CN102703311B - 用于dna测序仪的自适应调整的反应仓 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓，包括底座、进行测序反应的反应池体和用于安装测序芯片的测序芯片安装座；测序芯片安装座固定连接在反应池体上，底座上固定连接有多个导向杆，反应池体上设有与导向杆对应的多个通孔，反应池体通过通孔滑动连接在导向杆上；反应池体与底座之间设有弹性部件。本发明的用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓，可以使光纤面板的外端面与测序芯片尽量靠近，由于反应池体与导向杆之间留有间隙，并能使光纤面板的外端面与测序芯片之间具有尽量高的平行度精度、防止了外来的光学污染，从而降低了背景噪声，实现高信噪比测序信号的获取。

Description

用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓

技术领域

本发明涉及DNA测序技术领域，具体涉及一种用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓，能让使CCD相机的光纤面板与测序芯片之间尽可能地贴紧，并实现二者之间的平行度的自适应调整。

背景技术

在DNA测序技术领域，焦磷酸测序技术（pyrosequencing），是由Nyren等人于1987年发展起来的一种新型的酶级联测序技术，其可重复性和精确性能与Sanger法DNA测序技术相媲美，而速度却大大提高。

焦磷酸测序技术是由4种酶催化的同一反应体系中的酶级联化学发光反应。焦磷酸测序技术的原理是：引物与模板DNA退火后，在DNA聚合酶（DNA polymerase）、ATP硫酸化酶（ATP sulfurylase）、荧光素酶（luciferase）和三磷酸腺苷双磷酸酶（Apyrase）四种酶的协同作用下，将引物上每一个dNTP的聚合与一次光信号的释放偶联起来，通过检测光的释放和强度，达到实时测定DNA序列的目的。焦磷酸测序技术的反应体系由反应底物、待测单链、测序引物和四种酶构成。反应底物为5’-磷酰硫酸（adenosine-5’-phosphosulfate，APS）和荧光素（luciferin）。

在每一轮测序反应中，反应体系中只加入一种脱氧核苷酸三磷酸（dNTP），如果它刚好能和DNA模板的下一个碱基配对，则会在DNA聚合酶的作用下，添加到测序引物的3’末端，同时释放出一个分子的焦磷酸（PPi）。在ATP硫酸化酶的作用下，生成的PPi可以和APS结合形成ATP，在荧光素酶的催化下，生成的ATP又可以和荧光素结合形成氧化荧光素，同时产生可见光。通过微弱光检测装置及处理软件可获得一个特异的检测峰，峰值的高低则和相匹配的碱基数成正比。如果加入的dNTP不能和DNA模板的下一个碱基配对，则上述反应不会发生，也就没有检测峰。反应体系中剩余的dNTP和残留的少量ATP在Apyrase的作用下发生降解。待上一轮反应完成后，加入另一种dNTP，使上述反应重复进行，根据获得的峰值图即可读取准确的DNA序列信息。

整体操作流程描述如下：DNA样品通过破碎后，应用建库试剂进行加接头、单链捕获、结合至微球、微乳液PCR扩增、破乳液，获得建立在微球上的DNA文库，应用加样板将文库和测序反应需要的酶等铺放至具有微反应池的测序芯片，测序芯片和测序试剂安装至主机上，通过控制计算机根据模块数量和位置启动测序程序，自动化进行测序反应，产生的数据传输至数据分析计算机，完成测序后应用计算分析软件进行图像处理、序列读出、质量分析、序列拼接等工作，最终得到DNA样本的序列信息。刻有微反应池的测序芯片由芯径25μm厚度2mm的光纤面板进行单面光纤芯层刻蚀得到，刻蚀深度40μm，芯片上共计约300万个微反应池，其中成像部分约120万个微反应池。微反应池测序芯片是测序反应的载体，载有测序模板的DNA Beads及各种测序反应用酶均位于刻有微反应池的测序芯片中。

测序过程中，在测序芯片上发生化学反应，产生可见光，通过CCD（Charge Couple Device）相机捕捉测序反应所产生的光信号，即可得到所需要的测序信息。发明人在实现本发明的过程发现，由于测序信号为极其微弱的可见光波段的光信号，为实现高信噪比测序信号的获取，要求安装于反应仓内的测序芯片外端面与CCD相机前端的光纤面板的外端面尽量靠近，并且二者之间具有尽量高的平行度精度，以保证测序信号不被污染，能被CCD相机完整地接收。

发明内容

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓，使安装于反应仓内的测序芯片外端面与CCD相机前端的光纤面板外端面能够实现尽量靠近，并具有尽量高的平行度精度，以实现高信噪比测序信号的获取。

为解决上述问题，本发明提供了一种用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓，包括底座、进行测序反应的反应池体和用于安装测序芯片的测序芯片安装座；所述反应池体一侧的表面上开设有环形凹槽；所述测序芯片安装座上开设有贯通的安装腔，所述测序芯片安装在所述安装腔的一端内；所述反应池体开设有环形凹槽的一侧面朝向所述安装腔与所述测序芯片安装座固定连接；所述测序芯片与所述反应池体开设有环形凹槽的侧面之间设有供测序用药液流过的间隙，所述间隙通过嵌设于所述凹槽内并凸出所述环形凹槽的密封圈围成供测序反应的测序反应池；所述反应池体的另一侧面贴在所述底座上，并且在所述反应池体和所述底座上设有对应的多个通孔，所述反应池体通过穿过所述通孔的导向杆与所述底座连接，所述导向杆的一端与所述底座固定连接，所述反应池体通过所述通孔套在所述导向杆上能在所述导向杆的轴向上滑动并能在所述导向杆的径向上微动；所述反应池体与所述底座之间设有弹性部件。

