JP7082015B2 - Measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、ナノポアデバイスを用いた計測に関する。 The present invention relates to measurement using a nanopore device.

電気的検知帯法(コールター原理)と呼ばれる粒度分布測定法が知られている。この測定法では、粒子を含む電界液を、ナノポアと称される細孔を通過させる。粒子が細孔を通過するとき、細孔中の電解液は粒子の体積に相当する量だけ減少し、細孔の電気抵抗を増加させる。したがって細孔の電気抵抗を測定することで、粒子より細孔の厚みの方が大きい場合には通過する粒子の体積を測定することができ、粒子より細孔の厚みの方が十分に小さい場合、通過している粒子の断面積(すなわち径)を測定することができる。 A particle size distribution measurement method called the electrical detection band method (Coulter principle) is known. In this measurement method, an electric field liquid containing particles is passed through pores called nanopores. As the particles pass through the pores, the electrolyte in the pores is reduced by an amount corresponding to the volume of the particles, increasing the electrical resistance of the pores. Therefore, by measuring the electrical resistance of the pores, the volume of the passing particles can be measured when the thickness of the pores is larger than that of the particles, and when the thickness of the pores is sufficiently smaller than that of the particles. , The cross-sectional area (ie, diameter) of the passing particles can be measured.

図1は、電気的検知帯法を用いた微粒子測定システム1Rのブロック図である。微粒子測定システム1Rは、ナノポアデバイス100、計測装置200Rおよびデータ処理装置300を備える。 FIG. 1 is a block diagram of a fine particle measurement system 1R using an electrical detection band method. The fine particle measurement system 1R includes a nanopore device 100, a measurement device 200R, and a data processing device 300.

ナノポアデバイス100の内部は、検出対象の粒子4を含む電解液2が満たされる。ナノポアデバイス100の内部は、ナノポアチップ102によって2つの空間に隔てられており、2つの空間には電極106と電極108が設けられる。電極106と電極108の間に電位差を発生させると、電極間にイオン電流が流れ、また電気泳動によって粒子4が細孔104を経由して、一方の空間から他方の空間に移動する。 The inside of the nanopore device 100 is filled with the electrolytic solution 2 containing the particles 4 to be detected. The inside of the nanopore device 100 is separated into two spaces by a nanopore chip 102, and electrodes 106 and 108 are provided in the two spaces. When a potential difference is generated between the electrodes 106 and 108, an ionic current flows between the electrodes, and the particles 4 move from one space to the other via the pores 104 by electrophoresis.

計測装置200Rは、電極対106,108の間に電位差を発生させるとともに、電極対の間の抵抗値Rpと相関を有する情報を取得する。計測装置200Rは、トランスインピーダンスアンプ210、電圧源220、デジタイザ230を含む。電圧源220は電極対106,108の間に電位差Vbを発生させる。この電位差Vbは、電気泳動の駆動源であるとともに、抵抗値Rpを測定するためのバイアス信号となる。 The measuring device 200R generates a potential difference between the electrode pairs 106 and 108, and acquires information having a correlation with the resistance value Rp between the electrode pairs. The measuring device 200R includes a transimpedance amplifier 210, a voltage source 220, and a digitizer 230. The voltage source 220 generates a potential difference Vb between the electrode pairs 106 and 108. This potential difference Vb is a driving source for electrophoresis and a bias signal for measuring the resistance value Rp.

電極対106,108の間には、細孔104の抵抗に反比例する微小電流Isが流れる。
Is=Vb/Rp …(1)
A minute current Is, which is inversely proportional to the resistance of the pore 104, flows between the electrode pairs 106 and 108.
Is = Vb / Rp ... (1)

トランスインピーダンスアンプ210は、微小電流Isを電圧信号Vsに変換する。変換ゲインをrとするとき、以下の式が成り立つ。
Vs=r×Is …(2)
式(1)を式(2)に代入すると、式(3)が得られる。
Vs=Vb×r/Rp …(3)
デジタイザ230は、電圧信号VsをデジタルデータDsに変換する。このように計測装置200Rにより、細孔104の抵抗値Rpに反比例する電圧信号Vsを得ることができる。
The transimpedance amplifier 210 converts the minute current Is into a voltage signal Vs. When the conversion gain is r, the following equation holds.
Vs = r × Is ... (2)
Substituting Eq. (1) into Eq. (2) gives Eq. (3).
Vs = Vb × r / Rp ... (3)
The digitizer 230 converts the voltage signal Vs into digital data Ds. In this way, the measuring device 200R can obtain a voltage signal Vs that is inversely proportional to the resistance value Rp of the pore 104.

図2は、計測装置200Rにより測定される例示的な微小電流Isの波形図である。なお本明細書において参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。 FIG. 2 is a waveform diagram of an exemplary minute current Is measured by the measuring device 200R. The vertical and horizontal axes of the waveform charts and time charts referred to in the present specification are appropriately enlarged or reduced for easy understanding, and each waveform shown is also simplified for easy understanding. It is made, or exaggerated or emphasized.

粒子が通過する短い期間、細孔104の抵抗値Rpが増大する。したがって、粒子が通過するごとに電流Isはパルス状に減少する。個々のパルス電流の振幅は、粒径と相関を有する。データ処理装置300は、デジタルデータDsを処理し、電解液2に含まれる粒子4の個数や粒径分布などを解析する。 The resistance value Rp of the pores 104 increases for a short period of time through which the particles pass. Therefore, the current Is decreases in a pulse shape as the particles pass through. The amplitude of the individual pulse currents correlates with the particle size. The data processing apparatus 300 processes the digital data Ds and analyzes the number of particles 4 and the particle size distribution contained in the electrolytic solution 2.

特開2011-513739号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-513739 特開平4-040373号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-040373 特表平7-504989号公報Special Table No. 7-504989 特開2004-510980号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-510980

従来の微粒子測定システム1Rでは、粒径が既知(標準粒径という)である国際標準規格粒子を利用して測定(以下、校正測定と称する)を行い、その結果得られた信号強度(パルス電流の振幅)と標準粒径との対応関係を取得する。そして、任意の粒子を測定する際には、得られた信号強度と、校正測定で得られた相対関係にもとづいて、粒子の径を推定する。 In the conventional fine particle measurement system 1R, measurement (hereinafter referred to as calibration measurement) is performed using international standard particles having a known particle size (referred to as standard particle size), and the signal strength (pulse current) obtained as a result is obtained. The correspondence between the amplitude) and the standard particle size is obtained. Then, when measuring an arbitrary particle, the diameter of the particle is estimated based on the obtained signal strength and the relative relationship obtained by the calibration measurement.

