DE102019123163A1 - MEASURING DEVICE AND CALIBRATION METHOD - Google Patents

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DE102019123163A1
DE102019123163A1 DE102019123163.9A DE102019123163A DE102019123163A1 DE 102019123163 A1 DE102019123163 A1 DE 102019123163A1 DE 102019123163 A DE102019123163 A DE 102019123163A DE 102019123163 A1 DE102019123163 A1 DE 102019123163A1
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Hiroshi Sato
Nobuei Washizu
Yasuharu Imai
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    • G01N15/12Investigating individual particles by measuring electrical or magnetic effects by observing changes in resistance or impedance across apertures when traversed by individual particles, e.g. by using the Coulter principle
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Abstract

Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Messvorrichtung bereitzustellen, welche in der Lage ist, einen Absolutwert eines Stromes oder andernfalls eine Spannung zu messen. Eine Messvorrichtung 200 misst ein Signal, welches einem Widerstand einer Nanoporen-Einrichtung entspricht, welche eine Öffnung 104 und ein Elektrodenpaar aufweist. Die Nanoporen-Einrichtung kann zwischen einem Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 angeschlossen sein. Eine Front-End-Schaltung 202 erzeugt ein analoges Signal VS, welches dem Widerstand zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 entspricht. Ein Digitalisierer 230 wandelt das analoge Detektions-Signal Vs in ein digitales Detektions-Signal DS um. Anstatt der Nanoporen-Einrichtung 100 kann eine Kalibrierungs-Einrichtung 400, welche einen bekannten Widerstandwert R aufweist, zwischen das Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 angeschlossen sein. Die Messvorrichtung 200 ist dazu ausgebildet, in einem Zustand kalibriert zu werden, bei welchem die Kalibrierungs-Einrichtung 400 angeschlossen ist.

Figure DE102019123163A1_0000
One purpose of the present invention is to provide a measuring device which is capable of measuring an absolute value of a current or otherwise a voltage. A measuring device 200 measures a signal which corresponds to a resistance of a nanopore device which has an opening 104 and a pair of electrodes. The nanopore device can be connected between an output connection pair OUT1 and OUT2. A front end circuit 202 generates an analog signal V S which corresponds to the resistance between the output connection pair OUT1 and OUT2. A digitizer 230 converts the analog detection signal Vs into a digital detection signal D S. Instead of the nanopore device 100, a calibration device 400, which has a known resistance value R, can be connected between the output connection pair OUT1 and OUT2. The measuring device 200 is designed to be calibrated in a state in which the calibration device 400 is connected.
Figure DE102019123163A1_0000

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messung unter Verwendung einer Nanoporen-Einrichtung.The present invention relates to a measurement using a nanopore device.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

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.A method for measuring the particle size distribution, which is referred to as the “electrical sensing zone method” (Coulter principle), is known. With this measurement method, an electrolyte solution with particles is applied in such a way that it passes through an opening called “nanopore”. When a particle passes through such an opening, the amount of the electrolyte solution with which the opening is filled is reduced by an amount corresponding to the volume of the particle, which increases the electrical resistance of the opening. Accordingly, in a case where the opening has a thickness larger than the particle size, by measuring the electrical resistance of the opening, this arrangement is able to measure the volume of the particle passing through the opening. Conversely, in a case where the opening has a thickness sufficiently smaller than the particle size, this arrangement is able to measure the cross-sectional area (i.e. the particle diameter) of the particle that passes through the opening.

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. 1 Figure 3 is a block diagram showing a small particle measurement system 1R shows which uses the "electrical sensing zone method". The small particle measurement system 1R has a nanopore device 100 , a measuring device 200R and a data processing device 300 on.

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.The interior of the nanopore device 100 is with an electrolytic solution 2nd filled which the particles to be detected 4th having. The interior of the nanopore device 100 is by means of a nanopore chip 102 divided so that two interiors are defined. The electrodes 106 and 108 are assigned to the two rooms. If there is an electrical potential difference between the electrodes 106 and 108 generates an ion current flow between the electrodes. In addition, the particles migrate 4th by electrophoresis from a specific room via the opening 104 in the other room.

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.The measuring device 200R generates the electrical potential difference between the pair of electrodes 106 and 108 and captures information that correlates with the resistance value Rp have between the pair of electrodes. The measuring device 200R has a transimpedance amplifier 210 , a voltage source 220 and a digitizer 230 on. The voltage source 220 generates an electrical potential difference Vb between the pair of electrodes 106 and 108 . The electrical potential difference Vb acts as the driving source of electrophoresis and is used as a bias signal to measure the resistance value Rp.

Ein Kleinstrom Is fließt durch das Elektrodenpaar 106 und 108 in umgekehrtem Verhältnis zum Widerstand der Öffnung 104. Is = Vb/Rp

Figure DE102019123163A1_0001
A small current Is flows through the pair of electrodes 106 and 108 in inverse proportion to the resistance of the opening 104 . Is = Vb / Rp
Figure DE102019123163A1_0001

Der Transimpedanzverstärker 210 wandelt den Kleinstrom Is in ein Spannungssignal Vs. Mit der Umwandlungs-Verstärkung als r gilt der folgende Ausdruck. Vs = r × Is

Figure DE102019123163A1_0002
The transimpedance amplifier 210 converts the small current Is into a voltage signal Vs. With the conversion gain as r, the following expression holds. Vs = r × Is
Figure DE102019123163A1_0002

Durch Einsetzen von Ausdruck (1) in Ausdruck (2) erhält man den folgenden Ausdruck (3). Vs = Vb × r/Rp

Figure DE102019123163A1_0003
Substituting expression (1) into expression (2) gives the following expression (3). Vs = Vb × r / Rp
Figure DE102019123163A1_0003

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.The digitizer 230 converts the voltage signal Vs into digital data Ds. The measuring device is as described above 200R able the voltage signal Vs in inverse proportion to the resistance value Rp the opening 104 capture.

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. 2nd Fig. 10 is a waveform diagram of an example of the small current Is which of the measuring device 200R is measured. Note that the vertical and horizontal axes shown in the waveform and time charts in the present description are expanded or reduced accordingly for better understanding. In addition, each waveform is simplified or exaggerated in the drawings for emphasis or understanding.

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 Amplitude von jedem Strompuls 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.During a short period of time in which a particle is opening 104 passes through, the resistance value Rp the opening 104 large. The current drops accordingly Is in the form of a pulse every time a particle enters the opening 104 goes through. The amplitude of each current pulse correlates with the particle size. The data processing device 300 processes the digital data Ds so the number of in the electrolytic solution 2nd contained particles 4th to analyze their particle distribution or the like.

[Stand der Technik Dokumente] [State of the art documents]

[Patentdokumente][Patent documents]

  • [Patentdokument 1] Japanische Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. 2011-513739 [Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-513739
  • [Patentdokument 2] Japanische Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. H04-040373 [Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. H04-040373
  • [Patentdokument 3] Japanische Übersetzung PCT-Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. H07-504989 [Patent Document 3] Japanese translation PCT patent application publication no. H07-504989
  • [Patentdokument 4] Japanische Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. 2004-510980 [Patent Document 4] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-510980

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

TECHNISCHES PROBLEMTECHNICAL PROBLEM

Mit einem solchen herkömmlichen Kleinpartikelmesssystem 1R wird eine Messung durchgeführt (welches im Folgenden als „Kalibrierungsmessung“ bezeichnet wird), wobei internationaler-Standard-Partikel verwendet werden, welche jeweils einen bekannten Partikeldurchmesser (welcher als „Standard-Partikeldurchmesser“ bezeichnet wird) aufweisen. Als Messergebnis wird eine Relation zwischen einer bei dieser Messung gemessenen Signalintensität (Puls-Strom-Amplitude) und dem Standard-Partikeldurchmesser erfasst. Wenn bei einer solchen Anordnung unbekannte Partikel gemessen werden, wird der Partikeldurchmesser basierend auf der so gemessenen Signalintensität und der bei der Kalibrierungsmessung erhaltenen Korrespondenz-Relation geschätzt.With such a conventional small particle measurement system 1R a measurement is carried out (which is hereinafter referred to as “calibration measurement”), using international standard particles, each of which has a known particle diameter (which is referred to as “standard particle diameter”). As a measurement result, a relation between a signal intensity (pulse-current amplitude) measured during this measurement and the standard particle diameter is recorded. If unknown particles are measured in such an arrangement, the particle diameter is estimated on the basis of the signal intensity measured in this way and the correspondence relation obtained in the calibration measurement.

Im Folgenden wird die Schätzung der Partikelgröße gemäß einer herkömmlichen Technik detailliert beschrieben. 3 zeigt ein Beispiel für ein bei der internationaler-Standard-Partikelmessung erfasstes Signalintensitäts-Histogramm. Hier repräsentiert die horizontale Achse eine Signalintensität, welche eine Änderung bei den digitalen Daten Ds für jeden Puls, d.h. die Amplitude des Puls-Stromes, repräsentiert. Die vertikale Achse repräsentiert die Anzahl der Pulse.In the following, the estimation of the particle size according to a conventional technique is described in detail. 3rd shows an example of a signal intensity histogram recorded in the international standard particle measurement. Here the horizontal axis represents a signal intensity, which represents a change in the digital data Ds for each pulse, ie the amplitude of the pulse current. The vertical axis represents the number of pulses.

Die Mitte des in 3 gezeigten Histogramms repräsentiert eine Standard-Intensität IREF , welche dem Standard-Partikeldurchmesser φ0 entspricht. Wenn die Signalintensität Ix bei der Messung von unbekannten Partikeln gemessen wird, wird dementsprechend der Partikeldurchmesser φx davon basierend auf der Relation zwischen IREF und φ0 geschätzt.The middle of the 3rd The histogram shown represents a standard intensity I REF which is the standard particle diameter φ 0 corresponds. If the signal intensity I x when measuring unknown particles, the particle diameter becomes accordingly φ x of which based on the relation between IREF and φ 0 estimated.

