电位法装置

   如前面所阐述,目前,所有考虑过的探测方法都需要用到一套电位法装置[25]。在本节中, HD74LS02P我们将会讨论电子化DNA芯片工作时所需的特定边界条件以及所需要求[3436]。从我们的应用目标出发,得出了几条电路设计和应用的通用准则。系统的稳定性当然是必 须要满足的。阵列芯片中恒电位仪的简化等效电路模型图如图6,17所示。每个电极由一个电容、一个电阻和一个电极-电解液间的电压差来表示。电阻和电压降⊙取决于电解液和电极的材料属性,而相比于电阻值,电容值对电解液浓度的依赖性要低,可以实现保持约十年的准确性。电解液也可以简化成一个电阻和一个电容元件的组合,而运算放大器由标准的运算放大器参数(如开环增益、增

益带宽、相位裕度、输人电容和输出电阻)表示。

   图6,17 阵列芯片的恒电位仪的简化等效电路(为了简单起见,仅描绘了一个工作电极,而在实践中,必须要考虑分布在芯片上的整个集合[26936∶) 通过以下方法可以实现稳定性的评估:假定在运算放大器输入端移除闭环电路。通过采用如上所提及参数得出传递函数。为此,在大多数情况下,只需要考虑电解质的电阻特性和电极的电容特性即可。经过一些数学计算以及假设运算放大器在单位增益频率(例如⒛°)有足够的相位裕度,我们得到以下建议:

   1)参比和反向电极之间的电阻应该小,特别是远小于参比电极和工作电极之间的电阻。

   2)反向电极的电容(由稳压器运算放大器得出)应该远大于工作电极的电容。

   3)此外,参比电极和反向电极的电容应该远高于运算放大器的输人电容。

   标准稳压器装置通常的参比电极满足以下要求:参比电极和电解质之间的电压降与电解液的离子浓度依赖性基本可以忽略,例如Ag/AgCl参比电极。然而,在电化学浓度变化不大的检测中也有公开报道采用CMOs芯片的,其中,工作电极、反向电极,参比电极使用相同的材料,例如金。这些电极不满足参比电极所要求的“好”的标准,比如与电极接近区域的离子浓度相关的宽量程操作能力,它们经常被称为“准参比电极”。