従来の粒径の推定について詳しく説明する。図3は、国際標準規格粒子を測定したときに得られる信号強度のヒストグラムの一例である。横軸の信号強度は、パルス毎のデジタルデータDsの変化量、言い換えればパルス電流の振幅を示し、縦軸はパルスの個数を示す。 The conventional estimation of particle size will be described in detail. FIG. 3 is an example of a histogram of signal intensity obtained when measuring international standard particles. The signal strength on the horizontal axis indicates the amount of change in the digital data Ds for each pulse, in other words, the amplitude of the pulse current, and the vertical axis indicates the number of pulses.

図3のヒストグラムの中心は標準粒径φに対応する基準強度IREFとなる。したがって任意の粒子を測定したときに得られた信号強度がIであったとき、その粒径φは、IREFとRの関係から推定される。 The center of the histogram in FIG. 3 is the reference intensity I REF corresponding to the standard particle size φ0 . Therefore, when the signal intensity obtained when measuring an arbitrary particle is I x , the particle size φ x is estimated from the relationship between I REF and R 0 .

このように従来の電気的検知帯法を利用した微粒子計測システム1Rでは、信号確度の電気的校正が実施されていない。したがって、デジタルデータDsが示すのは、電流量の相対値に過ぎず、デジタルデータDsに物理的な意味づけを与えることができない。そのため、測定器が入力信号に対して予期せぬ加工を加えている場合でも、その出力信号が正しいものと扱われてしまうおそれがある。 As described above, in the fine particle measurement system 1R using the conventional electric detection band method, the electrical calibration of the signal accuracy is not carried out. Therefore, what the digital data Ds shows is only a relative value of the amount of current, and cannot give a physical meaning to the digital data Ds. Therefore, even if the measuring instrument performs unexpected processing on the input signal, the output signal may be treated as correct.

この懸念から、従来では、微粒子測定システム1Rが生成する生データの一部のみを、粒径測定や粒子数計測に用いることができ、残りのデータは、無駄になっているといえる。裏を返すと、データの一部しか用いることができないため、粒子の形状の分析や、粒子がナノポアを通過する際の通過過渡現象の分析など、発展的なアプリケーションに応用することが難しい。なおこの問題を当業者の一般的な認識と捉えてはならない。 From this concern, it can be said that conventionally, only a part of the raw data generated by the fine particle measurement system 1R can be used for particle size measurement and particle number measurement, and the remaining data is wasted. On the flip side, since only part of the data can be used, it is difficult to apply it to advanced applications such as analysis of particle shape and analysis of transit transients when particles pass through nanopores. It should be noted that this problem should not be regarded as a general recognition of those skilled in the art.

本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、電流や電圧の絶対値を測定可能な測定装置の提供にある。 The present invention has been made in such a situation, and one of the exemplary purposes of the embodiment is to provide a measuring device capable of measuring absolute values of current and voltage.

本発明のある態様は、細孔および電極対を有するナノポアデバイスのインピーダンスと相関を有する信号を測定する計測装置に関する。計測装置は、ナノポアデバイスの電極対と接続可能な出力端子対と、出力端子対の間のインピーダンスと相関を有するアナログ検出信号を生成するフロントエンド回路と、アナログ検出信号をデジタル検出信号に変換するA/Dコンバータと、を備える。出力端子対の間に、ナノポアデバイスに代えて既知の抵抗値を有する校正デバイスを接続可能であり、校正デバイスを接続した状態において、校正可能である。 One aspect of the invention relates to a measuring device that measures a signal that correlates with the impedance of a nanopore device having pores and electrode pairs. The measuring device has an output terminal pair that can be connected to the electrode pair of the nanopore device, a front-end circuit that generates an analog detection signal that correlates with the impedance between the output terminal pairs, and a front-end circuit that converts the analog detection signal into a digital detection signal. It is equipped with an A / D converter. A calibration device having a known resistance value can be connected between the output terminal pairs in place of the nanopore device, and calibration can be performed with the calibration device connected.

本発明の別の態様は、細孔および電極対を有するナノポアデバイスのインピーダンスと相関を有する信号を測定する計測装置の校正方法に関する。計測装置は、ナノポアデバイスの電極対と接続可能な出力端子対と、出力端子対の間に直流のバイアス電圧を印加可能なバイアス電圧源と、出力端子対の間に流れる電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプと、トランスインピーダンスアンプの出力をデジタル値に変換するA/Dコンバータと、を備える。校正方法は、出力端子対の間に、ナノポアデバイスに代えて既知の抵抗を接続するステップと、既知の抵抗の間に、既知の直流バイアス電圧を印加し、そのときに得られるA/Dコンバータの出力を取得するステップと、A/Dコンバータの出力にもとづいて、校正用パラメータを取得するステップと、を備える。 Another aspect of the invention relates to a method of calibrating a measuring device that measures a signal that correlates with the impedance of a nanopore device having pores and electrode pairs. The measuring device uses an output terminal pair that can be connected to the electrode pair of the nanopore device, a bias voltage source that can apply a DC bias voltage between the output terminal pairs, and a current signal that flows between the output terminal pairs as a voltage signal. It includes a transimpedance amplifier for conversion and an A / D converter for converting the output of the transimpedance amplifier into a digital value. The calibration method is a step of connecting a known resistor instead of a nanopore device between the output terminal pairs, and an A / D converter obtained by applying a known DC bias voltage between the known resistors. It is provided with a step of acquiring the output of the above and a step of acquiring the calibration parameter based on the output of the A / D converter.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above components and the components and expressions of the present invention that are mutually replaced between methods, devices and the like are also effective as aspects of the present invention.

本発明のある態様によれば、電流信号や電圧信号の信号確度が保証された計測装置を提供できる。 According to an aspect of the present invention, it is possible to provide a measuring device in which the signal accuracy of a current signal or a voltage signal is guaranteed.

電気的検知帯法を用いた微粒子測定システムのブロック図である。It is a block diagram of the fine particle measurement system using the electric detection band method. 計測装置により測定される例示的な微小電流Isの波形図である。It is a waveform diagram of an exemplary microcurrent Is measured by a measuring device. 国際標準規格粒子を測定したときに得られる信号強度のヒストグラムの一例である。This is an example of a histogram of the signal strength obtained when measuring international standard particles. 実施の形態に係る微粒子測定システムのブロック図である。It is a block diagram of the fine particle measurement system which concerns on embodiment. 電流校正モードにおける微粒子測定システムのブロック図である。It is a block diagram of the fine particle measurement system in a current calibration mode. 図6(a)、(b)は、電流測定系の校正を説明する図である。6 (a) and 6 (b) are diagrams illustrating calibration of the current measurement system. 電圧校正モードにおける微粒子測定システムのブロック図である。It is a block diagram of the fine particle measurement system in a voltage calibration mode. 電圧印加系の校正を説明する図である。It is a figure explaining the calibration of a voltage application system. 計測装置のブロック図である。It is a block diagram of a measuring device. 実施の形態に係る微粒子測定システムにおける校正のフローチャートである。It is a flowchart of calibration in the fine particle measurement system which concerns on embodiment. 変形例3に係る計測装置の電流測定系のブロック図である。It is a block diagram of the current measurement system of the measuring apparatus which concerns on modification 3. FIG. 変形例4に係る計測装置のブロック図である。It is a block diagram of the measuring apparatus which concerns on modification 4. 変形例5に係る計測装置のブロック図である。It is a block diagram of the measuring apparatus which concerns on modification 5.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings based on the preferred embodiments. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings shall be designated by the same reference numerals, and duplicate description thereof will be omitted as appropriate. Further, the embodiment is not limited to the invention, but is an example, and all the features and combinations thereof described in the embodiment are not necessarily essential to the invention.

