CN111662971A - 一种基因测序芯片的校正方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基因测序芯片的校正方法、装置，校正方法包括根据各检测孔的输入输出特性曲线的最大斜率点的位置分布确定参考曲线、校正输入电压以及标准孔；计算参考曲线在校正输入电压处的第一斜率；计算有效孔对应的输入输出特性曲线在校正输入电压处的第二斜率；根据有效孔内氢离子浓度指数变化前后输出电压变化量与第二斜率对氢离子浓度指数变化引起的输入电压变化量进行归一化处理；将标准孔在校正输入电压下对应的输出电压与第一输出电压变化量确定为在有效孔内氢离子浓度指数改变后有效孔对应的校正输出电压。本发明技术方案，可以对基因测序芯片制作工艺过程中的偏差导致的输出偏差进行校正，进而保证基因测序结果的准确性。

Description

一种基因测序芯片的校正方法、装置

技术领域

本发明实施例涉及芯片校正技术领域，尤其涉及一种基因测序芯片的校正方法、装置。

背景技术

随着基因检测技术的发展，对基因测序芯片的检测精度要求也越来越高。

由于芯片制作过程中，不可避免地会出现工艺偏差，使得基因测序芯片的检测精度受到影响，造成测序结果存在偏差。

发明内容

本发明提供一种基因测序芯片的校正方法、装置，以实现对工艺偏差导致基因测序芯片测序输出结果进行校正，进而提高基因测序芯片的检测精度，保证测序结果的准确性。

第一方面，本发明实施例提供了一种基因测序芯片的校正方法，所述基因测序芯片的一侧表面包括多个检测孔；所述校正方法包括：

根据各所述检测孔的输入输出特性曲线的最大斜率点的位置分布确定参考曲线、校正输入电压以及标准孔和非标准孔，其中所述参考曲线为所述标准孔对应的输入输出特性曲线；

计算所述参考曲线在所述校正输入电压处的第一斜率；

计算所述非标准孔中有效孔对应的输入输出特性曲线在所述校正输入电压处的第二斜率；

在激励源提供的电压为校正输入电压时，根据有效孔内氢离子浓度指数变化前后输出电压变化量与第二斜率对氢离子浓度指数变化引起的输入电压变化量进行归一化处理；

在激励源提供的电压为校正输入电压时，将所述标准孔在所述校正输入电压下对应的输出电压与第一输出电压变化量确定为在所述有效孔内氢离子浓度指数改变后所述有效孔对应的校正输出电压，其中第一输出电压变化量与第二输出电压变化量正相关，所述第二输出电压变化量为所述有效孔内氢离子浓度指数改变前后的输出电压变化量，所述第一输出电压变化量与所述第一斜率正相关，所述第一输出电压变化量与所述第二斜率负相关。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基因测序芯片的校正装置，用于执行第一方面提供的基因测序芯片的校正方法，所述基因测序芯片的一侧表面包括多个检测孔；所述校正装置包括：

确定模块，用于根据各所述检测孔的输入输出特性曲线的最大斜率点的位置分布确定参考曲线、校正输入电压以及标准孔和非标准孔，其中所述参考曲线为所述标准孔对应的输入输出特性曲线；

第一斜率计算模块，用于计算所述参考曲线在所述校正输入电压处的第一斜率；

第二斜率计算模块，用计算所述非标准孔中有效孔对应的输入输出特性曲线在所述校正输入电压处的第二斜率；

归一化处理模块，用于在激励源提供的电压为校正输入电压时，根据有效孔内氢离子浓度指数变化前后输出电压变化量与第二斜率对氢离子浓度指数变化引起的输入电压变化量进行归一化处理；

输出电压校正模块，用于在激励源提供的电压为校正输入电压时，将所述标准孔在所述校正输入电压下对应的输出电压与第一输出电压变化量确定为在所述有效孔内氢离子浓度指数改变后所述有效孔对应的校正输出电压，其中第一输出电压变化量与所述第二输出电压变化量正相关，所述第二输出电压变化量为所述有效孔内氢离子浓度指数改变前后的输出电压变化量，所述第一输出电压变化量与所述第一斜率正相关，所述第一输出电压变化量与所述第二斜率负相关。

本实施例提供的基因测序芯片的校正方法、装置，通过在激励源提供的电压为校正输入电压时，根据有效孔内氢离子浓度指数变化前后输出电压变化量与第二斜率对氢离子浓度指数变化引起的输入电压变化量进行归一化处理，使得对应不同输入输出特性曲线的有效孔对应的pH变化引起的输入电压变化量被统一到同一标准，进而可以保证根据各有效孔在pH改变前后输入电压变化量进行基因测序结果判定的准确性。并且通过计算溶液pH变化前后有效孔对应的实际输出电压变化量(第二输出电压变化量)对应于在参考曲线上的输出电压变化量(即第一输出电压变化量)是多少，然后将参考曲线在校正输入电压下的参考输出电压(即参考点对应的输出电压)与第一输出电压变化量确定为有效孔对应的校正输出电压，即将有效孔对应的输入输出特性曲线上的点校正到参考曲线上，进而使得有效孔对应的校正输出电压与标准孔对应的输出电压被统一到同一标准(均在参考曲线上)，进而使得在有效孔内溶液和标准孔内溶液的pH变化相同时，有效孔对应的校正输出电压与标准孔对应的输出电压相同，使得有效孔对应的输出电压得到校正，进而使得进行基因测序时，有效孔和标准孔对基因测序的检测结果一致，进而保证基因测序结果的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基因测序芯片的校正方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的检测孔的输入输出特性曲线的示意图；