Wie oben beschrieben wird eine elektrische Kalibrierung der Signal-Genauigkeit bei dem Kleinpartikelmesssystem 1R, welches ein solches herkömmliches „electrical sensing zone Verfahren“ verwendet, nicht gestützt. Dementsprechend repräsentieren die digitalen Daten DS nur einen relativen Strom-Wert. Das heißt, dass die digitalen Daten DS keine physikalische Bedeutung haben. In einem Fall, bei welchem eine Messeinrichtung unbeabsichtigte Abweichung bei deren Eingangs-Signal aufweist, weist diese Anordnung dementsprechend das Potenzial auf, ein Problem dabei zu verursachen, das Ausgangs-Signal davon als korrektes Ergebnis zu erfassen.As described above, electrical calibration of the signal accuracy in the small particle measurement system 1R which uses such a conventional “electrical sensing zone method” is not supported. Accordingly, the digital data represent D S only a relative current value. That is, the digital data D S have no physical meaning. In a case where a measuring device has an unintended deviation in its input signal, this arrangement accordingly has the potential to cause a problem in detecting the output signal thereof as a correct result.

Um ein solches Problem mit einem solchen Kleinpartikelmesssystem 1R gemäß einer herkömmlichen Technik zu vermeiden, kann nur ein Teil der erzeugten Rohdaten für die Partikeldurchmesser-Messung und die Messung der Anzahl der Partikel verwendet werden. Das heißt, dass die verbleibenden Daten überflüssig ist. Mit anderen Worten ist eine solche Anordnung in der Lage, nur einen Teil der Daten als effektive Daten zu verwenden. Dies führt zu Schwierigkeiten, solche Daten für Entwicklungsanwendungen zu verwenden, wie beispielsweise Partikelform-Analyse, Transitphänomen-Analyse, wenn ein Partikel eine Nanopore durchläuft, etc. Es sollte beachtet werden, dass dieses Problem keineswegs im Rahmen des allgemeinen Verständnisses eines Fachmannes liegt.To such a problem with such a small particle measurement system 1R To avoid according to a conventional technique, only a part of the generated raw data can be used for the particle diameter measurement and the measurement of the number of particles. That means the remaining data is superfluous. In other words, such an arrangement is able to use only part of the data as effective data. This leads to difficulties in using such data for development applications such as particle shape analysis, transit phenomenon analysis when a particle passes through a nanopore, etc. It should be noted that this problem is in no way within the general understanding of one of ordinary skill in the art.

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, einen absoluten Wert eines Stromes oder einer Spannung zu messen.The present invention has been made in view of such a situation. Accordingly, an exemplary purpose of an embodiment of the present invention is to provide a small particle measurement system that is capable of measuring an absolute value of a current or a voltage.

LÖSUNG DES PROBLEMSTHE SOLUTION OF THE PROBLEM

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Messvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, ein Signal zu messen, welches einem Widerstand einer Nanoporen-Einrichtung entspricht, welche eine Öffnung und ein Elektrodenpaar aufweist. Die Messvorrichtung weist Folgendes auf: Ein Ausgangs-Anschluss-Paar, welches an das Elektrodenpaar der Nanoporen-Einrichtung angeschlossen werden kann; eine Front-End-Schaltung, welche dazu ausgebildet ist, ein analoges Detektions-Signal zu erzeugen, welches einem Widerstand zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar entspricht; und einen A/D-Wandler, welcher dazu ausgebildet ist, das analoge Detektions-Signal in ein digitales Detektions-Signal umzuwandeln. Eine Kalibrierungs-Einrichtung, welche einen bekannten Widerstandswert aufweist, kann anstatt der Nanoporen-Einrichtung zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar angeschlossen werden. Die Messvorrichtung kann in einem Zustand kalibriert werden, bei welchem die Kalibrierungs-Einrichtung angeschlossen ist.One embodiment of the present invention relates to a measuring device which is designed to measure a signal which corresponds to a resistance of a nanopore device which has an opening and a pair of electrodes. The measuring device has the following: an output connection pair which can be connected to the electrode pair of the nanopore device; a front-end circuit which is designed to generate an analog detection signal which corresponds to a resistance between the output connection pair; and an A / D converter, which is designed to convert the analog detection signal into a digital detection signal. A calibration device which has a known resistance value can be connected between the output connection pair instead of the nanopore device. The measuring device can be calibrated in a state in which the calibration device is connected.

Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kalibrierungsverfahren für eine Messvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, ein Signal zu messen, welches einem Widerstand einer Nanoporen-Einrichtung entspricht, welche eine Öffnung und ein Elektrodenpaar aufweist. Die Messvorrichtung weist Folgendes auf: Ein Ausgangs-Anschluss-Paar, welches zwischen dem Elektrodenpaar der Nanoporen-Einrichtung angeschlossen werden kann; eine Bias-Spannungsquelle, welche dazu ausgebildet ist, eine DC-Bias-Spannung an das Ausgangs-Anschluss-Paar anzulegen; einen Transimpedanzverstärker, welcher dazu ausgebildet ist, ein Stromsignal, welches zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar fließt, in ein Spannungssignal umzuwandeln; und einen A/D-Wandler, welcher dazu ausgebildet ist, ein Ausgangs-Signal des Transimpedanzverstärkers in einen digitalen Wert umzuwandeln. Das Kalibrierungsverfahren weist Folgende Schritte auf: Anschließen eines bekannten Widerstandes anstatt der Nanoporen-Einrichtung an das Ausgangs-Anschluss-Paar; Erfassen eines Ausgangs-Signales des A/D-Wandlers in einem Zustand, bei welchem eine bekannte DC-Bias-Spannung an den bekannten Widerstand angelegt wird; und Erfassen eines Kalibrierungsparameters basierend auf einem Ausgangs-Signal des A/D-Wandlers. Another embodiment of the present invention relates to a calibration method for a measuring device which is designed to measure a signal which corresponds to a resistance of a nanopore device which has an opening and a pair of electrodes. The measuring device has the following: an output connection pair which can be connected between the electrode pair of the nanopore device; a bias voltage source configured to apply a DC bias voltage to the output terminal pair; a transimpedance amplifier configured to convert a current signal flowing between the pair of output terminals into a voltage signal; and an A / D converter which is designed to convert an output signal of the transimpedance amplifier into a digital value. The calibration method has the following steps: connecting a known resistor instead of the nanopore device to the output connection pair; Detecting an output signal of the A / D converter in a state in which a known DC bias voltage is applied to the known resistor; and acquiring a calibration parameter based on an output signal of the A / D converter.

Es ist zu beachten, dass jede Kombination der oben beschriebenen Komponenten, jede Komponente der vorliegenden Erfindung oder jede Erscheinungsform davon zwischen einem Verfahren, einer Vorrichtung usw. gegenseitig ersetzt werden können, welche auch als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wirksam sind.It should be noted that any combination of the components described above, any component of the present invention or any aspect thereof can be mutually replaced between a method, an apparatus, etc., which are also effective as an embodiment of the present invention.

VORTEILHAFTE WIRKUNG DER ERFINDUNGADVANTAGEOUS EFFECT OF THE INVENTION

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Messvorrichtung auf, bei welcher die Genauigkeit eines Stromsignales oder eines Spannungssignales sichergestellt wird.An embodiment of the present invention has a measuring device in which the accuracy of a current signal or a voltage signal is ensured.

FigurenlisteFigure list

In den Figuren zeigt:

  • 1 ein Blockdiagramm, das ein Kleinpartikelmesssystem, welches das „electrical sensing zone Verfahren“ verwendet;
  • 2 ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für einen von einer Messvorrichtung gemessenen Mikrostrom Is zeigt;
  • 3 ein Beispiel für ein Histogramm einer Signalintensität, welche bei einer internationalen-Standard-Partikelmessung erfasst wurde;
  • 4 ein Blockdiagram, welches ein Kleinpartikelmesssystem gemäß einer Ausführungsform zeigt;
  • 5 ein Blockdiagram, welches ein Kleinpartikelmesssystem in einem Strom-Kalibrierungsmodus zeigt;
  • 6A und 6B Diagramme zum Erläutern der Kalibrierung eines Strom-Messsystems;
  • 7 ein Blockdiagramm, welches ein Kleinpartikelmesssystem in einem Spannungs-Kalibrierungsmodus zeigt;
  • 8 ein Diagramm zum Erläutern der Kalibrierung eines Spannungs-Anlege-Systems;
  • 9 ein Blockdiagramm, welches eine Messvorrichtung zeigt;
  • 10 ein Flussdiagramm, welches bei dem Kleinpartikelmesssystem gemäß einer Ausführungsform verwendet Kalibrierung zeigt;
  • 11 ein Blockdiagramm, welches ein Strom-Messsystem einer Messvorrichtung gemäß Modifikation 3 zeigt;
  • 12 ein Blockdiagramm, welches eine Messvorrichtung gemäß Modifikation 4 zeigt; und
  • 13 ein Blockdiagramm, welches eine Messvorrichtung gemäß Modifikation 5 zeigt.
The figures show:
  • 1 a block diagram showing a small particle measurement system using the "electrical sensing zone method";
  • 2nd FIG. 4 is a waveform diagram showing an example of a microcurrent Is measured by a measuring device;
  • 3rd an example of a histogram of a signal intensity, which was recorded in an international standard particle measurement;
  • 4th 3 is a block diagram showing a small particle measurement system according to an embodiment;
  • 5 a block diagram showing a small particle measurement system in a current calibration mode;
  • 6A and 6B Diagrams for explaining the calibration of a current measuring system;
  • 7 a block diagram showing a small particle measurement system in a voltage calibration mode;
  • 8th a diagram for explaining the calibration of a voltage application system;
  • 9 a block diagram showing a measuring device;
  • 10th 3 is a flowchart showing calibration used in the small particle measurement system according to an embodiment;
  • 11 a block diagram showing a current measuring system of a measuring device according to modification 3;
  • 12th a block diagram showing a measuring device according to modification 4; and
  • 13 a block diagram showing a measuring device according to modification 5.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung auf Grundlage von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Gleiche oder ähnliche Komponenten, Elemente und Vorgänge sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und redundante Beschreibungen davon werden gegebenenfalls weggelassen. Die Ausführungsformen wurden nur für exemplarische Zwecke beschrieben und sind keineswegs dazu bestimmt, die vorliegende Erfindung zu beschränken. Außerdem ist es für die vorliegende Erfindung nicht zwingend erforderlich, dass alle Merkmale oder eine Kombination davon wie bei den Ausführungsformen beschrieben angeordnet sind.The present invention is described below on the basis of preferred embodiments with reference to the drawings. Identical or similar components, elements and processes are provided with the same reference symbols, and redundant descriptions thereof may be omitted. The embodiments have been described for exemplary purposes only and are in no way intended to limit the present invention. In addition, it is not absolutely necessary for the present invention that all features or a combination thereof are arranged as described in the embodiments.