本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 In the present specification, the "state in which the member A is connected to the member B" means that the member A and the member B are physically directly connected, and the member A and the member B are electrically connected to each other. It also includes cases of being indirectly connected via other members that do not substantially affect the connection state or impair the functions and effects performed by the combination thereof.

同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 Similarly, "a state in which the member C is provided between the member A and the member B" means that the member A and the member C, or the member B and the member C are directly connected, and their electricity. It also includes cases of being indirectly connected via other members that do not substantially affect the connection state or impair the functions and effects performed by the combination thereof.

(基本構成)
図4は、実施の形態に係る微粒子測定システム1のブロック図である。微粒子測定システム1は、ナノポアデバイス100、計測装置200、データ処理装置300を備える。
(Basic configuration)
FIG. 4 is a block diagram of the fine particle measurement system 1 according to the embodiment. The fine particle measurement system 1 includes a nanopore device 100, a measurement device 200, and a data processing device 300.

ナノポアデバイス100については、図1を参照して説明した通りであり、細孔104が設けられたナノポアチップ102と、電極対106,108を備える。ナノポアチップ102の内部は、KCl(塩化カリウム)やPBS(リン酸緩衝生理食塩水)などの電解液で満たされる。 The nanopore device 100 is as described with reference to FIG. 1, and includes a nanopore chip 102 provided with pores 104 and electrode pairs 106 and 108. The inside of the nanopore chip 102 is filled with an electrolytic solution such as KCl (potassium chloride) or PBS (phosphate buffered saline).

計測装置200は、出力端子対OUT1,OUT2、フロントエンド回路202、デジタイザ230、インタフェース240、キャリブレーションコントローラ250を備える。出力端子対OUT1,OUT2には、ナノポアデバイス100が着脱可能に接続される。ナノポアデバイス100が接続された状態において、出力端子対OUT1,OUTは、ナノポアデバイス100のピンP1,P2を介して、電極対106、108と電気的に接続される。フロントエンド回路202は、ナノポアデバイス100が装着された状態において、出力端子対OUT1,OUT2の間のインピーダンスと相関を有するアナログ検出信号Vsを生成可能である。 The measuring device 200 includes output terminal pairs OUT1, OUT2, a front-end circuit 202, a digitizer 230, an interface 240, and a calibration controller 250. The nanopore device 100 is detachably connected to the output terminal pairs OUT1 and OUT2. In the state where the nanopore device 100 is connected, the output terminal pairs OUT1 and OUT are electrically connected to the electrode pairs 106 and 108 via the pins P1 and P2 of the nanopore device 100. The front-end circuit 202 can generate an analog detection signal Vs having a correlation with the impedance between the output terminal pair OUT1 and OUT2 in a state where the nanopore device 100 is mounted.

デジタイザ230は、A/Dコンバータを含み、アナログ検出信号Vsをデジタル検出信号Dsに変換する。 The digitizer 230 includes an A / D converter and converts the analog detection signal Vs into the digital detection signal Ds.

本実施の形態においてフロントエンド回路202は、出力端子対OUT1,OUT2の間にバイアス電圧Vbを印加し、そのときに流れる電流Isを測定可能である。フロントエンド回路202は、トランスインピーダンスアンプ210および電圧源220を備える。 In the present embodiment, the front-end circuit 202 can apply a bias voltage Vb between the output terminal pairs OUT1 and OUT2 and measure the current Is flowing at that time. The front-end circuit 202 includes a transimpedance amplifier 210 and a voltage source 220.

データ処理装置300は、ユーザとのインタフェースであり、また微粒子測定システム1を統合的に制御し、測定結果を取得、保存、表示する機能を備える。データ処理装置300は、汎用的なコンピュータやワークステーションであってもよいし、微粒子測定システム1専用に設計されたハードウェアであってもよい。 The data processing device 300 is an interface with the user, and also has a function of integrally controlling the fine particle measurement system 1 and acquiring, storing, and displaying the measurement result. The data processing device 300 may be a general-purpose computer or workstation, or may be hardware designed exclusively for the fine particle measurement system 1.

計測装置200は、通常測定モードと校正モードが切り替え可能である。データ処理装置300は、ユーザ(オペレータ)の操作に応じて、計測装置200の動作モードを切り替える。 The measuring device 200 can switch between a normal measurement mode and a calibration mode. The data processing device 300 switches the operation mode of the measuring device 200 according to the operation of the user (operator).

通常測定モードにおける動作は、図1の計測装置200Rと同様である。計測装置200の出力端子対OUT1,OUT2の間には、ナノポアデバイス100が接続される。電圧源220は、通常測定モードにおいて、電極対106,108の間に直流のバイアス電圧Vbを印加する。たとえば電圧源220はD/Aコンバータを含み、入力デジタルデータに応じたバイアス電圧Vbを発生する。トランスインピーダンスアンプ210は、ナノポアデバイス100に流れる電流Isを電圧信号Vsに変換する。デジタイザ230は電圧信号VsをデジタルデータDsに変換する。インタフェース240は、デジタルデータDsをデータ処理装置300に送信する。デジタルデータDsの時系列データは電流波形を表す。データ処理装置300は、通常測定モードで得られたデジタルデータDsを処理し、電解液2に含まれる粒子4の個数や粒径を取得する。さらには、以下で説明する校正モードにより電流信号や電圧信号の信号確度が保証されるため、電流波形にもとづいて粒子の形状をはじめとする詳細な特徴量の取得が可能となる。 The operation in the normal measurement mode is the same as that of the measuring device 200R of FIG. The nanopore device 100 is connected between the output terminals of the measuring device 200 and OUT1 and OUT2. The voltage source 220 applies a DC bias voltage Vb between the electrode pairs 106 and 108 in the normal measurement mode. For example, the voltage source 220 includes a D / A converter and generates a bias voltage Vb according to the input digital data. The transimpedance amplifier 210 converts the current Is flowing through the nanopore device 100 into a voltage signal Vs. The digitizer 230 converts the voltage signal Vs into digital data Ds. The interface 240 transmits the digital data Ds to the data processing device 300. The time series data of the digital data Ds represents a current waveform. The data processing device 300 processes the digital data Ds obtained in the normal measurement mode, and acquires the number and particle size of the particles 4 contained in the electrolytic solution 2. Furthermore, since the signal accuracy of the current signal and the voltage signal is guaranteed by the calibration mode described below, it is possible to acquire detailed feature quantities such as the shape of particles based on the current waveform.

