電位法裝置

   如前面所闡述,目前,所有考慮過的探測方法都需要用到一套電位法裝置[25]。在本節中, HD74LS02P我們將會討論電子化DNA芯片工作時所需的特定邊界條件以及所需要求[3436]。從我們的應用目標出發,得出了幾條電路設計和應用的通用準則。系統的穩定性當然是必 須要滿足的。陣列芯片中恒電位儀的簡化等效電路模型圖如圖6,17所示。每個電極由一個電容、一個電阻和一個電極-電解液間的電壓差來表示。電阻和電壓降⊙取決于電解液和電極的材料屬性,而相比于電阻值,電容值對電解液濃度的依賴性要低,可以實現保持約十年的準確性。電解液也可以簡化成一個電阻和一個電容元件的組合,而運算放大器由標準的運算放大器參數(如開環增益、增

益帶寬、相位裕度、輸人電容和輸出電阻)表示。

   圖6,17 陣列芯片的恒電位儀的簡化等效電路(為了簡單起見,僅描繪了一個工作電極,而在實踐中,必須要考慮分布在芯片上的整個集合[26936∶) 通過以下方法可以實現穩定性的評估:假定在運算放大器輸入端移除閉環電路。通過采用如上所提及參數得出傳遞函數。為此,在大多數情況下,只需要考慮電解質的電阻特性和電極的電容特性即可。經過一些數學計算以及假設運算放大器在單位增益頻率(例如⒛°)有足夠的相位裕度,我們得到以下建議:

   1)參比和反向電極之間的電阻應該小,特別是遠小于參比電極和工作電極之間的電阻。

   2)反向電極的電容(由穩壓器運算放大器得出)應該遠大于工作電極的電容。

   3)此外,參比電極和反向電極的電容應該遠高于運算放大器的輸人電容。

   標準穩壓器裝置通常的參比電極滿足以下要求:參比電極和電解質之間的電壓降與電解液的離子濃度依賴性基本可以忽略,例如Ag/AgCl參比電極。然而,在電化學濃度變化不大的檢測中也有公開報道采用CMOs芯片的,其中,工作電極、反向電極,參比電極使用相同的材料,例如金。這些電極不滿足參比電極所要求的“好”的標準,比如與電極接近區域的離子濃度相關的寬量程操作能力,它們經常被稱為“準參比電極”。