图3是本发明实施例提供的最大斜率点出现在各输入电压下的输入输出特性曲线条数的统计直方图；

图4是本发明实施例提供的两条输入输出特性曲线的示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种基因测序芯片的校正方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的另一种基因测序芯片的校正方法的流程图；

图7是本发明实施例提供一种基因测序芯片的俯视图；

图8是图7沿M-M’剖切得到的剖视图；

图9是本发明实施例提供的一种基因测序芯片的校正装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

正如背景技术中所述的，由于芯片制作过程中，不可避免地会出现工艺偏差，使得基因测序芯片的检测精度受到影响，造成测序结果存在偏差。经发明人研究发现，出现上述问题的原因在于，现有基因测序芯片的一侧表面通常包括多个检测孔，检测孔内暴露有传感电极，进行基因测序时，通常通过对各检测孔内注入待检测溶液，外界激励源向待检测溶液通入激励电压，根据测量传感电极的输出电压来进行基因测序结果的判定。其中，基因测序芯片的每个检测孔对应一输入输出特性曲线，理想情况下，所有检测孔对应的输入输出特性曲线均一致，然而由于芯片制作过程中的工艺偏差使得不同检测孔的大小、形状以及传感电极等可能有微小差别，导致不同检测孔对应的输入输出特性曲线可能不同。因输入输出特性曲线通常与某一固定氢离子浓度指数(pH)溶液相对应，且输入输出特性曲线是非线性的，溶液pH的改变相当于在外界激励源提供的激励电压的基础上加入一个输入电压变化量，对应不同输入输出特性曲线的检测孔对该电压变化量的放大倍数不同，造成对于同一输入电压变化量，不同检测孔的输出电压变化量存在差异，最终导致根据输出电压进行基因结果判定时，基因测序结果存在偏差。

基于上述问题，本发明实施例提供一种基因测序芯片的校正方法，其中基因测序芯片的一侧表面包括多个检测孔，图1是本发明实施例提供的一种基因测序芯片的校正方法的流程图，参考图1，该基因测序芯片校正方法包括：

步骤110、根据各检测孔的输入输出特性曲线的最大斜率点的位置分布确定参考曲线、校正输入电压以及标准孔和非标准孔，其中参考曲线为标准孔对应的输入输出特性曲线；

具体的，输入输出特性曲线可以表征固定PH下外界激励源向检测孔内溶液所施加激励电压与检测孔内暴露的传感电极对应的输出电压的关系。图2是本发明实施例提供的检测孔的输入输出特性曲线的示意图，其中图2示意性地示出了6条输入输出特性曲线，分别为曲线11、曲线12、曲线13、曲线14、曲线15和曲线16，其中每条输入输出特性曲线可对应至少一个检测孔。根据图2可知，不同检测孔对应的输入输出特性曲线可能是不同的，以图5所示出6条输入输出特性曲线为例，不同输入输出特性曲线上最大斜率点对应的输入电压可能是不同的，示例性的，曲线11上最大斜率点为A点，其对应的输入电压为V_t，曲线14上最大斜率点为B点，其对应的输入电压为V_t-ΔV_a，曲线13上最大斜率点为C点，其对应的输入电压为V_t+ΔV_b。

可选的，该步骤110可以包括：

步骤111、统计最大斜率点出现在每个输入电压下的输入输出特性曲线的数量。

具体的，基因测序芯片的一侧表面包括大量检测孔，示例性的，对于一些基因测序芯片来说，包括26万个检测孔，会有多个检测孔对应同一条输入输出特性曲线，本步骤中，统计最大斜率点出现在每个输入电压下的输入输出特性曲线的数量可以得到图3所示的直方图，图3是本发明实施例提供的最大斜率点出现在各输入电压下的输入输出特性曲线条数的统计直方图，其中图3中横坐标表示激励源的输入电压，纵坐标表示最大斜率点出现在对应输入电压的曲线条数。

步骤112、将最大斜率点出现在第一输入电压下的输入输出特性曲线确定为参考曲线；其中最大斜率点出现在第一输入电压下的输入输出特性曲线的条数多于最大斜率点出现在其他任意输入电压下的输入输出特性曲线的条数。