続いて校正モードについて説明する。インタフェース240がデータ処理装置300から所定の制御データを受信すると、計測装置200が電流校正モードにセットされる。キャリブレーションコントローラ250は、電流校正モードにおいて、計測装置200の動作を制御する。 Next, the calibration mode will be described. When the interface 240 receives predetermined control data from the data processing device 300, the measuring device 200 is set to the current calibration mode. The calibration controller 250 controls the operation of the measuring device 200 in the current calibration mode.

図5は、電流校正モードにおける微粒子測定システム1Cのブロック図である。電流校正モードにおいて、計測装置200の出力端子対OUT1,OUT2の間には、校正デバイス400が接続される。校正デバイス400は、既知の抵抗値を有する標準抵抗Rを含む。計測装置200は、校正デバイス400が接続された状態で、その内部の少なくとも一部分を校正可能となっている。 FIG. 5 is a block diagram of the fine particle measurement system 1C in the current calibration mode. In the current calibration mode, the calibration device 400 is connected between the output terminals of the measuring device 200 and OUT1 and OUT2. The calibration device 400 includes a standard resistor R with a known resistance value. The measuring device 200 can calibrate at least a part of the inside of the measuring device 200 in a state where the calibration device 400 is connected.

計測装置200は、デバイスホルダーを備えることができる。このデバイスホルダーには、ナノポアデバイス100が装着可能である。図4に示すように、ナノポアデバイス100は、電極対106,108と接続されるピンP1,P2を有する。デバイスホルダーからは、ナノポアデバイス100のピンP1,P2とコンタクト可能な態様で、出力端子対OUT1,OUT2が露出している。この場合において、校正デバイス400は、計測装置200のデバイスホルダーに装着可能であり、かつデバイスホルダーに装着した状態において出力端子対OUT1,OUT2とコンタクト可能なピンP1,P2を具備する。すなわち校正デバイス400とナノポアデバイス100は、形状やサイズにおいて互換性を有することが望ましい。これにより、ナノポアデバイス100を用いた粒子計測のときと、校正デバイス400を用いた校正のときとで、信号経路のインピーダンスなどを揃えることができ、キャリブレーションの精度を高めることができる。 The measuring device 200 can include a device holder. The nanopore device 100 can be attached to this device holder. As shown in FIG. 4, the nanopore device 100 has pins P1 and P2 connected to electrode pairs 106 and 108. From the device holder, the output terminal pairs OUT1 and OUT2 are exposed in such a manner that they can contact the pins P1 and P2 of the nanopore device 100. In this case, the calibration device 400 includes pins P1 and P2 that can be attached to the device holder of the measuring device 200 and can be contacted with the output terminal pairs OUT1 and OUT2 in a state of being attached to the device holder. That is, it is desirable that the calibration device 400 and the nanopore device 100 have compatibility in shape and size. As a result, the impedance of the signal path can be made uniform between the particle measurement using the nanopore device 100 and the calibration using the calibration device 400, and the calibration accuracy can be improved.

以上が微粒子測定システム1の構成である。続いてその動作を説明する。
1. 電流測定系の校正
はじめに、電流測定系、すなわちトランスインピーダンスアンプ210およびデジタイザ230の校正を説明する。この校正においては、電圧印加系、電圧源220は校正済みであり、バイアス電圧Vbの確度は保証されているものとする。電圧源220の校正については後述する。
The above is the configuration of the fine particle measurement system 1. Next, the operation will be described.
1. 1. Calibration of the current measurement system First, calibration of the current measurement system, that is, the transimpedance amplifier 210 and the digitizer 230 will be described. In this calibration, the voltage application system and the voltage source 220 have been calibrated, and the accuracy of the bias voltage Vb is guaranteed. The calibration of the voltage source 220 will be described later.

上述のように、電流校正モードでは計測装置200に、校正デバイス400が接続される。電流測定系の校正時に、データ処理装置300においてキャリブレーション用のプログラムが実行される。データ処理装置300は、計測装置200に制御データを送信し、計測装置200を電流校正モードにセットする。続いてデータ処理装置300は、バイアス電圧Vbの設定値Dbを、複数N個の値x,x,…,xで切り替えながら、計測装置200に送信する。キャリブレーションコントローラ250は、データ処理装置300から受信した設定値xを電圧源220に入力し、バイアス電圧Vbを発生させる。 As described above, in the current calibration mode, the calibration device 400 is connected to the measuring device 200. At the time of calibration of the current measurement system, the calibration program is executed in the data processing device 300. The data processing device 300 transmits control data to the measuring device 200 and sets the measuring device 200 in the current calibration mode. Subsequently, the data processing device 300 transmits the set value Db of the bias voltage Vb to the measuring device 200 while switching between a plurality of N values x 1 , x 2 , ..., X N. The calibration controller 250 inputs the set value x i received from the data processing device 300 to the voltage source 220, and generates a bias voltage Vbi .

フロントエンド回路202およびデジタイザ230は、バイアス電圧Vb(i=1,2,…,N)に対応するデジタル検出信号Dsを生成する。デジタル検出信号Ds(i=1,2,…,N)は、データ処理装置300に送信される。 The front-end circuit 202 and the digitizer 230 generate a digital detection signal Ds i corresponding to the bias voltage Vbi ( i = 1, 2, ..., N). The digital detection signal Ds i (i = 1, 2, ..., N) is transmitted to the data processing device 300.

各バイアス電圧Vbに対して、デジタル検出信号Dsを複数回、測定することが好ましい。この場合、複数回の測定で得られたデジタル検出信号Dsの平均値mを計算する。 It is preferable to measure the digital detection signal Ds i a plurality of times for each bias voltage Vb. In this case, the average value mi of the digital detection signals Ds i obtained by a plurality of measurements is calculated.

図6(a)、(b)は、電流測定系の校正を説明する図である。図6(a)の横軸は印加したバイアス電圧Vbを、縦軸は測定したデジタル検出信号の値mを表す。ここではN=2とする。データ処理装置300は、Vb=Vbのときに得られた複数のデジタル検出信号Dsの平均値mを計算する。またデータ処理装置300は、Vb=Vbのときに得られた複数のデジタル検出信号Dsの平均値mを計算する。 6 (a) and 6 (b) are diagrams illustrating calibration of the current measurement system. The horizontal axis of FIG. 6A represents the applied bias voltage Vbi , and the vertical axis represents the measured digital detection signal value mi . Here, N = 2. The data processing device 300 calculates an average value m 1 of a plurality of digital detection signals Ds 1 obtained when Vb = Vb 1 . Further, the data processing device 300 calculates the average value m 2 of the plurality of digital detection signals Ds 2 obtained when Vb = Vb 2 .

