ES2900453T3 - Compresión y modificación adaptativas de datos de medición de nanoporos - Google Patents

Abstract

Un componente de medición de nanoporos, que comprende: una pluralidad de celdas de nanoporo; y un procesador configurado para: recibir datos correspondientes a estados de nanoporo de la pluralidad de celdas de nanoporo; analizar los datos para determinar un tamaño de salida comprimido de los datos dada al menos una técnica de compresión; determinar si el tamaño de salida comprimido supera un presupuesto de datos; y en el caso de que se determine que el tamaño de salida comprimido supera el presupuesto de datos, modificar los datos y emitir los datos modificados, caracterizado por que el procesador está configurado además para detectar que los datos recibidos indican que un estado de un nanoporo ha cambiado de un estado enhebrado a un estado de canal abierto antes del final de un período luminoso de un ciclo de señal de fuente de voltaje de CA y ya no indica el estado enhebrado del nanoporo en un dato recibido previamente.

Description

DESCRIPCIÓN

Compresión y modificación adaptativas de datos de medición de nanoporos

Antecedentes de la invención

Los avances en microminiaturización dentro de la industria de los semiconductores en los últimos años han posibilitado que los biotecnólogos comiencen a encapsular herramientas de detección tradicionalmente voluminosas en factores de forma cada vez más pequeños, en los denominados biochips. A menudo, la cantidad de datos que se pueden exportar desde el biochip está restringida debido a limitaciones en el ancho de banda de comunicación. A medida que genera más y más información por el biochip, sería deseable reducir la cantidad de datos necesarios que se van a exportar fuera del biochip. Ambos documentos US2013/274148 y WO2011/067559 divulgan procedimientos de gestión de datos para la secuenciación por nanoporos.

Breve descripción de los dibujos

Diversos modos de realización de la invención se divulgan en la siguiente descripción detallada y en los dibujos adjuntos.

La figura 1 ilustra un modo de realización de una celda 100 en un chip para secuenciación basada en nanoporos. La figura 2 ilustra un modo de realización de una celda 200 que realiza secuenciación de nucleótidos con la técnica nano-SBS.

La figura 3 ilustra un modo de realización de una celda a punto de realizar secuenciación de nucleótidos con marcas precargadas.

La figura 4 ilustra un modo de realización de un procedimiento 400 para la secuenciación de ácidos nucleicos con marcas precargadas.

La figura 5A ilustra un modo de realización de un modelo de circuito de señal pequeña durante conducción faradaica.

La figura 5B ilustra los diferentes estados del PNTMC con conducción faradaica.

La figura 6 ilustra un modo de realización de una celda en un chip para secuenciación basada en nanoporos configurada para mediciones no faradaicas y acopladas capacitivamente.

La figura 7 ilustra un modo de realización de un modelo de circuito de señal pequeña para conducción no faradaica. La figura 8A y la figura 8B ilustran un modo de realización de la respuesta capacitiva de la doble capa.

Las figuras 9A y 9B ilustran la corriente de nanoporos con modulación de CA no faradaica.

La figura 10 ilustra que la corriente positiva máxima en estado estable varía como función del ciclo de trabajo y el voltaje aplicado.

La figura 11 ilustra un modo de realización de un modelo de simulación que se hizo coincidir con los datos de la figura 10.

Las figuras 12A y 12B ilustran el resultado de la simulación cuando la señal aplicada tiene un ciclo de trabajo de un 50 %.

La figura 13A ilustra la corriente de medición cuando la señal aplicada tiene un ciclo de trabajo de un 25 %.

La figura 13B ilustra la corriente simulada cuando la señal aplicada tiene un ciclo de trabajo de un 25 %.

La figura 14A ilustra el voltaje aplicado al nanoporo frente al tiempo cuando la señal aplicada tiene un ciclo de trabajo de un 50 %.

La figura 14B ilustra el voltaje aplicado al nanoporo frente al tiempo cuando la señal aplicada tiene un ciclo de trabajo de un 25 %.

La figura 15 ilustra un modo de realización de un procedimiento para identificar una molécula.

La figura 16 ilustra un modo de realización de una circuitería 1600 en una celda de un chip para secuenciación basada en nanoporos.

La figura 17 ilustra un modo de realización de una circuitería 1700 en una celda de un chip para secuenciación basada en nanoporos, en el que el voltaje aplicado a través del nanoporo se puede configurar para variar durante un período de tiempo durante el que el nanoporo está en un estado detectable particular.

Las figuras 18A y 18B ilustran modos de realización adicionales de una circuitería (1800 y 1801) en una celda de un chip para secuenciación basada en nanoporos, en el que el voltaje aplicado a través del nanoporo se puede configurar para variar durante un período de tiempo durante el que el nanoporo está en un estado detectable particular.

La figura 19 ilustra un modo de realización de un procedimiento 1900 para analizar una molécula en el interior de un nanoporo, en el que el nanoporo se inserta en una membrana.

La figura 20 ilustra un modo de realización de un gráfico del voltaje aplicado a través del nanoporo frente al tiempo cuando se realiza el procedimiento 1900 y se repite tres veces.

La figura 21 ilustra un modo de realización de los gráficos del voltaje aplicado a través del nanoporo frente al tiempo cuando el nanoporo está en diferentes estados.

La figura 22 es un diagrama de circuito que ilustra un modo de realización de una circuitería de una celda de un chip para secuenciación basada en nanoporos, en el que el chip de secuenciación incluye una memoria analógica para almacenar valores de medición.

La figura 23 es un diagrama de flujo que ilustra un modo de realización de un procedimiento para medir un nanoporo.

La figura 24 es un diagrama que ilustra un gráfico de las mediciones del circuito cuando se utiliza una fuente de voltaje de CA como voltaje de referencia de un contraelectrodo de un nanoporo.

La figura 25 es un diagrama de bloques que ilustra un modo de realización de un sistema para detectar un estado de un nanoporo y procesar de forma adaptativa datos de estado de nanoporo para optimizar los datos que se van a emitir.

La figura 26 es un diagrama de flujo que ilustra un modo de realización de un procedimiento para informar de datos de estado de nanoporo.

La figura 27 es un diagrama que ilustra un ejemplo de muestras de mediciones eléctricas periódicas recibidas durante un ciclo de una señal de fuente de voltaje de CA de referencia.

La figura 28 es un diagrama de flujo que ilustra un modo de realización de un procedimiento para analizar de forma adaptativa los datos que se van a emitir.

La figura 29 es un diagrama de flujo que ilustra un modo de realización de un procedimiento para determinar una técnica de compresión.

La figura 30 es un diagrama de flujo que ilustra un modo de realización de un procedimiento para modificar/filtrar datos que se van a emitir.

La figura 31 es un diagrama de flujo que ilustra un modo de realización de un procedimiento para controlar una detección de múltiples estados de nanoporo enhebrado.

Descripción detallada

La invención se puede implementar de numerosas maneras, incluyendo como un procedimiento; un aparato; un sistema; una composición de materia; un producto de programa informático incorporado en un medio de almacenamiento legible por ordenador; y/o un procesador, tal como un procesador configurado para ejecutar instrucciones almacenadas en y/o proporcionadas por una memoria acoplada al procesador. En la presente memoria descriptiva, estas implementaciones, o cualquier otra forma que pueda adoptar la invención, se pueden denominar técnicas. En general, el orden de las etapas de los procedimientos divulgados se puede modificar dentro del alcance de la invención. A menos que se establezca de otro modo, un componente tal como un procesador o una memoria descrito como que está configurado para realizar una tarea se puede implementar como un componente general que está configurado temporalmente para realizar la tarea en un momento dado o un componente específico que está fabricado para realizar la tarea. Como se usa en el presente documento, el término "procesador" se refiere a uno o más dispositivos, circuitos y/o núcleos de procesamiento configurados para procesar datos, tal como instrucciones de programa informático.

A continuación se proporciona una descripción detallada de uno o más modos de realización de la invención junto con figuras adjuntas que ilustran los principios de la invención. La invención se describe en relación con dichos modos de realización, pero la invención no está limitada a ningún modo de realización. El alcance de la invención está limitado solo por las reivindicaciones y la invención engloba numerosas alternativas, modificaciones y equivalentes. Se exponen numerosos detalles específicos en la siguiente descripción para proporcionar un entendimiento pleno de la invención. Se proporcionan estos detalles con el propósito de ejemplo y la invención se puede poner en práctica de acuerdo con las reivindicaciones sin algunos o todos de estos detalles específicos. Con el propósito de claridad, el material técnico que es conocido en los campos técnicos relacionados con la invención no se ha descrito en detalle, de modo que la invención no quede innecesariamente eclipsada.

Los dispositivos de membrana con nanoporo que tienen tamaños de poro en el orden de un nanómetro de diámetro interno han demostrado ser prometedores en la secuenciación de nucleótidos rápida. Cuando se aplica un potencial de voltaje a través de un nanoporo sumergido en un fluido conductor, se puede observar una pequeña corriente iónica atribuida a la conducción de iones a través del nanoporo. El tamaño de la corriente es sensible al tamaño de poro.

Un chip para secuenciación basada en nanoporos se puede usar para secuenciación de ADN. Un chip para secuenciación basada en nanoporos incorpora un gran número de celdas de sensor configuradas como una matriz. Por ejemplo, una matriz de un millón de celdas puede incluir 1000 filas por 1000 columnas de celdas.

La figura 1 ilustra un modo de realización de una celda 100 en un chip para secuenciación basada en nanoporos. Una membrana 102 se forma sobre la superficie de la celda. En algunos modos de realización, la membrana 102 es una bicapa lipídica. El grueso del electrólito 114 que contiene complejos moleculares transmembranarios de nanoporos de proteínas (PNTMC) solubles y el analito de interés se coloca directamente sobre la superficie de la celda. Un único PNTMC 104 se inserta en la membrana 102 por electroporación. Las membranas individuales en la matriz no están conectadas ni química ni eléctricamente entre sí. Por tanto, cada celda en la matriz es una máquina de secuenciación independiente, que produce datos únicos para la única molécula de polímero asociada con el PNTMC. El PNTMC 104 actúa sobre los analitos y modula la corriente iónica a través de la bicapa de otro modo impermeable.

Con referencia continua a la figura 1, la circuitería de medición analógica 112 se conecta a un electrodo de metal 110 cubierto por una película delgada de electrólito 108. La película delgada de electrólito 108 se aísla del grueso del electrólito 114 por la membrana 102 impermeable a iones. El PNTMC 104 cruza la membrana 102 y proporciona la única ruta para que la corriente iónica fluya desde el grueso del líquido al electrodo de trabajo 110. La celda también incluye un contraelectrodo (CE) 116, que es un sensor de potencial electroquímico.

En algunos ejemplos, una matriz de nanoporos posibilita una secuenciación paralela usando la técnica de secuenciación por síntesis basada en nanoporos (nano-SBS) de molécula única. La figura 2 ilustra un ejemplo de una celda 200 que realiza secuenciación de nucleótidos con la técnica nano-SBS. En la técnica nano-SBS, se introducen un molde 202 que se va a secuenciar y un cebador en la celda 200. A este complejo molde-cebador, se le añaden cuatro nucleótidos marcados de forma diferente 208 al grueso de la fase acuosa. A medida que el nucleótido marcado correctamente forma un complejo con la polimerasa 204, la cola de la marca se sitúa en el hueco cilíndrico del nanoporo 206. La marca contenida en el hueco cilíndrico del nanoporo 206 genera una señal de bloqueo iónico 210 única, identificando electrónicamente, de este modo, la base añadida debida a las distintas estructuras químicas de las marcas.

La figura 3 ilustra un ejemplo de una celda a punto de realizar secuenciación de nucleótidos con marcas precargadas. Un nanoporo 301 se forma en una membrana 302. Una enzima 303 (por ejemplo, una polimerasa, tal como una ADN polimerasa) se asocia con el nanoporo. En algunos casos, la polimerasa 303 se une de forma covalente al nanoporo 301. La polimerasa 303 se asocia con una molécula de ácido nucleico 304 que se va a secuenciar. En algunos casos, la molécula de ácido nucleico 304 es circular. En algunos casos, la molécula de ácido nucleico 304 es lineal. En algunos casos, un cebador de ácido nucleico 305 se hibrida a una porción de la molécula de ácido nucleico 304. La polimerasa 303 cataliza la incorporación de nucleótidos 306 sobre el cebador 305 usando una molécula de ácido nucleico monocatenario 304 como molde. Los nucleótidos 306 comprenden especies de marca ("marcas") 307.

La figura 4 ilustra un ejemplo de un procedimiento 400 para la secuenciación de ácidos nucleicos con marcas precargadas. La fase A ilustra los componentes como se describe en la figura 3. La fase C muestra la marca cargada en el nanoporo. Una marca "cargada" puede ser una que se sitúa en y/o permanece en o cerca del nanoporo durante una cantidad de tiempo apreciable, por ejemplo, de 0,1 milisegundos (ms) a 10000 ms. En algunos casos, una marca que está precargada se carga en el nanoporo antes de liberarse del nucleótido. En algunos casos, una marca está precargada si la probabilidad de que la marca pase a través de (y/o se detecte por) el nanoporo después de liberarse tras un acontecimiento de incorporación de nucleótidos es adecuadamente alta, por ejemplo, de un 90 % a un 99 %.

En la fase A, un nucleótido marcado (uno de cuatro tipos diferentes: A, T, G o C) no se asocia con la polimerasa. En la fase B, un nucleótido marcado se asocia con la polimerasa. En la fase C, la polimerasa se fija al nanoporo. La marca se atrae en el nanoporo durante la fijación por una fuerza eléctrica, tal como una fuerza generada en presencia de un campo eléctrico generado por un voltaje aplicado a través de la membrana y/o el nanoporo.

Algunos de los nucleótidos marcados asociados no tienen emparejamiento de bases con la molécula de ácido nucleico. Típicamente estos nucleótidos no emparejados se rechazan por la polimerasa dentro de una escala de tiempo que es más corta que la escala de tiempo durante la que los nucleótidos emparejados correctamente permanecen asociados con la polimerasa. Puesto que los nucleótidos no emparejados solo se asocian de forma transitoria con la polimerasa, el procedimiento 400 como se muestra en la figura 4 típicamente no procede más allá de la fase D. Por ejemplo, un nucleótido no emparejado se rechaza por la polimerasa en la fase B o poco después de que el procedimiento entra en la fase C.

Antes de que la polimerasa se fije al nanoporo, la conductancia del nanoporo es de ~300 pico Siemens (300 pS). En la etapa C, la conductancia del nanoporo es de aproximadamente 60 pS, 80 pS, 100 pS o 120 pS, correspondiente a uno de los cuatro tipos de nucleótidos marcados. La polimerasa experimenta una isomerización y una reacción de transfosforilación para incorporar el nucleótido en la molécula de ácido nucleico creciente y liberar la molécula de marca. En particular, cuando la marca está contenida en el nanoporo, se genera una señal de conductancia única (por ejemplo, véase la señal 210 en la figura 2) debido a las distintas estructuras químicas de la marca, identificando, de este modo, la base añadida electrónicamente. La repetición del ciclo (es decir, de la fase A a la E o de la fase A a la F) permite la secuenciación de la molécula de ácido nucleico. En la fase D, la marca liberada pasa a través del nanoporo.

En algunos casos, los nucleótidos marcados que no se incorporan en la molécula de ácido nucleico creciente también pasarán a través del nanoporo, como se ve en la fase F de la figura 4. El nucleótido no incorporado se puede detectar por el nanoporo en algunos casos, pero el procedimiento proporciona un medio para distinguir entre un nucleótido incorporado y un nucleótido no incorporado en base a, al menos en parte, el tiempo durante el que el nucleótido se detecta en el nanoporo. Las marcas unidas a nucleótidos no incorporados pasan a través del nanoporo rápidamente y se detectan durante un corto período de tiempo (por ejemplo, menos de 10 ms), mientras que las marcas unidas a nucleótidos incorporados se cargan en el nanoporo y se detectan durante un largo período de tiempo (por ejemplo, al menos 10 ms).

Se pueden impulsar dos tipos de flujo iónico a través del PNTMC: conducción faradaica y conducción no faradaica. En la conducción faradaica, se produce una reacción química en la superficie del electrodo de metal. La corriente faradaica es la corriente generada por la reducción u oxidación de algunas sustancias químicas en un electrodo. En la conducción no faradaica, no ocurre ninguna reacción química en la superficie del metal. El potencial cambiante de la capacitancia de doble capa entre el electrodo de metal y la película delgada de electrólito impulsa el flujo de iones.

El flujo iónico por conducción faradaica tiene una serie de inconvenientes. La vida útil de funcionamiento de un electrodo está limitada porque el metal en el electrodo se consume y se agota a medida que la corriente iónica fluye a través del PNTMC, como se describirá con más detalle a continuación.

La figura 5A ilustra un ejemplo de un modelo de circuito de señal pequeña durante conducción faradaica. El PNTMC y el ET se representan como reóstatos simples en el modelo de circuito de señal pequeña. La figura 5B ilustra los diferentes estados del PNTMC con conducción faradaica. El flujo de corriente iónica, i(t), tiene cinco estados: el estado de corriente más alta con un canal de nanoporo abierto (no mostrado) y cuatro estados de corriente menor correspondientes a cada uno de los cuatro tipos diferentes de nucleótidos unidos al sitio activo del PNTMC. El flujo de corriente positiva i(t) describe los electrones que entran en el nodo V^ce,^er y salen del nodo V^et. Los aniones (por ejemplo, Cl-) salen del CE, fluyen a través del grueso del electrólito, cruzan la bicapa lipídica por medio del PNTMC y continúan a través de la película delgada de electrólito y se combinan con el metal del ET.

