Jump to content

    

genseq

Участник
  • Content Count

    39
  • Joined

  • Last visited

Community Reputation

0 Обычный

About genseq

  • Rank
    Участник

Recent Profile Visitors

The recent visitors block is disabled and is not being shown to other users.

  1. Спасибо за статью. С ней разбираться лучше, чем с препринтом. Прошу прощения за непонимание. Вы совершенно правы. Это шумы. И если DDC316 не так уж и плох, то нужно ориентироваться именно на него (16 каналов, 16 разрядов АЦП). Или на его ближайшие аналоги, поставляемые к Россию. Изо всех сил стараюсь понять, о чём идёт речь. И не понимаю. Ток не может быть переменным. Он всегда однонаправленный, хотя может пульсировать из-за изменения проводимости нанопоры. При этом напряжение на мембране может быть не постоянным, а пульсирующим. При переменном напряжении (и переменном токе) ДНК не будет двигаться через нанопору. И почему Вы считаете синонимами "дрейф смещения" и "частоту помех"? И вообще, что обозначают эти термины? Похоже, всё дело в значении используемых Вами терминов. Я их понимаю как-то иначе.
  2. Мне очень хочется верить всему, что здесь пишут специалисты. И, тем более, Гуру, в которых нужно верить как в святых. Но что-то не верится. Например: Гуру _pv : В статье на рис. 3 показаны графики сравнения токов, регистрируемых Axiopatch200B и OpenPicoAmp, на тестовых сопротивлениях (10 kOhm) при разных ёмкостях (1, 10 и 100 pF). Токи при 100 pF и частоте 100 kSPS там, действительно, достигают 100 pA (I rms), но это не разброс (шум), а сила тока (его среднеквадратичное значение). Данные по шумам при 5 кГц приведены на странице 9. При 10 pF шум у Axiopatch200B равен 0,20 pA, а у OpenPicoAmp - 0,47 pA (среднеквадратичные значения). При 100 pF значения шумового тока у них примерно одинаковы (2,0 и 2,1 pA). И при чём здесь "из статьи 100пА шума"? Полностью с Вами согласен. Несмотря на Ваш статус новичка. В схеме с трансимпедансным усилителем ток не переменный, а пульсирующий. Причём с высокой частотой, что позволяет рассматривать его как постоянный. По крайней мере при секвенировании ДНК, когда на смещение каждого нуклеотида приходится несколько импульсов (или даже десятков импульсов). В схеме с интеграторами зарядов ток тоже пульсирующий. Но с меньшей частотой, определяемой переключением из режима накопления заряда в его инжекцию на операционный усилитель.
  3. От народа секретов не имею. Тружусь в ИТЭБ РАН. По образованию - биохимик, хотя занимался в основном молекулярной генетикой. В электронике ничего не понимаю. Извините, что лезу не в своё дело, но больше некому. Наши биофизики разработкой подобной электроники не занимаются. Этим занимаются только некоторые забугорные фирмы. Это мы уже проходили. Вы совершенно правы, но немного отстали от жизни. Сейчас возможность мультиплексирования каналов с пикоамперными токами не вызывает сомнений. Во-первых, мультиплексор на 16 каналов, предназначенный для подключения одноканальных усилителей, имеется у Orbit 16 (https://www.nanion.de/en/products/orbit-16.html). Во-вторых, сейчас мультиплексоры с утечками в пределах 1 pA вполне доступны: https://eicom.ru/product/MUX36S08IPWR/ http://triema.su/shop/products/search?title=MUX36S08IPW В первом случае схема основана на трансимпедансном усилителе (TIA). Во втором - на интеграторе зарядов, протекающих через фотодиоды. Первый вариант отличается низкой чувствительностью к ёмкости сенсора (и прилегающих к нему элементов) при частоте до 100 kSPS, и позволяет регистрировать даже фемтоамперные токи. Второй вариант очень чувствителен к ёмкости мембраны, и работает в диапазоне сотен пикоампер при частоте не выше 6,7 kSPS. Для повышения чувствительности зарядовых интеграторов нужно снижать частоту сэмплирования, но она и так уже маловата. Производительность секвенатора определяется количеством каналов, и её не бывает слишком много. Поэтому ориентация на 16-канальные ячейки типа MECA16 - это вынужденная мера. Лучше использовать ячейки для Flongle (126 каналов). Но MECA16 можно купить на законных основаниях в компании