標準抵抗RにVbを与えたときに流れる電流IはI=Vb/Rである。この関係を用いて横軸を電流Iに書き換えたものが図6(b)に示される。 The current I i that flows when Vbi is applied to the standard resistance R is I i = Vb i / R. FIG. 6B shows a case in which the horizontal axis is rewritten to the current I using this relationship.

電流測定系の校正は、図6(b)において、測定値mと電流Iを関係づける関数を決定することと等価である。m,m,I,Iが既知であるとき、任意のmに対応する電流Iは、以下の式(4)で表すことができる。
I=(I-I)/(m-m)×(m-m)+I …(4)
Calibration of the current measurement system is equivalent to determining the function relating the measured value m and the current I in FIG. 6 (b). When m 1 , m 2 , I 1 , and I 2 are known, the current I corresponding to any m can be expressed by the following equation (4).
I = (I 2 -I 1 ) / (m 2 -m 1 ) x (m-m 1 ) + I 1 ... (4)

通常測定モードにおいて、ナノポアデバイス100を測定した結果、デジタル検出信号Dsの値としてmが得られたとき、それに対応する電流量の真値を、式(1)から計算することができる。 When m is obtained as the value of the digital detection signal Ds as a result of measuring the nanopore device 100 in the normal measurement mode, the true value of the corresponding current amount can be calculated from the equation (1).

この好ましくは、Vb=0[V]とすると、校正処理を簡素化できる。
Vb=0[V]のとき、I=0[A]である。したがって、式(4)は式(5)に書き改めることができる。
I=I/(m-m)×(m-m) …(5)
=Vb/Rを代入すると、式(6)を得る。
I=Vb/{R×(m-m)}×(m-m) …(6)
This preferably, when Vb 1 = 0 [V], the calibration process can be simplified.
When Vb 1 = 0 [V], I 1 = 0 [A]. Therefore, the equation (4) can be rewritten into the equation (5).
I = I 2 / (m 2 -m 1 ) x (m-m 1 ) ... (5)
Substituting I 2 = Vb 2 / R gives Eq. (6).
I = Vb 2 / {R × (m 2 -m 1 )} × (m-m 1 )… (6)

データ処理装置300は、測定値m,mを取得したのち、ゲインGAIN_CURを以下の式にもとづいて計算する。また測定値mを、オフセットOFS_CURとして保持する。
GAIN_CUR=Vb/{R×(m-m)}
OFS_CUR=m
After acquiring the measured values m 1 and m 2 , the data processing apparatus 300 calculates the gain GAIN_CUR based on the following equation. Further, the measured value m 1 is held as an offset OFS_CUR.
GAIN_CUR = Vb 2 / {R × ( m2 - m1)}
OFS_CUR = m 1

そして通常測定時には、電流校正モードで取得したGAIN_CUR,OFS_CURにもとづいて、電流の真値を、式(7)にもとづいて計算することができる。
I=GAIN_CUR×(m-OFS_CUR) …(7)
Then, at the time of normal measurement, the true value of the current can be calculated based on the equation (7) based on the GAIN_CUR and OFS_CUR acquired in the current calibration mode.
I = GAIN_CUR × (m-OFS_CUR)… (7)

(電圧印加系の校正)
図7は、電圧校正モードにおける微粒子測定システム1Dのブロック図である。電圧印加系(電圧源220)を構成する際には、計測装置200の出力端子対OUT1,OUT2の間に、ナノポアデバイス100に代えて、デジタルマルチメータ500などの電圧測定器が接続される。
(Calibration of voltage application system)
FIG. 7 is a block diagram of the fine particle measurement system 1D in the voltage calibration mode. When configuring the voltage application system (voltage source 220), a voltage measuring instrument such as a digital multimeter 500 is connected between the output terminals of the measuring device 200 and OUT1 and OUT2 in place of the nanopore device 100.

電圧印加系の校正時に、データ処理装置300においてキャリブレーション用のプログラムが実行される。データ処理装置300は、計測装置200に制御データを送信し、計測装置200を電圧校正モードにセットする。続いてデータ処理装置300は、バイアス電圧Vbの設定値Dbを複数N個の値x,x,…,xで切り替えながら、計測装置200に送信する。キャリブレーションコントローラ250は、データ処理装置300から受信した設定値x(i=1,2,…,N)を電圧源220に入力し、バイアス電圧Vbを発生させる。 At the time of calibration of the voltage application system, the calibration program is executed in the data processing device 300. The data processing device 300 transmits control data to the measuring device 200 and sets the measuring device 200 in the voltage calibration mode. Subsequently, the data processing device 300 transmits the set value Db of the bias voltage Vb to the measuring device 200 while switching between a plurality of N values x 1 , x 2 , ..., X N. The calibration controller 250 inputs the set value x i ( i = 1, 2, ..., N) received from the data processing device 300 to the voltage source 220 to generate a bias voltage Vbi.

デジタルマルチメータ500によって、バイアス電圧Vb(i=1,2,…,N)が測定される。バイアス電圧Vbの測定値bは、データ処理装置300に入力される。 The bias voltage Vbi ( i = 1, 2, ..., N) is measured by the digital multimeter 500. The measured value bi of the bias voltage Vbi is input to the data processing device 300.

各バイアス電圧Vbに対して、デジタルマルチメータ500は、複数回の測定を行うことが好ましい。データ処理装置300は、バイアス電圧Vbごとに、複数回の測定の平均値bを計算する。 For each bias voltage Vb, the digital multimeter 500 preferably makes a plurality of measurements. The data processing device 300 calculates the average value bi of a plurality of measurements for each bias voltage Vbi .

図8は、電圧印加系の校正を説明する図である。図8の横軸は、電圧源220に与える設定値Dbを、縦軸はデジタルマルチメータ500により測定したバイアス電圧Vbの値bを表す。ここではN=2とする。 FIG. 8 is a diagram illustrating calibration of the voltage application system. The horizontal axis of FIG. 8 represents the set value Db given to the voltage source 220, and the vertical axis represents the value bi of the bias voltage Vb measured by the digital multimeter 500. Here, N = 2.

データ処理装置300は、設定値xのときに得られたバイアス電圧Vbの測定値bを取得する。またデータ処理装置300は、設定値xのときに得られたバイアス電圧Vbの測定値bを取得する。 The data processing device 300 acquires the measured value b 1 of the bias voltage Vb 1 obtained when the set value x 1 . Further, the data processing device 300 acquires the measured value b 2 of the bias voltage Vb 2 obtained when the set value x 2 .