Por ejemplo, para un electrodo con metal plata (Ag), la reacción química es:

Ag^{(sólida) +} Cl ^(acuoso) AgCl^{(sóiido) +} electrón ^{(fluye en circuito analógico)}

Ecuación 1

Como se muestra en la ecuación 1 anterior, un átomo de plata metálica se convierte en una sal insoluble, cloruro de plata (AgCl), por cada anión cloruro (Cl-) que pasa a través del PNTMC. En algunos casos, la plata se agota en el transcurso de minutos de funcionamiento.

Para evitar el agotamiento del electrodo de metal, la dirección del flujo de corriente iónica se puede invertir aplicando un voltaje negativo durante una duración similar, lo que provoca que el cloruro de plata (AgCl) se convierta de nuevo en metal plata. Sin embargo, recargar o refrescar de esta manera provoca que la plata se vuelva a depositar como rasgos característicos similares a pelos en la superficie del electrodo de metal, lo que puede tener un impacto en el rendimiento global, especialmente en chips con geometría de celda más pequeña y, por tanto, electrodos más pequeños.

Otra forma es retrasar el agotamiento del electrodo de metal aplicando un voltaje para atraer la polimerasa al nanoporo y tirar de la marca a través de o a las proximidades del nanoporo para su detección, y a continuación apagar el voltaje durante un período de tiempo, lo que provocará que la marca se libere del nanoporo. Dado que no hay corriente mientras el voltaje está apagado, se convierten menos átomos de plata y se prolonga la vida útil del electrodo de metal. Sin embargo, el tiempo de detección se reduce en consecuencia.

Además del agotamiento del electrodo de metal, la conducción faradaica también provoca un desequilibrio en la concentración del grueso del electrólito dentro de las celdas a lo largo del tiempo. Por ejemplo, hay una ganancia neta de moléculas de KCl en un electrodo, pero una pérdida neta de moléculas de KCl en el electrodo opuesto. Esta acumulación de concentración de sal en un electrodo y el agotamiento de sal en el electrodo opuesto crea una presión osmótica indeseable dentro de la celda.

Un tipo alternativo de flujo iónico a través del PNTMC es por medio de conducción no faradaica. En la conducción no faradaica, no se produce ninguna reacción química (reducción u oxidación de sustancias químicas) en la superficie del metal. El potencial cambiante a través de la capacitancia de doble capa entre el electrodo de metal y la película delgada de electrólito impulsa el flujo de iones.

Para la conducción no faradaica, el electrodo de metal puede estar hecho de metales que son resistentes a la corrosión y la oxidación. Por ejemplo, los metales nobles tales como el platino o el oro se oxidan con dificultad, e incluso cuando se oxidan, el proceso es fácilmente reversible. Cuando se aplican potenciales pequeños (por ejemplo, menos de /- 1 V en relación con V^ce) al platino/oro en un electrólito, además de una corriente transitoria capacitiva inicial, no fluye corriente iónica. Esto permite la medición del efecto túnel de electrones desde el metal hacia especies activas rédox (reducción-oxidación) mezcladas con el electrólito. Sin especies activas rédox (tales como ferricianuro o ferrocianuro) en el electrólito, no fluye corriente iónica (o de electrones o de huecos) en estado estable a través de la interfase metal-líquido. A pesar de la falta de interacción química (es decir, enlace) entre el platino/oro y el electrólito, hay un desplazamiento físico transitorio de iones en el electrólito debido al crecimiento y contracción de la región de agotamiento de iones en la interfase metal-líquido, en respuesta al potencial aplicado. Esta región de agotamiento de iones se denomina "doble capa" en el lenguaje electroquímico. Usando un modelo de ingeniería eléctrica, se forma un condensador de placas paralelas donde el metal es una placa, la región de agotamiento es el dieléctrico y la distribución difusa de iones en el líquido es la otra placa.

La figura 6 ilustra un modo de realización de una celda en un chip para secuenciación basada en nanoporos configurada para mediciones no faradaicas y acopladas capacitivamente. Una bicapa lipídica 602 se forma sobre la superficie de la celda. El electrólito que contiene complejos moleculares transmembranarios de nanoporos de proteínas (PNTMC) solubles y el analito de interés 614 se coloca directamente sobre la superficie de la celda. Un único PNTMC 604 se inserta en la bicapa lipídica 602 por electroporación. Las bicapas lipídicas individuales en la matriz no están conectadas entre sí, ni química ni eléctricamente. Por tanto, cada celda en la matriz es una máquina de secuenciación independiente que produce datos únicos para la única molécula de polímero asociada con el PNTMC. La celda incluye un circuito de medición analógico 612 para realizar mediciones no faradaicas y acopladas capacitivamente. Las mediciones se convierten en información digital y se transmiten fuera de la celda. En algunos modos de realización, la velocidad de transferencia de datos de transmisión es del orden de gigabits por segundo. En algunos modos de realización, una matriz de puertas programable in situ (FPGA) o un circuito integrado específico de la aplicación (ASIC) recibe los datos transmitidos, procesa los datos y reenvía los datos a un ordenador.

Con referencia continua a la figura 6, la circuitería de medición analógica 612 se conecta a un electrodo de metal 610 cubierto por una película delgada de electrólito 608. La película delgada de electrólito 608 está aislada del grueso del electrólito 614 por la bicapa lipídica 602 impermeable a iones. El PNTMC 604 atraviesa la bicapa lipídica 602 y proporciona la única ruta para que la corriente iónica fluya desde el grueso del líquido al electrodo de metal 610. El electrodo de metal 610 también se denomina electrodo de trabajo (ET). Para la conducción no faradaica, el electrodo de metal 610 puede estar hecho de metales que son resistentes a la corrosión y la oxidación, por ejemplo, platino, oro y grafito. El electrodo de metal 610 puede ser un electrodo esponjoso, como se describirá con más detalle a continuación. La celda también incluye un contraelectrodo/electrodo de referencia (CE/ER) 616, que es un sensor de potencial electroquímico.

La figura 7 ilustra un modo de realización de un modelo de circuito de señal pequeña para conducción no faradaica. El PNTMC se representa como una reóstato simple 702 en el modelo de circuito de señal pequeña. La capacitancia de doble capa se representa como un condensador 704 en el modelo de circuito de señal pequeña. En algunos modos de realización, V¹ en la figura 7 se establece para que sea un voltaje incremental desde tierra, por ejemplo, 500 mV, mientras que V² se establece para que sea V¹ más una señal aplicada, por ejemplo, una señal de CA aplicada de 10 Hz a 1 kHz.

De acuerdo con la invención, la señal aplicada es una señal de CA. En una polaridad, la señal de CA aplicada atrae la polimerasa al nanoporo y atrae la marca a través de o a las proximidades del nanoporo para su detección. Cuando se invierte la polaridad de la señal de CA aplicada, la marca se libera del nanoporo y el electrodo se recarga/refresca de modo que no se hacen cambios electroquímicos en los electrodos metálicos. A medida que la señal de CA cambia repetidamente la polaridad, una porción de una marca asociada con un nucleótido marcado se dirige a un nanoporo y se dirige fuera del nanoporo durante una pluralidad de veces. Esta carga y expulsión repetitivas de una única marca permite que se lea la marca múltiples veces. Múltiples lecturas pueden posibilitar la corrección de errores, tales como errores asociados con marcas que se enhebran dentro y/o fuera de un nanoporo.

En algunos modos de realización, la frecuencia de la señal de CA se elige al menos en parte en base al período de tiempo durante el que un nucleótido marcado está asociado con una polimerasa. La frecuencia de la señal de CA debería permitir que se atraiga un nucleótido marcado asociado con la polimerasa y se cargue en el nanoporo durante un período de tiempo suficiente al menos una vez de modo que se pueda detectar la marca; de otro modo, algunas de las marcas que están asociadas con la polimerasa no se pueden detectar por el sistema. En otras palabras, el muestreo debe ser a una tasa más rápida que la tasa a la que se produce la secuencia de acontecimientos, de modo que no se escape ningún acontecimiento.

Con referencia continua a la figura 6, antes de que se ha formado la bicapa lipídica 602, el grueso del electrólito 614 está en contacto directo con el electrodo de trabajo 610, creando, por tanto, un cortocircuito entre el electrólito y el electrodo de trabajo. La figura 8A y la figura 8B ilustran un ejemplo de la respuesta capacitiva de la doble capa. Las figuras ilustran las propiedades de la doble capa con un cortocircuito entre el electrólito y el electrodo de trabajo. En este ejemplo, el electrólito contiene acetato de potasio 0,5 M y KCl 10 mM. El contraelectrodo 616 incluye AgCl. El electrodo de trabajo 610 es un electrodo de platino con platino galvanizado. La viscosidad del agua evita el flujo fácil de iones en respuesta al campo aplicado; esto se manifiesta como una resistencia en serie en la respuesta capacitiva de doble capa. Esta resistencia limita la corriente máxima como se muestra en la figura 8a . La naturaleza en serie de la conexión electroquímica RC se puede ver en el decaimiento de la respuesta, que se caracteriza por la constante de tiempo de RC. En la figura 8B, se muestra que la corriente desciende a exp (-25) = 13,8 pA, por debajo del límite de detección del sistema. Esto demuestra una falta tanto de resistencia de derivación (shunt) (desde un punto de vista eléctrico) como de corriente faradaica (desde un punto de vista electroquímico).

El electrodo de trabajo 610 está configurado para maximizar su área de superficie para un volumen dado. A medida que se incrementa el área de superficie, se incrementa la capacitancia de la doble capa y se puede desplazar una mayor cantidad de iones con el mismo potencial aplicado antes de que se cargue el condensador. En referencia a la figura 7, la impedancia de Cdoble capa = — ( J— ------- donde f = frecuencia y C = Cdoble capa . Haciendo f, C o tanto f ^{* 2} pi*f*c)

como C más grandes, la impedancia del condensador se vuelve muy pequeña en relación con R^pntmc, y la corriente que se va a medir se vuelve mayor. Como la impedancia del modelo de señal pequeña está dominada por R^pntmc, la corriente medida puede diferenciar mejor los cinco estados: el estado de corriente más alta con un canal de nanoporo abierto y cuatro estados de corriente menor correspondientes a cada uno de los cuatro tipos diferentes de nucleótidos unidos en el sitio activo del PNTMC.

Por ejemplo, el área de superficie del electrodo de trabajo se puede incrementar haciendo que el electrodo sea "esponjoso". En algunos casos, la capacitancia de la doble capa con respecto al grueso del líquido se puede potenciar galvanizando metal platino sobre un electrodo de platino liso de 5 micrómetros de diámetro en presencia de un detergente. El detergente crea espacios intersticiales a nanoescala en el metal platino, haciéndolo "esponjoso". La esponja de platino absorbe el electrólito y crea una gran área de superficie eficaz (por ejemplo, 33 pF por micrómetro cuadrado de área de arriba-abajo del electrodo). Maximizar el área de superficie de doble capa crea un condensador de "bloque de CC", con lo que el voltaje en la doble capa alcanza un estado estable y apenas cambia durante el funcionamiento. La resistencia de PNTMC en serie (R^pntmc en la figura 7) y la capacitancia de doble capa (Cdoble capar en la figura 7) forman un cero de baja frecuencia, que actúa como un filtro de paso alto. En un ejemplo, R^pntmc ~10 gigaohmios, Cdoble capa ~800 pF, lo que da como resultado una constante de tiempo de ~10 gigaohmios * ~800 pF = ~8 segundos. Recortar la medición en 100 Hz entonces rechaza la deriva de CC y atenúa el contenido de información de baja frecuencia en las marcas medidas en un factor de 1000.

Sin ninguna marca presente, el PNTMC se comporta de manera similar a un nanoporo de proteína alfa hemolisina. El nanoporo de hemolisina tiene una característica rectificadora que cambia su sesgo dependiendo del ciclo de trabajo del impulso de onda cuadrada. A diferencia del caso de conducción faradaica, el voltaje absoluto aplicado al electrodo no es el mismo que el voltaje aplicado al nanoporo: el voltaje en la doble capa sesga el potencial aplicado al nanoporo, y este sesgo cambia con el ciclo de trabajo.

Las figuras 9A y 9B ilustran la corriente de nanoporos con modulación de CA no faradaica. En este ejemplo, la señal aplicada es una onda cuadrada de pico a pico de 200 mV con un ciclo de trabajo de un 50 % a 5 Hz. El electrólito contiene acetato de potasio 0,5 M y KCl 10 mM. El contraelectrodo 616 incluye AgCl. El electrodo de trabajo 610 es un electrodo de platino con platino galvanizado.

La figura 9A muestra el transitorio de inicio cuando se aplican 200 mV con polaridad positiva al nanoporo, lo que indica que la corriente de canal abierto con 200 mV directamente aplicados es de aproximadamente 70 pA. La figura 9A muestra que el estado estable se alcanza después de ~20 segundos. En la figura 9B, se puede observar la tasa de decaimiento del voltaje en el condensador de doble capa. La tasa de decaimiento está determinada por el tamaño de la capacitancia de doble capa y la resistencia de carga de nanoporo.

La figura 10 ilustra que la corriente positiva máxima en estado estable varía como función del ciclo de trabajo y el voltaje aplicado. El gráfico 1010 muestra la corriente máxima en estado estable en amperios (A) representada frente a diferentes ciclos de trabajo cuando el voltaje aplicado es una onda cuadrada de pico a pico de 200 mV. El gráfico 1020 muestra la corriente máxima en estado estable (en A) representada frente a diferentes ciclos de trabajo cuando el voltaje aplicado es una onda cuadrada de pico a pico de 100 mV. En este ejemplo, el electrólito contiene acetato de potasio 0,5 M y KCl 10 mM. El contraelectrodo 616 incluye AgCl. El electrodo de trabajo 610 es un electrodo de platino con platino galvanizado. Puesto que el nanoporo de hemolisina tiene una característica rectificadora (o no es óhmica), se requiere un voltaje de polaridad negativa de mayor magnitud para pasar la misma magnitud de corriente que cuando se aplica un voltaje de polaridad positiva. La corriente positiva máxima cae a medida que se incrementa el ciclo de trabajo. Cuanto menor sea el ciclo de trabajo, mayor será el voltaje positivo aplicado al nanoporo a través de la capacitancia de doble capa.

La figura 11 ilustra un ejemplo de un modelo de simulación que se hizo coincidir con los datos de la figura 10. La simulación se crea para estimar el voltaje real en el nanoporo, que no es el mismo que el voltaje aplicado al electrodo de trabajo debido al condensador de doble capa conectado en serie con el nanoporo. Este voltaje no se puede medir directamente en los casos no faradaicos. Se supuso que la no linealidad en el acetato de potasio era directamente proporcional a la no linealidad del cloruro de potasio 1 M. Las figuras 12A y 12B ilustran el resultado de la simulación cuando la señal aplicada tiene un ciclo de trabajo de un 50 %. En la figura 12B, la pendiente del decaimiento es más inclinada para la corriente positiva que para la corriente negativa debido a las características rectificadoras del nanoporo de hemolisina, que se modela con las ecuaciones polinómicas B1 y B2 en la figura 11.

La figura 13A ilustra la corriente de medición cuando la señal aplicada tiene un ciclo de trabajo de un 25 %. La figura 13B ilustra la corriente simulada cuando la señal aplicada tiene un ciclo de trabajo de un 25 %. Estas cifras ilustran que con un ciclo de trabajo menor de un 25 %, la magnitud de la corriente positiva (43 pA) a través del nanoporo es mucho mayor que la magnitud de la corriente negativa (-13 pA) a través del nanoporo. Para lograr resistencia de derivación nula (sin corriente faradaica) en estado estable, la suma de la carga positiva y negativa a través de la doble capa durante un período de oscilación debe ser cero. Como i = dQ/dt, donde i = corriente y Q = carga, en un gráfico de la corriente frente al tiempo, la carga es el área bajo la curva. Por ejemplo, si el área bajo la curva del gráfico de corriente frente a tiempo de polaridad positiva (área 1302 de la figura 13B) es aproximadamente la misma que el área bajo la curva del gráfico de corriente frente a tiempo de polaridad negativa (área 1304 de la figura 13B), entonces la suma de la carga positiva y negativa a través de la doble capa durante un período de oscilación es cercana a cero.

La figura 14A ilustra el voltaje aplicado al nanoporo frente al tiempo cuando la señal aplicada tiene un ciclo de trabajo de un 50 %. La figura 14B ilustra el voltaje aplicado al nanoporo frente al tiempo cuando la señal aplicada tiene un ciclo de trabajo de un 25 %. Con un ciclo de trabajo menor en la figura 14B, el voltaje aplicado al nanoporo es mayor, lo que atrae la polimerasa y la marca hacia el nanoporo con mayor eficacia. Con un ciclo de trabajo más largo en la figura 14A, se dedica más tiempo a la lectura y detección de la marca mientras hay una cola específica de nucleótidos en su lugar.

La figura 15 ilustra un ejemplo de un proceso para identificar una molécula. En 1502, se atrae una molécula a un nanoporo aplicando una primera señal de voltaje a un par de electrodos (por ejemplo, el electrodo de trabajo y el contraelectrodo/electrodo de referencia) durante un primer período, en el que la primera señal de voltaje provoca una primera corriente iónica a través del nanoporo que es indicativa de una propiedad de una porción de la molécula (por ejemplo, un nucleótido marcado) próxima al nanoporo. Por ejemplo, los cuatro tipos de nucleótidos marcados tienen propiedades diferentes y cuando un tipo particular de nucleótido marcado se atrae hacia el nanoporo, una corriente iónica indicativa de la propiedad fluye a través del nanoporo.