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.In the present description, the state expressed by the sentence "the element A is connected to the element B" includes a state in which the element A is indirectly connected to the element B via another element which is the electrical connection between them not significantly affected or the functions or effects of the connection between them, as well as a state in which they are physically and directly connected.

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.Likewise, the reference to the element C. is between the element A and the element B arranged “expressed state with a state in which the element A indirectly with the element C. connected, or the element B indirectly with the element C. is connected via another element that does not significantly affect the electrical connection between them or does not impair the functions or effects of the connection between them, and a state in which they are directly connected.

GRUNDAUSFÜHRUNGBASIC VERSION

4 ist ein Blockdiagramm, welches ein Kleinpartikelmesssystem 1 gemäß einer Ausführungsform darstellt. Das Kleinpartikelmesssystem 1 weist eine Nanoporen-Einrichtung 100, eine Messvorrichtung 200 und eine Datenverarbeitungsvorrichtung 300 auf. 4th Fig. 3 is a block diagram showing a small particle measurement system 1 according to one embodiment. The small particle measurement system 1 has a nanopore device 100 , a measuring device 200 and a data processing device 300 on.

Wie in Bezug auf 1 beschrieben weist die Nanoporen-Einrichtung 100 einen Nanoporenchip 102, der mit einer Öffnung 104 versehen ist, und ein Elektrodenpaar 106 und 108 auf. Ein Innenraum des Nanoporenchips 102 ist mit einer Elektrolytlösung wie beispielsweise eine KCI-Lösung (Kaliumchlorid), PBS-Lösung (phosphatgepufferte Kochsalzlösung) oder dergleichen gefüllt.As for 1 describes the nanopore device 100 a nanopore chip 102 with an opening 104 is provided, and a pair of electrodes 106 and 108 on. An interior of the nanopore chip 102 is filled with an electrolyte solution such as a KCI solution (potassium chloride), PBS solution (phosphate buffered saline) or the like.

Die Messvorrichtung 200 weist ein Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2, eine Front-End-Schaltung 202, einen Digitalisierer 230, eine Schnittstelle 240 und eine Kalibrierungssteuerung 250 auf. Die Nanoporen-Einrichtung 100 ist lösbar an das Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 angeschlossen. In einem Zustand, bei welchem die Nanoporen-Einrichtung 100 an das Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 angeschlossen ist, ist das Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 elektrisch an das Elektrodenpaar 106 und 108 via Stifte P1 und P2 der Nanoporen-Einrichtung 100 angeschlossen. In einem Zustand, bei welchem die Nanoporen-Einrichtung 100 an die Front-End-Schaltung 202 angebracht ist, ist die Front-End-Schaltung 202 in der Lage, ein analoges Detektions-Signal VS zu erzeugen, welches eine Korrelation mit einem Widerstand aufweist, welcher zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 anliegt.The measuring device 200 has an output connector pair OUT1 and OUT2 , a front-end circuit 202 , a digitizer 230 , an interface 240 and a calibration controller 250 on. The nanopore device 100 can be detached from the output connector pair OUT1 and OUT2 connected. In a state in which the nanopore device 100 to the output connector pair OUT1 and OUT2 is connected, is the output connector pair OUT1 and OUT2 electrically to the pair of electrodes 106 and 108 via pens P1 and P2 the nanopore device 100 connected. In a state in which the nanopore device 100 to the front-end circuit 202 is attached is the front end circuit 202 capable of an analog detection signal V p to generate, which has a correlation with a resistance which is between the output terminal pair OUT1 and OUT2 is present.

Der Digitalisierer 230 weist einen A/D-Wandler auf und wandelt das analoge Detektions-Signal VS in ein digitales Detektions-Signal DS um.The digitizer 230 has an A / D converter and converts the analog detection signal V p into a digital detection signal D S around.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Front-End-Schaltung 202 dazu ausgebildet, eine Bias-Spannung Vb an das Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 anzulegen, und um einen Strom IS zu messen, welcher in diesem Zustand fließt. Die Front-End-Schaltung 202 weist einen Transimpedanzverstärker 210 und eine Spannungsquelle 220 auf.In the present embodiment, the front-end circuit is 202 designed to have a bias voltage Vb to the output connector pair OUT1 and OUT2 to put on and around a stream I S to measure which flows in this state. The front-end circuit 202 has a transimpedance amplifier 210 and a voltage source 220 on.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 fungiert als Schnittstelle mit dem Benutzer. Darüber hinaus steuert die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 integral das Kleinpartikelmesssystem 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.The data processing device 300 acts as an interface with the user. In addition, the data processing device controls 300 integral the small particle measurement system 1 and has functions for recording, storing and displaying measurement results. The data processing device 300 can be designed as a universal computer or workstation. In addition, the data processing device 300 be designed as a dedicated hardware component for the small particle measurement system 1 is set up.

Die Messvorrichtung 200 ist zwischen einem normalen Messmodus und einem Kalibrierungsmodus schaltbar. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 schaltet den Betriebsmodus der Messvorrichtung 200 entsprechend dem Betrieb des Benutzers (Bedieners) um.The measuring device 200 can be switched between a normal measuring mode and a calibration mode. The data processing device 300 switches the operating mode of the measuring device 200 according to the operation of the user (operator).

Der bei normalem Messmodus gestützte Betrieb ist der gleiche wie der in 1 gezeigten Messvorrichtung 200R gestützte Betrieb. Die Nanoporen-Einrichtung 100 ist zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 der Messvorrichtung 200 angeschlossen. Beim normalen Messmodus legt die Spannungsquelle 220 eine DC-Bias-Spannung Vb an dem Elektrodenpaar 106 und 108 an. Beispielsweise weist die Spannungsquelle 220 einen D/A-Wandler auf und erzeugt eine Bias-Spannung Vb, welche digitalen Eingangs-Daten entspricht. Der Transimpedanzverstärker 210 wandelt den Strom IS , welcher durch die Nanoporen-Einrichtung 100 fließt, in ein Spannungssignal VS um. Der Digitalisierer 230 wandelt das Spannungssignal VS in digitale Daten DS um. Die Schnittstelle 240 übermittelt die digitalen Daten DS an die Datenverarbeitungsvorrichtung 300. Die als Zeit-Serien-Daten erhaltenen digitalen Daten DS repräsentieren eine Wellenform des Stromes. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 verarbeitet die bei dem normalen Messmodus erfassten digitalen Daten DS und erfasst die Anzahl von in einer Elektrolytlösung 2 enthaltenden Partikeln 4 und deren Partikeldurchmesser. Darüber hinaus stellt der später beschriebene Kalibrierungsmodus die Messgenauigkeit des Stromsignales oder des Spannungssignales sicher. Dementsprechend ist eine solche Anordnung in der Lage, basierend auf der Wellenform des Stromes detaillierte Merkmale wie beispielsweise eine Partikelform etc. zu erfassen.The operation supported in normal measurement mode is the same as that in 1 shown measuring device 200R supported operation. The nanopore device 100 is between the output connector pair OUT1 and OUT2 the measuring device 200 connected. In the normal measuring mode, the voltage source 220 a DC bias voltage Vb on the pair of electrodes 106 and 108 on. For example, the voltage source 220 a D / A converter and generates a bias voltage Vb, which corresponds to digital input data. The transimpedance amplifier 210 converts the current I S which through the nanopore device 100 flows into a voltage signal V p around. The digitizer 230 converts the voltage signal V p into digital data D S around. the interface 240 transmits the digital data D S to the data processing device 300 . The digital data obtained as time series data D S represent a waveform of the current. The data processing device 300 processes the digital data acquired in the normal measurement mode D S and detects the number of in an electrolytic solution 2nd containing particles 4th and their particle diameter. In addition, the calibration mode described later ensures the measurement accuracy of the current signal or the voltage signal. Accordingly, such an arrangement is capable of detecting detailed features such as a particle shape etc. based on the waveform of the current.

Als Nächstes wird der Kalibrierungsmodus beschrieben. Wenn die Schnittstelle vorgegebene Steuerungs-Daten von der Datenverarbeitungsvorrichtung 300 empfängt, wird die Messvorrichtung 200 in einen Strom-Kalibrierungsmodus gesetzt. Bei dem Strom-Kalibrierungsmodus steuert die Kalibrierungssteuerung 250 den Betrieb des Messvorrichtung 200.Next, the calibration mode will be described. If the interface predetermined control data from the data processing device 300 receives, the measuring device 200 set in a current calibration mode. In the current calibration mode, the calibration controller controls 250 the operation of the measuring device 200 .