具体的，虽然由于基因测序芯片制作过程中工艺偏差等原因造成部分检测孔尺寸、形状和等存在偏差，但是基因测序芯片上大部分检测孔的尺寸和形状等参数仍是标准的(即是基因测序芯片上大部分检测孔的尺寸和形状等参数仍是相同的)，相应的，大部分检测孔对应的输入输出特性曲线是相同的(在图2所示示意图中应该是重合的，则大部分检测孔对应的输入输出特性曲线的最大斜率点出现在输入输出特性曲线的相同位置，即大部分检测孔对应的输入输出特性曲线上最大斜率点对应的输入电压是相同的，因此本步骤中通过比较最大斜率点出现在不同输入电压下输入输出特性曲线的条数，可以找到一个第一输入电压，最大斜率点出现在该第一输入电压下的输入输出特性曲线的条数多于最大斜率点出现在其他任意输入电压下的输入输出特性曲线的条数，并将最大斜率点出现在第一输入电压下的输入输出特性曲线确定为参考曲线，则可保证参考曲线对应于基因测序芯片中大部分的检测孔，该大部分的检测孔即为标准孔。

即因最大斜率点出现在该第一输入电压下的输入输出特性曲线的条数最多，即可说明在最大斜率点出现在第一输入电压下的输入输出特性曲线所对应的孔为标准孔，将最大斜率点出现在第一输入电压下的输入输出特性曲线确定为参考曲线即是将标准孔对应的输入输出特性曲线为参考曲线。根据图3可知，在最大斜率点出现在输入电压为Vt下的输入输出特性曲线条数最多，因此第一输入电压为Vt。

步骤113、将第一输入电压确定为校正输入电压；

具体的，因大部分输入输出特性曲线的最大斜率点出现在第一输入电压下，即大部分检测孔对应的输入输出特性曲线在第一输入电压附近对输入电压变化最为敏感，即大部分检测孔在第一输入电压附近对输入电压的放大倍数最大，进而在后续进行基因测序时，通常会在激励源提供的电压为第一输入电压时进行检测，进而保证基因测序时检测的灵敏性。因此将该第一输入电压作为校正输入电压，在校正工作电压下对不标准的检测孔进行校正，使得在基因测序时，不标准的检测孔的输出结果可以得到校正，保证基因测序芯片测序结构的准确性。

步骤114、将最大斜率点出现在第一输入电压下的输入输出特性曲线对应的检测孔确定为标准孔，其他检测孔确定为非标准孔。

如上述步骤112中所解释内容，因基因测序芯片中多数为标准孔，最大斜率点出现在该第一输入电压下的输入输出特性曲线的条数最多，即可说明在最大斜率点出现在第一输入电压下的输入输出特性曲线所对应的孔的参数一致，则将最大斜率点出现在第一输入电压下的输入输出特性曲线对应的检测孔确定为标准孔，其他检测孔确定为非标准孔。

步骤120、计算参考曲线在校正输入电压处的第一斜率；

本实施例及以下实施例中，将参考曲线上的最大斜率点记作参考点，参考点对应的坐标为校正输入电压(图2中横轴上)和参考输出电压(图2中纵轴上)，通过计算参考曲线上参考点和参考点的邻近点可以计算参考点处的第一斜率，即参考曲线在校正电压处的第一斜率。其中参考点的邻近点可以通过锯齿波扫描注入有溶液的标准孔来得到，该邻近点可以对应校正输入电压前一帧或后一帧的数据(包括激励源提供的输入电压和标准孔的输出电压)。

步骤130、计算非标准孔中有效孔对应的输入输出特性曲线在校正输入电压处的第二斜率；

本实施例及以下实施例中，将非标准孔中有效孔对应的输入输出特性曲线在校正输入电压处的点记作待校正点，通过计算有效孔对应的输入输出特性曲线上待校正点和待校正点的邻近点可以计算参考点处的第二斜率，即有效孔对应的输入输出特性曲线在校正输入电压处的第二斜率。其中待校正点的邻近点可以通过锯齿波扫描注入有溶液的有效孔来得到，该邻近点可以对应校正输入电压前一帧或后一帧的数据(包括激励源提供的输入电压和有效孔的输出电压)。

步骤140、在激励源提供的电压为校正输入电压时，根据有效孔内氢离子浓度指数变化前后输出电压变化量与第二斜率对氢离子浓度指数变化引起的输入电压变化量进行归一化处理；

具体的，输入电压变化时，注入有溶液的检测孔对应的传感电极的输出电压均是沿着检测孔对应的输入输出特性曲线变化的。根据现有技术可知，pH变化会引起对传感电极的输入电压的变化，示例性的，在激励源提供的电压为校正输入电压Vt时，若检测孔中溶液的pH与与获取检测孔的输入输出特性曲线时的溶液pH相同时，则对传感电极的输入电压为Vt。但是当检测孔中溶液的pH改变后，对传感电极的输入电压实际上是在激励源所提供的校正输入电压Vt的基础上，加上一个pH变化引起输入电压的变化量，记为ΔVpH。

图4是本发明实施例提供的两条输入输出特性曲线的示意图，参考图4，其中曲线11可表示参考曲线，曲线12可表示某有效孔对应的输入输出特性曲线，根据图4可知，在激励源提供的激励电压为校正输入电压Vt时，对于相同的ΔVpH，曲线11和曲线12上输出电压变化量是不同的，示例性的，在pH改变之前，曲线11上对应的输出电压为400mV，曲线11上对应的输出电压为320mV，则输出电压变化量为-80mV；在pH改变之前，曲线12上对应的输出电压为600mV，在pH改变之后，曲线12上对应的输出电压为550mV，则输出电压的变化量为-50mV。