En 1504, la molécula se libera del nanoporo aplicando una segunda señal de voltaje al par de electrodos durante un segundo período, en el que la segunda señal de voltaje provoca una segunda corriente iónica a través del nanoporo.

En 1506, el primer período y el segundo período se determinan en base, al menos en parte, a una corriente iónica neta a través del nanoporo que comprende la primera corriente iónica y la segunda corriente iónica. Por ejemplo, se pueden determinar el primer período y el segundo período de modo que se reduzca la corriente iónica neta. En algunos casos, la corriente iónica neta se reduce desactivando la segunda señal de voltaje. Cuando se apaga la segunda señal de voltaje, la segunda corriente iónica se vuelve cero y el agotamiento del electrodo de metal se retrasa como se explica anteriormente. En algunos modos de realización, la corriente iónica neta se reduce estableciendo la segunda señal de voltaje en una señal con una polaridad opuesta a la primera señal de voltaje. Por ejemplo, alternar entre la primera señal de voltaje y la segunda señal de voltaje genera una señal de CA. La segunda corriente iónica compensa la primera corriente iónica, reduciendo, por tanto, la corriente iónica neta a través del nanoporo. Como se muestra en la figura 10, la corriente varía como función del ciclo de trabajo y el voltaje aplicado. Por lo tanto, el ciclo de trabajo (es decir, el primer período y el segundo período) se puede ajustar de modo que el área bajo la curva de la primera corriente iónica sea sustancialmente la misma que el área bajo la curva de la segunda corriente iónica de modo que la suma de la carga positiva y negativa a través de la doble capa durante un período de oscilación (es decir, el primer período y el segundo período) sea cercana a cero.

La figura 16 ilustra un ejemplo de una circuitería 1600 en una celda de un chip para secuenciación basada en nanoporos. Como se menciona anteriormente, cuando la marca está contenida en el nanoporo 1602, se genera una señal de conductancia única (por ejemplo, véase la señal 210 en la figura 2) debido a las distintas estructuras químicas de la marca, identificando, de este modo, la base añadida electrónicamente. La circuitería de la figura 16 mantiene un voltaje constante a través del nanoporo 1602 cuando se mide el flujo de corriente. En particular, la circuitería incluye un amplificador de funcionamiento 1604 y un dispositivo de paso 1606 que mantienen un voltaje constante igual a Va o Vb a través del nanoporo 1602. La corriente que fluye a través del nanoporo 1602 se integra en un condensador ncon 1608 y se mide por un convertidor de analógico a digital (CAD) 1610.

Sin embargo, la circuitería 1600 tiene una serie de inconvenientes. Uno de los inconvenientes es que la circuitería 1600 solo mide el flujo de corriente unidireccional. Otro inconveniente es que el amplificador de funcionamiento 1604 en la circuitería 1600 puede introducir una serie de problemas de rendimiento. Por ejemplo, el voltaje de compensación y la deriva térmica del amplificador de funcionamiento 1604 pueden provocar que el voltaje real aplicado a través del nanoporo 1602 varíe a través de diferentes celdas. El voltaje real aplicado a través del nanoporo 1602 se puede desviar en decenas de milivoltios por encima o por debajo del valor deseado, provocando, de este modo, importantes inexactitudes de medición. Además, el ruido del amplificador de funcionamiento puede provocar errores de detección adicionales. Otro inconveniente es que las partes de la circuitería para mantener un voltaje constante a través del nanoporo mientras se realizan las mediciones de flujo de corriente son intensivas en área. Por ejemplo, el amplificador de funcionamiento 1604 ocupa significativamente más espacio en una celda que otros componentes. A medida que el chip para secuenciación basada en nanoporos se escala para incluir más y más celdas, el área ocupada por los amplificadores de funcionamiento se puede incrementar a un tamaño inalcanzable. Desafortunadamente, la reducción del tamaño del amplificador de funcionamiento en un chip para secuenciación basada en nanoporos con una matriz de gran tamaño puede plantear otros problemas de rendimiento. Por ejemplo, puede agravar aún más los problemas de compensación y ruido en las celdas.

La figura 17 ilustra un ejemplo de una circuitería 1700 en una celda de un chip para secuenciación basada en nanoporos, en el que el voltaje aplicado a través del nanoporo se puede configurar para variar durante un período de tiempo durante el que el nanoporo está en un estado detectable particular. Uno de los posibles estados del nanoporo es un estado de canal abierto cuando un polifosfato unido a la marca está ausente del hueco cilíndrico del nanoporo. Otros cuatro posibles estados del nanoporo corresponden a los estados cuando los cuatro tipos diferentes de nucleótidos polifosfato unidos a la marca (A, T, G o C) están contenidos en el hueco cilíndrico del nanoporo. Aún otro posible estado del nanoporo es cuando se rompe la membrana. Las figuras 18A y 18B ilustran ejemplos adicionales de una circuitería (1800 y 1801) en una celda de un chip para secuenciación basada en nanoporos, en el que el voltaje aplicado a través del nanoporo se puede configurar para variar durante un período de tiempo durante el que el nanoporo está en un estado detectable particular. En los circuitos anteriores, ya no se requiere el amplificador de funcionamiento.

La figura 17 muestra un nanoporo 1702 que se inserta en una membrana 1712, y el nanoporo 1702 y la membrana 1712 están situados entre un electrodo de trabajo 1714 de celda y un contraelectrodo 1716, de modo que se aplica un voltaje a través del nanoporo 1702. En algunos casos, el dispositivo de paso 1706 que mantiene un voltaje constante igual a Va o Vb a través del nanoporo 1702. La corriente que fluye a través del nanoporo 1702 se integra en un condensador ncon 1708 y se mide por un convertidor de analógico a digital (CAD) 1710. El nanoporo 1702 también está en contacto con un grueso del líquido/electrólito 1718. Téngase en cuenta que el nanoporo 1702 y la membrana 1712 están dibujados al revés en comparación con el nanoporo y la membrana de la figura 1. A continuación en el presente documento, se pretende que una celda incluya al menos una membrana, un nanoporo, un electrodo de celda de trabajo y la circuitería asociada. En algunos casos, el contraelectrodo se comparte entre una pluralidad de celdas y, por lo tanto, también se denomina electrodo común. El electrodo común se puede configurar para aplicar un potencial común al grueso del líquido en contacto con los nanoporos en las celdas de medición. El potencial común y el electrodo común son comunes a todas las celdas de medición. Hay un electrodo de celda de trabajo dentro de cada celda de medición; a diferencia del electrodo común, el electrodo de celda de trabajo 1714 se puede configurar para aplicar un potencial distinto que es independiente de los electrodos de la celda de trabajo en otras celdas de medición.

En las figuras 18A y 18B, en lugar de mostrar un nanoporo insertado en una membrana y el líquido circundante al nanoporo, un modelo eléctrico 1802 que representa las propiedades eléctricas del nanoporo y la membrana. El modelo eléctrico 1802 incluye un condensador 1806 que modela una capacitancia asociada con la membrana (Cmembrana) y un reóstato 1804 que modela una resistencia asociada con el nanoporo en diferentes estados (por ejemplo, el estado de canal abierto o los estados correspondientes a tener tipos diferentes de marcas/moléculas en el interior del nanoporo). La capacitancia asociada con el electrodo de trabajo se puede denominar capacitancia de doble capa (Cdc). Téngase en cuenta en las figuras 18A y 18B que los circuitos respectivos pueden no requerir que se fabrique un condensador adicional (por ejemplo, ncon 1608 en la figura 16) en el chip, facilitando, de este modo, la reducción de tamaño del chip para secuenciación basada en nanoporos.

La figura 19 ilustra un ejemplo de un procedimiento 1900 para analizar una molécula en el interior de un nanoporo, en el que el nanoporo se inserta en una membrana. El procedimiento 1900 se puede realizar usando los circuitos mostrados en las figuras 17, 18A o 18B. La figura 20 ilustra un gráfico del voltaje aplicado a través del nanoporo frente al tiempo cuando se realiza el procedimiento 1900 y se repite tres veces. Como se describirá con más detalle a continuación, el voltaje aplicado a través del nanoporo no se mantiene constante. Por el contrario, el voltaje aplicado a través del nanoporo cambia a lo largo del tiempo. La tasa de decaimiento de voltaje (es decir, la inclinación de la pendiente del gráfico de voltaje aplicado a través del nanoporo frente al tiempo) depende de la resistencia de la celda (por ejemplo, la resistencia del reóstato 1804 en la figura 18A). Más en particular, como la resistencia asociada con el nanoporo en diferentes estados (por ejemplo, el estado de canal abierto, los estados correspondientes a tener tipos diferentes de marcas/moléculas en el interior del nanoporo y el estado cuando se rompe la membrana) es diferente debido a las distintas estructuras químicas de las moléculas/marcas, se pueden observar diferentes tasas correspondientes de decaimiento de voltaje y, por tanto, se pueden usar para identificar los diferentes estados del nanoporo.

Con referencia a la figura 19 y la figura 18A, en 1902 del procedimiento 1900, se aplica un voltaje a través del nanoporo acoplando el nanoporo a una fuente de voltaje. Por ejemplo, como se muestra en la figura 18A, se aplica un voltaje Vpre 1810 al electrodo de trabajo de celda cuando se cierra un interruptor S1 1808. Como se muestra en la figura 20, el voltaje inicial aplicado a través del nanoporo es Vpre - Vlíquido, donde Vlíquido es el voltaje del grueso del líquido en contacto con el nanoporo. Como la fuente de voltaje está conectada al electrodo de trabajo, el condensador asociado con la membrana se carga y la energía se almacena en un campo eléctrico a través de la membrana.

En 1904 del procedimiento 1900, el condensador asociado con la membrana (condensador 1806) se descarga desacoplando el nanoporo y la membrana de la fuente de voltaje, y de este modo se disipa la energía almacenada en el campo eléctrico a través de la membrana. Por ejemplo, como se muestra en la figura 18A, la fuente de voltaje se desconecta cuando se abre el interruptor S1 1808. Después de que se abre el interruptor S1 1808, el voltaje a través del nanoporo comienza a decaer exponencialmente, como se muestra en la figura 20. El decaimiento exponencial tiene una constante de tiempo RC t = RC, donde R es la resistencia asociada con el nanoporo (reóstato 1804) y C es la capacitancia asociada con la membrana (condensador 1806) en paralelo con R.

En 1906 del procedimiento 1900, se determina una tasa de decaimiento del voltaje aplicado a través del nanoporo. La tasa de decaimiento de voltaje es la inclinación de la pendiente de la curva del voltaje aplicado a través del nanoporo frente al tiempo, como se muestra en la figura 20. La tasa de decaimiento de voltaje se puede determinar de diferentes maneras.

En algunos ejemplos, la tasa del decaimiento de voltaje se determina midiendo un decaimiento de voltaje que se produce durante un intervalo de tiempo fijo. Por ejemplo, en primer lugar se mide el voltaje aplicado en el electrodo de trabajo por el CAD 1812 en el tiempo ti y, a continuación, se mide el voltaje de nuevo por el CAD 1812 en el tiempo t2. La diferencia de voltaje AVaplicado es mayor cuando la pendiente de la curva del voltaje a través del nanoporo frente al tiempo es más inclinada, y la diferencia de voltaje AVaplicado es más pequeña cuando la pendiente de la curva de voltaje es menos inclinada. Por tanto, se puede usar AVaplicado como una métrica para determinar la tasa del decaimiento del voltaje aplicado a través del nanoporo. En algunos ejemplos, para incrementar la exactitud de la medición de la tasa de decaimiento de voltaje, se puede medir el voltaje más veces a intervalos fijos. Por ejemplo, se puede medir el voltaje en t3, t4 y así sucesivamente, y se pueden usar las múltiples mediciones de AVaplicado durante los múltiples intervalos de tiempo conjuntamente como una métrica para determinar la tasa del decaimiento del voltaje aplicado a través del nanoporo. En algunos ejemplos, para incrementar la exactitud de la medición de la tasa de decaimiento de voltaje, se puede usar un muestreo doble correlacionado (CDS).

En algunos ejemplos, la tasa del decaimiento de voltaje se determina midiendo una duración de tiempo que se requiere para una cantidad seleccionada de decaimiento de voltaje. En algunos ejemplos, se puede medir el tiempo requerido para que el voltaje caiga desde un voltaje fijo V¹ a un segundo voltaje fijo V². El tiempo requerido es menor cuando la pendiente de la curva de voltaje es más inclinada, y el tiempo requerido es mayor cuando la pendiente de la curva de voltaje es menos inclinada. Por tanto, se puede usar el tiempo medido requerido como una métrica para determinar la tasa del decaimiento del voltaje aplicado a través del nanoporo.

En 1908 del procedimiento 1900, se determina un estado del nanoporo en base a la tasa determinada de decaimiento de voltaje. Uno de los posibles estados del nanoporo es un estado de canal abierto durante el que un polifosfato unido a la marca está ausente del hueco cilíndrico del nanoporo. Otros posibles estados del nanoporo corresponden a los estados cuando están contenidos tipos diferentes de moléculas en el hueco cilíndrico del nanoporo. Por ejemplo, otros cuatro posibles estados del nanoporo corresponden a los estados cuando los cuatro tipos diferentes de nucleótidos polifosfato unidos a la marca (A, T, G o C) están contenidos en el hueco cilíndrico del nanoporo. Aún otro posible estado del nanoporo es cuando se rompe la membrana. Se puede determinar el estado del nanoporo en base a la tasa determinada de decaimiento de voltaje, porque la tasa del decaimiento de voltaje depende de la resistencia de la celda, es decir, la resistencia del reóstato 1804 en la figura 18A. Más en particular, como las resistencias asociadas con el nanoporo en diferentes estados son diferentes debido a las distintas estructuras químicas de las moléculas/marcas, se pueden observar diferentes tasas correspondientes de decaimiento de voltaje y, por tanto, se pueden usar para identificar los diferentes estados del nanoporo.

La figura 21 ilustra un ejemplo de los gráficos del voltaje aplicado a través del nanoporo frente al tiempo cuando el nanoporo está en diferentes estados. La curva 2102 muestra la tasa de decaimiento de voltaje durante un estado de canal abierto. En algunos casos, la resistencia asociada con el nanoporo en un estado de canal abierto está en el intervalo de 100 Mohm a 20 Gohm. Las curvas 2104, 2106, 2108 y 2110 muestran las diferentes tasas de decaimiento de voltaje correspondientes a los cuatro estados de registro cuando los cuatro tipos diferentes de nucleótidos polifosfato unidos a la marca (A, T, G o C) están contenidos en el hueco cilíndrico del nanoporo. En algunos casos, la resistencia asociada con el nanoporo en un estado de registro está dentro del intervalo de 200 Mohm a 40 Gohm. Téngase en cuenta que la pendiente de cada uno de los gráficos se puede distinguir entre sí.

En 1910 del procedimiento 1900, se determina si se repite el procedimiento 1900. Por ejemplo, se puede repetir el procedimiento una pluralidad de veces para detectar cada estado del nanoporo. Si el procedimiento no se repite, entonces el procedimiento 1900 termina; de otro modo, el procedimiento se reinicia en 1902 de nuevo. En 1902, se restablece un voltaje a través del nanoporo conectándolo a la fuente de voltaje. Por ejemplo, como se muestra en la figura 18A, se aplica un voltaje Vpre 1810 a través del nanoporo cuando se cierra el interruptor S1 1808. Como se muestra en la figura 20, el voltaje aplicado 2002 vuelve a subir al nivel de Vpre. A medida que el procedimiento 1900 se repite una pluralidad de veces, se aplica una forma de onda de voltaje similar a un diente de sierra a través del nanoporo a lo largo del tiempo. La figura 20 también ilustra una curva de extrapolación 2004 que muestra el decaimiento de voltaje RC a lo largo del tiempo si no se hubiera restablecido el voltaje Vpre 1810.

Como se muestra anteriormente, configurar el voltaje aplicado a través del nanoporo para que varíe durante un período de tiempo durante el que el nanoporo está en un estado detectable particular tiene muchas ventajas. Una de las ventajas es que la eliminación del amplificador de funcionamiento, el dispositivo de paso y el condensador (por ejemplo, ncon 1608 en la figura 16) que de otro modo se fabrican en el chip en la circuitería de celda, reduce significativamente el espacio ocupado por una única celda en el chip para secuenciación basada en nanoporos, facilitando, de este modo, el escalado del chip para secuenciación basada en nanoporos para incluir cada vez más celdas (por ejemplo, tener millones de celdas en un chip para secuenciación basada en nanoporos). La capacitancia en paralelo con el nanoporo incluye dos partes: la capacitancia asociada con la membrana y la capacitancia asociada con el chip integrado (CI). Debido a la naturaleza delgada de la membrana, la capacitancia asociada con la membrana por sí sola puede ser suficiente para crear la constante de tiempo RC requerida sin necesidad de capacitancia en el chip adicional, permitiendo, de este modo, una reducción importante en el tamaño de la celda y el tamaño del chip.

Otra ventaja es que la circuitería de una celda no experimenta inexactitudes de compensación porque Vpre se aplica directamente al electrodo de trabajo sin ningún circuito intermedio. Otra ventaja es que, puesto que no se abren ni cierran interruptores durante los intervalos de medición, se minimiza la cantidad de inyección de carga.

