ausgelesen werden und an die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 übermittelt werden.
VIERTE MODIFIKATION
Die in 7 gezeigte Messvorrichtung 200 kann einen Dual-Port-Cache verwenden, welcher in der Lage ist, simultan Daten mit der gleichen Adresse zu lesen und zu schreiben.
FÜNFTE MODIFIKATION
Bei der vorliegenden Beschreibung wurde eine Mikropartikelmessvorrichtung beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Anwendung beschränkt. Zudem ist die vorliegende Erfindung breit anwendbar für verschiedene Arten von Messgeräten, welche die Mikrostrommessung unter Verwendung einer Nanoporen-Einrichtung stützen, zu denen beispielsweise DNA Sequenzer gehören.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit spezifischen Begriffen beschrieben wurden, dient diese Beschreibung nur der Veranschaulichung, und es ist zu verstehen, dass Änderungen und Abweichungen vorgenommen werden können, ohne von dem Geist oder dem Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009014702 [0011]
JP 2014209081 [0011]
JP 2017120257 [0011]

Claims

Kleinpartikelmesssystem, welches eine Nanoporen-Einrichtung verwendet, welche eine Öffnung und ein Elektrodenpaar aufweist, wobei das Kleinpartikelmesssystem Folgendes aufweist: - einen Transimpedanzverstärker dazu ausgebildet, ein Stromsignal, welches durch die Nanoporen-Einrichtung fließt, in ein Spannungssignal umzuwandeln; und - eine Spannungsquelle dazu ausgebildet, eine DC-Bias-Spannung an das Elektrodenpaar anzulegen, und wobei das Kleinpartikelmesssystem dazu ausgebildet ist, Kleinpartikel zu messen, und um einen Zustand der Nanoporen-Einrichtung zu überwachen, und zwar basierend auf ersten Daten, welche durch Entfernen einer DC-Komponente aus dem Spannungssignal erhalten werden, und zweiten Daten, welche basierend auf dem Spannungssignal ohne Entfernen der DC-Komponente erhalten werden.
Kleinpartikelmesssystem gemäß Anspruch 1, welches dazu ausgebildet ist, in der Lage zu sein, Verstopfen bei der Nanoporen-Einrichtung zu detektieren.
Kleinpartikelmesssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, welches ferner einen Hochpassfilter aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, das Spannungssignal zu empfangen, wobei die ersten Daten auf einem Ausgang des Hochpassfilters basieren, und wobei die zweiten Daten auf einem Signal basieren, welches nicht den Hochpassfilter durchlaufen hat.
Kleinpartikelmesssystem gemäß Anspruch 3, welches ferner Folgendes aufweist: - einen ersten A/D-Wandler, welcher dazu ausgebildet ist, einen Ausgang des Hochpassfilters in erste digitale Daten umzuwandeln; und - einen zweiten A/D-Wandler, welcher dazu ausgebildet ist, ein Signal, welches nicht den Hochpassfilter durchlaufen hat, in zweite digitale Daten umzuwandeln.
Kleinpartikelmesssystem gemäß Anspruch 4, wobei der erste A/D-Wandler dazu ausgebildet ist, eine Auflösung aufzuweisen, welche höher ist als die des zweiten A/D-Wandlers.
Kleinpartikelmesssystem gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der erste A/D-Wandler dazu ausgebildet ist, eine Abtastrate aufzuweisen, welche höher ist als die des zweiten A/D-Wandlers.
Informationsverarbeitungsvorrichtung, welche bei einem Kleinpartikelmesssystem verwendet wird, wobei das Kleinpartikelmesssystem Folgendes aufweist: - eine Nanoporen-Einrichtung, welche eine Öffnung und ein Elektrodenpaar aufweist; und - eine Messvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine Spannung an dem Elektrodenpaar anzulegen, einen Strom zu detektieren, welcher durch das Elektrodenpaar fließt, und um erste Daten zu erzeugen, aus welchen eine DC-Komponente entfernt wurde, und um zweiten Daten zu erzeugen, welche eine DC-Komponente aufweisen, und wobei die Informationsverarbeitungsvorrichtung einen Prozessor aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, Verarbeitung zum Detektieren eines Kleinpartikels basierend auf den ersten Daten auszuführen, und um Verarbeitung zum Überwachen eines Zustandes der Nanoporen-Einrichtung basierend auf den zweiten Daten auszuführen.
Informationsverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, welche dazu ausgebildet ist, in der Lage zu sein, Verstopfen bei der Nanoporen-Einrichtung zu detektieren.
Informationsverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, welche dazu ausgebildet ist, zu beurteilen, dass ein Verstopfungs-Zustand bei der Nanoporen-Einrichtung aufgetreten ist, wenn über eine vorgegebene Zeitspanne eine von den zweiten Daten angezeigte Höhe des Stromes kleiner ist als ein vorgegebener Wert.
Software-Programm, welches von einer bei einem Kleinpartikelmesssystem verwendeten Informationsverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, wobei das Kleinpartikelmesssystem Folgendes aufweist: - eine Nanoporen-Einrichtung, welche eine Öffnung und ein Elektrodenpaar aufweist; und - eine Messvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine Spannung an dem Elektrodenpaar anzulegen, einen Strom zu detektieren, welcher durch das Elektrodenpaar fließt, und um erste Daten zu erzeugen, aus welchen eine DC-Komponente entfernt wurde, und um zweite Daten zu erzeugen, welche eine DC-Komponente aufweisen, und wobei das Software-Programm dazu ausgebildet ist, einen Prozessor, welcher bei der Informationsverarbeitungsvorrichtung angeordnet ist, anzuweisen, folgende Schritte auszuführen: - Detektieren eines Partikels basierend auf den ersten Daten; und - Überwachen eines Zustandes der Nanoporen-Einrichtung basierend auf den zweiten Daten.
Messverfahren zum Messen von Kleinpartikeln, welches folgende Schritte aufweist: - Füllen einer Nanoporen-Einrichtung, welche eine Öffnung und ein Elektrodenpaar aufweist, mit einer Elektrolytlösung, welche Kleinpartikel aufweist; - Anlegen einer Spannung an dem Elektrodenpaar, und Messen einer Wellenform eines Stromes, welcher durch das Elektrodenpaar fließt; - Erzeugen von ersten Daten, welche durch Entfernen einer DC-Komponente aus der Wellenform des Stromes erhalten werden, und Erzeugen von zweiten Daten, welche eine DC-Komponente aufweisen; - Detektieren eines Kleinpartikels basierend auf den ersten Daten; und - Überwachen eines Zustandes der Nanoporen-Einrichtung basierend auf den zweiten Daten.
Messvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine Nanoporen-Einrichtung zu messen, welche eine Öffnung und ein Elektrodenpaar aufweist, wobei die Messvorrichtung Folgendes aufweist: - einen Transimpedanzverstärker, welcher dazu ausgebildet ist, ein Stromsignal, welches durch die Nanoporen-Einrichtung fließt, in ein Spannungssignal umzuwandeln; - eine Spannungsquelle, welche dazu ausgebildet ist, eine DC-Bias-Spannung an dem Elektrodenpaar anzulegen; - einen Hochpassfilter, welcher dazu ausgebildet ist, eine DC-Komponente aus dem Spannungssignal zu entfernen; - einen ersten A/D-Wandler, welcher dazu ausgebildet ist, einen Ausgang des Hochpassfilters in erste Daten umzuwandeln; - einen zweiten A/D-Wandler, welcher dazu ausgebildet ist, das Spannungssignal in zweite Daten umzuwandeln bevor das Spannungssignal den Hochpassfilter durchläuft; - eine erste Cache-Gruppe, welche dazu ausgebildet ist, die ersten Daten zu speichern; - eine zweite Cache-Gruppe, welche dazu ausgebildet ist die zweiten Daten zu speichern; - eine Cache-Steuerung, welche dazu ausgebildet ist, die ersten Daten und die zweiten Daten in die erste Cache-Gruppe und die zweite Cache-Gruppe zu schreiben, und die ersten Daten und die zweiten Daten auszulesen; und - eine Bus-Steuerung, welche dazu ausgebildet ist, die von der Cache-Steuerung ausgelesenen ersten Daten und zweiten Daten an eine externe Informationsverarbeitungsvorrichtung zu übermitteln.
Messvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei der erste A/D-Wandler dazu ausgebildet ist, eine Abtastrate aufzuweisen, welche höher ist als die des zweiten A/D-Wandlers, und wobei, im Fall des Auftretens eines vollen Caches bei entweder der ersten Gruppe oder der zweiten Gruppe, die Cache-Steuerung beginnt, die ersten Daten und die zweiten Daten zu lesen.