因为pH变化引起输入电压变化量是无法直接进行测量的，因此本步骤中通过可以直接测量的传感电极的输出电压来对pH变化引起输入电压变化量来进行计算并归一化处理。即在激励源提供的电压为校正输入电压时，根据有效孔内氢离子浓度指数变化前后输出电压变化量与第二斜率对氢离子浓度指数变化引起的输入电压变化量进行归一化处理，具体的，进行归一化处理时，可以通过有效孔内氢离子浓度指数变化前后输出电压变化量与该有效孔对应的输入输出特性曲线在校正输入电压Vt处第二斜率的比值得到氢离子浓度指数变化引起的输入电压变化量，进而可以得到任意有效孔内溶液pH变化引起的真实输入电压变化量，使得对应不同输入输出特性曲线的有效孔对应的pH变化引起的输入电压变化量被统一到同一标准，进而可以保证根据各有效孔在pH改变前后输入电压变化量进行基因测序结果判定的准确性。

具体的，本步骤140可以包括：

步骤141、采用如下公式进行归一化处理：

ΔV_in＝ΔV_out/k₂，

ΔV_out＝V₁-V₂；

ΔV_in表示归一化处理后得到的输入电压变化量，ΔV_out表示有效孔内氢离子浓度指数变化前后输出电压变化量，k₂表示第二斜率，V₁表示有效孔内氢离子浓度指数变化后有效孔对应的输出电压，V₂表示有效孔内氢离子浓度指数变化前有效孔对应的输出电压。

步骤150、在激励源提供的电压为校正输入电压时，将标准孔在校正输入电压下对应的输出电压与第一输出电压变化量确定为在有效孔内氢离子浓度指数改变后有效孔对应的校正输出电压，其中第一输出电压变化量与第二输出电压变化量正相关，第二输出电压变化量为有效孔内氢离子浓度指数改变前后的输出电压变化量，第一输出电压变化量与第一斜率正相关，第一输出电压变化量与第二斜率负相关。

可选的，本步骤150可以包括：

步骤151、采用以下公式计算校正输出电压：

V_out-correct＝V_out-ref+ΔV_out1，其中ΔV_out1＝ΔV_out2*(k₁/k₂)，ΔV_out2＝V₁-V₂；

V_out-correct表示校正输出电压，V_out-ref表示标准孔在校正输入电压下对应的输出电压，ΔV_out1表示第一输出电压变化量，ΔV_out2表示第二输出电压变化量，k₁表示第一斜率，k₂表示第二斜率，V₁表示有效孔内氢离子浓度指数变化后有效孔对应的输出电压，V₂表示有效孔内氢离子浓度指数变化前有效孔对应的输出电压。

具体的，本步骤中，对有效孔对应的输出电压进行校正，具体校正思想是计算溶液pH变化前后有效孔对应的实际输出电压变化量(第二输出电压变化量)对应于在参考曲线上的输出电压变化量(即第一输出电压变化量)是多少，然后将参考曲线在校正输入电压下的参考输出电压(即参考点对应的输出电压)与第一输出电压变化量确定为有效孔对应的校正输出电压，即将有效孔对应的输入输出特性曲线上的点校正到参考曲线上，进而使得有效孔对应的校正输出电压与标准孔对应的输出电压被统一到统一标准(均在参考曲线上)，进而使得有效孔对应的输出电压得到校正，进而保证根据校正输出电压进行基因测序结果分析时，可以保证基因测序结果判定的准确性。参考图4，示例性的，激励源提供的电压为校正输入电压Vt时，pH变化前有效孔对应的输入输出特性曲线(即曲线12)上的点为D点；pH变化前有效孔对应的输入输出特性曲线上的点为D1点。激励源提供的电压为校正输入电压Vt时，pH变化前标准孔对应的输入输出特性曲线上(即参考曲线11)的点为E点；pH变化前有效孔对应的输入输出特性曲线上的点为E1点。对pH变化后，有效孔对应的输出电压进行校正，经过步骤150的校正后，D1点被校正到参考曲线上的E1点，进而使得在有效孔内溶液和标准孔内溶液的pH变化相同时，有效孔对应的校正输出电压与标准孔对应的输出电压相同，进而使得进行基因测序时，有效孔和标准孔对基因测序的检测结果一致，进而保证基因测序结果的准确性。

本实施例提供的基因测序芯片的校正方法，通过在激励源提供的电压为校正输入电压时，根据有效孔内氢离子浓度指数变化前后输出电压变化量与第二斜率对氢离子浓度指数变化引起的输入电压变化量进行归一化处理，使得对应不同输入输出特性曲线的有效孔对应的pH变化引起的输入电压变化量被统一到同一标准，进而可以保证根据各有效孔在pH改变前后输入电压变化量进行基因测序结果判定的准确性。并且通过计算溶液pH变化前后有效孔对应的实际输出电压变化量(第二输出电压变化量)对应于在参考曲线上的输出电压变化量(即第一输出电压变化量)是多少，然后将参考曲线在校正输入电压下的参考输出电压(即参考点对应的输出电压)与第一输出电压变化量确定为有效孔对应的校正输出电压，即将有效孔对应的输入输出特性曲线上的点校正到参考曲线上，进而使得有效孔对应的校正输出电压与标准孔对应的输出电压被统一到统一标准(均在参考曲线上)，进而使得在有效孔内溶液和标准孔内溶液的pH变化相同时，有效孔对应的校正输出电压与标准孔对应的输出电压相同，使得有效孔对应的输出电压得到校正，进而使得进行基因测序时，有效孔和标准孔对基因测序的检测结果一致，进而保证基因测序结果的准确性。