5 ist ein Blockdiagramm, welches ein Kleinpartikelmesssystem 1C im Strom-Kalibrierungsmodus zeigt. Bei dem Strom-Kalibrierungsmodus ist eine Kalibrierungs-Einrichtung 400 zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 der Messvorrichtung 200 angeschlossen. Die Kalibrierungs-Einrichtung 400 weist einen Standard-Widerstand R auf, welcher einen bekannten Widerstandswert aufweist. Die Messvorrichtung 200 ist dazu ausgebildet, in der Lage zu sein, mindestens einen Teil der internen Konfiguration davon in einem Zustand zu kalibrieren, bei welchem die Kalibrierungs-Einrichtung 400 an die Messvorrichtung 200 angeschlossen ist. 5 Fig. 3 is a block diagram showing a small particle measurement system 1C in the current Calibration mode shows. In the current calibration mode is a calibration facility 400 between the output connector pair OUT1 and OUT2 the measuring device 200 connected. The calibration facility 400 has a standard resistance R, which has a known resistance value. The measuring device 200 is configured to be able to calibrate at least a part of the internal configuration thereof in a state in which the calibration device 400 to the measuring device 200 connected.

Die Messvorrichtung 200 kann eine Einrichtungshalterung aufweisen. Die Einrichtungshalterung ist dazu ausgebildet, die Nanoporen-Einrichtung 100 anzubringen. Wie in 4 gezeigt weist die Nanoporen-Einrichtung 100 den Stift P1 und P2 auf, welche an das Elektrodenpaar 106 und 108 angeschlossen werden sollen. Die Einrichtungshalterung ist so ausgebildet, dass das Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 so exponiert sind, dass diese in Kontakt mit den Stiften P1 und P2 der Nanoporen-Einrichtung 100 kommen können. In diesem Fall kann die Kalibrierungs-Einrichtung 400 an die Einrichtungshalterung der Messvorrichtung 200 angebracht werden. Darüber hinaus weist die Kalibrierungs-Einrichtung 400 die Stifte P1 und P2 auf, welche so ausgebildet sind, dass diese in einem Zustand, bei welchem die Kalibrierungs-Einrichtung an der Einrichtungshalterung angebracht ist, in Kontakt mit den Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 kommen können. Das heißt, die Kalibrierungs-Einrichtung 400 und die Nanoporen-Einrichtung sind vorzugsweise dazu ausgebildet, eine Kompatibilität in Bezug auf Form und Größe aufzuweisen. Diese Anordnung versieht den Signal-Pfad mit einheitlichem Widerstand etc. für sowohl die Partikelmessung, welche die Nanoporen-Einrichtung 100 verwendet, als auch die Kalibrierung, welche die Kalibrierungs-Einrichtung 400 verwendet. Dies ermöglicht eine verbesserte Kalibrierungsgenauigkeit.The measuring device 200 can have a device holder. The device holder is designed to be the nanopore device 100 to attach. As in 4th shown shows the nanopore device 100 the pencil P1 and P2 on which to the pair of electrodes 106 and 108 should be connected. The device holder is formed so that the output connector pair OUT1 and OUT2 are so exposed that they are in contact with the pens P1 and P2 the nanopore device 100 can come. In this case, the calibration device 400 to the device holder of the measuring device 200 be attached. In addition, the calibration facility 400 the pencils P1 and P2 which are configured to contact the output connector pair in a state where the calibration device is attached to the device holder OUT1 and OUT2 can come. That is, the calibration facility 400 and the nanopore device are preferably designed to have compatibility in terms of shape and size. This arrangement provides the signal path with uniform resistance etc. for both the particle measurement which the nanopore device 100 used, as well as the calibration, which the calibration facility 400 used. This enables improved calibration accuracy.

Oben wurde die Konfiguration eines Kleinpartikelmesssystem 1 beschrieben. Als Nächstes wird der Betrieb davon beschrieben.Above was the configuration of a small particle measurement system 1 described. Next, the operation thereof will be described.

Kalibrierung eines Strom-MesssystemsCalibration of a current measuring system

Zunächst wird die Kalibrierung des Strom-Messsystem, z.B. die Kalibrierung des Transimpedanzverstärkers 210 und des Digitalisierers 230 beschrieben. Diese Kalibrierung wird unter der Annahme beschrieben, dass das Spannungs-Anlege-System und die Spannungsquelle 220 schon kalibriert wurden und das die Genauigkeit der Bias-Spannung Vb sichergestellt ist. Anschließend wird die Kalibrierung der Spannungsquelle 220 beschrieben.First the calibration of the current measuring system, eg the calibration of the transimpedance amplifier 210 and the digitizer 230 described. This calibration is described on the assumption that the voltage application system and the voltage source 220 have already been calibrated and that the accuracy of the bias voltage Vb is ensured. Then the calibration of the voltage source 220 described.

Wie oben beschrieben ist die Kalibrierungs-Einrichtung 400 im Strom-Kalibrierungsmodus an die Messvorrichtung 200 angeschlossen. Wenn das Strom-Messsystem kalibriert wird, führt die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 ein Kalibrierungsprogramm aus. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 übermittelt Steuerungs-Daten an die Messvorrichtung 200, um so die Messvorrichtung 200 in den Strom-Kalibrierungsmodus zu setzen. Danach übermittelt die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 einen Vorgabe-Wert Db der Bias-Spannung Vb an die Messvorrichtung 200, während diese den Vorgabe-Wert Db der Bias-Spannung Vb auf mehrere N-Werte x1 , x2 , ... xN umschaltet. Die Kalibrierungssteuerung 250 übergibt den von der Datenverarbeitungsvorrichtung 300 empfangenen Vorgabe-Wert xi der Spannungsquelle 220, um so die Spannungsquelle 220 anzuweisen, eine Bias-Spannung Vbi zu erzeugen.The calibration facility is as described above 400 to the measuring device in current calibration mode 200 connected. When the current measuring system is calibrated, the data processing device performs 300 a calibration program. The data processing device 300 transmits control data to the measuring device 200 so the measuring device 200 to put in the current calibration mode. The data processing device then transmits 300 a default value Db of the bias voltage Vb to the measuring device 200 while this sets the default value Db of the bias voltage Vb to multiple N values x 1 , x 2 , ... x N toggles. The calibration control 250 passes that from the data processing device 300 received default value x i the voltage source 220 so the voltage source 220 to instruct a bias voltage Vb i to create.

Die Front-End-Schaltung 202 und der Digitalisierer 230 erzeugen ein digtiales Detektions-Signal DSi , welches der Bias-Spannung Vbi (i = 1, 2, ..., N) entspricht. Das digitale Detektions-Signal DSi (i = 1, 2, ..., N) wird an die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 übermittelt.The front-end circuit 202 and the digitizer 230 generate a digital detection signal D Si which is the bias voltage Vb i (i = 1, 2, ..., N). The digital detection signal D Si (i = 1, 2, ..., N) is sent to the data processing device 300 transmitted.

Das digitale Detektions-Signal DSi wird bevorzugt mehrfach für jede Bias-Spannung Vb gemessen. In diesem Fall wird ein Durchschnittswerts mi für die bei den mehrfachen Messungen erfassten digitale Detektions-Signale DSi berechnet.The digital detection signal D Si is preferably measured several times for each bias voltage Vb. In this case, an average m i for the digital detection signals recorded during the multiple measurements D Si calculated.

6 und 6B sind Diagramme zum Erläutern der Kalibrierung des Strom-Messsystems. In 6A repräsentiert die horizontale Achse die so angelegte Bias-Spannung Vbi und die vertikale Achse repräsentiert den so gemessenen digitale Detektions-Signal-Wert mi . Nun wird ein Beispiel beschrieben, bei welchem N=2 gilt. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 berechnet den Durchschnittswert m1 der, wenn Vb = Vb1 gilt, erfassten mehrfachen digitalen Detektions-Signale DS1 . Darüber hinaus berechnet die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 den Durchschnittswert m2 der, wenn Vb = Vb2 gilt, erfassten mehrfachen digitalen Detektions-Signale DS2 . 6 and 6B are diagrams for explaining the calibration of the current measuring system. In 6A the horizontal axis represents the bias voltage thus applied Vb i and the vertical axis represents the digital detection signal value thus measured m i . An example will now be described in which N = 2. The data processing device 300 calculates the average m 1 the multiple digital detection signals detected when Vb = Vb 1 D S1 . In addition, the data processing device calculates 300 the average m 2 the multiple digital detection signals detected when Vb = Vb 2 D S2 .

In einem Fall, bei welchem Vbi an den Standard-Widerstand R angelegt wird, wird der Strom Ii , welcher durch den Standard-Widerstand R fließt, durch Ii = Vbi/R repräsentiert. Die horizontale Achse kann mittels des Stromes I unter Verwendung dieser Relation repräsentiert werden, was in 6B gezeigt wird.In one case where Vb i is applied to the standard resistor R, the current I i , which flows through the standard resistor R, is represented by I i = Vb i / R. The horizontal axis can be represented by means of the current I using this relation, which is shown in 6B will be shown.

Die Kalibrierung des Strom-Messsystems ist äquivalent zu der Bestimmung einer Funktion, welche die Relation zwischen dem Messwert m und dem Strom I repräsentiert. Wenn m1 , m2 , I1 und I2 bekannte Werte sind, kann der Strom I, welcher einem beliebigen Messwert w entspricht, von dem folgenden Ausdruck (4) repräsentiert werden. I = ( I 1 I 2 ) / ( m 2 m 1 ) × ( m m 1 ) + I 1

Figure DE102019123163A1_0004
The calibration of the current measuring system is equivalent to the determination of a function which represents the relation between the measured value m and the current I. If m 1 , m 2 , I 1 and I 2 are known values, the current I, which one corresponds to any measured value w, are represented by the following expression (4). I. = ( I. 1 - I. 2nd ) / ( m 2nd - m 1 ) × ( m - m 1 ) + I. 1
Figure DE102019123163A1_0004

Wenn der Messwert m als digitaler Detektions-Signal-Wert DS als Ergebnis der Messung der Nanoporen-Einrichtung 100 beim normalen Messmodus erfasst wurde, kann der wahre Wert der Strom-Höhe, welche dem Messwert m entspricht, basierend auf Ausdruck (1) berechnet werden.If the measured value m as a digital detection signal value D S as a result of the measurement of the nanopore device 100 was detected in the normal measurement mode, the true value of the current level, which corresponds to the measurement value m, can be calculated based on expression (1).