Ionera, а удастся ли разжиться ячейками для Flongle - это ещё большой вопрос. В шумах не разбираюсь, но боюсь, что придётся. С дрейфом - такая же фигня. Ёмкость бислойной мембраны зависит от её диаметра и обычно составляет несколько десятков pF. Напряжение на мембране - 100 mV. При токе выше 300 mV идёт пробой. Иногда пробивают и 150 mV. Ниже 100 mV тоже давать ни к чему, поскольку ток будет меньше, а он и так невелик. У открытой нанопоры (CsgG) он обычно равен 50 pA. При прохождении через пору однонитевой ДНК величина тока снижается на 10...40 pA. Скорость считывания токов должна быть не ниже 5 kSPS, но этот показатель чем больше, тем лучше. От него зависит точность сигналов, получаемых после сглаживания ершистой (зашумлённой) "пикоамперограммы".
  4. Одним из вариантов в предыдущей теме было использование готовых многоканальных (32, 64, 128, 256 каналов) усилителей пикоамперных токов, предназначенных для компьютерной томографии: http://www.ti.com/data-converters/integrated-special-function/medical-afes/computer-tomography-afes/products.html https://www.analog.com/en/products/analog-to-digital-converters/integrated-special-purpose-ad-converters/current-to-digital.html Правда, при 128 и 256 каналах они в Россию не поставляются (требуют подписания NDA), но с 32 или 64 каналами можно было бы поэкспериментировать. Но обсуждение их параметров с местными (нашими) специалистами показало, что такие чипы нацелены на использование с фотодиодами и вряд ли подойдут для нанопор. Тем не менее, будем пробовать, поскольку для простой проверки чипов они точно сгодятся. Лабораторные усилители рассчитаны на работу с фемтоамперными токами и, как минимум на порядок, превосходят такие чипы как по чувствительности, так и по частоте сэмплирования. Поэтому вариант с мультиплексорным подключением к ним готовых ячеек типа MECA16 выглядит очень привлекательно. Может получиться дёшево и "сердито". Тем более, что такие усилители у нас уже имеются. А при отсутствии их можно и собрать (см. аттач). MS_OpenPicoAmp_2019.pdf
  5. В предыдущей теме я начинал с полной безграмотности. Тема называлась "Секвенатор на FPGA", хотя глупость этого названия сейчас понятна даже мне. Исходно интересовала возможность мультиплексирования аналоговых каналов с пикоамперными токами. Но там мне сразу указали на необходимость установки предусилителей не после, а перед мультиплексорами (из-за высоких токов утечки в последних), а также на элементарные отличия цифровых сигналов от аналоговых. Я очень благодарен всем принявшим участие в том обсуждении. Многие советы были чрезвычайно полезны. Особую благодарность заслуживает, конечно, Leca - профессионал высшего класса, не пожалевший своего времени на возню с безграмотным новичком, ничего не понимающим в электронике. Много полезных советов давали и другие специалисты, за что я им очень благодарен. Что касается Plain, то он в той теме ограничился несколькими скептическими замечаниями. Надеюсь, в этой теме он проявит себя в качестве Гуру. Затевая эту тему я узнал о существовании высокоимпедансного состояния. Кроме того, обнаружил в списках у Analog Devices аналоговые переключатели с токами утечки 1 pA. А вчера вечером на сайте Texas Instruments наткнулся на специальные мультиплексоры ("low-capacitance, low-leakage-current, precision, analog multiplexers") с токами утечки порядка 1 pA: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/mux36d04.pdf Скорее всего, это только вершина айсберга. И прежде, чем делать ставку на эти мультиплексоры, хотелось бы проанализировать и другие варианты. Поэтому буду признателен за любые вопросы, предложения и соображения.
  6. Кажется, существуют мультиплексоры с утечкой порядка 1 pA. Правда, она сильно зависит от температуры: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/mux36s08.pdf Может быть, есть другие варианты?