图5是本发明实施例提供的另一种基因测序芯片的校正方法的流程图，参考图5，该基因测序芯片的校正方法包括：

步骤210、根据各检测孔的输入输出特性曲线的最大斜率点的位置分布确定参考曲线、校正输入电压以及标准孔和非标准孔，其中参考曲线为标准孔对应的输入输出特性曲线；该步骤与上述实施例中步骤110过程相同，在此不再赘述；

步骤220、计算参考曲线在校正输入电压处的第一斜率；该步骤与上述实施例中步骤120过程相同，在此不再赘述；

步骤230、将在校正输入电压下，根据输入输出特性曲线得到的输出电压在预设范围内的非标准孔确定为有效孔，其中预设范围为大于或等于第一阈值电压，且小于或等于第二阈值电压；

具体的，基因测序芯片所包括的检测孔数量巨大，因此不可避免地会有少量检测孔工艺偏差会很大，以致于即使进行校正也无法进行有效的基因测序，本步骤中，将非标准孔中的有效孔和无效孔找出，进而在后续步骤中只对有效孔进行校正，进而避免对无效孔进行校正所作的不必要的计算，减小该校正方法的计算量，同时保证根据该校正方法进行校正后基因测序结果的准确性。

参考图2，示例性的，第一阈值电压为200mV，第二阈值电压为700mV，则图中曲线12、曲线13和曲线14所对应的非标准孔有有效孔，曲线15和曲线16所对应的非标准孔为无效孔，并且曲线14和曲线13可分别为边界曲线，即在曲线14和曲线13之间的曲线均可对应有效孔，在曲线14左侧的曲线和曲线13右侧的曲线均对应无效孔。其中，第一阈值电压和第二阈值电压的设定可以根据标准孔对应的输入输出特性曲线(即参考曲线11)在校正输入电压处的输出电压(记为参考输出电压)来进行设定，例如设定第一阈值电压与参考输出电压的差值为200mV，设定第二阈值电压与参考输入电压的差值为300mV，具体设定第一阈值电压和参考输出电压的差值大小以及第二阈值电压和参考输出电压的差值大小时，可以根据实际需要进行设置，本实施例在此不做具体限定。

步骤240、计算非标准孔中有效孔对应的输入输出特性曲线在校正输入电压处的第二斜率；该步骤与上述实施例中步骤130过程相同，在此不再赘述；

步骤250、在激励源提供的电压为校正输入电压时，根据有效孔内氢离子浓度指数变化前后输出电压变化量与第二斜率对氢离子浓度指数变化引起的输入电压变化量进行归一化处理；该步骤与上述实施例中步骤140过程相同，在此不再赘述；

步骤260、在激励源提供的电压为校正输入电压时，将标准孔在校正输入电压下对应的输出电压与第一输出电压变化量确定为在有效孔内氢离子浓度指数改变后有效孔对应的校正输出电压，其中第一输出电压变化量与第二输出电压变化量正相关，第二输出电压变化量为有效孔内氢离子浓度指数改变前后的输出电压变化量，第一输出电压变化量与第一斜率正相关，第一输出电压变化量与第二斜率负相关；该步骤与上述实施例中步骤150过程相同，在此不再赘述。

图6是本发明实施例提供的另一种基因测序芯片的校正方法的流程图，参考图6，该基因测序芯片的校正方法包括：

步骤310、获取各检测孔的输入输出特性曲线，包括在各检测孔中注入相同氢离子浓度指数的溶液，通过激励源向各检测孔中的溶液通电，获取测量到的各检测孔中暴露的传感电极的输出电压，根据激励源通电的输入电压和检测孔对应的输出电压得到检测孔对应的输入输出特性曲线；其中激励源向各检测孔中通电波形为锯齿波。

具体的，对于每个检测孔，均可采用上述方式得到对应的输入输出特性曲线，进而方便后续步骤的进行。

可选的，锯齿波的电压范围为300mV-1000mV，步长为0.8mV。

具体的，锯齿波的步长过长会导致获取输入输出特性曲线的时间较长，步长过短则会导致输入输出曲线获取不全，设置步长为)0.8mV，既可以保证在较短时间内获取到输入输出特性曲线，也可以保证输入输出特性曲线的完整性。

步骤320、根据各检测孔的输入输出特性曲线的最大斜率点的位置分布确定参考曲线、校正输入电压以及标准孔和非标准孔，其中参考曲线为标准孔对应的输入输出特性曲线；本步骤与上述实施例中步骤110过程相同，在此不再赘述；