Vorzugsweise wird der Wert von Vb1 auf 0 [V] gesetzt, was ermöglicht, die Kalibrierungsverarbeitung zu vereinfachen. Das heißt, dass wenn die Relation Vb1 = 0 [V] wahr ist, die Relation I1 = 0 [A] wahr ist. Dementsprechend kann Ausdruck (4) in folgenden Ausdruck (5) umgeformt werden. I = I 2 / ( m 2 m 1 ) × ( m m 1 )

Figure DE102019123163A1_0005
Preferably the value of Vb 1 set to 0 [V], which enables calibration processing to be simplified. That is, if the relation Vb 1 = 0 [V] is true, the relation I 1 = 0 [A] is true. Accordingly, expression (4) can be transformed into the following expression (5). I. = I. 2nd / ( m 2nd - m 1 ) × ( m - m 1 )
Figure DE102019123163A1_0005

Durch Einsetzen der Relation I2 = Vbz/R in Ausdruck (5) wird der folgende Ausdruck (6) erhalten. I = Vb 2 / { R × ( m 2 m 1 ) × ( m m 1 )

Figure DE102019123163A1_0006
By inserting the relation I 2 = Vbz / R in expression (5), the following expression (6) is obtained. I. = Vb 2nd / { R × ( m 2nd - m 1 ) × ( m - m 1 )
Figure DE102019123163A1_0006

Nach dem Erfassen der Messwerte m1 und m2 berechnet die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 basierend auf dem folgenden Ausdruck die Verstärkung („gain“) GAIN_CUR. Darüber hinaus speichert die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 den Messwert m1 als Offset OFS_CUR. GAIN_CUR = Vb 2 / { R × ( m 2 m 1 ) } OFS_CUR = m 1

Figure DE102019123163A1_0007
After acquiring the measured values m 1 and m 2 calculates the data processing device 300 based on the following expression the gain GAIN_CUR. In addition, the data processing device stores 300 the measured value m 1 as offset OFS_CUR. GAIN_CUR = Vb 2nd / { R × ( m 2nd - m 1 ) } OFS_CUR = m 1
Figure DE102019123163A1_0007

Anschließend kann beim normalen Messmodus der wahre Wert des Stromes basierend auf dem folgenden Ausdruck (7) unter Verwendung von dem so im Strom-Kalibrierungsmodus erfassten GAIN_CUR und OFS_CUR berechnet werden. I = GAIN_CUR × ( m OFS_CUR )

Figure DE102019123163A1_0008
Then, in the normal measurement mode, the true value of the current can be calculated based on the following expression (7) using the GAIN_CUR and OFS_CUR thus detected in the current calibration mode. I. = GAIN_CUR × ( m - OFS_CUR )
Figure DE102019123163A1_0008

KALIBRIERUNG DES SPANNUNGS-ANLEGE-SYSTEMSCALIBRATION OF THE VOLTAGE APPLICATION SYSTEM

7 ist ein Blockdiagramm, welches ein Kleinpartikelmesssystem 1D im Spannungs-Kalibrierungsmodus zeigt. Bevor das Spannungs-Anlege-System (Spannungsquelle 220) kalibriert wird, wird anstatt der Nanoporen-Einrichtung 100 eine Spannungs-Messeinrichtung wie beispielsweise ein digitales Multimeter 500 oder dergleichen zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 der Messvorrichtung 200 angeschlossen. 7 Fig. 3 is a block diagram showing a small particle measurement system 1D shows in voltage calibration mode. Before the voltage application system (voltage source 220 ) is calibrated instead of the nanopore device 100 a voltage measuring device such as a digital multimeter 500 or the like between the output connector pair OUT1 and OUT2 the measuring device 200 connected.

Wenn das Spannungs-Anlege-System kalibriert ist, führt die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 ein Kalibrierungsprogramm aus. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 übermittelt Steuerungs-Daten an die Messvorrichtung 200, um so die Messvorrichtung 200 in den Spannungs-Kalibrierungsmodus zu setzen. Danach übermittelt die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 einen Vorgabe-Wert Db der Bias-Spannung Vb an die Messvorrichtung 200, während diese den Vorgabe-Wert Db auf mehrere N-Werte x1 , x2 , ... xn umschaltet. Die Kalibrierungssteuerung 250 übergibt den von der Datenverarbeitungsvorrichtung 300 empfangenen Vorgabe-Wert xi der Spannungsquelle 220, um so die Spannungsquelle 220 anzuweisen, eine Bias-Spannung Vbi zu erzeugen.When the voltage application system is calibrated, the data processing device performs 300 a calibration program. The data processing device 300 transmits control data to the measuring device 200 so the measuring device 200 to put in the voltage calibration mode. The data processing device then transmits 300 a default value Db of the bias voltage Vb to the measuring device 200 while this sets the default value Db to multiple N values x 1 , x 2 , ... x n toggles. The calibration control 250 passes that from the data processing device 300 received default value x i the voltage source 220 so the voltage source 220 to instruct a bias voltage Vb i to create.

Das digitale Multimeter 500 misst die Bias-Spannung Vbi (i = 1, 2, ..., N). Die Messwerte bi der Bias-Spannung Vbi werden an die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 übergeben.The digital multimeter 500 measures the bias voltage Vb i (i = 1, 2, ..., N). The measured values b i the bias voltage Vb i are sent to the data processing device 300 to hand over.

Das digitale Multimeter 500 misst vorzugsweise mehrfach jede Bias-Spannung Vb. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 berechnet einen Durchschnittswert bi der mehrfachen Messungen von jeder Bias-Spannung Vbi .The digital multimeter 500 preferably measures each bias voltage several times Vb . The data processing device 300 calculates an average b i the multiple measurements of each bias voltage Vb i .

8 ist ein Diagramm zum Erläutern der Kalibrierung des Spannungs-Anlege-Systems. In 8 repräsentiert die horizontale Achse den von der Spannungsquelle 220 bereitgestellten Vorgabe-Wert Db und die vertikale Achse repräsentiert den Messwert bi der von dem digitalen Multimeter 500 gemessenen Bias-Spannung Vb. Nun wird ein Beispiel beschrieben, bei welchem N=2 gilt. 8th Fig. 10 is a diagram for explaining the calibration of the voltage application system. In 8th the horizontal axis represents that of the voltage source 220 provided default value Db and the vertical axis represents the measured value b i that of the digital multimeter 500 measured bias voltage Vb. An example will now be described in which N = 2.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 erfasst den Messwert b1 der Bias-Spannung Vb1 , welche erfasst wurde, als ein Vorgabe-Wert x1 ausgewählt wurde. Darüber hinaus erfasst die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 den Messwert b2 der Bias-Spannung Vb2 , welche erfasst wurde, als der Vorgabe-Wert x2 ausgewählt wurde.The data processing device 300 records the measured value b 1 the bias voltage Vb 1 which was captured as a default value x 1 was selected. In addition, the data processing device detects 300 the measured value b 2 the bias voltage Vb 2 which was recorded as the default value x 2 was selected.

Eine Funktion g(x), welche durch die zwei in 8 gezeigten Punkte verläuft, wird durch folgenden Ausdruck (8) repräsentiert. y = g ( x ) = ( b 2 b 1 ) / ( x 2 x 1 ) · ( x x 1 ) + b 1

Figure DE102019123163A1_0009
A function g (x) which is defined by the two in 8th points shown is represented by the following expression (8). y = G ( x ) = ( b 2nd - b 1 ) / ( x 2nd - x 1 ) · ( x - x 1 ) + b 1
Figure DE102019123163A1_0009

Bei der Messvorrichtung 200 wird der Wert x' der Vorgabe-Daten Db, welche einen beliebigen Wert y der Bias-Spannung Vb bereitstellen sollen, durch folgenden Ausdruck (9) repräsentiert. x' = g 1 ( y ) = ( x 2 x 1 ) / ( b 2 b 1 ) · ( x x 1 ) + x 1

Figure DE102019123163A1_0010
With the measuring device 200 becomes the value x ' the default data Db, which is an arbitrary value y of the bias voltage Vb should provide, represented by the following expression (9). x ' = G - 1 ( y ) = ( x 2nd - x 1 ) / ( b 2nd - b 1 ) · ( x - x 1 ) + x 1
Figure DE102019123163A1_0010

Die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 berechnet GAIN_V = (x2 - x1) / (b2 - b1), OFS_y = b1 und OFS_x = x1, und speichert die so berechneten Werte. Wenn eine beliebige Bias-Spannung y beim normalen Betriebsmodus nachdem die Kalibrierung vollständig ist erzeugt werden soll, wird x' als DS Wert wie folgt erzeugt. x' = GAIN_V · ( y OFS_y ) + OFS_x

Figure DE102019123163A1_0011
The data processing device 300 calculates GAIN_V = (x 2 - x 1 ) / (b 2 - b 1 ), OFS_y = b 1 and OFS_x = x 1 , and saves the values calculated in this way. If any bias voltage y is to be generated in the normal operating mode after the calibration is complete x ' as D S Value generated as follows. x ' = GAIN_V · ( y - OFS_y ) + OFS_x
Figure DE102019123163A1_0011

Dies ermöglicht es, eine genaue Bias-Spannung Vb zu erzeugen.This enables an accurate bias voltage Vb to be generated.