図8の2点を通る関数g(x)は、式(8)で表される。
y=g(x)=(b-b)/(x-x)・(x-x)+b …(8)
The function g (x) passing through the two points in FIG. 8 is represented by the equation (8).
y = g (x) = (b 2 -b 1 ) / (x 2 -x 1 ) · (x-x 1 ) + b 1 ... (8)

計測装置200において、任意のバイアス電圧Vbの値yを得るために必要な設定データDbの値x’は、式(9)で表される。
x’=g-1(y)=(x-x)/(b-b)・(y-b)+x …(9)
In the measuring device 200, the value x'of the setting data Db required to obtain the value y of the arbitrary bias voltage Vb is expressed by the equation (9).
x'= g -1 (y) = (x 2 -x 1 ) / (b 2 -b 1 ) · (y-b 1 ) + x 1 ... (9)

データ処理装置300は、
GAIN_V=(x-x)/(b-b
OFS_y=b
OFS_x=x
を計算し、それらの値を保持する。キャリブレーション完了後、通常の動作モードでは、任意のバイアス電圧yを生成する際には、Dsの値として、
x’=GAIN_V・(y-OFS_y)+OFS_x …(10)
を生成する。これにより正確なバイアス電圧Vbを生成することができる。
The data processing device 300 is
GAIN_V = (x 2 -x 1 ) / (b 2 -b 1 )
OFS_y = b 1
OFS_x = x 1
And keep their values. After the calibration is completed, in the normal operation mode, when generating an arbitrary bias voltage y, the value of Ds is set.
x'= GAIN_V ・ (y-OFS_y) + OFS_x ... (10)
To generate. This makes it possible to generate an accurate bias voltage Vb.

好ましくは、Vb=0[V]とすると、校正処理を簡素化できる。このとき、x=0であるから、計算すべきゲインとオフセットは、以下の式に修正される。
GAIN_V=x/(b-b
OFS_y=b
OFS_x=0
となる。任意のバイアス電圧yを生成する際には、Dsの値として、
x’=GAIN_V・(y-OFS_y) …(11)
を生成すればよい。
Preferably, when Vb 1 = 0 [V], the calibration process can be simplified. At this time, since x 1 = 0, the gain and offset to be calculated are corrected by the following equations.
GAIN_V = x 2 / (b 2 -b 1 )
OFS_y = b 1
OFS_x = 0
Will be. When generating an arbitrary bias voltage y, as the value of Ds,
x'= GAIN_V ・ (y-OFS_y) ... (11)
Should be generated.

電流測定系の式(7)や、電圧印加系の式(11)に対応する演算は、計測装置200の内部で行ってもよい。図9は、計測装置200Dのブロック図である。 The calculation corresponding to the formula (7) of the current measurement system and the formula (11) of the voltage application system may be performed inside the measuring device 200. FIG. 9 is a block diagram of the measuring device 200D.

上述の電圧校正モードにより、2つのパラメータGAIN_CUR、OFS_CURが生成される。これらのパラメータは、計測装置200のメモリ256に不揮発的に書き込まれる。 Two parameters GAIN_CUR and OFS_CUR are generated by the voltage calibration mode described above. These parameters are written non-volatilely to the memory 256 of the measuring device 200.

キャリブレーションコントローラ250Dは、第1演算部252を有する。第1演算部252は、通常動作モードにおいて、式(7)にしたがって、デジタルデータDsの値mを式(7)の電流値Iに変換する。インタフェース240は、変換後の正しい電流Iを示すデジタルデータDs’を、データ処理装置300に送信する。 The calibration controller 250D has a first calculation unit 252. The first calculation unit 252 converts the value m of the digital data Ds into the current value I of the equation (7) according to the equation (7) in the normal operation mode. The interface 240 transmits digital data Ds'indicating the correct current I after conversion to the data processing device 300.

また上述の電流校正モードにより、2つのパラメータGAIN_V、OFS_yが生成される。これらのパラメータも、計測装置200のメモリ256に不揮発的に書き込まれる。キャリブレーションコントローラ250Dは、第2演算部254を有する。第2演算部254は、通常動作モードにおいて、式(11)にしたがって、データ処理装置300から受信した設定データDsの値xを、式(11)の値x’に変換し、電圧源220に供給する。 Further, two parameters GAIN_V and OFS_y are generated by the above-mentioned current calibration mode. These parameters are also written non-volatilely to the memory 256 of the measuring device 200. The calibration controller 250D has a second calculation unit 254. In the normal operation mode, the second calculation unit 254 converts the value x of the setting data Ds received from the data processing device 300 into the value x'of the equation (11) according to the equation (11), and converts the value x into the voltage source 220. Supply.

図10は、実施の形態に係る微粒子測定システム1における校正のフローチャートである。はじめに、電圧校正モード(S100)が実施され、電圧印加系を校正する。これにより、電圧源220が生成するバイアス電圧Vbの確度が保証される。 FIG. 10 is a flowchart of calibration in the fine particle measurement system 1 according to the embodiment. First, the voltage calibration mode (S100) is performed to calibrate the voltage application system. This guarantees the accuracy of the bias voltage Vb generated by the voltage source 220.

続いて、電流校正モード(S102)が実施され、電流測定系を校正する。これにより、トランスインピーダンスアンプ210およデジタイザ230によって測定される電流信号の確度が保証される。これらの校正の完了後、通常の測定が可能となり、ナノポアデバイス100のインピーダンスが測定される。 Subsequently, the current calibration mode (S102) is executed to calibrate the current measurement system. This guarantees the accuracy of the current signal measured by the transimpedance amplifier 210 and the digitizer 230. After the completion of these calibrations, normal measurement is possible and the impedance of the nanopore device 100 is measured.

そして、前回の校正実施から所定期間が経過するまで(S104のN)、通常測定時に、同じ校正パラメータが使用される。所定期間が経過すると(S104のY)、再び校正が行われる(S100,S102)。 Then, the same calibration parameter is used at the time of normal measurement until a predetermined period elapses from the previous calibration execution (N in S104). When the predetermined period elapses (Y in S104), calibration is performed again (S100, S102).

本実施の形態によれば、出力信号(デジタルデータDs)から求められる入力信号(電流信号Is)の値をある確度内に保証することができ、その絶対数値を、粒子の形状分析や過渡現象解析などの発展的アプリケーションに用いることができる。 According to this embodiment, the value of the input signal (current signal Is) obtained from the output signal (digital data Ds) can be guaranteed within a certain accuracy, and the absolute value can be used for particle shape analysis or transient phenomenon. It can be used for advanced applications such as analysis.

また出力信号値が入力信号にもとづくものであることが保証されるため、計測機器としての信頼性を担保できる。 Further, since the output signal value is guaranteed to be based on the input signal, the reliability as a measuring device can be guaranteed.