  7. Появившиеся недавно нанопоровые секвенаторы ДНК нацелены на геномное секвенирование, требующее максимальной производительности. Поэтому используют многоканальные (512 у MinION или 3000 у PromethION 24/48) усилители пикоамперных токов (ASIC). https://habr.com/ru/post/455156/ Точность и частота считывания информации у обычных одноканальных усилителей, используемых биофизиками для изучения трансмембранных ионных каналов (Axopatch, EPC-10 и т.п.), намного выше. Поэтому было бы неплохо сделать "монопоровый" секвенатор, работающий на уже имеющихся у биофизиков усилителях. Есть надежда, что качество получаемых данных у него будет намного лучше, а производительности одной поры (~1 млн.п.о./час) вполне достаточно для решения многих задач таргетного секвенирования (генодиагностики инфекционных болезней, идентификации личности, HLA-типирования и т.п.). Проблема в том, что к этим усилителям нужно подключать ячейки с массивами из 16 (или больше) электродов. Например, MECA16 от компании Ionera (16 электродов в формате 4х4, 10х20 мм): https://www.ionera.de/products.htm Т.е. для получения монопорового секвенатора нужно подключать ячейки типа MECA16 к одноканальному усилителю через мультиплексор. Отсюда - вопрос: как сделать такой мультиплексор? Задача не простая, поскольку мультиплексор не должен иметь даже пикоамперных утечек тока и заметно влиять на электрическую ёмкость подключаемых каналов. Буду признателен за любые вопросы, предложения и соображения.
  8. Спасибо за информацию. Насколько я понял, токовый шум у этих чипов (1,38 pA) не выше, чем у обычных усилителей, используемых для изучения ионных каналов. Если оценивать "строго на глаз" (по рисунку из недавней статьи), то у классических измерителей он составляет 2...3 pA. Правда, пору там изучали аэролизиновую, проводимость которой немного выше (70...75 pA), чем у обычной CsgG (~50 pA). На приведённом рисунке приведено сравнение изменения ионной проводимости трёх мутантных пор при прохождении через них тетрануклеотида АААА. Воодушевляют и картинки (скриншоты) из даташита к оценочной плате DDC264EVM (на картинке), показывающие уровень шума отдельных каналов в ppm (миллионных долях шкалы): http://www.ti.com/lit/ug/sbau186/sbau186.pdf С долей эффективных разрядов придётся разбираться. С одной стороны, 7 разрядов из двадцати - это маловато (128 ppm). С другой стороны, ошибка при оцифровке меньше 1% - это не так уж и плохо. С третьей стороны, если 20 разрядов маловато, то можно переориентироваться на DDC2256A, у которой 24-разрядные АЦП. В общем, пока-что не вижу противопоказаний против использования в секвенаторах готовых чипов, разработанных для компьютерных томографов.
  9. Нашёл подробное описание DC264 (64 канала, 20-разрядный АЦП). Буду признателен, если оцените его характеристики. ddc264.pdf
  10. И что делать, если приличных разработчиков нет и не будет? Лучшие из лучших давно уехали за бугор, а оставшихся не слишком волнуют проблемы секвенаторостроения. В лучшем случае согласятся немного повозиться с готовыми чипами, да и то если им наобещать золотые горы.
  11. Т.е. шансов купить дешёвые чипы у китайцев мало. Но если с китайцами не получится, то можно переориентироваться и на более дорогих американцев (Texas Instruments) или немцев (Analog Devices). К сожалению, в шумовых параметрах я совершенно не разбираюсь. Но уповаю на то, что за много лет (и в условиях ожесточённой конкурентной борьбы) лучшие в мире разработчики сделали всё возможное для улучшения параметров чипов, предназначенных для считывания слабеньких токов в фотодиодах компьютерных томографов. Computer tomography AFEs (3).pdf
  12. Было бы неплохо в качестве готовых дискретных компонентов использовать многоканальные конверторы для компьютерной томографии типа DDC2256A от Texas Instruments или ADAS1135 от Analog Devices, имеющие по 256 входных каналов и 24-разрядные АЦП. Они дороговаты даже при оптовой закупке (>1000 шт. - ~$300/шт.), но тайваньские клоны DDC2256A могут стоить меньше доллара. Например: https://russian.alibaba.com/product-detail/DDC2256AZZF-IC-ADC-24BIT-SERIAL-323NFBGA-60838477181.html?spm=a2700.galleryofferlist.normalList.23.791468dez6Z6LZ Похоже, клоны штампуют на том же производстве, на котором делали и фирменные чипы. Просто в связи с истечением срока действия патента, защищающего эти микросхемы, у тайваньских китайцев появилась такая возможность. DDC2256A.pdf Computer tomography AFEs (3).pdf Спасибо за наводку! Очень помогла!