步骤330、根据校正输入电压下标准孔对应的输出电压和校正输入电压前一帧的输入电压下标准孔对应的输出电压计算第一斜率；

或者根据校正输入电压下标准孔对应的输出电压和校正输入电压后一帧的输入电压下标准孔对应的输出电压计算第一斜率。

具体的，因在步骤130中，采用锯齿波扫描注入有溶液的检测孔，因此在锯齿波扫描的每一帧，检测孔都对应有一个输入电压和输出电压，因第一斜率即参考曲线在校正输入电压处的微分值，因此可以根据校正输入电压下标准孔对应的输出电压和校正输入电压前一帧的输入电压下标准孔对应的输出电压计算第一斜率,具体公式如下：

其中k₁表示第一斜率，V_t表示校正输入电压，V_out-ref表示标准孔在校正输入电压下对应的输出电压，V_t0表示在校正输入电压V_t前一帧的输入电压，V_out0表示标准孔在校正输入电压前一帧的输出电压。其中，V_t-V_t0即为锯齿波的步长。具体的，结合图2，对参考曲线上A点处进行放大，其中A点对应的坐标为(V_t，V_out-ref)，即A点对应的坐标为(校正输入电压，校正输入电压下标准孔对应的输出电压)，A1点对应的坐标为(V_t0，V_out0)，即A1点对应的坐标为(校正输入电压前一帧的输入电压，校正输入电压前一帧的输入电压下标准孔对应的输出电压)，进而可以根据A1点坐标和A点坐标对第一斜率进行计算。其中A点坐标和A1点坐标可以在获取各检测孔的输入输出特性曲线时的数据得到。

或者根据校正输入电压下标准孔对应的输出电压和校正输入电压后一帧的输入电压下标准孔对应的输出电压计算第一斜率。具体可以采用以下公式计算第一斜率，具体计算方式与根据校正输入电压前一帧数据进行计算的方法类似，在此不再赘述。

步骤340、根据校正输入电压下有效孔对应的输出电压和校正输入电压前一帧的输入电压下有效孔对应的输出电压计算第二斜率；

或者根据校正输入电压下有效孔对应的输出电压和校正输入电压后一帧的输入电压下有效孔对应的输出电压计算第二斜率。

其中根据校正输入电压下有效孔对应的输出电压和校正输入电压前一帧的输入电压下有效孔对应的输出电压计算第二斜率的具体计算公式如下：

其中k₂表示第二斜率，V_t表示校正输入电压，V_out-y表示有效孔在校正输入电压下对应的输出电压，V_t0表示在校正输入电压V_t前一帧的输入电压，V_outy0表示有效孔在校正输入电压前一帧的输出电压。其中，V_t-V_t0即为锯齿波的步长。结合图2，对参考曲线上F点处进行放大，其中F点对应的坐标为(V_t，V_out-y)，即F点对应的坐标为(校正输入电压，校正输入电压下有效孔对应的输出电压)，F1点对应的坐标为(V_t0，V_outy0)，即F1点对应的坐标为(校正输入电压前一帧的输入电压，校正输入电压前一帧的输入电压下有效孔对应的输出电压)，进而可以根据F1点坐标和F点坐标对第一斜率进行计算。其中F点坐标和F1点坐标可以在获取各检测孔的输入输出特性曲线时的数据得到。

步骤350、在激励源提供的电压为校正输入电压时，根据有效孔内氢离子浓度指数变化前后输出电压变化量与第二斜率对氢离子浓度指数变化引起的输入电压变化量进行归一化处理；该步骤与上述实施例中步骤140过程相同，在此不再赘述；

步骤360、在激励源提供的电压为校正输入电压时，将标准孔在校正输入电压下对应的输出电压与第一输出电压变化量确定为在有效孔内氢离子浓度指数改变后有效孔对应的校正输出电压，其中第一输出电压变化量与第二输出电压变化量正相关，第二输出电压变化量为有效孔内氢离子浓度指数改变前后的输出电压变化量，第一输出电压变化量与第一斜率正相关，第一输出电压变化量与第二斜率负相关；该步骤与上述实施例中步骤150过程相同，在此不再赘述。

图7是本发明实施例提供一种基因测序芯片的俯视图，图8是图7沿M-M’剖切得到的剖视图，参考图7和图8，可选的，基因测序芯片包括阵列排布的传感电极510，设置于传感电极510一侧的绝缘层520，以及设置于绝缘层520远离传感电极510整面设置的驱动电极530，驱动电极530和绝缘层520包括过孔结构，过孔结构作为检测孔540，检测孔540暴露传感电极510；还包括多个放大电路550，传感电极510与放大电路550一一对应且电连接；驱动电极530用于外接电压信号，传感电极510用于根据驱动电极530上的电压信号产生感应信号，并将感应信号传导至放大电路550。

在基因测序时，可以在检测孔内加入待检测溶液，外接所施加的电压信号可以施加在待检测溶液中，也可施加在驱动电极上。当驱动电极530外接电压信号后，传感电极510上形成感应电荷，从而产生感应信号，并传导至子放大电路550，通过测量放大电路550的输出电压来进行基因测序结果的判定。放大电路550可以是晶体管、放大器等任意具有信号放大或转化作用的器件，可以将电压(电流)信号的微小变化量转化为电流(电压)信号的明显变化量，本发明实施例对此不作限定。