Además, la técnica descrita anteriormente funciona igualmente bien usando voltajes positivos o voltajes negativos. Se ha demostrado que las mediciones bidireccionales son útiles para caracterizar un complejo molecular. Además, se requieren mediciones bidireccionales cuando el tipo de flujo iónico que se impulsa a través del nanoporo es por medio de conducción no faradaica. Se pueden impulsar dos tipos de flujo iónico a través del nanoporo: conducción faradaica y conducción no faradaica. En la conducción faradaica, se produce una reacción química en la superficie del electrodo de metal. La corriente faradaica es la corriente generada por la reducción u oxidación de algunas sustancias químicas en un electrodo. La ventaja de la conducción no faradaica es que no ocurre ninguna reacción química en la superficie del electrodo de metal.

La figura 22 es un diagrama de circuito que ilustra un ejemplo de una circuitería de una celda de un chip para secuenciación basada en nanoporos, en el que el chip de secuenciación incluye una memoria analógica para almacenar valores de medición.

En un enfoque, se puede registrar una medición de nanoporo de un valor de circuito analógico (por ejemplo, voltaje, corriente, resistencia, carga, capacitancia, tiempo, etc.) a intervalos regulares y convertirse en una representación digital para su procesamiento. A menudo, se restan dos valores de medición entre sí para determinar si se ha detectado un acontecimiento destacado para el nanoporo. En grandes sistemas altamente paralelos con un millón de celdas, la emisión de valores que se van a restar digitalmente usando un procesador puede llevar mucho tiempo y limitar el ancho de banda. En algunos casos, en lugar de emitir cada medición de circuito en forma digital para almacenarla y procesarla digitalmente, se registran al menos dos mediciones para diferentes muestras de medición en tiempos diferentes usando componentes analógicos y se restan para emitir digitalmente solo el valor de diferencia entre las dos mediciones en lugar de emitir digitalmente los valores absolutos de las dos mediciones. Por ejemplo, se almacenan dos mediciones de circuito por dos condensadores separados cargando/descargando los condensadores a niveles que corresponden a las mediciones que se restan entre sí por un convertidor de analógico a digital (es decir, CAD) para emitir un valor de diferencia digital. En algunos casos, no solo la emisión de la diferencia en lugar de los valores absolutos ahorrará recursos de comunicación, almacenamiento y procesamiento digital, el almacenamiento analógico y la medición diferencial del CAD pueden ser, en general, menos susceptibles al ruido inyectado (por ejemplo, del sustrato).

Se puede utilizar la magnitud de la diferencia para identificar acontecimientos de interés. Por ejemplo, en el caso de que el valor de diferencia sea mayor que un umbral, la magnitud del valor de diferencia se utiliza para identificar que se ha enhebrado un nanoporo (por ejemplo, canal de nanoporo abierto a un nanoporo enhebrado con marca) y en el caso de que el valor de diferencia sea menor que el umbral, se identifica que el estado del nanoporo permanece sin cambios (por ejemplo, se pueden descartar los valores asociados y de diferencia si no se ha detectado la diferencia de estado). En algunos casos, el valor de diferencia puede indicar un cambio en el valor resultante de un canal de nanoporo abierto en la fase positiva de una fuente de voltaje de estímulo de CA a permanecer como un canal de nanoporo abierto en la fase negativa de la fuente de voltaje de estímulo de CA. En algunos casos, el valor de diferencia puede indicar un cambio en el valor resultante de un canal de nanoporo abierto en la fase negativa de una fuente de voltaje de estímulo de CA a un nanoporo enhebrado con marca en la fase positiva de la fuente de voltaje de estímulo de CA.

El circuito 2200 incluye un modelo eléctrico 2202 que representa las propiedades eléctricas del nanoporo y la membrana y el condensador 2214 que representan las propiedades eléctricas del electrodo de trabajo. El modelo eléctrico 2202 incluye el condensador 2206 que modela una capacitancia asociada con la bicapa lipídica (Cbicapa) y el reóstato 2204 que modela una resistencia asociada con el nanoporo en diferentes estados (por ejemplo, el estado de canal abierto o los estados correspondientes a tipos diferentes de marcas/moléculas enhebradas en el interior del nanoporo). El condensador 2214 que modela una capacitancia asociada con el electrodo de trabajo. La capacitancia asociada con el electrodo de trabajo también se denomina capacitancia de doble capa (Cdbc).

La tasa de decaimiento de voltaje (por ejemplo, la inclinación de la pendiente del voltaje aplicado a través del nanoporo frente al tiempo) a través de 2202 depende de la resistencia del nanoporo (es decir, Rporo 2204). Como las resistencias asociadas con el nanoporo en diferentes estados (por ejemplo, el estado de canal abierto, los estados correspondientes a tener tipos diferentes de marcas/moléculas en el interior del nanoporo y el estado cuando se rompe la membrana) son diferentes debido a las distintas estructuras químicas de las moléculas/marcas, se pueden observar diferentes tasas correspondientes de decaimiento de voltaje y, por tanto, se pueden usar para identificar los diferentes estados del nanoporo.

Cada uno del condensador 2208 y el condensador 2210 permite que el voltaje a través de los condensadores modelo 2206 y 2214 se registre y almacene eficazmente (por ejemplo, cada uno del condensador 2208 y el condensador 2210 "integra" eficazmente la corriente que fluye a través del nanoporo) para muestras medidas en diferentes puntos en el tiempo, creando, en efecto, una memoria analógica. Por ejemplo, una medición de muestra de voltaje para una medición de muestra se almacena en el condensador 2208 y una medición de muestra posterior se almacena en el condensador 2210. Estos valores almacenados se pueden leer y restar para emitir un valor de diferencia en lugar de (o además de) valores absolutos tanto del condensador 2208 como del condensador 2210. El condensador 2208 y el condensador 2210 pueden almacenar valores de muestra consecutivos o valores de muestra no consecutivos.

Se utiliza una red de interruptores para controlar la preparación, registro y almacenamiento de muestras de medición en uno o más condensadores de memoria analógica. Se puede utilizar el interruptor 2224 para conectar y desconectar el nanoporo y los electrodos de la circuitería de medición. Por ejemplo, el interruptor 2224 se cierra después de que se forma una bicapa y el interruptor 2224 permanece abierto cuando no hay ninguna bicapa (por ejemplo, debido a una impedancia muy baja cuando no está presente ninguna bicapa). Cuando se inicializa el condensador 2208 para registrar una medición de muestra, el condensador 2208 se precarga inicialmente. El interruptor 2216, el interruptor 2218 y el interruptor 2224 están cerrados mientras que el interruptor 2220 y el interruptor 2222 están abiertos. En este punto, el condensador 2208 se carga al nivel de voltaje de la fuente de voltaje 2212. A continuación, para empezar el registro, se abre el interruptor 2216 y la carga almacenada en el condensador 2208 se disipa por el reóstato modelo 2204 eficaz. La tasa de decaimiento de voltaje depende del valor del reóstato 2204 (por ejemplo, la resistencia del nanoporo correspondiente al tipo de marca/molécula en el interior del nanoporo) y se puede detener el decaimiento para el registro abriendo también el interruptor 2218. En este punto, el voltaje/carga almacenado del condensador 2208 solo está sujeto a un decaimiento mínimo (por ejemplo, sujeto a una fuga de carga menor que se puede cuantificar y/o compensar) y este voltaje/carga se almacena eficazmente para su uso posterior mientras se determina y se almacena otra muestra de medición en el condensador 2210 usando los interruptores 2220 y 2222 mientras que los interruptores 2216 y 2218 permanecen abiertos. En algunos modos de realización, las mediciones almacenadas en el condensador 2208 y el condensador 2210 son muestras de medición consecutivas. Por ejemplo, se alterna el almacenamiento de carga/voltaje correspondiente al estado del nanoporo entre el condensador 2208 y el condensador 2210 para cada medición de muestra posterior. En algunos casos, las mediciones almacenadas en el condensador 2208 y el condensador 2210 no son muestras de medición consecutivas. Por ejemplo, una vez que se almacena una medición en un condensador de almacenamiento analógico, se almacenan y se reemplazan las muestras de medición posteriores en el otro condensador de almacenamiento analógico hasta que la diferencia entre las cargas/voltajes almacenados en los condensadores es mayor que un valor umbral de diferencia.

Se puede leer el voltaje almacenado en el condensador 2208 usando la circuitería de salida al cerrar el interruptor 2232 para permitir que el transistor 2228 emita el voltaje. Se puede leer el voltaje almacenado en el condensador 2210 al cerrar el interruptor 2230 para permitir que el transistor 2226 emita el voltaje. Se pueden proporcionar los valores de voltaje emitidos al circuito de comparación (por ejemplo, un comparador, un convertidor de analógico a digital, etc.) que resta los voltajes emitidos. En algunos casos, solo se emite el valor de diferencia en lugar de los valores de voltaje de salida absolutos/reales correspondientes a las dos muestras de medición diferentes. En algunos casos, se emiten el valor de diferencia y los valores de voltaje de salida absolutos/reales correspondientes a las dos muestras de medición diferentes. En algunos casos, en el caso de que el valor de diferencia sea menor que un umbral, se descarta el valor de diferencia y no se emite.

El circuito 2200 solo puede mostrar una parte de un circuito de una celda de una pluralidad de celdas de un biochip. En algunos ejemplos, las celdas del biochip se organizan en una cuadrícula de filas y columnas (por ejemplo, cada columna de celdas puede emitir una pluralidad de valores de columna) y cada fila de celdas sustancialmente se lee de forma simultánea. Las salidas mostradas en el circuito 2200 pueden representar solo dos salidas de columna de una pluralidad de valores de columna de una fila de celdas del biochip que se lee. Aunque el ejemplo mostrado en la figura 22 muestra un circuito diseñado para almacenar solo dos valores de voltaje de un nanoporo, en otros modos de realización se puede extender el ejemplo de la figura 22 para permitir que un circuito almacene cualquier número de valores de voltaje del nanoporo utilizando condensadores, interruptores y circuitería de salida adicionales. Los interruptores mostrados en la figura 22 pueden ser cualquier tipo de interruptor. Los transistores 2226 y 2228 son simplemente ejemplos y se puede utilizar cualquier otro tipo de circuito de salida para leer los valores eléctricos del condensador 2208 y/o 2210.

En el ejemplo mostrado, la fuente de voltaje 2240 es una fuente de voltaje de CA. Por ejemplo, el contraelectrodo se sumerge en el electrólito por encima de la bicapa y se utiliza un modo no faradaico de CA para modular una fuente de voltaje de onda cuadrada como Vlíq 2240. La fuente de voltaje de onda cuadrada puede provocar que el potencial de su contraelectrodo esté en un nivel más alto en comparación con el otro electrodo durante la fase positiva de la onda cuadrada (es decir, el período oscuro del ciclo de señal de la fuente de voltaje de CA) y en un nivel más bajo en comparación con el otro electrodo en la fase negativa de la onda cuadrada (es decir, el período luminoso del ciclo de señal de la fuente de voltaje de CA). Dada esta diferencia de potencial, el condensador 2208 se puede cargar durante el período oscuro y descargar durante el período luminoso. En general, durante el período luminoso, se atrae la molécula/marca para que se enhebre en el nanoporo mientras que durante el período oscuro, en general, se repele la molécula/marca lejos del nanoporo (por ejemplo, provocando que el nanoporo esté en un estado de canal abierto durante el período oscuro). Por tanto, en algunos casos, la detección de la marca solo se realiza durante el período luminoso cuando se atrae una marca al nanoporo.

Al determinar la diferencia de voltaje entre dos muestras de medición diferentes, se puede identificar la transición entre períodos oscuros y períodos luminosos (por ejemplo, identificar cuándo es mayor la diferencia que un valor umbral). Adicionalmente, puede llevar una cantidad variable de tiempo durante el período luminoso para que una marca enhebre el nanoporo. Durante el período de espera, mientras se espera que se enhebre el nanoporo, las muestras de voltaje obtenidas pueden permanecer relativamente constantes, lo que representa el estado de canal abierto del nanoporo, y es posible que no sean de interés hasta que se enhebre el nanoporo. Al determinar una diferencia entre las mediciones de muestra de voltaje y detectar cuándo la diferencia está dentro de un determinado intervalo de umbral, se puede detectar el enhebrado del nanoporo y la magnitud de la diferencia puede indicar el tipo de molécula/hebra del enhebrado. Al utilizar la memoria analógica para determinar la diferencia, se pueden obtener eficacias de procesamiento y almacenamiento. En algunos casos, el enhebrado durante el período luminoso puede tener lugar rápidamente y es posible que no se detecte/muestree un estado de nanoporo de canal abierto durante un período luminoso antes de detectar el estado enhebrado porque el estado enhebrado se logra antes del primer muestreo/medición del nanoporo durante el período luminoso. Para detectar este enhebrado rápido, se utiliza una diferencia entre una medición de voltaje de un estado de canal abierto durante un período oscuro almacenada en un condensador de almacenamiento analógico y una medición de voltaje del estado de nanoporo enhebrado durante un período luminoso posterior almacenada en otro condensador de almacenamiento analógico (por ejemplo, la diferencia está dentro de un intervalo específico) para detectar el estado enhebrado y la magnitud de la diferencia puede indicar el tipo de molécula/hebra del enhebrado.

En un ejemplo alternativo, se utiliza el modo faradaico con una fuente de voltaje de CC en lugar de la fuente de voltaje de CA.

La figura 23 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo de un procedimiento para medir un nanoporo. El procedimiento de la figura 23 se puede implementar en el circuito 2200 de la figura 22. Aunque el ejemplo de la figura 23 se describe usando el circuito de la figura 22, en diversos ejemplos, circuitos distintos al circuito de la figura 22 pueden implementar el procedimiento de la figura 23.

Como la resistencia asociada con el nanoporo varía de acuerdo con sus diferentes estados (por ejemplo, el estado de canal abierto, los estados correspondientes a tener tipos diferentes de marcas/moléculas en el interior del nanoporo, el estado cuando se rompe la membrana, etc.) debido a las diferentes moléculas/marcas en el interior del nanoporo, se pueden observar diferentes tasas correspondientes de decaimiento de voltaje a través del nanoporo y se pueden utilizar para identificar los diferentes estados del nanoporo.

En 2302, se prepara un circuito de medición de nanoporo para almacenar una muestra de medición en un primer almacenamiento analógico. Por ejemplo, el circuito 2200 de la figura 22 está configurado para almacenar una medición de voltaje de nanoporo en el condensador de memoria analógica 2208. En algunos casos, la preparación del circuito de medición de nanoporo incluye configurar uno o más interruptores para cargar (o descargar) el primer condensador de almacenamiento analógico. Por ejemplo, el interruptor 2216 se cierra (por ejemplo, el interruptor 2220 se deja abierto para no afectar al condensador 2210) para cargar (o descargar) el condensador 2208 hasta Vpre. En algunos casos, se aplica el voltaje a través del nanoporo acoplando el nanoporo a una fuente de voltaje. Por ejemplo, se aplica un voltaje Vpre 2212 al nanoporo cerrando también el interruptor 2218 (por ejemplo, mientras que el interruptor 2216 también está cerrado) para cargar la capacitancia eficaz de los condensadores modelo 2214 y 2206. Como la fuente de voltaje está conectada al electrodo de trabajo, el condensador asociado con la membrana se carga y la energía se almacena en un campo eléctrico a través de la membrana. Este voltaje inicial aplicado a través del nanoporo puede ser Vpre - Vlíquido, donde Vlíquido es el voltaje del grueso del líquido en contacto con el nanoporo, donde Vlíquido puede ser un voltaje de CA (por ejemplo, la fuente de voltaje de onda cuadrada centrada alrededor de Vpre). En algunos ejemplos, existe un interruptor que conecta el nanoporo al circuito de medición de nanoporo y este interruptor permanece cerrado en 2302. Por ejemplo, el interruptor 2224 permanece cerrado después de que se forma una bicapa y el interruptor 2224 permanece abierto cuando no hay ninguna bicapa (por ejemplo, debido a una impedancia muy baja cuando no está presente ninguna bicapa).

En 2304, se registra una siguiente muestra de medición de circuito registrada en el primer almacenamiento analógico. Por ejemplo, el primer condensador de almacenamiento analógico se carga o descarga además para registrar la siguiente muestra de medición del nanoporo. Por ejemplo, el nanoporo se desacopla de una fuente de voltaje y la energía almacenada en el primer condensador de almacenamiento analógico se descarga por la resistencia del nanoporo durante un período luminoso de una referencia de voltaje de CA de un contraelectrodo. En otro ejemplo, el nanoporo se desacopla de una fuente de voltaje y la energía almacenada en el primer condensador de almacenamiento analógico se carga por la resistencia del nanoporo durante un período oscuro de la referencia de voltaje de CA del contraelectrodo. La tasa de decaimiento o carga del voltaje del nanoporo está asociada con la resistencia y/o corriente del nanoporo que es indicativa del estado de la molécula/marca que se puede insertar o retirar del nanoporo. La carga/energía/voltaje resultante del primer condensador de almacenamiento analógico después de un período de tiempo establecido puede identificar este estado del nanoporo dada la tasa conocida de decaimiento/carga asociada con cada estado. La energía/carga/voltaje almacenado en el primer condensador de almacenamiento analógico puede servir como la variable indirecta para una medición de la resistencia y/o corriente del nanoporo. En algunos ejemplos, el interruptor 2216 de la figura 22 se abre para desacoplar la fuente de potencia 2212 del condensador 2208 y la resistencia del nanoporo afecta la tasa de descarga o carga (por ejemplo, debido a la fase de la referencia de voltaje de CA) del condensador 2208.