Vorzugsweise kann eine Anordnung gemacht werden, bei welcher Vbi = 0 [V] ist, was es ermöglicht, die Kalibrierungsverarbeitung zu vereinfachen. In diesem Fall ist xi = 0 wahr. Dementsprechend werden die Verstärkung und das Offset, welche berechnet werden sollen, modifiziert, und zwar repräsentiert von folgenden Ausdrücken. GAIN_V = x 2 / ( b 2 b 1 )

Figure DE102019123163A1_0012
OFS_y = b 1
Figure DE102019123163A1_0013
OFS_x = 0
Figure DE102019123163A1_0014
Preferably, an arrangement can be made in which Vb i = 0 [V], which makes it possible to simplify the calibration processing. In this case x i = 0 is true. Accordingly, the gain and the offset to be calculated are modified, represented by the following expressions. GAIN_V = x 2nd / ( b 2nd - b 1 )
Figure DE102019123163A1_0012
OFS_y = b 1
Figure DE102019123163A1_0013
OFS_x = 0
Figure DE102019123163A1_0014

Wenn eine beliebige Bias-Spannung y erzeugt werden soll, kann x' vorzugsweise als DS Wert wie folgt erzeugt werden. x' = GAIN_V · ( y OFS_y )

Figure DE102019123163A1_0015
If any bias voltage y is to be generated, x 'may preferably be as D S Value can be generated as follows. x ' = GAIN_V · ( y - OFS_y )
Figure DE102019123163A1_0015

Die Berechnung für das Strom-Messsystem, welche dem Ausdruck (7) entspricht, und die Berechnung für das Spannungs-Anlege-System, welche dem Ausdruck (11) entspricht, können mittels einer internen Komponente der Messvorrichtung 200 gestützt werden. 9 ist ein Blockdiagramm, welches eine Messvorrichtung 200D zeigt.The calculation for the current measuring system, which corresponds to the expression (7), and the calculation for the voltage application system, which corresponds to the expression (11), can be carried out by means of an internal component of the measuring device 200 be supported. 9 Fig. 3 is a block diagram showing a measuring device 200D shows.

Bei dem oben beschriebenen Spannungs-Kalibrierungsmodus werden die zwei Parameter GAIN_CUR und OFS_CUR erzeugt. Diese Parameter werden auf nichtflüchtiger Weise in einen Speicher 256 geschrieben, welcher bei der Messvorrichtung 200 angeordnet ist.In the voltage calibration mode described above, the two parameters GAIN_CUR and OFS_CUR are generated. These parameters are stored in a non-volatile manner 256 written, which in the measuring device 200 is arranged.

Eine Kalibrierungssteuerung 250D weist eine erste Berechnungseinheit 252 auf. Im normalen Betriebsmodus wandelt die erste Berechnungseinheit 252 den Wert m der digitalen Daten DS in den Stromwert I um, welcher basierend auf Ausdruck (7) von Ausdruck (7) repräsentiert wird. Die Schnittstelle 240 übermittelt digitale Daten DS', welche den korrekten Wert des so umgewandelten Stromes I repräsentieren, an die Datenverarbeitungsvorrichtung 300.A calibration control 250D has a first calculation unit 252 on. In the normal operating mode, the first calculation unit converts 252 the value m of the digital data DS in the current value I. which is represented based on expression (7) of expression (7). the interface 240 transmits digital data D S ' , which represent the correct value of the current I thus converted, to the data processing device 300 .

Darüber hinaus werden bei dem oben beschriebenen Strom-Kalibrierungsmodus die zwei Parameter GAIN_V und OFS_y erzeugt. Diese Parameter werden ebenfalls auf nichtflüchtige Weise in den Speicher 256 der Messvorrichtung 200 geschrieben. Die Kalibrierungssteuerung 250D weist eine zweite Berechnungseinheit 254 auf. Im normalen Betriebsmodus wandelt die zweite Berechnungseinheit 254 den Wert x der von der Datenverarbeitungsvorrichtung 300 empfangenen Vorgabe-Daten DS in den Wert x' um, welcher basierend auf Ausdruck (11) von Ausdruck (11) repräsentiert wird, und stellt den so umgewandelten Wert x' für die Spannungsquelle 220 bereit.In addition, the two parameters GAIN_V and OFS_y are generated in the current calibration mode described above. These parameters are also stored in non-volatile memory 256 the measuring device 200 written. The calibration control 250D has a second calculation unit 254 on. In the normal operating mode, the second calculation unit converts 254 the value x of that from the data processing device 300 received default data D S in value x ' which is represented by expression (11) based on expression (11), and represents the value thus converted x ' for the voltage source 220 ready.

10 ist ein Flussdiagramm, welches die von dem Kleinpartikelmesssystem 1 gemäß der Ausführungsform gestützt Kalibrierung zeigt. Zunächst wird der Spannungs-Kalibrierungsmodus (S100) ausgeführt, was das Spannungs-Anlege-System kalibriert. Dieser Betrieb stellt die Genauigkeit der von der Spannungsquelle 220 erzeugten Bias-Spannung Vb sicher. 10th Fig. 3 is a flowchart showing the process of the small particle measurement system 1 shows calibration based on the embodiment. First, the voltage calibration mode ( S100 ), which calibrates the voltage application system. This operation restores the accuracy of the voltage source 220 generated bias voltage Vb for sure.

Danach wird der Strom-Kalibrierungsmodus (S102) ausgeführt, was das Strom-Messsystem kalibriert. Dieser Betrieb stellt die Genauigkeit des von dem Transimpedanzverstärkers 210 und dem Digitalisierer 230 gemessenen Stromsignales sicher. Nach den oben beschriebenen Kalibrierungsvorgängen kann die normale Messung ausgeführt werden und der Widerstand der Nanoporen-Einrichtung 100 wird gemessen.Then the current calibration mode ( S102 ), which calibrates the current measuring system. This operation restores the accuracy of that of the transimpedance amplifier 210 and the digitizer 230 measured current signal safely. After the calibration procedures described above, the normal measurement and the resistance of the nanopore device can be carried out 100 is being measured.

Danach werden, bevor nach der direkt vorigen Kalibrierung eine vorgegebenen Zeitspanne verstreicht, die gleichen Kalibrierungsparameter bei der normalen Messung verwendet („NEIN“ in S104). Nach Verstreichen der vorgegebenen Zeitspanne („JA“ in S104) wird die Kalibrierung wieder ausgeführt (S100, S102).The same calibration parameters are then used in the normal measurement ("NO" in S104 ). After the specified time has elapsed ("YES" in S104 ) the calibration is carried out again ( S100 , S102 ).

Bei der vorliegenden Ausführungsform stellt dies sicher, dass das von dem Ausgangs-Signal (digitale Daten DS ) erhaltene Eingangs-Signal (Stromsignal IS ) innerhalb eines vorgegebenen Genauigkeitsbereiches erfasst werden kann. Der Absolutwert davon kann so bei Entwicklungsanwendungen wie beispielsweise Partikelform-Analyse, Transitphänomen-Analyse etc. verwendet werden.In the present embodiment, this ensures that the output signal (digital data D S ) received input signal (current signal I S ) can be recorded within a specified accuracy range. The absolute value thereof can thus be used in development applications such as particle shape analysis, transit phenomenon analysis etc.

Darüber hinaus wird, da es sichergestellt ist, dass der Ausgangs-Signal-Wert basierend auf dem Eingangs-Signal erfasst wird, die Zuverlässigkeit dieser Anordnung als Messeinrichtung sichergestellt.In addition, since it is ensured that the output signal value is based on the Input signal is detected, the reliability of this arrangement is ensured as a measuring device.

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.The present invention has been described above with reference to the embodiment. The embodiment described above has only been described for exemplary purposes and is in no way intended to be interpreted in a restricted manner. Rather, it will be readily apparent to those skilled in the art that various modifications can be made by combining the above-described components or operations in various combinations that also fall within the technical scope of the present invention. Such modifications are described below.

MODIFIKATION 1MODIFICATION 1

Die bei der Kalibrierung erhaltenen Parameter können in einem integrierten Speicher der Datenverarbeitungsvorrichtung 300 auf nichtflüchtige Weise gespeichert werden. Die so gespeicherten Parameter können jedes Mal, wenn die Messvorrichtung 200 gestartet wird, für die Messvorrichtung 200 geladen werden.The parameters obtained during the calibration can be stored in an integrated memory of the data processing device 300 stored in a non-volatile manner. The parameters stored in this way can be used every time the measuring device 200 is started for the measuring device 200 Loading.

MODIFIKATION 2MODIFICATION 2

Eine Ausführungsform wurde bezüglich einer Anordnung beschrieben, bei welcher bei der Datenverarbeitungsvorrichtung 300 die Kalibrierung mittels Ausführens eines Programm-Steuerungs-Betriebes bereitgestellt ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Anordnung beschränkt. Beispielsweise kann die Messvorrichtung einen integrierten Prozessor wie beispielsweise ein FPGA („Field Programmable Gate Array“), eine Mikrosteuerung, ASIC („Application Specific Integrated“) oder dergleichen aufweisen. Außerdem kann die Messvorrichtung angewiesen werden, ein Kalibrierungs-Programm auszuführen.An embodiment has been described with respect to an arrangement in which the data processing apparatus 300 the calibration is provided by executing a program control operation. However, the present invention is not limited to such an arrangement. For example, the measuring device can have an integrated processor such as an FPGA (“Field Programmable Gate Array”), a microcontroller, ASIC (“Application Specific Integrated”) or the like. In addition, the measuring device can be instructed to execute a calibration program.