  13. Спасибо, что отвлеклись от более важных задач. И за очень грамотные формулировки этой задачи. Приму их на вооружение. Покопался в Интернете на предмет DDC316. Интересная штучка! Схема в общих чертах описана в патенте US 5841310 (см. аттач), срок действия которого закончился в 2018 году. Поэтому до сих пор они продаются примерно по $100 (оптом ~$50), но уже появилось несколько клонов DDC316 стоимостью вплоть до $0,05: https://russian.alibaba.com/product-detail/Integrated-Circuits-IC-ADC-16BIT-16CH-62266159795.html?spm=a2700.galleryofferlist.normalList.110.247320bd28Rm3t Похоже на то, что схему DDC316 можно взять за основу для разработки ASIC, а сами чипы использовать для комплектации тестового устройства, предназначенного для регенерации рабочих ячеек нанопоровых секвенаторов. На тестовом устройстве можно будет набить шишек и сделать что-то более достойное - на базе ADAS1134/1135, а если сильно повезёт, то и на специально разработанных зеленоградских чипах. Кстати, об ADAS1134/1135. Их пропагандой сейчас занимается проживающий в Мюнхене Антон Патюченко. Вы случайно не из Мюнхена? Понимаю, что вероятность такого совпадения невелика, но у меня тут нашёлся сосед по подъезду, с которым можно будет пообщаться не только заочно, но и очно. Так что чем чёрт не шутит? https://www.analog.com/en/technical-articles/medical-image-processing-from-formation-to-interpretation.html pat5841310_1998.pdf
  14. Очень похоже на то, что это самый лучший вариант. Точнее - ADAS1134 (128-канальный, 24-разрядный current-to-digital converter module). Применяется в компьютерной томографии. В Россию поставляется, но стоимость не нашёл. Если ADAS1256 (252-канальный, 16-разрядный) стоит около $300, то его 128-канальный собрат вряд ли будет дороже. И нужно просто купить этот модуль (10х10 мм) и попробовать его в деле. Для простой оценки ячеек чувствительности должно быть вполне достаточно. А если для секвенирования чувствительности не хватит, то можно будет взять его схему за основу при разработке ASIC.
  15. С полярностью - понял. С терминами желательно разобраться. Ячейка к FLONGLE содержат 126 сенсорных электродов (+) и один общий (-). Так что одновременно работать могут сенсоры, но не сама ячейка (которая одна). И сенсоры, насколько я понял, включаются последовательно (поочерёдно). А между включениями накапливают заряд на конденсаторе интегратора. Если фазу накопления заряда считать работой, то все интеграторы работают одновременно, но считываются последовательно. И после считывания сигнал усиливается и оцифровывается одним каналом (выходным). Если после опроса всех сенсорных электродов выбирается один, и только с него сигнал подаётся на выходной канал, то это я называл монопоровым секвенатором. Если каждый блок (медленный мультиплексор с интегратором, объединяющий 10 сенсоров) имеет свой канал усиления и оцифровки (т.е. в формате 10х10) будет 10 параллельных выходных каналов вместо одного, то это может значительно повысить производительность секвенатора. Кажется, пока писал - дошло, что Вы собираетесь делать опрос постоянным, не обращая внимания на то, что после опроса непригодные для работы сенсоры можно было бы и отключить. Без их отключения, конечно, проще. Правда, в отдалённой перспективе (при наращивании количества сенсоров) эта схема не будет справляться с параллельным потоком информации, и придётся всё переделывать (сделать произвольный доступ к сенсорам). Но для ячеек типа FLONGLE Вы совершенно правы. При небольшом количестве сенсоров мудрить нет смысла. Уже попадалось. Похоже, выбор подходящих усилителей невелик: LMP7721 – КМОП-усилитель со входным током смещения 3 фА; INA116 – инструментальный усилитель с ультранизким входным током смещения 3 фА. LTC6268/6269 - http://catalog.gaw.ru/index.php?page=component_detail&id=77679 И ещё: https://www.kipis.ru/info/index.php?ELEMENT_ID=50166