纳米通道单分子检测低噪音电流放大器系统的研究

研制了一种新型微电流放大器系统,用于检测琢-Hemolysin生物蛋白纳米通道在单分子检测实验中所产生的微弱电流信号(<100 pA)。在1 mol/L KCl、10 mmol/L Tris-HCl,1 mmol/L EDTA的缓冲液(pH 8.0)中测定了DNA-PEG-DNA交联物与纳米通道的穿越和碰撞信号。实验中使用3 kHz贝塞尔滤波器和100 kHz模数转换器来对电流进行采样。结果表明,此放大器系统能够有效降低电流记录过程中的噪音,有利于分辨待测物分子与纳米通道作用所产生的较小阻断的电流信号(<10 pA)。     

纳米孔道单分子电化学信号在线识别与分析研究

为实现纳米孔道单分子检测中对微弱电流信号的快速精准处理,考察了纳米孔道实验数据的信号特征,提出了基于双缓冲数据结构和有限冲击响应滤波的实时自适应阈值法,并基于这一算法设计了纳米孔道信号在线识别与分析系统,实现了实验数据实时采集存储和信号在线分析处理的同步进行。为验证所建立的纳米孔道信号在线识别和分析系统性能,采用噪音为20~100 p A和带宽区间为3~100 k Hz的仿真信号进行信号识别分析。结果表明,本系统能够满足强噪声、低带宽、高采样率(250 k Hz)环境下对实验数据处理的要求。将此系统应用于单个poly(dA)_4分子的Aerolysin纳米孔道分析实验中,实验结果表明,本系统能够对大数据量的纳米孔道实验数据进行实时、快速、精准的分析处理。     

基于consensus滤波器的新型电压监测仪的设计

在进行深入分析consensus滤波器原理的基础上,提出了一种新的电压监测仪设计方法。首先将数模转换器在各个时刻测量的电压有效值看做一个小世界网络模型G中的一个节点。由于测量的电压信号容易被电网中的随机噪声所污染,通过consensus滤波器算法进行滤波,使得数模转换器测量的信号最终趋近于一个稳定的数值。仿真结果表明,该方法可以有效的还原被噪声污染的电压信号,而且即使在某一个时刻数模转换器出现故障失灵,所测量的数据也不受影响,仿真结果和实践应用表明了本文所提出方法的有效性和可行性。     

用于纳米通道单分子检测的数据采集系统的设计与实现[BT)]

针对纳米通道单分子检测系统的特点,设计并实现了基于FPGA和USB2.0总线的数据采集系统。该系统连接前置放大器和计算机,可实现双向数据的同步传输,对系统参数实时配置。此外本系统还采取了低噪声设计。经过测试表明,该系统能够稳定进行数据采集,且引入的噪声在1mV内,满足纳米通道单分子检测系统的需求。