MODIFIKATION 3MODIFICATION 3

11 ist ein Bockdiagramm, welches ein Strom-Messsystem einer Messvorrichtung 200E gemäß Modifikation 3 zeigt. Unter Bezugnahme auf 9 wurde eine Anordnung beschrieben, bei welcher die Messvorrichtung 200D digitale Daten mittels digitaler Signalverarbeitung korrigiert. 11 zeigt die Messvorrichtung 200E, welche dazu ausgebildet ist, digitale Daten mittels analoger Signalverarbeitung zu korrigieren. Eine Kalibrierungs-Hardware-Komponente 270 weist einen Addierer 272, einen Offset-Korrektur-D/A-Wandler 274 und einen Verstärkungs-Korrektur-D/A-Wandler 276 auf. Der Offset-Korrektur-D/A-Wandler 274 wandelt den in dem oben beschriebenen Strom-Kalibrierungsmodus erfassten Offset-Korrektur-Wert OFS-CUR in eine analoge Offset-Spannung VOFS um. Der Addierer 272 fügt die Offset-Spannung VOFS zu der Ausgangs-Spannung VS von dem Transimpedanzverstärker 210 dazu. Der Verstärkungs-Korrektur-D/A-Wandler 276 wandelt den im Strom-Kalibrierungsmodus erfassten Verstärkungs-Korrektur-Wert GAIN_CUR in eine analoge Referenzspannung VREF um und stellt die so erhaltene Referenzspannung VREF für einen Referenzanschluss des Digitalisierers 230 (A/D-Wandler) bereit. 11 Fig. 3 is a block diagram showing a current measuring system of a measuring device 200E according to modification 3 shows. With reference to 9 An arrangement has been described in which the measuring device 200D digital data corrected using digital signal processing. 11 shows the measuring device 200E , which is designed to correct digital data by means of analog signal processing. A calibration hardware component 270 has an adder 272 , an offset correction D / A converter 274 and a gain correction D / A converter 276 on. The offset correction D / A converter 274 converts the offset correction value OFS-CUR detected in the current calibration mode described above into an analog offset voltage V OFS around. The adder 272 adds the offset voltage V OFS to the output voltage V p from the transimpedance amplifier 210 to. The gain correction D / A converter 276 converts the gain correction value detected in the current calibration mode GAIN_CUR to an analog reference voltage VREF and sets the reference voltage VREF thus obtained for a reference connection of the digitizer 230 (A / D converter) ready.

MODIFIKATION 4MODIFICATION 4

12 ist ein Blockdiagramm, welches eine Messvorrichtung 200F gemäß Modifikation 4 zeigt. Die Messvorrichtung 200F ist dazu ausgebildet, dass diese an eine externe Spannungsquelle 510 angeschlossen werden kann, welche bereits kalibriert wurde. Darüber hinaus kann anstatt der Verwendung einer Ausgangs-Spannung VINT der internen Spannungsquelle 220 eine Ausgangs-Spannung VEXT der externen Spannungsquelle 510 an die Kalibrierungs-Einrichtung 400 angelegt werden. Zum Beispiel kann die Messvorrichtung 200F einen externes-Netzteil-(EXT)-Verbindungsstift und einen Multiplexer (Selektor) aufweisen. Im Strom-Kalibrierungsmodus ist der Multiplexer 260 durch Auswählen der externen Spannung VEXT in der Lage, das Strom-Messsystem zu kalibrieren, bevor die Kalibrierung des Spannungs-Anlege-Systems vollständig ist. 12th Fig. 3 is a block diagram showing a measuring device 200F according to modification 4 shows. The measuring device 200F is designed to be connected to an external voltage source 510 which has already been calibrated can be connected. In addition, instead of using an output voltage VINT, the internal voltage source 220 an output voltage V EXT the external voltage source 510 to the calibration facility 400 be created. For example, the measuring device 200F have an external power supply (EXT) connection pin and a multiplexer (selector). The multiplexer is in current calibration mode 260 by selecting the external voltage VEXT will be able to calibrate the current measurement system before the calibration of the voltage application system is complete.

MODIFIKATION 5MODIFICATION 5

13 ist ein Blockdiagramm, welches eine Messvorrichtung 200G gemäß Modifikation 5 zeigt. Bei dieser Modifikation ist eine Front-End-Schaltung 202G dazu ausgebildet, einen Strom Ib durch das Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 vorzugeben, und um die Spannung VS zu messen, welche an dem Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 anliegt. Die Front-End-Schaltung 202G weist eine Bias-Stromquelle 280 und einen Verstärker 282 auf. Die Bias-Stromquelle 280 stellt einen DC-Bias-Strom Ib durch das Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 bereit. Der Verstärker 282 verstärkt das Spannungssignal VS , welches an dem Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 anliegt, und stellt das so verstärkte Spannungssignal VS für den Digitalisierer 230 bereit. 13 Fig. 3 is a block diagram showing a measuring device 200 G according to modification 5 shows. In this modification is a front end circuit 202G designed to pass a current Ib through the output connector pair OUT1 and OUT2 pretend and the tension V p to measure which on the output connector pair OUT1 and OUT2 is present. The front-end circuit 202G has a bias current source 280 and an amplifier 282 on. The bias power source 280 provides a DC bias current Ib through the output connector pair OUT1 and OUT2 ready. The amplifier 282 amplifies the voltage signal V p which on the output connector pair OUT1 and OUT2 is applied, and provides the voltage signal thus amplified V p for the digitizer 230 ready.

Die Kalibrierung der Messvorrichtung 200G kann in zwei Schritte unterteilt werden, das heißt die Kalibrierung des Spannungs-Messsystems, welches den Verstärker 282 und den Digitalisierer 230 aufweist, und die Kalibrierung eines Strom-Aufbring-Systems, welches die Bias-Stromquelle 280 aufweist. Bei der Kalibrierung des Spannungs-Messsystems kann die Kalibrierungs-Einrichtung 400, welche einen Standard-Widerstand aufweist, vorzugsweise zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 angeschlossen werden. Andererseits kann bei der Kalibrierung des Strom-Aufbring-Systems eine externe Strom-Messeinrichtung vorzugsweise zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar OUT1 und OUT2 angeschlossen werden. Die zu stützende Kalibrierung ist die gleiche wie die oben beschriebene.The calibration of the measuring device 200 G can be divided into two steps, that is, the calibration of the voltage measurement system, which is the amplifier 282 and the digitizer 230 and the calibration of a current application system using the bias current source 280 having. The calibration device can be used to calibrate the voltage measuring system 400 , which has a standard resistance, preferably between the output connector pair OUT1 and OUT2 be connected. On the other hand, when calibrating the current application system, an external current measuring device can preferably be located between the output connection pair OUT1 and OUT2 be connected. The calibration to be supported is the same as that described above.

Die Messvorrichtung 200G kann ferner einen Verbindungsstift („EXT pin“) aufweisen, an welchen eine externe Stromquelle 520 angeschlossen werden kann. Die Messvorrichtung 200G ist so ausgebildet, dass in dem Kalibrierungsmodus anstatt eines von der Bias-Stromquelle 280 erzeugten Bias-Stromes Ib ein von der externen Stromquelle 520 erzeugter Strom IEXT für eine Vorrichtung bereitgestellt werden kann, welche zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar angeschlossen ist. Die Messvorrichtung 200G kann einen Selektor 262 aufweisen, welcher dazu ausgebildet ist, die Stromquelle umzuschalten.The measuring device 200 G can also have a connecting pin ("EXT pin") to which an external power source 520 can be connected. The measuring device 200 G is designed to be in the calibration mode instead of one from the bias current source 280 generated bias current Ib on from the external power source 520 generated electricity I EXT can be provided for a device which is connected between the output connector pair. The measuring device 200 G can be a selector 262 have, which is designed to switch the power source.

MODIFIKATION 6MODIFICATION 6

Bei der vorliegenden Beschreibung wurde eine Kleinpartikelmessvorrichtung beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Anwendung beschränkt. Zudem ist die vorliegende Erfindung breit anwendbar für verschiedene Arten von Messeinrichtungen, welche die Mikrostrommessung unter Verwendung einer Nanoporen-Einrichtung stützen, zu denen beispielsweise DNA Sequenzer gehören.In the present description, a small particle measuring device has been described. However, the present invention is not limited to such an application. In addition, the present invention is widely applicable to various types of measuring devices that support microcurrent measurement using a nanopore device, including, for example, DNA sequencers.

Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezug auf Ausführungsformen beschrieben. Jedoch zeigen die oben beschriebenen Ausführungsformen nur die Funktionsweise und Anwendungen der vorliegenden Erfindung nur aus exemplarischen Zwecken, und die Ausführungsformen sind keineswegs dazu bestimmt, beschränkend interpretiert zu werden. Vielmehr können verschiedene Modifikationen und verschiedene Änderungen im Design vorgenommen werden, ohne von dem Geist und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, welche in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.The present invention has been described with reference to embodiments. However, the above-described embodiments show only the operation and applications of the present invention for exemplary purposes only, and the embodiments are in no way intended to be interpreted restrictively. Rather, various modifications and changes in design may be made without departing from the spirit and scope of the present invention, which is defined in the appended claims.