En 2306, la medición registrada de 2304 se almacena en el primer condensador de almacenamiento analógico. Por ejemplo, al permitir que el primer condensador de almacenamiento analógico se disipe durante una cantidad establecida del tiempo, una mayor resistencia de nanoporo disipará una mayor cantidad de energía/carga/voltaje en comparación con una resistencia más pequeña en la misma cantidad de tiempo. En otro ejemplo, el primer condensador de almacenamiento analógico se carga durante las fases de voltaje menor de la referencia de voltaje de CA más allá de la carga inicial en 2302 a una tasa basada en la resistencia del nanoporo. La energía/carga/voltaje almacenado en el primer condensador de almacenamiento analógico puede servir como la variable indirecta para una medición de la resistencia/corriente del nanoporo para identificar el estado del nanoporo. En algunos casos, para conservar y detener la medición y almacenar la medición, se abre un interruptor a una hora establecida. Por ejemplo, el interruptor 2218 se abre para desacoplar el nanoporo del condensador 2208 para almacenar la muestra de medición en el primer condensador de almacenamiento analógico.

En 2308, se emite un valor de diferencia de la diferencia de las mediciones almacenadas, si es aplicable. Por ejemplo, además del voltaje de medición almacenado en el primer condensador de almacenamiento, se proporciona un voltaje de medición almacenado previamente que se va a restar almacenado en un segundo condensador de almacenamiento analógico (por ejemplo, almacenado en 2316). En el caso de que esta sea la primera instancia de ejecución de la etapa 2308, es posible que no se realice la etapa 2308 porque no se ha almacenado una medición en el segundo condensador de almacenamiento analógico. En algunos ejemplos, proporcionar el valor de diferencia incluye cerrar uno o más interruptores para proporcionar mediciones de almacenamientos analógicos que almacenan muestras de medición que se van a restar. Por ejemplo, el interruptor 2230 y/o el interruptor 2232 se cierra para proporcionar los voltajes del condensador 2208 y/o el condensador 2210 de la figura 22. En algunos casos, las celdas del biochip se organizan en una cuadrícula de filas y columnas (por ejemplo, cada columna de celdas puede emitir una pluralidad de valores de columna) y cada fila de celdas sustancialmente se lee de forma simultánea. Las salidas pueden representar solo una parte de una pluralidad de valores de columna de una fila de celdas del biochip que se lee. En algunos casos, la(s) medición/mediciones almacenada(s) se compensa(n) por las fugas del condensador de almacenamiento analógico que almacena la carga/energía/voltaje de la medición. Por ejemplo, la carga del condensador de almacenamiento analógico se puede disipar naturalmente a una tasa baja debido a una limitación del tamaño del condensador y esta fuga se corrige determinando la tasa de fuga del condensador y añadiendo a la salida de voltaje del condensador un valor de compensación que corresponde a la cantidad de fuga probable basada en la tasa de fuga determinada y una cantidad de tiempo en que se ha almacenado la medición por el condensador. En algunos casos, después de que se ha(n) proporcionado la(s) medición/mediciones almacenada(s), se abre(n) el/los interruptor(es) de salida. Por ejemplo, se abren los interruptores 2230 y 2232.

En algunos ejemplos, las mediciones proporcionadas de los condensadores de almacenamiento analógico se utilizan para determinar una diferencia entre las mediciones. Por ejemplo, la salida de voltaje del primer condensador de almacenamiento analógico se resta de la salida de voltaje del segundo condensador de almacenamiento analógico. En algunos ejemplos, la(s) medición/mediciones proporcionada(s) de los condensadores de almacenamiento analógico se restan entre sí usando uno o más de los siguientes: un convertidor de analógico a digital, un comparador y cualquier otro componente del circuito. Al determinar la diferencia usando los valores analógicos de salida en lugar de usar un microprocesador digital para restar valores que se han convertido y almacenado digitalmente, se puede obtener eficacia en el almacenamiento de memoria digital y los recursos de cómputo digital. La diferencia se puede utilizar para detectar el momento y el grado de cambio en un estado de un nanoporo. Por ejemplo, aunque el nanoporo se muestrea periódicamente, la transición entre estados del nanoporo puede ser importante. Para detectar estas transiciones entre diferentes estados del nanoporo, una medición de diferencia que sea mayor que un valor umbral puede indicar que se ha producido un cambio (por ejemplo, transición de nanoporo de un canal abierto a un estado donde se ha insertado una marca en el nanoporo) y el valor de diferencia del cambio puede indicar el nuevo estado exacto del nanoporo dados los valores de diferencia conocidos esperados para diferentes cambios de transición de estado de nanoporo. En algunos casos, el valor de diferencia emitido se envía como parte de una salida de un biochip. La diferencia emitida puede indicar que no hay cambio (por ejemplo, cambio por debajo del umbral) en el valor entre dos mediciones, un cambio en el estado de nanoporo resultante de una conmutación de un canal de nanoporo abierto a un nanoporo enhebrado con marca, un cambio en la fase de un voltaje de referencia de CA o un cambio en el estado de nanoporo resultante de una conmutación de un canal de nanoporo abierto en la fase negativa de una fuente de voltaje de referencia de CA a un nanoporo enhebrado con marca en la fase positiva de la fuente de voltaje de referencia de CA.

En algunos casos, en el caso de que la diferencia esté por debajo de un umbral, no se emite el valor de diferencia. Por ejemplo, un biochip puede tener un ancho de banda limitado en la cantidad de datos que puede emitir y para conservar la cantidad de datos que se van a emitir desde el biochip, no se emite un valor de diferencia real si el valor de diferencia está por debajo de un umbral porque no se ha detectado un cambio en el estado de un nanoporo. En algunos casos, en el caso de que la diferencia esté por debajo de un umbral, en lugar de emitir el valor real de la diferencia, se proporciona una indicación de que el valor de diferencia está por debajo de un umbral (por ejemplo, una indicación de que el estado del nanoporo no ha cambiado durante un período luminoso). En algunos casos, además de emitir el valor de diferencia, también se emiten los valores de las mediciones almacenadas de los condensadores de almacenamiento analógico (por ejemplo, los valores digitales de las mediciones proporcionadas del condensador 2208 y el condensador 2210 que se utilizaron para determinar el valor de diferencia).

En algunos casos, en el caso de que el valor de diferencia esté por debajo de un umbral, el procedimiento vuelve a 2302. Por ejemplo, en lugar de continuar el procedimiento de la figura 23 para alternar entre almacenar las mediciones de muestra en diferentes condensadores de almacenamiento analógico, se utiliza el mismo condensador de almacenamiento analógico para almacenar la siguiente muestra de medición. Esto puede reducir el tiempo de conmutación entre condensadores de almacenamiento analógico y/o permitir la comparación entre dos muestras de medición no consecutivas si el otro condensador de almacenamiento analógico almacena una muestra de medición previa. Se pueden permitir comparaciones de muestras de medición no consecutivas porque el valor de medición permanece relativamente constante entre muestras de medición si el estado del nanoporo permanece constante y no ha cambiado la fase de la fuente de voltaje de referencia de CA. En algunos modos de realización, en el caso de que el valor de diferencia esté por debajo de un umbral, el procedimiento solo vuelve a 2302 si un segundo condensador de almacenamiento analógico almacena un valor de medición (por ejemplo, almacenado en 2316) y no se ha detectado un cambio en la fase de la fuente de voltaje de referencia de CA en 2308.

En 2312, el circuito de medición de nanoporo se prepara para almacenar una muestra de medición en un segundo almacenamiento analógico. Por ejemplo, el circuito 2200 de la figura 22 está configurado para almacenar una medición de voltaje de nanoporo en el condensador de memoria analógica 2210. La preparación del circuito de medición de nanoporo incluye configurar uno o más interruptores para cargar (o descargar) el segundo condensador de almacenamiento analógico. Por ejemplo, el interruptor 2220 se cierra (por ejemplo, el interruptor 2216 se deja abierto para no afectar al condensador 2208) para cargar (o descargar) el condensador 2210 hasta Vpre. Se aplica el voltaje a través del nanoporo acoplando el nanoporo a una fuente de voltaje. Por ejemplo, se aplica un voltaje Vpre 2212 al nanoporo cerrando también el interruptor 2222 (por ejemplo, mientras que el interruptor 2220 también está cerrado) para cargar la capacitancia eficaz de los condensadores modelo 2214 y 2206. Como la fuente de voltaje está conectada al electrodo de trabajo, el condensador asociado con la membrana se carga y la energía se almacena en un campo eléctrico a través de la membrana. Este voltaje inicial aplicado a través del nanoporo puede ser Vpre - Vlíquido, donde Vlíquido es el voltaje del grueso del líquido en contacto con el nanoporo, donde Vlíquido puede ser un voltaje de CA (por ejemplo, la fuente de voltaje de onda cuadrada centrada alrededor de Vpre). En algunos casos, existe un interruptor que conecta el nanoporo al circuito de medición de nanoporo y este interruptor permanece cerrado en 2302. Por ejemplo, el interruptor 2224 permanece cerrado después de que se forma una bicapa y el interruptor 2224 permanece abierto cuando no hay ninguna bicapa (por ejemplo, debido a una impedancia muy baja cuando no está presente ninguna bicapa).

En 2314, se registra una siguiente muestra de medición de circuito en el segundo almacenamiento analógico. Por ejemplo, el segundo condensador de almacenamiento analógico se carga o descarga además para registrar la siguiente muestra de medición del nanoporo. Por ejemplo, el nanoporo se desacopla de una fuente de voltaje y la energía almacenada en el segundo condensador de almacenamiento analógico se descarga por la resistencia del nanoporo durante un período luminoso de una referencia de voltaje de CA de un contraelectrodo. En otro ejemplo, el nanoporo se desacopla de una fuente de voltaje y la energía almacenada en el segundo condensador de almacenamiento analógico se carga por la resistencia del nanoporo durante un período oscuro de la referencia de voltaje de CA del contraelectrodo. La tasa de decaimiento o carga del voltaje del nanoporo está asociada con la resistencia y/o corriente del nanoporo que es indicativa del estado de la molécula/marca que se puede insertar o retirar del nanoporo. La carga/energía/voltaje resultante del segundo condensador de almacenamiento analógico después de un período de tiempo establecido puede identificar este estado del nanoporo dada la tasa conocida de decaimiento/carga asociada con cada estado. La energía/carga/voltaje almacenado en el segundo condensador de almacenamiento analógico puede servir como la variable indirecta para una medición de la resistencia y/o corriente del nanoporo. En algunos casos, el interruptor 2220 de la figura 22 se abre para desacoplar la fuente de potencia 2212 del condensador 2210 y la resistencia del nanoporo afecta la tasa de descarga o carga (por ejemplo, debido a la fase de la referencia de voltaje de CA) del condensador 2208. En algunos casos, para registrar la muestra de medición, se abre un interruptor a una hora establecida. Por ejemplo, se abre el interruptor 2222 para desacoplar el nanoporo del condensador 2210. En algunos modos de realización, el voltaje almacenado del segundo condensador de almacenamiento analógico es la diferencia de voltaje a través de los condensadores 2214 y 2206 eficaces. En diversos ejemplos, la cantidad de tiempo establecida cuando se abre el interruptor para detener la disipación del segundo condensador de almacenamiento analógico en 2314 es la misma que la cantidad de tiempo establecida cuando se abre el interruptor para detener la disipación del primer condensador de almacenamiento analógico en 2306.

En 2316, la medición registrada de 2314 se almacena en el segundo condensador de almacenamiento analógico. Por ejemplo, al permitir que el segundo condensador de almacenamiento analógico se disipe durante una cantidad establecida del tiempo, una mayor resistencia de nanoporo disipará una cantidad más pequeña de energía/carga/voltaje en comparación con una resistencia más pequeña en la misma cantidad de tiempo. En otro ejemplo, el segundo condensador de almacenamiento analógico se carga durante las fases de voltaje menor de la referencia de voltaje de CA más allá de la carga inicial en 2312 a una tasa basada en la resistencia del nanoporo. La energía/carga/voltaje almacenado en el segundo condensador de almacenamiento analógico puede servir como la variable indirecta para una medición de la resistencia/corriente del nanoporo para identificar el estado del nanoporo. En algunos casos, para conservar y detener la medición y almacenar la medición, se abre un interruptor a una hora establecida. Por ejemplo, se abre el interruptor 2222 para desacoplar el nanoporo del condensador 2210 para almacenar la muestra de medición en el segundo condensador de almacenamiento analógico.

En 2318, se emite un valor de diferencia de la diferencia de las mediciones almacenadas, si es aplicable. Por ejemplo, además del voltaje de medición almacenado en el segundo condensador de almacenamiento, se proporciona un voltaje de medición almacenado previamente que se va a restar almacenado en el primer condensador de almacenamiento analógico (por ejemplo, almacenado en 2306). En algunos casos, proporcionar la diferencia incluye cerrar uno o más interruptores para proporcionar mediciones de almacenamientos analógicos que almacenan muestras de medición que se van a restar. Por ejemplo, el interruptor 2230 y/o el interruptor 2232 se cierra para proporcionar los voltajes del condensador 2208 y/o el condensador 2210 de la figura 22. En algunos casos, las celdas del biochip se organizan en una cuadrícula de filas y columnas (por ejemplo, cada columna de celdas puede emitir una pluralidad de valores de columna) y cada fila de celdas sustancialmente se lee de forma simultánea. Las salidas pueden representar solo una parte de una pluralidad de valores de columna de una fila de celdas del biochip que se lee. En algunos ejemplos, la(s) medición/mediciones almacenada(s) se compensa(n) por las fugas del condensador de almacenamiento analógico que almacena la carga/energía/voltaje de la medición. Por ejemplo, la carga del condensador de almacenamiento analógico se puede disipar naturalmente a una tasa baja debido a una limitación del condensador y esta fuga se corrige determinando la tasa de fuga del condensador y añadiendo a la salida de voltaje del condensador un valor de compensación que corresponde a la cantidad de fuga probable basada en la tasa de fuga determinada y una cantidad de tiempo en que se ha almacenado la medición por el condensador. En algunos casos, después de que se ha(n) proporcionado la(s) medición/mediciones almacenada(s), se abre(n) el/los interruptor(es) de salida. Por ejemplo, se abren los interruptores 2230 y 2232.

En algunos ejemplos, las mediciones proporcionadas de los condensadores de almacenamiento analógico se utilizan para determinar una diferencia entre las mediciones. Por ejemplo, la salida de voltaje del segundo condensador de almacenamiento analógico se resta de la salida de voltaje del primer condensador de almacenamiento analógico. En algunos modos de realización, la(s) medición/mediciones proporcionada(s) de los condensadores de almacenamiento analógico se restan entre sí usando uno o más de los siguientes: un convertidor de analógico a digital, un comparador y cualquier otro componente del circuito. Al determinar la diferencia usando los valores analógicos de salida en lugar de usar un microprocesador digital para restar valores que se han convertido y almacenado digitalmente, se puede obtener eficacia en el almacenamiento de memoria digital y los recursos de cómputo digital. La diferencia se puede utilizar para detectar el momento y el grado de cambio en un estado de un nanoporo. Por ejemplo, aunque el nanoporo se muestrea periódicamente, la transición entre estados del nanoporo puede ser importante. Para detectar estas transiciones entre diferentes estados del nanoporo, una medición de diferencia que sea mayor que un valor umbral puede indicar que se ha producido un cambio (por ejemplo, transición de nanoporo de un canal abierto a un estado donde se ha insertado una marca en el nanoporo) y el valor de diferencia del cambio puede indicar el nuevo estado exacto del nanoporo dados los valores de diferencia conocidos esperados para diferentes cambios de transición de estado de nanoporo. En algunos casos, el valor de diferencia emitido se envía como parte de una salida de un biochip. La diferencia emitida puede indicar que no hay cambio (por ejemplo, cambio por debajo del umbral) en el valor entre dos mediciones, un cambio en el estado de nanoporo resultante de una conmutación de un canal de nanoporo abierto a un nanoporo enhebrado con marca, un cambio en la fase de un voltaje de referencia de CA o un cambio en el estado de nanoporo resultante de una conmutación de un canal de nanoporo abierto en la fase negativa de una fuente de voltaje de referencia de CA a un nanoporo enhebrado con marca en la fase positiva de la fuente de voltaje de referencia de CA.

En algunos ejemplo, en el caso de que la diferencia esté por debajo de un umbral, no se emite el valor de diferencia. Por ejemplo, un biochip puede tener un ancho de banda limitado en la cantidad de datos que puede emitir y para conservar la cantidad de datos que se van a emitir desde el biochip, no se emite un valor de diferencia real si el valor de diferencia está por debajo de un umbral porque no se ha detectado un cambio en el estado de un nanoporo. En algunos ejemplos, en el caso de que la diferencia esté por debajo de un umbral, en lugar de emitir el valor real de la diferencia, se proporciona una indicación de que el valor de diferencia está por debajo de un umbral (por ejemplo, una indicación de que el estado del nanoporo no ha cambiado durante un período luminoso). En algunos ejemplos, además de emitir el valor de diferencia, también se emiten los valores de las mediciones almacenadas de los condensadores de almacenamiento analógico (por ejemplo, los valores digitales de las mediciones proporcionadas del condensador 2208 y el condensador 2210 que se utilizaron para determinar el valor de diferencia).