可选的，上述任意实施例的基因测序芯片的校正方法，可用于对图7和图8所示基因测序芯片进行校正。

本实施例还提供了一种基因测序芯片的校正装置，用于执行本发明上述任意实施例提供的基因测序芯片的校正方法，基因测序芯片的一侧表面包括多个检测孔；图9是本发明实施例提供的一种基因测序芯片的校正装置的结构示意图，参考图9，该校正装置包括：

确定模块410，用于根据各检测孔的输入输出特性曲线的最大斜率点的位置分布确定参考曲线、校正输入电压以及标准孔和非标准孔，其中参考曲线为标准孔对应的输入输出特性曲线；

第一斜率计算模块420，用于计算参考曲线在校正输入电压处的第一斜率；

第二斜率计算模块430，用计算非标准孔中有效孔对应的输入输出特性曲线在校正输入电压处的第二斜率；

归一化处理模块440，用于在激励源提供的电压为校正输入电压时，根据有效孔内氢离子浓度指数变化前后输出电压变化量与第二斜率对氢离子浓度指数变化引起的输入电压变化量进行归一化处理；

输出电压校正模块450，用于在激励源提供的电压为校正输入电压时，将标准孔在校正输入电压下对应的输出电压与第一输出电压变化量确定为在有效孔内氢离子浓度指数改变后有效孔对应的校正输出电压，其中第一输出电压变化量与第二输出电压变化量正相关，第二输出电压变化量为有效孔内氢离子浓度指数改变前后的输出电压变化量，第一输出电压变化量与第一斜率正相关，第一输出电压变化量与第二斜率负相关。

本发明实施例所提供的基因测序芯片的校正装置可执行本发明任意实施例所提供的基因测序芯片的校正方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种基因测序芯片的校正方法，其特征在于，所述基因测序芯片的一侧表面包括多个检测孔；所述校正方法包括：

根据各所述检测孔的输入输出特性曲线的最大斜率点的位置分布确定参考曲线、校正输入电压以及标准孔和非标准孔，其中所述参考曲线为所述标准孔对应的输入输出特性曲线；

计算所述参考曲线在所述校正输入电压处的第一斜率；

计算所述非标准孔中有效孔对应的输入输出特性曲线在所述校正输入电压处的第二斜率；

在激励源提供的电压为校正输入电压时，根据有效孔内氢离子浓度指数变化前后输出电压变化量与第二斜率对氢离子浓度指数变化引起的输入电压变化量进行归一化处理；

在激励源提供的电压为校正输入电压时，将所述标准孔在所述校正输入电压下对应的输出电压与第一输出电压变化量确定为在所述有效孔内氢离子浓度指数改变后所述有效孔对应的校正输出电压，其中第一输出电压变化量与第二输出电压变化量正相关，所述第二输出电压变化量为所述有效孔内氢离子浓度指数改变前后的输出电压变化量，所述第一输出电压变化量与所述第一斜率正相关，所述第一输出电压变化量与所述第二斜率负相关。

2.根据权利要求1所述的基因测序芯片的校正方法，其特征在于，所述在激励源提供的电压为校正输入电压时，根据有效孔内氢离子浓度指数变化前后输出电压变化量与第二斜率对氢离子浓度指数变化引起的输入电压变化量进行归一化处理，包括：

采用如下公式进行归一化处理：

ΔV_in＝ΔV_out/k₂，

ΔV_out＝V₁-V₂；

ΔV_in表示归一化处理后得到的输入电压变化量，ΔV_out表示有效孔内氢离子浓度指数变化前后输出电压变化量，k₂表示所述第二斜率，V₁表示有效孔内氢离子浓度指数变化后所述有效孔对应的输出电压，V₂表示有效孔内氢离子浓度指数变化前所述有效孔对应的输出电压。

3.根据权利要求1所述的基因测序芯片的校正方法，其特征在于，所述在激励源提供的电压为校正输入电压时，将所述标准孔在所述校正输入电压下对应的输出电压与第一输出电压变化量确定为在所述有效孔内氢离子浓度指数改变后所述有效孔对应的校正输出电压，其中第一输出电压变化量与所述第二输出电压变化量正相关，所述第二输出电压变化量为所述有效孔内氢离子浓度指数改变前后的输出电压变化量，所述第一输出电压变化量与所述第一斜率正相关，所述第一输出电压变化量与所述第二斜率负相关，包括：

采用以下公式计算所述校正输出电压：

V_out-correct＝V_out-ref+ΔV_out1，其中ΔV_out1＝ΔV_out2*(k₁/k₂)，ΔV_out2＝V₁-V₂；

V_out-correct表示所述校正输出电压，V_out-ref表示所述标准孔在所述校正输入电压下对应的输出电压，ΔV_out1表示第一输出电压变化量，ΔV_out2表示第二输出电压变化量，k₁表示所述第一斜率，k₂表示所述第二斜率，V₁表示有效孔内氢离子浓度指数变化后所述有效孔对应的输出电压，V₂表示有效孔内氢离子浓度指数变化前所述有效孔对应的输出电压。