BezugszeichenlisteReference list

11
KleinpartikelmesssystemSmall particle measurement system
22nd
ElektrolytlösungElectrolyte solution
44th
Partikelparticle
100100
Nanoporen-EinrichtungNanopore device
102102
NanoporenchipNanopore chip
104104
Öffnungopening
106, 108106, 108
Elektrodeelectrode
110110
SchutzhülleProtective cover
200200
MessvorrichtungMeasuring device
202202
Front-End-SchaltungFront end circuit
210210
TransimpedanzverstärkerTransimpedance amplifier
220220
SpannungsquelleVoltage source
230230
DigitalisiererDigitizer
240240
Schnittstelleinterface
250250
KalibrierungssteuerungCalibration control
260260
Multiplexermultiplexer
270270
Bias-StromquelleBias power source
272272
Verstärkeramplifier
300300
DatenverarbeitungsvorrichtungData processing device
400400
Kalibrierungs-EinrichtungCalibration facility
500500
digitales Multimeterdigital multimeter
510510
externe Spannungsquelleexternal voltage source
520520
externe Stromquelleexternal power source

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • JP 2004510980 [0011]JP 2004510980 [0011]

Claims (13)

Messvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, ein Signal zu messen, welches einem Widerstand einer Nanoporen-Einrichtung entspricht, welche eine Öffnung und ein Elektrodenpaar aufweist, wobei die Messvorrichtung Folgendes aufweist: - ein Ausgangs-Anschluss-Paar, welches an das Elektrodenpaar der Nanoporen-Einrichtung angeschlossen werden soll; - eine Front-End-Schaltung, welche dazu ausgebildet ist, ein analoges Detektions-Signal zu erzeugen, welches einem Widerstand zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar entspricht; und - einen A/D-Wandler, welcher dazu ausgebildet ist, das analoge Detektions-Signal in ein digitales Detektions-Signal umzuwandeln, wobei anstatt der Nanoporen-Einrichtung eine Kalibrierungs-Einrichtung, welche einen bekannten Widerstandswert aufweist, zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar angeschlossen werden kann, und wobei die Messvorrichtung in einem Zustand kalibriert werden kann, bei welchem die Kalibrierungs-Einrichtung angeschlossen ist.Measuring device which is designed to measure a signal which corresponds to a resistance of a nanopore device which has an opening and a pair of electrodes, the measuring device having the following: an output connection pair which is to be connected to the electrode pair of the nanopore device; a front-end circuit which is designed to generate an analog detection signal which corresponds to a resistance between the output connection pair; and an A / D converter which is designed to convert the analog detection signal into a digital detection signal, wherein instead of the nanopore device, a calibration device, which has a known resistance value, between the output connector pair can be connected, and wherein the measuring device can be calibrated in a state in which the calibration device is connected. Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Front-End-Schaltung dazu ausgebildet ist, eine Spannung an dem Ausgangs-Anschluss-Paar vorzugeben, und um einen Strom zu messen, welcher durch die Kalibrierungs-Einrichtung fließt.Measuring device according to Claim 1 , wherein the front-end circuit is configured to specify a voltage at the output connection pair and to measure a current which flows through the calibration device. Messvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Front-End-Schaltung Folgendes aufweist: - eine Bias-Spannungsquelle, welche dazu ausgebildet ist, eine DC-Bias-Spannung an das Ausgangs-Anschluss-Paar anzulegen; und - einen Transimpedanzverstärker, welcher dazu ausgebildet ist, ein Stromsignal, welches durch das Ausgangs-Anschluss-Paar fließt, in ein Spannungssignal umzuwandeln, und wobei das Spannungssignal als ein analoges Detektions-Signal ausgebildet ist.Measuring device according to Claim 2 , wherein the front-end circuit comprises: a bias voltage source, which is designed to apply a DC bias voltage to the output connection pair; and a transimpedance amplifier, which is designed to convert a current signal flowing through the output connection pair into a voltage signal, and wherein the voltage signal is designed as an analog detection signal. Messvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei bei einem Kalibrierungsbetrieb die Bias-Spannung auf eine Vielzahl von Werten gesetzt wird, und wobei die Messvorrichtung basierend auf einer Vielzahl von digitalen Detektions-Signalen kalibriert wird, welche der Vielzahl von Werten entsprechend erfasst wurden.Measuring device according to Claim 3 , wherein the bias voltage is set to a plurality of values in a calibration operation, and wherein the measuring device is calibrated based on a plurality of digital detection signals which have been detected in accordance with the plurality of values. Messvorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei bei einem Kalibrierungsbetrieb anstatt der Nanoporen-Einrichtung oder der Kalibrierungs-Einrichtung eine externe Spannungs-Messeinrichtung zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar angeschlossen werden kann.Measuring device according to Claim 3 or 4th , In a calibration operation instead of the nanopore device or the calibration device, an external voltage measuring device can be connected between the output connection pair. Messvorrichtung gemäß einem der Anspruch 3 bis 5, wobei die Messvorrichtung ferner einen Verbindungsanschluss aufweist, an welchen eine externe Spannungsquelle angeschlossen werden kann, wobei bei einem Kalibrierungsbetrieb anstatt der von der Bias-Spannungsquelle erzeugte Bias-Spannung eine von der externen Spannungsquelle erzeugte Spannung an das Ausgangs-Anschluss-Paar angelegt werden kann.Measuring device according to one of the Claim 3 to 5 , wherein the measuring device further comprises a connection terminal to which an external voltage source can be connected, wherein during a calibration operation instead of the bias voltage generated by the bias voltage source, a voltage generated by the external voltage source can be applied to the output connection pair . Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Front-End-Schaltung dazu ausgebildet ist, einen Strom zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar vorzugeben, und um eine Spannung zu messen, welche an dem Ausgangs-Anschluss-Paar anliegt.Measuring device according to Claim 1 , wherein the front-end circuit is configured to specify a current between the output connection pair and to measure a voltage which is present at the output connection pair. Messvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Front-End-Schaltung eine Bias-Stromquelle aufweist, welche dazu ausgebildet ist, einen DC-Bias-Strom zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar vorzugeben, und wobei das analoge Detektions-Signal einer Spannung entspricht, welche an dem Ausgangs-Anschluss-Paar anliegt.Measuring device according to Claim 7 , wherein the front-end circuit has a bias current source which is designed to specify a DC bias current between the output connection pair, and wherein the analog detection signal corresponds to a voltage which is present at the output Connection pair is present. Messvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei bei einem Kalibrierungsbetrieb der Bias-Strom auf eine Vielzahl von Werten gesetzt wird, und wobei die Messvorrichtung basierend auf einer Vielzahl von erfassten digitalen Detektions-Signalen kalibriert wird, welche der Vielzahl von Werten entsprechen.Measuring device according to Claim 8 wherein the bias current is set to a plurality of values in a calibration operation, and wherein the measuring device is calibrated based on a plurality of detected digital detection signals which correspond to the plurality of values. Messvorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei bei einem Kalibrierungsbetrieb anstatt der Nanoporen-Einrichtung oder der Kalibrierungs-Einrichtung eine externe Strom-Messeinrichtung zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar angeschlossen werden kann.Measuring device according to Claim 8 or 9 , in a calibration operation instead of the nanopore device or the calibration device, an external current measuring device can be connected between the output connection pair. Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Messvorrichtung ferner einen Verbindungsanschluss aufweist, an welchen eine externe Stromquelle angeschossen werden kann, wobei bei einem Kalibrierungsbetrieb anstatt einem von der Bias-Stromquelle erzeugten Bias-Strom ein von der externen Stromquelle erzeugter Strom zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar vorgegeben werden kann.Measuring device according to one of the Claims 8 to 10th , wherein the measuring device further comprises a connection terminal to which an external current source can be connected, wherein during a calibration operation instead of a bias current generated by the bias current source, a current generated by the external current source can be predetermined between the output connection pair . Kalibrierungsverfahren für eine Messvorrichtung, welches dazu ausgebildet ist, ein Signal zu messen, welches einem Widerstand einer Nanoporen-Einrichtung entspricht, welche eine Öffnung und ein Elektrodenpaar aufweist, wobei die Messvorrichtung Folgendes aufweist: - ein Ausgangs-Anschluss-Paar, welches an das Elektrodenpaar der Nanoporen-Einrichtung angeschlossen werden soll; - eine Bias-Spannungsquelle, welche dazu ausgebildet ist, eine DC-Bias-Spannung an dem Ausgangs-Anschluss-Paar vorzugeben; - einen Transimpedanzverstärker, welcher dazu ausgebildet ist, ein Stromsignal, welches durch das Ausgangs-Anschluss-Paar fließt, in ein Spannungssignal umzuwandeln; und - einen A/D-Wandler, welcher dazu ausgebildet ist, einen Ausgang des Transimpedanzverstärkers in einen digitalen Wert umzuwandeln, und wobei das Kalibrierungsverfahren folgende Schritte aufweist: - Anschließen eines bekannten Widerstandes anstatt der Nanoporen-Vorrichtung zwischen dem Ausgangs-Anschluss-Paar; - Erfassen eines Ausgangs des A/D-Wandlers bei einem Zustand, bei welchem eine bekannte DC-Bias-Spannung an dem bekannten Widerstand vorgegeben wird; und - Erfassen eines Kalibrierungsparameters basierend auf einem Ausgang des A/D-Wandlers.Calibration method for a measuring device which is designed to measure a signal which corresponds to a resistance of a nanopore device which has an opening and a pair of electrodes, the measuring device having the following: an output connection pair which is connected to the pair of electrodes the nanopore device is to be connected; a bias voltage source which is designed to specify a DC bias voltage at the output connection pair; - a transimpedance amplifier configured to convert a current signal flowing through the pair of output terminals into a voltage signal; and an A / D converter, which is designed to convert an output of the transimpedance amplifier into a digital value, and the calibration method comprises the following steps: connecting a known resistor instead of the nanopore device between the output connection pair; - Detecting an output of the A / D converter in a state in which a known DC bias voltage is specified across the known resistor; and acquiring a calibration parameter based on an output of the A / D converter. Kalibrierungsverfahren gemäß Anspruch 12, wobei bei dem Erfassen des Ausgangs von dem A/D-Wandler anstatt der Bias-Spannungsquelle eine externe Energiezufuhrvorrichtung verwendet wird.Calibration procedure according to Claim 12 wherein an external power supply device is used in the detection of the output from the A / D converter instead of the bias voltage source.
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