En algunos ejemplos, en el caso de que el valor de diferencia esté por debajo de un umbral en 2318, el procedimiento vuelve a 2312. Por ejemplo, en lugar de continuar el procedimiento de la figura 23 para alternar entre almacenar las mediciones de muestra en diferentes condensadores de almacenamiento analógico, se utiliza el mismo condensador de almacenamiento analógico para almacenar la siguiente muestra de medición. Esto puede reducir el tiempo de conmutación entre condensadores de almacenamiento analógico y/o permitir la comparación entre dos muestras de medición no consecutivas si el otro condensador de almacenamiento analógico almacena una muestra de medición previa. Se pueden permitir comparaciones de muestras de medición no consecutivas porque el valor de medición permanece relativamente constante entre muestras de medición si el estado del nanoporo permanece constante y no ha cambiado la fase de la fuente de voltaje de referencia de CA. En algunos casos, en el caso de que el valor de diferencia esté por debajo de un umbral, el procedimiento solo vuelve a 2312 si no se ha detectado un cambio en la fase de la fuente de voltaje de referencia de CA en 2318.

El procedimiento de la figura 23 se repite hasta que se alcanza un criterio de parada. Por ejemplo, el procedimiento de la figura 23 se detiene después de una cantidad de tiempo predeterminada y/o se ha emitido una cantidad de muestras de medición. En algunos casos, el procedimiento de la figura 23 se detiene cuando se detiene la medición de nanoporo. Las etapas de la figura 23 se pueden producir a una tasa periódica constante. Por ejemplo, se desea registrar las mediciones del nanoporo a una tasa periódica constante y las etapas de la figura 23 se establecen a una tasa para lograr la tasa de muestreo constante deseada. Por ejemplo, el momento entre la etapa 2306 y/o la etapa 2316 es en un intervalo de tiempo constante.

La figura 24 es un diagrama que ilustra un gráfico de las mediciones del circuito cuando se utiliza una fuente de voltaje de CA como voltaje de referencia de un contraelectrodo de un nanoporo. Por ejemplo, se utiliza una fuente de voltaje de CA cuadrada como fuente de voltaje 2240 de la figura 22. Los gráficos de la figura 24 muestran los gráficos antes de introducir las marcas y, en consecuencia, los gráficos no muestran la inserción de ninguna marca en el nanoporo. El nanoporo está eficazmente en un estado de canal abierto constante. El gráfico 2402 muestra un gráfico de una fuente de voltaje de CA. Se muestra una fuente de voltaje de onda cuadrada con los períodos luminosos y períodos oscuros marcados. Solo se ha mostrado una parte de las señales. El gráfico 2404 muestra el voltaje correspondiente a través del nanoporo. Por ejemplo, se muestra el voltaje a través del condensador 2206 eficaz y el reóstato 2204 de la figura 22. La conformación de "diente de sierra" del voltaje resulta de la descarga (durante los períodos luminosos) y la carga (durante los períodos oscuros) de la capacitancia asociada con la bicapa del nanoporo para las muestras de medición durante los períodos luminosos y oscuros. Cada "diente de sierra" corresponde a cada muestra de medición que se toma. El gráfico 2406 muestra la corriente correspondiente a través del nanoporo. Por ejemplo, se representa gráficamente la corriente a través del reóstato 2204 eficaz de la figura 22. El gráfico 2408 muestra el voltaje correspondiente a través de un condensador de almacenamiento analógico. Cada "diente de sierra" corresponde a cada medición de muestra que se toma. Por ejemplo, durante el período luminoso para cada muestra de medición, el condensador de almacenamiento analógico se carga previamente a 0,90 V y este voltaje/carga se disipa por la resistencia del nanoporo hasta la siguiente carga previa del condensador para la siguiente muestra de medición. En este ejemplo, durante el período oscuro para cada muestra de medición, el condensador de almacenamiento analógico se carga previamente/disipa (reinicia) en primer lugar a 0,90 V y este voltaje/carga se incrementa a una tasa asociada con la resistencia del nanoporo hasta la siguiente carga previa/reinicio del condensador para la siguiente muestra de medición. El gráfico 2410 muestra el voltaje correspondiente de la señal de carga previa/disipación.

La figura 25 es un diagrama de bloques que ilustra un modo de realización de un sistema para detectar un estado de un nanoporo y procesar de forma adaptativa datos de estado de nanoporo para optimizar los datos que se van a emitir. Como se muestra en la figura 25, los componentes mostrados en la figura 25 están incluidos en un biochip. El biochip puede incluir cualquier número de componentes mostrados en la figura 25. Por ejemplo, el biochip incluye una pluralidad de celdas de nanoporo, circuito de medición y detectores de acontecimientos locales conectados al analizador adaptativo 2512. El biochip puede ser un biochip de secuenciación de ADN. Por ejemplo, los datos emitidos desde el biochip desde la memoria intermedia 2514 se pueden procesar además para detectar una secuencia de nucleótidos incluida en un ADN. Cualquiera de los componentes mostrados en la figura 25 se puede implementar usando cualquier número de uno o más de los siguientes: un circuito, un componente de circuito, un componente eléctrico, un módulo de circuito, un procesador, un comparador, un módulo informático, una memoria, un almacenamiento, una micromatriz y un componente de biochip.

En algunos modos de realización, el sistema mostrado en la figura 25 se utiliza para reducir y gestionar los datos que se van a emitir desde un biochip de celdas de nanoporo. Por ejemplo, la cantidad de datos que se puede emitir por un biochip de secuenciación de ADN puede estar limitada por la velocidad de transferencia de datos de salida máxima del biochip. Con un gran número de celdas en el biochip, la cantidad de datos que potencialmente se puede emitir por el biochip puede superar la velocidad de transferencia de datos de salida máxima del biochip. En algunos modos de realización, el tipo y la cantidad de datos que se van a emitir se gestionan de una manera dinámica que reduce dinámicamente la cantidad de datos que se van a emitir cuando se requiera. Por ejemplo, dado el coste de procesamiento de comprimir y descomprimir los datos, la información que se va a emitir se puede comprimir solo si es necesario porque la cantidad de datos actuales que se van a emitir por el biochip supera un umbral. En otro ejemplo, cuando se detecta un acontecimiento en una celda del biochip, la información relacionada que se va a emitir se puede descartar y no emitirse si la información se puede emitir más tarde sin pérdida de información. En otro ejemplo, cuando se detecta un acontecimiento en una celda del biochip, la información relacionada que se va a emitir se puede descartar y no emitirse, incluso si la información no se puede emitir más tarde sin pérdida de información.

La celda de nanoporo 2502 está conectada a la circuitería de medición 2504. La celda de nanoporo 2502 puede ser la celda de nanoporo 100 de la figura 1, la celda 200 de la figura 2 y/o incluir cualquier nanoporo descrito en la memoria descriptiva. En algunos ejemplos, la celda de nanoporo 2502 se puede modelar electrónicamente como 1602 de la figura 16, 1702 de la figura 17, 1802 de las figuras 18A y 18B y/o 2202 de la figura 22.

La circuitería de medición 2504 detecta las mediciones eléctricas de la celda de nanoporo 2502. Las mediciones eléctricas se pueden utilizar para detectar el estado del nanoporo de la celda de nanoporo 2502. Por ejemplo, un cambio en el voltaje medido por la circuitería de medición 2504 indica si y qué marca se ha enhebrado en el nanoporo. Los ejemplos de circuitería de medición 2504 incluyen 1600 de la figura 16, 1700 de la figura 17, 1800 de la figura 18A, 1801 de la figura 18B o 2200 de la figura 22.

El detector de acontecimientos locales 2506 recibe las mediciones eléctricas detectadas desde la circuitería de medición 2504. En algunos modos de realización, el detector de acontecimientos locales 2506 detecta si las mediciones eléctricas desde la circuitería de medición 2504 indican un cambio de estado de nanoporo. Por ejemplo, los valores de medición eléctrica se utilizan para determinar el tipo de marca insertada en un nanoporo y solo pueden ser importantes cuando una marca entra en el nanoporo. Si es conocido que el estado del nanoporo no ha cambiado, es posible que el valor de medición real no sea importante.

En algunos modos de realización, en lugar de emitir desde un biochip valores de medición eléctrica para cada muestra de medición eléctrica periódica, los valores de medición solo se emiten cuando se requiere (por ejemplo, cuando se ha detectado un cambio de estado del nanoporo a un estado enhebrado). En el caso de que se detecte que un cambio de estado no está indicado por una muestra de medición particular, se puede informar de una indicación de que el estado no ha cambiado en lugar de informar el valor de muestra de medición real. En algunos casos, al determinar una diferencia en los valores de medición eléctrica de una muestra de medición previa (por ejemplo, el valor de muestra de medición almacenado correspondiente a un estado de canal abierto de nanoporo) con respecto a una nueva muestra de medición, la magnitud de la diferencia puede indicar si se ha producido un cambio de estado (por ejemplo, la diferencia es mayor que el umbral, dentro de un determinado intervalo, etc.) y qué marca se ha insertado en el nanoporo. En algunos modos de realización, se determina/conoce una medición eléctrica esperada basal de un nanoporo de canal abierto y se utiliza para comparar con una muestra de medición eléctrica recién recibida para determinar si la nueva muestra de medición eléctrica indica que se ha insertado o retirado una marca del nanoporo.

En algunos ejemplos, la memoria de estado 2508 almacena una o más muestras de medición eléctrica recibidas previamente desde la circuitería de medición 2504. Por ejemplo, un valor de muestra de medición eléctrica recibida previamente recuperado de la memoria de estado 2508 se utiliza por el detector de acontecimientos locales 2506 para determinar si un valor de muestra de medición eléctrica recién recibida indica un cambio en el estado. En algunos ejemplos, la memoria de estado 2508 almacena uno o más valores de medición de referencia correspondientes a uno o más estados de nanoporo (por ejemplo, valores de medición correspondientes a un estado de canal abierto de un nanoporo).

En algunos ejemplos, la memoria de estado 2508 almacena un identificador de si se ha informado de una inserción de una marca en un nanoporo por el detector de acontecimientos locales 2506 durante un período luminoso actual de un período de señal de fuente de voltaje de CA de referencia. Por ejemplo, una vez que se ha detectado un valor de muestra de medición eléctrica correspondiente a una inserción de una marca en un nanoporo y se ha informado una vez para el mismo acontecimiento durante el mismo período luminoso de un ciclo de señal de fuente de voltaje de CA de referencia, es posible que no sea necesario informar de nuevo de las muestras de medición eléctrica posteriores obtenidas mientras la marca todavía está insertada en el nanoporo, porque el cambio de estado ya se ha informado junto con el valor de medición eléctrica asociado que indica el tipo de marca insertada en el nanoporo. Por tanto, en el caso de que el identificador almacenado indique que el estado insertado con marca ya se ha informado por el detector de acontecimientos locales 2506 para el período luminoso actual del ciclo de señal de fuente de voltaje de CA de referencia actual, no es necesario informar de un valor de medición eléctrica recibido posteriormente que también corresponde al mismo estado insertado con marca. Este identificador almacenado se puede reiniciar para cada nuevo ciclo de la señal de fuente de voltaje de CA de referencia.

El analizador adaptativo 2512 recibe los datos que se van a emitir (por ejemplo, desde un biochip para su procesamiento/detección adicional) desde el detector de acontecimientos locales 2506. En algunos modos de realización, el analizador adaptativo 2512 recibe datos desde una pluralidad de detectores de acontecimientos locales. Por ejemplo, cada detector de acontecimientos locales de cada celda de nanoporo detecta e informa de un cambio de estado de cada celda de nanoporo respectiva y el analizador adaptativo 2512 recopila los datos informados de todos los detectores de acontecimientos locales de un biochip para analizar los datos que se van a emitir en un intento de reducir el tamaño de los datos que se van a emitir, si es necesario. En algunos casos, al analizador adaptativo 2512 se le proporcionan datos periódicamente a medida que se obtienen periódicamente mediciones eléctricas de celdas de nanoporo.

Por ejemplo, se genera un vector de bits que indica si se ha detectado un cambio de estado para cada nanoporo del biochip para la salida (por ejemplo, cada bit del vector corresponde a una celda de nanoporo diferente e indica si se ha insertado una marca en el nanoporo respectivo) para cada instancia de medición periódica. Junto con el vector de bits, para cualquier nanoporo que se ha detectado que ha cambiado a un estado insertado con marca, se selecciona para la salida un valor de muestra de medición eléctrica correspondiente (por ejemplo, el valor correspondiente a un determinado tipo de marca). El analizador adaptativo 2512 coloca los datos que se van a emitir (por ejemplo, desde un biochip) en la memoria intermedia 2514.

La memoria intermedia 2514 almacena los datos que se van a emitir desde el biochip. Los datos se pueden emitir continuamente desde el biochip desde la memoria intermedia 2514 a una velocidad de salida de datos. Sin embargo, la cantidad de datos generados que se van a emitir puede variar con el tiempo (por ejemplo, dependiendo de cuándo se inserta una marca en un nanoporo) y puede, en ocasiones, superar la velocidad de salida de datos. La memoria intermedia 2514 almacena datos en espera que se van a emitir. Dependiendo de la cantidad de datos en la memoria intermedia 2514, el analizador adaptativo 2512 intenta de forma adaptativa reducir el tamaño de los nuevos datos que se van a colocar en la memoria intermedia 2514 para su salida. Por ejemplo, si la memoria intermedia 2514 está relativamente vacía, el analizador adaptativo 2512 no comprime los datos antes de colocar datos en la memoria intermedia 2514 para ahorrar los recursos informáticos requeridos para comprimir los datos, mientras que si la memoria intermedia 2514 está en un nivel de llenado de umbral, el analizador adaptativo 2512 comprime los datos antes de colocar datos que se van a emitir en la memoria intermedia 2514. En algunos modos de realización, la memoria intermedia 2514 selecciona de forma adaptativa una técnica de compresión (por ejemplo, algoritmos de compresión) y/o configuración de compresión (por ejemplo, símbolos de tabla de compresión) en base a características (por ejemplo, entropía) de los datos que se van a comprimir.

En algunos casos, en el caso de que el analizador adaptativo 2512 no pueda reducir/comprimir (por ejemplo, usando compresión sin pérdidas) los datos a un tamaño deseado, el analizador adaptativo 2512 modifica selectivamente los datos que se van a emitir si en definitiva no se va a producir pérdida de funcionalidad/información. Por ejemplo, informar de una inserción de una marca en un nanoporo se puede retrasar sin consecuencias negativas (por ejemplo, la marca se inserta en el nanoporo para múltiples ciclos de medición) y los datos de informe de inserción de la marca y sus datos de medición asociados se excluyen para permitir que se informen para un siguiente ciclo de muestra de medición eléctrica. Esto se puede lograr reiniciando (por el analizador adaptativo 2512) el indicador almacenado en la memoria de estado 2508 que indica si se ha informado de un valor de medición de estado insertado con marca para un período luminoso actual de un ciclo de señal de fuente de voltaje de CA de referencia actual, lo que permite que se informe del siguiente valor de muestra de medición del nanoporo durante el mismo período luminoso porque se informó previamente de un valor de muestra de medición previo que indica el estado insertado con marca y se excluyó por el analizador adaptativo 2512. En algunos casos, el analizador adaptativo 2512 excluye una parte de los datos que se van a informar (por ejemplo, una parte seleccionada aleatoriamente, usando compresión con pérdida, etc.) para cumplir con un tamaño/ancho de banda deseado de los datos que se van a emitir.

En un ejemplo alternativo, uno o más componentes mostrados en la figura 25 se pueden incluir en uno o más de otros chips que están separados del biochip. Por ejemplo, el biochip incluye una celda de nanoporo 2502 y un chip complementario separado en comunicación con el biochip incluye uno o más de los otros componentes que se muestran en la figura 25.

La figura 26 es un diagrama de flujo que ilustra un modo de realización de un procedimiento para informar de datos de estado de nanoporo. El procedimiento de la figura 26 se puede implementar en el detector de acontecimientos locales 2506 de la figura 25. Por ejemplo, el procedimiento de la figura 26 se implementa en cada uno de una pluralidad de detectores de acontecimientos locales de celdas de nanoporo de un biochip.

En 2602, se reciben datos de muestra de medición eléctrica de un nanoporo. Por ejemplo, se recibe un valor de medición de voltaje correspondiente a una resistencia del nanoporo. En algunos casos, los datos de muestra de medición eléctrica incluyen un valor de muestra de medición eléctrica (por ejemplo, un valor numérico) recibido desde la circuitería de medición 2504 de la figura 25. Los datos de medición eléctrica recibidos pueden corresponder a una muestra de medición de muestras de medición periódicas recibidas. En algunos casos, los datos de muestra de medición eléctrica son un valor de una cantidad de carga/voltaje almacenado en un condensador de almacenamiento analógico (por ejemplo, el condensador de almacenamiento analógico de la figura 22). En algunos modos de realización, los datos de muestra de medición eléctrica son un valor de diferencia proporcionado en 2308 o 2318 de la figura 23. Los ejemplos de la muestra de medición eléctrica incluyen uno o más de los siguientes: un valor de voltaje, un valor de corriente, un valor de resistencia, una cantidad de valor de carga, un valor de capacitancia o un valor de tiempo.