4.根据权利要求1所述的基因测序芯片的校正方法，其特征在于，在计算所述非标准孔中有效孔对应的输入输出特性曲线在所述校正输入电压处的第二斜率之前，包括：

将在所述校正输入电压下，根据所述输入输出特性曲线得到的输出电压在预设范围内的非标准孔确定为有效孔，其中所述预设范围为大于或等于第一阈值电压，且小于或等于第二阈值电压。

5.根据权利要求1所述的基因测序芯片的校正方法，其特征在于，在所述根据各所述检测孔的输入输出特性曲线的最大斜率点的位置分布确定参考曲线、校正输入电压以及标准孔和非标准孔之前，还包括：

获取各所述检测孔的输入输出特性曲线，包括在各所述检测孔中注入相同氢离子浓度指数的溶液，通过所述激励源向各所述检测孔中的溶液通电，获取测量到的各所述检测孔中暴露的传感电极的输出电压，根据激励源通电的输入电压和检测孔对应的输出电压得到所述检测孔对应的输入输出特性曲线；其中所述激励源向各所述检测孔中通电波形为锯齿波。

6.根据权利要求5所述的基因测序芯片的校正方法，其特征在于，所述锯齿波的电压范围为300mV-1000mV，步长为0.8mV。

7.根据权利要求5所述的基因测序芯片的校正方法，其特征在于，所述计算所述参考曲线在所述校正输入电压处的第一斜率，包括：

根据所述校正输入电压下所述标准孔对应的输出电压和所述校正输入电压前一帧的输入电压下所述标准孔对应的输出电压计算所述第一斜率；

或者根据所述校正输入电压下所述标准孔对应的输出电压和所述校正输入电压后一帧的输入电压下所述标准孔对应的输出电压计算所述第一斜率。

8.根据权利要求5所述的基因测序芯片的校正方法，其特征在于，所述计算所述非标准孔中有效孔对应的输入输出特性曲线在所述校正输入电压处的第二斜率，包括：

根据所述校正输入电压下所述有效孔对应的输出电压和所述校正输入电压前一帧的输入电压下所述有效孔对应的输出电压计算所述第二斜率；

或者根据所述校正输入电压下所述有效孔对应的输出电压和所述校正输入电压后一帧的输入电压下所述有效孔对应的输出电压计算所述第二斜率。

9.根据权利要求1所述的基因测序芯片的校正方法，其特征在于，所述根据各所述检测孔的输入输出特性曲线的最大斜率点的位置分布确定参考曲线、校正输入电压以及标准孔和非标准孔包括：

统计所述最大斜率点出现在每个输入电压下的输入输出特性曲线的数量；

将所述最大斜率点出现在第一输入电压下的输入输出特性曲线确定为参考曲线；

其中所述最大斜率点出现在第一输入电压下的输入输出特性曲线的条数多于所述最大斜率点出现在其他任意输入电压下的输入输出特性曲线的条数；

将所述第一输入电压确定为校正输入电压；

将所述最大斜率点出现在第一输入电压下的输入输出特性曲线对应的检测孔确定为所述标准孔，其他所述检测孔确定为所述非标准孔。

10.根据权利要求1-9任一项所述的基因测序芯片的校正方法，其特征在于，所述基因测序芯片包括阵列排布的传感电极，设置于所述传感电极一侧的绝缘层，以及设置于所述绝缘层远离所述传感电极整面设置的驱动电极，所述驱动电极和所述绝缘层包括过孔结构，所述过孔结构作为所述检测孔，所述检测孔暴露所述传感电极；

还包括多个放大电路，所述传感电极与所述放大电路一一对应且电连接；

所述驱动电极用于外接电压信号，所述传感电极用于根据所述驱动电极上的电压信号产生感应信号，并将所述感应信号传导至所述放大电路。

11.一种基因测序芯片的校正装置，其特征在于，用于执行权利要求1-10任一项所述的基因测序芯片的校正方法，所述基因测序芯片的一侧表面包括多个检测孔；所述校正装置包括：

确定模块，用于根据各所述检测孔的输入输出特性曲线的最大斜率点的位置分布确定参考曲线、校正输入电压以及标准孔和非标准孔，其中所述参考曲线为所述标准孔对应的输入输出特性曲线；

第一斜率计算模块，用于计算所述参考曲线在所述校正输入电压处的第一斜率；

第二斜率计算模块，用计算所述非标准孔中有效孔对应的输入输出特性曲线在所述校正输入电压处的第二斜率；

归一化处理模块，用于在激励源提供的电压为校正输入电压时，根据有效孔内氢离子浓度指数变化前后输出电压变化量与第二斜率对氢离子浓度指数变化引起的输入电压变化量进行归一化处理；

输出电压校正模块，用于在激励源提供的电压为校正输入电压时，将所述标准孔在所述校正输入电压下对应的输出电压与第一输出电压变化量确定为在所述有效孔内氢离子浓度指数改变后所述有效孔对应的校正输出电压，其中第一输出电压变化量与所述第二输出电压变化量正相关，所述第二输出电压变化量为所述有效孔内氢离子浓度指数改变前后的输出电压变化量，所述第一输出电压变化量与所述第一斜率正相关，所述第一输出电压变化量与所述第二斜率负相关。

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