Tecnología Nanopore para la secuenciación de DNA

Nanopore-based sequencer will open the path to the fourth-generation DNA sequencing technology. The main differences between this technique and the previous ones are: DNA molecule that will be sequenced does not need a previous amplification step, is not necessary any type of specific label both molecular adaptors, and it has been abolished enzymatic process in the nucleotide sequence identification event. These differences have as result a more economic method since don’t spend the necessary reagents for the previous techniques, furthermore it lets to sequence samples with a low DNA concentration. This technique is based in the use of a membrane with a biologic nanopore inserted in it whereby the molecule to analyze (analyte) it made to pass, this membrane is placed between two reservoirs containing ions, when an external volatage is applied in both sides this lead to an ion current through the nanopore. When an analyte cross the nanopore the ion current is modified, that modification in the amplitude and duration of ion current determine the physical and chemical properties of that analyte. By means of subsequent statistical analyzes it can be determined to what sequence own this ion current blockade patterns. More used nanopores are the biologic ones, although they are working to develop synthetic nanopores. The main biologic nanopores are: α-Hemolysin from Staphylococcus aureus (α-HL), Mycobacterium smegmatis porin A (MspA) and bacteriophage phi29 pore (phi29). Α-HL and MspA have in their narrowest point a diameter similar to nucleotide size, they are functional at high temperature both wide range of pH (2-12) but MspA is able to read four nucleotide at the same time while α- HL just can read one by one. Finally, phi29 present a bigger diameter what let to get information about DNA spatial conformation and their interaction with proteins (Feng et al., 2015). Nowaday Oxford Nanopore Technologies (ONT) is the only company which has developed Nanopore technology; they have two devices available to sequencing (PromethION and MinION). The MinION is a single-use DNA sequencing device with the size of a USB memory with a total of 3000 nanopores that can sequence until 200kb. The PrometheION is big size sequencer that own 48 different cells, what let to sequence different samples at the same time, with a total of 144.000 nanopores and reading of several megabases (https://www.nanoporetech.com/). The high processivity and low cost become this technique in a great option to massive- sequencing.

Aportaciones al hardware para sensores táctiles inteligentes basados en FPGAs

En esta tesis doctoral se presentan distintas soluciones para la adquisición de datos provenientes de matrices de sensores resistivos, y en concreto de sensores táctiles piezorresistivos. Los circuitos propuestos reducen el hardware de acondicionamiento y adquisición clásico, implementado una conexión directa entre el sensor y el dispositivo digital (FPGA) que recibe los datos. El objetivo es la adquisición en paralelo y con bajo coste y consumo de área de grandes cantidades de datos provenientes de los sensores matriciales, aprovechando las capacidades de las FPGAs para llevar a cabo medidas simultáneas de varios sensores. Dependiendo del tipo de direccionamiento que pueda ser empleado, dos soluciones son propuestas. En el caso donde el número de unidades sensoriales de la matriz no sea excesivamente alto y el direccionamiento pueda ser realizado sin compartir conexionado, el valor de resistencia de los distintos elementos de la matriz se obtiene a partir del tiempo de descarga de una red RC o integrador pasivo que incluye al sensor. Por otro lado, para matrices con un gran número de elementos o donde el direccionamiento de los mismos haga uso de conexiones compartidas, el uso de un circuito integrador activo reduce la diafonía entre los elementos medidos simultáneamente. El análisis y caracterización de los circuitos propuestos para un rango de resistencias de un sensor táctil piezorresistivo da lugar a una resolución efectiva en la conversión analógico-digital de 10 bits y 8 bits para los circuitos de conexión directa basados en el integrador pasivo y activo, respectivamente. En cuanto a la exactitud en la medida del valor de resistencia, se alcanzan errores relativos del 0,066% (integrador pasivo) y del 0,77% (integrador activo), empleando una novedosa técnica de calibración que hace uso de un único elemento de referencia. Por último, se propone una arquitectura para un sistema táctil basada en los circuitos anteriormente citados. Dos implementaciones se han desarrollado: un prototipo para caracterización y pruebas de laboratorio, y otro para un demostrador en una mano robótica comercial (mano de Barrett). Con estas realizaciones se comprueba que el sistema táctil es capaz de realizar el refresco del conjunto de sensores con una tasa lo suficientemente alta para aplicaciones que requieran una rápida respuesta dinámica (por ejemplo, detección de deslizamiento de objetos en tareas de manipulación con manos robóticas). Además, el paralelismo de las FPGAs no sólo se explota en la adquisición de datos, sino que el pre-procesado que puede realizarse en el sensor inteligente resultante tiene un gran potencial. Como ejemplo, en este trabajo se extraen los momentos geométricos y la elipse asociados a las imágenes táctiles adquiridas por cada uno de los sensores que conforman el sistema.