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。 The present invention has been described above based on the embodiments. It is understood by those skilled in the art that this embodiment is an example, and that various modifications are possible for each of these components and combinations of each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present invention. be. Hereinafter, such a modification will be described.

(変形例1)
校正で得られたパラメータは、データ処理装置300の内蔵メモリに不揮発的に保存しておき、計測装置200の起動のたびに、パラメータを計測装置200にロードするようにしてもよい。
(Modification 1)
The parameters obtained by the calibration may be stored non-volatilely in the built-in memory of the data processing device 300, and the parameters may be loaded into the measuring device 200 each time the measuring device 200 is started.

(変形例2)
実施の形態では、データ処理装置300のプログラム制御により、校正を実現したがその限りでない。たとえばFPGA(Field Programmable Gate Array)やマイコン、ASIC(Application Specific Integrated)などのプロセッサを計測装置200に内蔵し、計測装置200に、校正用のプログラムを実行させてもよい。
(Modification 2)
In the embodiment, calibration is realized by the program control of the data processing device 300, but this is not the case. For example, a processor such as an FPGA (Field Programmable Gate Array), a microcomputer, or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) may be built in the measuring device 200, and the measuring device 200 may execute a calibration program.

(変形例3)
図11は、変形例3に係る計測装置200Eの電流測定系のブロック図である。図9では、計測装置200Dがデジタル信号処理によって、デジタルデータを補正した。図11では、計測装置200Eは、アナログ信号処理によって、デジタルデータを補正する。キャリブレーション用のハードウェア270は、加算器272、オフセット補正用のD/Aコンバータ274、ゲイン補正用のD/Aコンバータ276を含む。オフセット補正用のD/Aコンバータ274は、上述の電流校正モードで得られたオフセット補正値OFS_CURを、アナログのオフセット電圧VOFSに変換する。加算器272は、トランスインピーダンスアンプ210の出力電圧Vsに、オフセット電圧VOFSを加算する。ゲイン補正用のD/Aコンバータ276は、電流校正モードで得られたゲイン補正値GAIN_CURを、アナログの基準電圧VREFに変換し、デジタイザ230(A/Dコンバータ)の基準端子に供給する。
(Modification 3)
FIG. 11 is a block diagram of the current measuring system of the measuring device 200E according to the modified example 3. In FIG. 9, the measuring device 200D corrects the digital data by digital signal processing. In FIG. 11, the measuring device 200E corrects digital data by analog signal processing. The calibration hardware 270 includes an adder 272, a D / A converter 274 for offset correction, and a D / A converter 276 for gain correction. The offset correction D / A converter 274 converts the offset correction value OFS_CUR obtained in the above-mentioned current calibration mode into an analog offset voltage V OFS . The adder 272 adds the offset voltage V OFS to the output voltage Vs of the transimpedance amplifier 210. The gain correction D / A converter 276 converts the gain correction value GAIN_CUR obtained in the current calibration mode into an analog reference voltage V REF and supplies it to the reference terminal of the digitizer 230 (A / D converter).

(変形例4)
図12は、変形例4に係る計測装置200Fのブロック図である。計測装置200Fには、すでに校正済みの外部電圧源510を接続可能となっている。そして、出力端子OUT2から、内部の電圧源220の出力電圧VINTに変えて、外部電圧源510の出力電圧VEXTを、校正デバイス400に印加可能である。たとえば計測装置200Fは、外部電源接続ピン(EXT)と、マルチプレクサ(セレクタ)260を備えてもよい。電流校正モードにおいて、マルチプレクサ260は、外部電圧VEXTを選択することで、電圧印加系の校正完了前に、電流測定系の校正を行うことができる。
(Modification example 4)
FIG. 12 is a block diagram of the measuring device 200F according to the modified example 4. An external voltage source 510 that has already been calibrated can be connected to the measuring device 200F. Then, the output voltage V EXT of the external voltage source 510 can be applied to the calibration device 400 by changing from the output terminal OUT 2 to the output voltage V INT of the internal voltage source 220. For example, the measuring device 200F may include an external power supply connection pin (EXT) and a multiplexer (selector) 260. In the current calibration mode, the multiplexer 260 can calibrate the current measurement system before the calibration of the voltage application system is completed by selecting the external voltage VEXT .

(変形例5)
図13は、変形例5に係る計測装置200Gのブロック図である。この変形例においてフロントエンド回路202Gは、出力端子対OUT1,OUT2の間に電流Ibを流し、そのときに出力端子対OUT1,OUT2の間に生ずる電圧Vsを測定可能である。フロントエンド回路202Gは、バイアス電流源280、アンプ282を含む。バイアス電流源280は、出力端子対OUT1,OUT2の間に直流のバイアス電流Ibを供給する。アンプ282は、出力端子対OUT1,OUT2の間に発生する電圧信号Vsを増幅し、デジタイザ230に供給する。
(Modification 5)
FIG. 13 is a block diagram of the measuring device 200G according to the modified example 5. In this modification, the front-end circuit 202G can pass a current Ib between the output terminal pairs OUT1 and OUT2, and can measure the voltage Vs generated between the output terminal pairs OUT1 and OUT2 at that time. The front-end circuit 202G includes a bias current source 280 and an amplifier 282. The bias current source 280 supplies a DC bias current Ib between the output terminal pairs OUT1 and OUT2. The amplifier 282 amplifies the voltage signal Vs generated between the output terminal pair OUT1 and OUT2, and supplies the voltage signal Vs to the digitizer 230.

計測装置200Gの校正は、アンプ282、デジタイザ230を含む電圧測定系と、バイアス電流源280を含む電流印加系に分けて実施することができる。電圧測定系の校正時には、出力端子対OUT1,OUT2に、標準抵抗を有する校正デバイス400を接続すればよい。また、電流印加系の校正時には、出力端子対OUT1,OUT2に、外部の電流測定装置を接続すればよい。校正処理自体は、上述したとおりである。 Calibration of the measuring device 200G can be performed separately for a voltage measuring system including an amplifier 282 and a digitizer 230 and a current application system including a bias current source 280. When calibrating the voltage measurement system, a calibration device 400 having a standard resistance may be connected to the output terminal pairs OUT1 and OUT2. Further, when calibrating the current application system, an external current measuring device may be connected to the output terminal pairs OUT1 and OUT2. The calibration process itself is as described above.

計測装置200Gは、外部電流源520が接続可能な接続端子(EXTピン)をさらに備えてもよい。校正時には、バイアス電流源280が生成するバイアス電流Ibに代えて、外部電流源520が生成する電流IEXTを、出力端子対に接続されるデバイスに供給可能である。計測装置200Gは、電流源を切り替えるためのセレクタ262を含んでもよい。 The measuring device 200G may further include a connection terminal (EXT pin) to which the external current source 520 can be connected. At the time of calibration, instead of the bias current Ib generated by the bias current source 280, the current IEXT generated by the external current source 520 can be supplied to the device connected to the output terminal pair. The measuring device 200G may include a selector 262 for switching the current source.