En 2604, se determina si los datos de medición eléctrica recibidos corresponden a un cambio en el estado del nanoporo (por ejemplo, cambio en el estado a un estado enhebrado, un cambio desde un estado detectado previamente, etc.). Por ejemplo, los datos de muestra de medición eléctrica recibidos se analizan para determinar si los datos de medición eléctrica recibidos corresponden a un cambio en el estado del nanoporo. En algunos casos, determinar si los datos de medición eléctrica recibidos corresponden al cambio en el estado de nanoporo incluye comparar los datos de medición eléctrica recibidos con un dato de medición eléctrica recibidos previamente. Por ejemplo, se calcula una diferencia entre un valor de medición eléctrica recibido previamente y un valor de medición eléctrica recibido en 2604 y se utiliza para determinar si el valor de diferencia indica un cambio de estado de nanoporo (por ejemplo, la diferencia está dentro de un intervalo predefinido, mayor que un umbral mínimo (por ejemplo, no debido a variaciones menores/ruido), menos de un umbral máximo (por ejemplo, no debido al cambio entre el período luminoso y el período oscuro), etc.). En algunos casos, los datos de medición eléctrica recibidos son la diferencia entre una muestra de datos de medición eléctrica previa y una muestra de datos de medición eléctrica registrada posteriormente. En algunos casos, determinar si los datos de medición eléctrica recibidos corresponden al cambio en el estado de nanoporo incluye comparar los datos de medición eléctrica recibidos con un dato de medición eléctrica de referencia. Por ejemplo, un dato de medición eléctrica de referencia (por ejemplo, predefinido o una muestra de datos de medición recibida previamente) que corresponde a un estado de nanoporo de canal abierto se compara con los datos de medición eléctrica recibidos para determinar si los datos de medición eléctrica corresponden a un cambio en el estado de nanoporo a un estado enhebrado con marca.

En algunos modos de realización, determinar si los datos de medición eléctrica recibidos corresponden al cambio en el estado de nanoporo incluye determinar si los datos de medición eléctrica recibidos corresponden a un estado enhebrado. Por ejemplo, el estado enhebrado durante un período luminoso de un ciclo de señal de fuente de voltaje de CA de referencia es de interés y se desea detectar para secuenciar un ADN. En algunos modos de realización, solo se configura para detectarse un cambio de estado de nanoporo durante un período luminoso de un ciclo de señal de fuente de voltaje de CA de referencia. Por ejemplo, durante un período oscuro, no se emite un identificador de cambio de estado y/o un valor de muestra de medición eléctrica por un detector de acontecimientos locales. En algunos modos de realización, en el caso de que los datos de medición eléctrica recibidos correspondan a un período oscuro del ciclo de corriente de la señal de fuente de voltaje de CA de referencia, no se realiza la detección de cambio de estado de nanoporo. Por ejemplo, durante el período oscuro se determina automáticamente que no se ha detectado un cambio de estado de nanoporo.

En algunos modos de realización, determinar si los datos de medición eléctrica recibidos corresponden a un cambio en el estado del nanoporo incluye determinar si se ha mantenido el nuevo estado de nanoporo. Por ejemplo, una vez que se inserta una marca en el nanoporo durante un período luminoso de un ciclo de señal de fuente de voltaje de CA, se espera que la marca permanezca en el interior del nanoporo hasta el período oscuro del ciclo de señal de fuente de voltaje de CA en determinadas condiciones de muestreo (por ejemplo, cuando la modulación eléctrica de la señal de fuente de voltaje de CA luminosa/oscura es rápida en comparación con la velocidad del acontecimiento biológico). En este ejemplo, en el caso de que el estado del nanoporo cambie de un estado de canal abierto a un estado enhebrado, a continuación de vuelta al estado de canal abierto durante un único período luminoso antes del final del período luminoso, es probable que se haya producido un acontecimiento estadísticamente no representativo (por ejemplo, la detección del estado enhebrado se puede deber a ruido de señal o a que una marca no se enhebró apropiadamente). Por tanto, cuando se detecta un cambio en el estado de nanoporo de un estado enhebrado a un estado de canal abierto antes del final del período luminoso actual, se puede informar o no del cambio de estado enhebrado. Por ejemplo, se puede excluir/evitar que el cambio de estado de nanoporo al estado enhebrado detectado con anterioridad para el período luminoso actual se procese además y/o se emita desde el biochip en determinadas condiciones de muestreo.

Si en 2604 se determina que los datos de medición eléctrica recibidos no corresponden a un cambio en el estado de nanoporo, el procedimiento pasa a 2608. Si en 2604 se determina que los datos de medición eléctrica recibidos corresponden a un cambio en el estado de nanoporo, en 2606 se determina si se ha informado de un valor de muestra de medición eléctrica de los datos de muestra de medición eléctrica recibidos que corresponden a un estado enhebrado detectado del nanoporo previamente para un período luminoso actual de un ciclo de señal de fuente de voltaje de CA actual. Por ejemplo, el valor de muestra de medición eléctrica que corresponde al mismo estado enhebrado solo se ha de informar una vez en lugar de cada vez que se obtiene una muestra de medición del nanoporo enhebrado con marca para evitar que se informe de información duplicada (por ejemplo, el valor de medición se ha de informar solo una vez por único acontecimiento de enhebrado con marca). En algunos modos de realización, el identificador de estatus de informe almacenado (por ejemplo, almacenado en la memoria de estado 2508 de la figura 25) rastrea si ya se ha informado de un valor de medición eléctrica que corresponde a un estado enhebrado (por ejemplo, informado al analizador adaptativo 2512) para un período luminoso actual de un ciclo actual de una señal de fuente de voltaje de CA de referencia de una celda de nanoporo. En algunos modos de realización, en 2608, se obtiene el identificador de estatus de informe almacenado para determinar si el identificador de estatus de informe indica que ya se ha informado de un valor de muestra de medición eléctrica que corresponde a un estado enhebrado detectado del nanoporo. Si el identificador de estatus de informe indica que ya se ha informado de un valor de muestra de medición eléctrica previo, es posible que no sea necesario informar de un valor de muestra de medición eléctrica posterior correspondiente al mismo estado de nanoporo enhebrado. Este identificador de estatus de informe almacenado se puede reiniciar para cada nuevo ciclo de la señal de fuente de voltaje de CA de referencia. En algunos modos de realización, el identificador de estatus de informe almacenado se reinicia para permitir un segundo informe de un valor de medición eléctrica para el mismo estado de nanoporo enhebrado en el caso de que se descartara la salida de un valor de medición eléctrica informado previo para retrasar el informe del valor de medición eléctrica del estado de nanoporo enhebrado.

En 2608, se informa de una indicación de si los datos de medición eléctrica recibidos corresponden a un cambio en el estado del nanoporo. Por ejemplo, para los datos de muestra de medición recibidos, se informa de un bit binario que indica si los datos de medición recibidos indican un estado de nanoporo enhebrado durante un período luminoso de un ciclo de una señal de fuente de voltaje de CA de referencia (por ejemplo, proporcionado al analizador adaptativo 2512). En este ejemplo, se informa de un valor de "1" si los datos de medición eléctrica recibidos corresponden a un estado enhebrado de nanoporo y de otro modo se informa de un valor de "0". En algunos casos, no se informa de ningún dato si los datos de medición eléctrica recibidos no corresponden a un cambio en el estado de nanoporo. En algunos casos, no se informa de ningún dato durante un período oscuro de un ciclo de una señal de fuente de voltaje de CA de referencia. En algunos casos, la indicación indica si los datos de medición eléctrica recibidos corresponden a un cambio en el estado de un estado enhebrado a un estado de canal abierto. En algunos casos, el receptor de la indicación combina entre sí cada indicación de bit binario de cada celda de nanoporo de un biochip para generar una representación de matriz de bits (por ejemplo, mapa de bits, conjunto de bits, cadena de bits, vector de bits, etc.) de los estados de nanoporo de las celdas. En algunos casos, la indicación indica si se informará de un valor de muestra de medición eléctrica recibido (por ejemplo, la indicación corresponde a la determinación de 2606). Por ejemplo, solo se informa de un valor de muestra de medición eléctrica recibido cuando se detecta que el valor de muestra de medición eléctrica recibido indica un estado de nanoporo enhebrado durante un período luminoso y no se ha informado ya de un valor de medición previo para este estado de nanoporo enhebrado (por ejemplo, como se indica por el indicador de estatus de informe almacenado).

Si en 2606 se determina que se ha informado previamente de un valor de muestra de medición eléctrica previo, en 2610, no se informa del valor de muestra de medición eléctrica de los datos de medición eléctrica recibidos (por ejemplo, no proporcionados al analizador adaptativo 2512). Si en 2606 se determina que no se ha informado previamente de un valor de muestra de medición eléctrica previo, en 2612, se informa del valor de muestra de medición eléctrica de la medición eléctrica recibida (por ejemplo, proporcionada al analizador adaptativo 2512).

El procedimiento de la figura 26 se repite para cada muestra de medición recibida. En algunos ejemplos, el procedimiento de la figura 26 solo se realiza mientras una bicapa y un nanoporo están presentes en una celda del biochip.

La figura 27 es un diagrama que ilustra un ejemplo de muestras de mediciones eléctricas periódicas recibidas durante un ciclo de una señal de fuente de voltaje de CA de referencia. El gráfico 2700 muestra una representación gráfica de una señal de fuente de voltaje de CA de onda cuadrada 2702 (por ejemplo, la señal de la fuente de voltaje 2240 de la figura 22). El ciclo mostrado de la señal 2702 incluye el período luminoso 2704 (por ejemplo, cuando la polaridad fomenta que una marca enhebre un nanoporo) y el período oscuro 2706 (por ejemplo, cuando la polaridad fomenta que una marca salga del nanoporo). Cada una de las muestras de medición eléctrica 2711-2722 corresponde a una muestra de medición eléctrica que se recibe secuencialmente a medida que se detecta cada muestra de medición eléctrica en un intervalo periódico (por ejemplo, recibida en 2602). En algunos ejemplos, las muestras de medición eléctrica corresponden a la salida de voltaje de medición de nanoporo de 1600 de la figura 16, 1700 de la figura 17, 1800 de la figura 18A, 1801 de la figura 18B o 2200 de la figura 22.

Las muestras de medición 2711-2713 corresponden a un estado de nanoporo de canal abierto. Cuando una marca enhebra el nanoporo, el valor de medición cambia y se muestra como un voltaje elevado en las muestras de medición 2714-2716. La detección de muestras de medición 2714-2716 como el estado enhebrado del nanoporo puede ser de interés cuando se intenta detectar el tipo de marca enhebrada en el nanoporo. Debido a que los valores de muestras de medición mientras la marca se enhebra son similares (por ejemplo, los valores de las muestras de medición 2714-2716 son similares), solo puede ser necesario informar de uno de estos valores para detectar el tipo de marca. Por ejemplo, si se informa del valor de la muestra de medición 2714, no es necesario informar de los valores de las muestras 2715 y 2716. Sin embargo, si se determina que la muestra de medición 2714 no se va a emitir para reducir la cantidad de datos que se van a emitir en un momento particular en el tiempo, se puede informar de los valores de las muestras 2715 o 2716 más tarde sin perder la capacidad de detectar el estado enhebrado con marca y el tipo de marca enhebrada en el nanoporo durante el período luminoso actual. Debido a que una marca se repele del nanoporo durante el período oscuro (por ejemplo, mientras se miden las muestras 2717-2722), las muestras de medición del período oscuro a menudo no son de interés y es posible que no sea necesario que se informen.

En el ejemplo mostrado, tradicionalmente al informar de cada valor de muestra de medición eléctrica sin procesar (por ejemplo, el valor de 8 bits que representa el valor de medición informado para cada muestra), se requeriría una gran cantidad de ancho de banda de datos de salida (por ejemplo, 50 GB/s) para un biochip (salida de ejemplo 2730). Sin embargo, la cantidad de datos que se van a emitir se puede reducir drásticamente informando solo del valor de medición eléctrica cuando sea útil y necesario. En lugar de informar del valor de muestra de medición eléctrica sin procesar para cada muestra, se proporciona una indicación binaria para cada muestra de medición (salida de ejemplo 2732). La indicación binaria indica si la muestra de medición corresponde a un cambio de estado de nanoporo (por ejemplo, indica ya sea el estado de canal abierto o el estado enhebrado durante un período luminoso). Durante el período oscuro, es posible que no sea necesario proporcionar la indicación binaria. Además de la salida de ejemplo 2732, cuando sea necesario, se informa del valor de muestra de medición real (salida de ejemplo 2734). Por ejemplo, la primera vez que se detecta el cambio de estado de nanoporo a un estado enhebrado, se informa del valor de muestra de medición correspondiente para permitir la identificación de la marca que corresponde al valor de muestra de medición. En comparación con el informe sin procesar tradicional (salida de ejemplo 2730), el informe de indicaciones binarias (salida de ejemplo 2732) y el informe de valor de medición selectivo (salida de ejemplo 2734) reducen significativamente el requisito de ancho de banda de datos de salida (por ejemplo, una reducción de 50 GB/s a 7,3 GB/s (es decir, una combinación de 3,1 GB/s 4,2 GB/s)).

La figura 28 es un diagrama de flujo que ilustra un modo de realización de un procedimiento para analizar de forma adaptativa los datos que se van a emitir. El procedimiento de la figura 28 se puede implementar en el analizador adaptativo 2512 de la figura 25. En algunos ejemplos, el procedimiento de la figura 28 se repite para cada conjunto de datos recibidos que se van a emitir.

En 2802, se reciben los datos que se van a emitir. Los datos recibidos pueden incluir datos que indiquen si se recibe un cambio de estado de nanoporo para cada celda de nanoporo de un grupo de celdas de nanoporo. Por ejemplo, existe una pluralidad de celdas de nanoporo en un biochip y para cada celda de nanoporo y para cada caso cuando se toman muestras de medición eléctrica de las celdas de nanoporo, se recibe un identificador de un bit que indica el estado de nanoporo de la celda de nanoporo. En algunos modos de realización, en lugar de utilizar el identificador de un bit, se recibe un identificador de múltiples bits que indica el estado de nanoporo de la celda de nanoporo. En algunos casos, en un intervalo periódico, las muestras de medición eléctrica de todos los nanoporos se obtienen todas juntas como un grupo y la pluralidad de identificadores de un bit correspondientes a cada grupo de mediciones eléctricas se concatenan entre sí para formar una matriz de bits (por ejemplo, mapa de bits, conjunto de bits, cadena de bits, vector de bits, etc.) que indica los estados de las celdas de nanoporo. La posición de cada elemento de la matriz de bits puede corresponder a la misma celda de nanoporo para cada mapa de bits posterior que se genera para los correspondientes conjuntos posteriores de muestras de medición. En algunos casos, los datos recibidos incluyen los datos informados en 2608 y/o 2612 de la figura 26. Por ejemplo, los datos informados usando el procedimiento de la figura 26 se proporcionan por el detector de acontecimientos locales 2506 de la figura 25 para cada celda de nanoporo de un biochip.

En algunos casos, los datos recibidos incluyen un valor de muestra de medición eléctrica correspondiente a un cambio detectado en el estado de un nanoporo. Por ejemplo, en el caso de que se haya detectado un estado enhebrado para un nanoporo y no se haya informado ya de su valor de medición eléctrica correspondiente (por ejemplo, como se indica por un indicador de informe de estado almacenado en la memoria de estado 2508 de la figura 25), los datos recibidos incluyen el valor de muestra de medición eléctrica correspondiente que se puede utilizar para determinar el tipo de marca insertada en el nanoporo. En algunos casos, el identificador de un bit correspondiente a un nanoporo indica si se incluirá un valor de muestra de medición eléctrica correspondiente del nanoporo en los datos recibidos. En algunos casos, los datos recibidos incluyen el valor de muestra de medición informado en 2612 de la figura 26.

En 2804, se determina si se debe reducir el tamaño de los datos recibidos. Por ejemplo, la velocidad de transferencia de datos de salida de un biochip es limitada y se determina si se debe reducir la cantidad de datos adicionales que se van a emitir por el biochip porque se ha superado un presupuesto de datos. Un ejemplo de reducción del tamaño de los datos recibidos incluye comprimir los datos. Sin embargo, al no comprimir los datos cuando no es necesario, se puede ahorrar la cantidad de recursos informáticos requeridos para comprimir y descomprimir los datos. En algunos ejemplos, determinar si se debe reducir el tamaño de los datos recibidos incluye determinar la cantidad de datos restantes en una memoria intermedia que se van a emitir. Por ejemplo, la memoria intermedia 2514 de la figura 25 almacena datos en espera que se van a emitir por un biochip y a medida que el ancho de banda de salida está disponible, los datos de la memoria intermedia se emiten desde el biochip y se retiran de la memoria intermedia. En algunos ejemplos, determinar si se debe reducir el tamaño de los datos recibidos incluye determinar si la cantidad de datos restantes en la memoria intermedia de salida ha alcanzado un nivel/cantidad umbral. En el caso de que se haya alcanzado el nivel umbral, se determina que se debe reducir el tamaño de los datos recibidos que se van a emitir y, de otro modo, se determina que no es necesario reducir el tamaño de los datos recibidos. En algunos ejemplos, determinar si se debe reducir el tamaño de los datos recibidos incluye determinar si la adición de los datos recibidos a la memoria intermedia de salida daría como resultado un incremento de la cantidad de datos en la memoria intermedia más allá de un nivel/cantidad umbral. En algunos modos de realización, determinar si se debe reducir el tamaño de los datos recibidos incluye determinar si el tamaño de los datos recibidos está más allá de un umbral y, en el caso de que el tamaño esté más allá del umbral, se han de reducir los datos recibidos. En algunos modos de realización, determinar si se debe reducir el tamaño de los datos recibidos incluye determinar si se deben comprimir los datos recibidos.