(変形例6)
本明細書では微粒子計測装置について説明したが本発明の用途はそれに限定されず、DNAシーケンサをはじめとするナノポアデバイスを用いた微小電流計測を伴う計測器に広く用いることができる。
(Modification 6)
Although the fine particle measuring device has been described in the present specification, the application of the present invention is not limited to this, and it can be widely used for a measuring instrument accompanied by minute current measurement using a nanopore device such as a DNA sequencer.

実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 Although the present invention has been described based on the embodiments, the embodiments merely show the principles and applications of the present invention, and the embodiments deviate from the ideas of the present invention defined in the claims. Many modifications and arrangement changes are allowed to the extent that they are not.

1 微粒子測定システム
2 電解液
4 粒子
100 ナノポアデバイス
102 ナノポアチップ
104 細孔
106,108 電極
110 シールドケース
200 計測装置
202 フロントエンド回路
210 トランスインピーダンスアンプ
220 電圧源
230 デジタイザ
240 インタフェース
250 キャリブレーションコントローラ
260 マルチプレクサ
270 バイアス電流源
272 アンプ
300 データ処理装置
400 校正デバイス
500 デジタルマルチメータ
510 外部電圧源
520 外部電流源
1 Fine particle measurement system 2 Electrolyte 4 Particle 100 Nanopore device 102 Nanopore chip 104 Pore 106, 108 Electrode 110 Shield case 200 Measuring device 202 Front end circuit 210 Transimpedance amplifier 220 Voltage source 230 Digitizer 240 Interface 250 Calibration controller 260 multiplexer 270 Bias current source 272 amplifier 300 data processing device 400 calibration device 500 digital multimeter 510 external voltage source 520 external current source

Claims (9)

細孔および電極対を有するナノポアデバイスのインピーダンスと相関を有する信号を測定する計測装置であって、
ナノポアデバイスの電極対と接続可能な出力端子対を含み、測定時に、前記ナノポアデバイスが装着されるデバイスホルダーと、
前記出力端子対の間のインピーダンスと相関を有するアナログ検出信号を生成するフロントエンド回路と、
前記アナログ検出信号をデジタル検出信号に変換するA/Dコンバータと、
既知の抵抗値を有するとともに、ピン接続に関して前記ナノポアデバイスと互換性を有しており、校正時に、前記デバイスホルダーに装着される校正デバイスと、
を備え、
前記フロントエンド回路は、
前記出力端子対の間に直流のバイアス電圧を印加可能なバイアス電圧源と、
前記出力端子対の間に流れる電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプと、
を含み、前記電圧信号が前記アナログ検出信号であり、
校正時に、前記校正デバイスを前記デバイスホルダーに装着した状態において、校正を実行することを特徴とする計測装置。
A measuring device that measures a signal that correlates with the impedance of a nanopore device that has pores and a pair of electrodes.
A device holder that includes an output terminal pair that can be connected to an electrode pair of a nanopore device and to which the nanopore device is mounted at the time of measurement.
A front-end circuit that generates an analog detection signal that correlates with the impedance between the output terminal pairs.
An A / D converter that converts the analog detection signal into a digital detection signal,
With a calibration device that has a known resistance value and is compatible with the nanopore device in terms of pin connection and is mounted on the device holder during calibration.
Equipped with
The front-end circuit
A bias voltage source to which a DC bias voltage can be applied between the output terminal pairs,
A transimpedance amplifier that converts the current signal flowing between the output terminal pairs into a voltage signal,
The voltage signal is the analog detection signal.
A measuring device characterized in that calibration is performed with the calibration device mounted on the device holder at the time of calibration.
校正時に、前記バイアス電圧を複数の値にセットし、前記複数の値に対応して得られた複数のデジタル検出信号にもとづいて、校正されることを特徴とする請求項に記載の計測装置。 The measuring device according to claim 1 , wherein the bias voltage is set to a plurality of values at the time of calibration, and the bias voltage is calibrated based on a plurality of digital detection signals obtained corresponding to the plurality of values. .. 校正時に、前記出力端子対に、前記ナノポアデバイスおよび前記校正デバイスに代えて、外部の電圧測定器を接続可能であることを特徴とする請求項1または2に記載の計測装置。 The measuring device according to claim 1 or 2 , wherein an external voltage measuring device can be connected to the output terminal pair in place of the nanopore device and the calibration device at the time of calibration. 外部電圧源が接続可能な接続端子をさらに備え、
校正時に、前記バイアス電圧源が生成するバイアス電圧に代えて、前記外部電圧源が生成する電圧を、前記出力端子対に印加可能であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の計測装置。
It also has a connection terminal to which an external voltage source can be connected.
The invention according to any one of claims 1 to 3 , wherein a voltage generated by the external voltage source can be applied to the output terminal pair in place of the bias voltage generated by the bias voltage source at the time of calibration. Measuring device.
前記フロントエンド回路は、前記出力端子対の間に電流を流し、そのときに前記出力端子対の間に生ずる電圧を測定可能であることを特徴とする請求項1に記載の計測装置。 The measuring device according to claim 1, wherein the front-end circuit is capable of passing a current between the output terminal pairs and measuring a voltage generated between the output terminal pairs at that time. 前記フロントエンド回路は、前記出力端子対の間に直流のバイアス電流を供給可能なバイアス電流源を含み、前記アナログ検出信号は、前記出力端子対の間に生ずる電圧に応じていることを特徴とする請求項に記載の計測装置。 The front-end circuit includes a bias current source capable of supplying a DC bias current between the output terminal pairs, and the analog detection signal is characterized by responding to a voltage generated between the output terminal pairs. The measuring device according to claim 5 . 校正時に、前記バイアス電流を複数の値にセットし、前記複数の値に対応して得られた複数のデジタル検出信号にもとづいて、校正されることを特徴とする請求項に記載の計測装置。 The measuring device according to claim 6 , wherein the bias current is set to a plurality of values at the time of calibration, and the bias current is calibrated based on a plurality of digital detection signals obtained corresponding to the plurality of values. .. 校正時に、前記出力端子対に、前記ナノポアデバイスおよび前記校正デバイスに代えて、外部の電流測定装置を接続可能であることを特徴とする請求項6または7に記載の計測装置。 The measuring device according to claim 6 or 7 , wherein an external current measuring device can be connected to the output terminal pair in place of the nanopore device and the calibration device at the time of calibration. 外部電流源が接続可能な接続端子をさらに備え、
校正時に、前記バイアス電流源が生成するバイアス電流に代えて、前記外部電流源が生成する電流を、前記出力端子対に供給可能であることを特徴とする請求項6から8のいずれかに記載の計測装置。
It also has a connection terminal to which an external current source can be connected.
6 . Measuring device.
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