Si en 2804 se determina que se deben reducir los datos recibidos, en 2806 se analizan los datos recibidos para determinar una técnica de compresión para los datos recibidos. Por ejemplo, se selecciona una técnica de compresión entre una pluralidad de técnicas en base a un perfil y/o contenido de los datos recibidos. En algunos modos de realización, la técnica de compresión no tiene pérdidas. Por ejemplo, no se requiere modificar o perder al menos una parte de los datos recibidos cuando se comprimen los datos recibidos. En algunos modos de realización, la etapa 2804 no se realiza. Por ejemplo, la etapa 2806 siempre se realiza cuando se realiza el procedimiento de la figura 28.

En 2808, se determina si un tamaño de datos comprimidos de los datos recibidos superaría un presupuesto de datos. Por ejemplo, se determina un tamaño de los datos recibidos que resultaría después de aplicar la técnica de compresión seleccionada. La determinación de si se superaría el presupuesto de datos puede incluir determinar si la adición de datos recibidos comprimidos a una memoria intermedia de salida daría como resultado un incremento de la cantidad de datos en la memoria intermedia más allá de un nivel/cantidad umbral. Por ejemplo, en el caso de que la adición de los datos comprimidos diera como resultado que se sobrellene la memoria intermedia, se determina que se superaría el presupuesto de datos. En algunos modos de realización, determinar si se superaría el presupuesto de datos incluye determinar si el tamaño de los datos recibidos comprimidos es mayor que un umbral. Por ejemplo, el tamaño de los datos recibidos comprimidos se compara con un tamaño de datos máximo o cantidad de capacidad restante en una memoria intermedia de salida.

Si en 2808 se determina que el tamaño de datos comprimidos superaría el presupuesto de datos, en 2810 se modifican los datos recibidos. En algunos modos de realización, modificar los datos recibidos incluye filtrar los datos recibidos. En algunos modos de realización, modificar los datos recibidos incluye modificar el contenido de los datos comprimidos para retrasar el informe de un valor de muestra de medición eléctrica correspondiente a un estado enhebrado de un nanoporo. Por ejemplo, en el caso de que se pueda informar de un valor de muestra de medición eléctrica de un estado de nanoporo enhebrado para cualquiera de una pluralidad de muestras de medición eléctrica obtenidas durante el estado enhebrado de un nanoporo, se puede excluir un valor de muestra de medición eléctrica de una de las muestras de medición eléctrica y no informarse porque en su lugar se puede informar de un valor de muestra de medición eléctrica de una muestra de medición eléctrica posterior. En algunos modos de realización, modificar los datos recibidos incluye retirar un valor de muestra de medición eléctrica de los datos recibidos e indicar que se debería informar de un valor de muestra de medición eléctrica posterior correspondiente a un estado de nanoporo enhebrado para su salida. Por ejemplo, se reinicia un identificador de informe de estatus (por ejemplo, un identificador de informe de estatus almacenado en la memoria de estado 2508) que identifica si ya se ha informado de un valor de muestra de medición eléctrica de un estado enhebrado de un nanoporo para un período luminoso actual de un ciclo de señal de fuente de voltaje de CA de referencia actual para habilitar el informe de un valor de muestra de medición posterior que indica el estado enhebrado.

En algunos modos de realización, modificar los datos recibidos incluye seleccionar una técnica de compresión con pérdida que se va a utilizar. Por ejemplo, en el caso de que se haya superado o se supere el presupuesto de datos, pero no se puede retirar/retrasar la salida de un valor de muestra de medición, los datos recibidos se han de comprimir usando una técnica de compresión con pérdida para reducir además su tamaño. En algunos modos de realización, se excluye una parte de los datos recibidos (por ejemplo, para introducir ruido aleatorio, para reducir la precisión de los datos, etc.). Por ejemplo, en el caso de que otra(s) técnica(s) de modificación no pueda(n) reducir los datos para que no superen el presupuesto de datos, se selecciona una parte aleatoria de los datos recibidos para que no se emitan. En algunos modos de realización, la determinación en 2808 es opcional. Por ejemplo, la etapa 2810 siempre se realiza cuando se realiza el procedimiento de la figura 28.

En 2812 se comprimen los datos recibidos, ya sean modificados (por ejemplo, en 2810) o no modificados (por ejemplo, determinados para que no superen el presupuesto de datos en 2808). Por ejemplo, los datos se comprimen usando la técnica de compresión seleccionada (por ejemplo, sin pérdida o con pérdida).

En 2814, los datos recibidos resultantes, ya sean comprimidos (por ejemplo, en 2812) o no comprimidos (por ejemplo, se determina que no se van a reducir en 2804), se colocan en una memoria intermedia de salida para emitirse. Por ejemplo, los datos se insertan en la memoria intermedia 2514 de la figura 25 para su salida desde un biochip. En un modo de realización alternativo, los datos recibidos resultantes, ya sea sin comprimir o comprimidos, se emiten desde un biochip sin colocarse en una memoria intermedia de salida.

La figura 29 es un diagrama de flujo que ilustra un modo de realización de un procedimiento para determinar una técnica de compresión. El procedimiento de la figura 29 se puede implementar en el analizador adaptativo 2512 de la figura 25. En algunos modos de realización, el procedimiento de la figura 29 se incluye en 2806 de la figura 28.

En 2902 se determina la entropía de un dato recibido. Por ejemplo, se analizan los datos recibidos en 2802 de la figura 28 para determinar la mejor técnica de compresión de datos entre las técnicas elegibles para los datos recibidos. En algunos casos, determinar la entropía incluye determinar una entropía de Shannon de los datos recibidos que se van a comprimir. La determinación de la entropía puede incluir determinar la aleatoriedad de los datos incluidos en los datos recibidos. La entropía puede indicar la compresibilidad de los datos recibidos y/o el tipo de técnica de compresión más adecuada para comprimir los datos recibidos (por ejemplo, la técnica que reducirá al máximo el tamaño de los datos). La entropía puede indicar la compresibilidad esperada de los datos recibidos usando una técnica de compresión sin pérdidas. En algunos casos, la determinación de la entropía incluye determinar una medida estadística de longitudes de los mismos valores binarios consecutivos (por ejemplo, la longitud promedio de ceros consecutivos) en los datos recibidos.

En 2904, se selecciona una técnica de compresión en base al menos en parte a la entropía. El mejor tipo de técnica de compresión que se va a utilizar para comprimir los datos recibidos puede depender de un perfil y/o contenido de los datos. Por ejemplo, los datos con baja entropía se pueden comprimir mejor usando una técnica de compresión de codificación de longitud de ejecución, mientras que los datos con alta entropía se pueden comprimir mejor usando técnicas de compresión basadas en Lempel-Ziv (por ejemplo, usando un diccionario de símbolos). En algunos modos de realización, la técnica de compresión se selecciona entre una pluralidad de posibles técnicas de compresión para minimizar al máximo el tamaño de los datos comprimidos. Los ejemplos de la técnica de compresión pueden incluir cualquier algoritmo de compresión o técnicas de encriptado/codificación de datos.

En 2906 se determina un parámetro de la técnica de compresión seleccionada en base a los datos recibidos, si es aplicable. Por ejemplo, el parámetro de la técnica de compresión se determina en base a la entropía determinada y/o el contenido de los datos recibidos. En algunos casos, se seleccionan uno o más símbolos que se van a incluir en un diccionario de compresión en base al análisis del contenido incluido en los datos recibidos.

En 2908 se indica la técnica de compresión seleccionada y su parámetro determinado (si es aplicable). Por ejemplo, se indica para su uso la técnica de compresión seleccionada para comprimir los datos recibidos.

La figura 30 es un diagrama de flujo que ilustra un modo de realización de un procedimiento para modificar/filtrar datos que se van a emitir. El procedimiento de la figura 30 se puede implementar en el analizador adaptativo 2512 de la figura 25. En algunos modos de realización, el procedimiento de la figura 30 se incluye en 2810 de la figura 28. Por ejemplo, se ejecuta el procedimiento de la figura 30 para modificar los datos que se van a emitir para reducir su tamaño en el caso de que se supere un presupuesto de datos.

En 3002 se determina si un dato recibido incluye un valor de muestra de medición eléctrica que corresponde a un estado enhebrado de un nanoporo.

Si en 3002 se determina que los datos recibidos incluyen un valor de muestra de medición eléctrica que corresponde al estado enhebrado del nanoporo, en 3004 se determina si el valor de muestra de medición eléctrica corresponde a la última muestra de medición de un período luminoso de un ciclo de señal de fuente de voltaje de CA de referencia. Por ejemplo, se determina si el informe de un valor de muestra de medición se puede retrasar hasta una siguiente muestra de medición del nanoporo porque se detectará/medirá de nuevo un estado enhebrado del nanoporo.

Si en 3004 se determina que el valor de la muestra de medición eléctrica no corresponde a la última muestra de medición, en 3006 se filtran/modifican los datos recibidos para que no se informe del valor de muestra de medición eléctrica. Por ejemplo, se modifica un indicador (por ejemplo, un indicador de un bit) del estado del nanoporo incluido en los datos recibidos para que no se indique un cambio de estado y/o un estado enhebrado, y/o se retira el valor de medición eléctrica de los datos recibidos. En algunos modos de realización, los datos recibidos modificados son la versión de los datos que se van a emitir desde un biochip en lugar de emitir los datos recibidos originales.

En 3008 se cambia un indicador de informe de estatus (por ejemplo, que indica si ya se ha informado de un valor de muestra de medición del estado enhebrado para el período luminoso actual del ciclo de fuente de voltaje de CA actual) para indicar que no se ha informado del valor de muestra de medición. Esto puede permitir que una siguiente muestra de medición del nanoporo active el informe de su valor de medición eléctrica. En algunos casos, se modifica un indicador de informe de estatus almacenado en la memoria de estado 2508 de la figura 25.

Si en 3002 se determina que los datos recibidos no incluyen un valor de muestra de medición eléctrica que corresponde al estado enhebrado del nanoporo o si en 3004 se determina que el valor de muestra de medición eléctrica sí corresponde a la última muestra de medición, en 3010 se determina no filtrar/modificar los datos recibidos. Por ejemplo, en 2810 de la figura 28, los datos recibidos no se modifican si no se pueden modificar para retrasar el informe de un valor de muestra de medición eléctrica correspondiente a un estado de nanoporo enhebrado.

La figura 31 es un diagrama de flujo que ilustra un modo de realización de un procedimiento para controlar una detección de múltiples estados de nanoporo enhebrado. El procedimiento de la figura 31 se puede implementar en el analizador adaptativo 2512 de la figura 25. En algunos modos de realización, el procedimiento de la figura 31 se realiza después de 2802 de la figura 28. Por ejemplo, los datos recibidos se procesan para determinar si un estado enhebrado detectado con anterioridad de un nanoporo se puede considerar estadísticamente no representativo y no se informa. Por ejemplo, en determinadas condiciones de muestreo, los múltiples cambios de un estado enhebrado dentro de un período luminoso se pueden considerar estadísticamente no representativos. Esto puede reducir además la cantidad de datos que se van a emitir por un biochip. Por ejemplo, en lugar de emitir datos que indican un estado enhebrado y, a continuación, más tarde emitir datos que indican la cancelación de la detección de estado enhebrado, no se informa de los cambios de estado de nanoporo de un lado a otro.

En 3102 se detecta que un dato recibido indica que un estado de un nanoporo ha cambiado de un estado enhebrado a un estado de canal abierto antes del final de un período luminoso. Una vez que se inserta una marca en el nanoporo durante un período luminoso del ciclo de voltaje de CA, se espera que la marca permanezca en el interior del nanoporo hasta el final del período luminoso y el comienzo del período oscuro del ciclo de voltaje de CA en determinadas condiciones de muestreo (por ejemplo, cuando la señal de CA brillante/oscura de modulación eléctrica es rápida en comparación con la velocidad de los acontecimientos biológicos). En el caso de que el estado informado del nanoporo cambie de canal abierto a un estado enhebrado y a continuación de vuelta al estado de canal abierto durante un único período luminoso antes del final del período luminoso de un ciclo de una señal de fuente de voltaje de CA para determinadas condiciones de muestreo, se determina que el cambio de estado detectado con anterioridad al estado enhebrado es estadísticamente insignificante (por ejemplo, la detección con anterioridad del estado enhebrado se puede deber al ruido).

En 3104 se modifica un dato recibido con anterioridad que indicaba el estado enhebrado del nanoporo para que ya no indique el estado enhebrado. Por ejemplo, se modifica una indicación incluida en los datos recibidos y/o se excluye/retira un valor de medición correspondiente incluido en los datos recibidos con anterioridad. Esto puede reducir la cantidad de datos que se van a emitir desde el biochip. Los datos recibidos con anterioridad pueden estar en proceso de analizarse usando el procedimiento de la figura 28, esperando para colocarse en una memoria intermedia de salida (por ejemplo, esperando el final del período luminoso en caso de un error de detección de estado enhebrado) o incluidos en la memoria intermedia de salida (por ejemplo, en la memoria intermedia 2514 de la figura 25).

En 3106, los datos que indican un cambio de estado de nanoporo del estado enhebrado al estado de canal abierto no se emiten, si es aplicable. Por ejemplo, debido a que se han modificado los datos recibidos con anterioridad que indican el estado enhebrado para no informar del estado enhebrado, no se tienen que emitir los datos que indican el cambio de vuelta al estado de canal abierto. Por ejemplo, un indicador de cambio de estado que informa del cambio del estado enhebrado al estado de canal abierto se modifica en los datos recibidos para indicar que no se ha detectado un cambio de estado (por ejemplo, indica que se ha mantenido el estado de canal abierto).

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un componente de medición de nanoporos, que comprende:

una pluralidad de celdas de nanoporo; y

un procesador configurado para:

recibir datos correspondientes a estados de nanoporo de la pluralidad de celdas de nanoporo;

analizar los datos para determinar un tamaño de salida comprimido de los datos dada al menos una técnica de compresión;

determinar si el tamaño de salida comprimido supera un presupuesto de datos; y

en el caso de que se determine que el tamaño de salida comprimido supera el presupuesto de datos, modificar los datos y emitir los datos modificados,

caracterizado por que el procesador está configurado además para detectar que los datos recibidos indican que un estado de un nanoporo ha cambiado de un estado enhebrado a un estado de canal abierto antes del final de un período luminoso de un ciclo de señal de fuente de voltaje de CA y ya no indica el estado enhebrado del nanoporo en un dato recibido previamente.

2. El componente de medición de nanoporos de la reivindicación 1, en el que el componente de medición de nanoporos está incluido en un biochip.

3. El componente de medición de nanoporos de la reivindicación 1, en el que la pluralidad de celdas de nanoporo está incluida en un biochip y el procesador está incluido en un chip separado del biochip.

4. El componente de medición de nanoporos de la reivindicación 1, en el que recibir los datos incluye recibir para cada celda de nanoporo un indicador de un bit o un indicador de múltiples bits que indica un estado de nanoporo de la celda de nanoporo.

5. El componente de medición de nanoporos de la reivindicación 1, en el que analizar los datos incluye seleccionar una técnica de compresión seleccionada entre una pluralidad de técnicas de compresión.

6. El componente de medición de nanoporos de la reivindicación 1, en el que determinar si el tamaño de salida comprimido supera el presupuesto de datos incluye determinar si el tamaño de salida comprimido supera un tamaño umbral.

7. El componente de medición de nanoporos de la reivindicación 1, en el que determinar si el tamaño de salida comprimido supera el presupuesto de datos incluye determinar un estado de una memoria intermedia de salida.

8. El componente de medición de nanoporos de la reivindicación 1, en el que se determina que el tamaño de salida comprimido supera el presupuesto de datos en el caso de que una cantidad de datos incluidos en una memoria intermedia de salida supere un nivel umbral.

9. El componente de medición de nanoporos de la reivindicación 1, en el que se determina que el tamaño de salida comprimido supera el presupuesto de datos en el caso de que colocar una versión comprimida de datos en una memoria intermedia de salida provoque que la memoria intermedia de salida alcance un nivel de llenado umbral.

10. El componente de medición de nanoporos de la reivindicación 1, en el que se determina que el tamaño de salida comprimido supera el presupuesto de datos en el caso de que el tamaño de salida comprimido supere un tamaño correspondiente a una cantidad de espacio de almacenamiento restante en una memoria intermedia de salida.

11. El componente de medición de nanoporos de la reivindicación 1, en el que la modificación de los datos incluye retirar una parte de los datos.

12. El componente de medición de nanoporos de la reivindicación 1, en el que la modificación de los datos incluye reducir el tamaño de salida comprimido.

13. El componente de medición de nanoporos de la reivindicación 1, en el que la modificación de los datos incluye omitir un valor de muestra de medición eléctrica incluido en los datos si se puede informar de un valor de muestra de medición eléctrica posterior para informar de un estado de nanoporo correspondiente al valor de muestra de medición eléctrica omitido.

14. Un procedimiento de uso de un componente de medición de nanoporos de las reivindicaciones 1-13, que comprende:

recibir datos correspondientes a estados de nanoporo de una pluralidad de celdas de nanoporo;

usar un procesador para analizar los datos para determinar un tamaño de salida comprimido de los datos dada al menos una técnica de compresión;

determinar si el tamaño de salida comprimido supera un presupuesto de datos; y

en el caso de que se determine que el tamaño de salida comprimido supera el presupuesto de datos, modificar los datos y emitir los datos modificados,

caracterizado por que el procesador está configurado además para detectar que los datos recibidos indican que un estado de un nanoporo ha cambiado de un estado enhebrado a un estado de canal abierto antes del final de un período luminoso de un ciclo de señal de fuente de voltaje de CA y ya no indica el estado enhebrado del nanoporo en un dato recibido previamente.