作为优选，所述反应池体包括背板和设在所述背板上向所述背板的一侧凸出的凸台，所述环形凹槽开设在所述凸台的端面上；所述测序芯片安装座包括座体，所述安装腔开设在所述座体上，所述座体与所述背板之间固定连接使所述凸台伸入所述安装腔内并使所述凸台与所述测序芯片之间设有供测序用药液流过的所述间隙；所述反应池体设有背板的一侧贴在所述底座上，所述反应池体与所述底座对应设置的多个所述通孔开设在所述背板上。

作为优选，所述弹性部件为弹簧。

作为优选，所述底座与所述反应池体连接的一侧设有空腔，所述空腔内设有一个或多个整体位于所述空腔内的弹簧杆，所述弹簧套在所述弹簧杆上并伸出所述空腔；设在所述反应池体上的所述通孔呈台阶状，所述通孔靠近所述底座的一段为滑动段，所述通孔的另一段为安装段，所述安装段的内径大于所述滑动段，所述安装段与所述滑动段连接处形成台阶；所述导向杆的一端为与所述底座连接的连接部，所述导向杆的另一端设有用于卡持在所述台阶处的凸起部，所述导向杆的中部靠近所述凸起部的部分为在所述滑动段内滑动的滑动部；所述滑动段的直径稍大于所述滑动部的直径。

作为优选，所述弹簧杆为两个。

作为优选，所述凹槽为六边形，当所述反应池体竖直放置时，所述六边形的上端设有出液口，所述六边形的下端设有进液口。

作为优选，所述DNA测序仪包括竖直设置的支架，所述底座转动连接在所述支架上。

本发明的用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓，当CCD相机向反应仓靠近时，当安装于反应仓内的测序芯片的外端面与CCD相机前端的光纤面板外端接触时，光纤面板通过推动测序芯片带动测序芯片安装座和反应池体向底座的方向移动，在弹性部件的反作用下，使光纤面板的外端面与测序芯片尽量靠近。并且，由于反应池体的通孔与导向杆之间留有间隙，光纤面板还可以通过推动测序芯片带动测序芯片安装座和反应池体在导向杆的径向稍微浮动，使光纤面板的外端面与测序芯片之间具有尽量高的平行度精度、防止了外来的光学污染，从而降低了背景噪声，实现高信噪比测序信号的获取。

附图说明

图1为本发明的实施例的用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓的分解示意图；

图2为本发明的实施例的用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓的底座的主视示意图；

图3为图2的左侧视（局部剖视）示意图；

图4为本发明的实施例的用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓的反应池体与导向杆配合的结构示意图；

图5为图4的左侧视（局部剖视）示意图；

图6为图5中的反应池体的结构示意图；

图7为图5中的导向杆的结构示意图；

图8为本发明的实施例的用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓的测序芯片安装座的主视示意图；

图9为图8的左侧视（局部剖视）示意图；

图10为本发明的实施例的用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓与CCD相机连接时的结构示意图（局部剖视）。

主要附图标记说明

1-CCD相机            4-光纤面板            5-反应池体

6-测序芯片安装座     7-测序芯片            8-底座

9-导向杆         51-测序反应池        54-背板

55-凸台          56-环形凹槽          58-密封圈

59-导热硅胶发    61-螺钉              63-座体

64-安装腔        81-弹簧              82-第二通孔

85-弹簧杆        86-弹簧座            87-转轴

91-连接部        93-凸起部            510-进液口

511-出液口       605-滑动段           606-安装段

610-台阶         612-螺孔

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明的实施例的用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓，包括底座8、进行测序反应的反应池体5和用于安装测序芯片7的测序芯片安装座6；测序芯片安装座6固定连接在反应池体5上，底座8和反应池体5上设有穿过其二者的多个导向杆9，并且导向杆9与底座8固定连接，反应池体5套在导向杆9上，在导向杆9的轴向上滑动并能在导向杆9的径向上微动。反应池体5与底座8之间设有弹性部件，如图1、图3所示，本实施例中，弹性部件优选为弹簧81，弹簧81套在弹簧杆85上，弹簧具有结构简单，便于安装的优点，当然还可以选用能实现同样功能的其他弹性部件来实现。以下结合附图1-10详细说明本实施例的用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓的详细结构以及其与CCD相机连接时的工作过程。

如图1、图2和图3所示，底座8的一侧设有空腔80，空腔80内并列设有两个弹簧杆85，弹簧杆85整体位于空腔80内，不能伸出空腔80。弹簧81套在弹簧杆85上，并伸出空腔80。作为优选，本实施例中，空腔80的底部设有弹簧座86，弹簧杆85位于弹簧座86上，增加的弹簧座86可以减少弹簧81所需的长度。设置空腔80是为了便于安装其他部件。

如图1、图3所示，反应池体5包括背板54和设在所述背板54上并向背板54的一侧凸出的凸台55，所述凸台55的端面上设有封闭的环形凹槽56，封闭的环形凹槽56所围成的区域为测序反应池51；如图3所示，环形凹槽56内嵌设有密封圈58，密封圈58凸出凸台55的端面，以围成测序反应池51，其中凸台55的端面尽可能的平整。如图1、图3、图4和图5所示，反应池体5设有背板54的一侧贴在底座8上，反应池体5的凸台55上设有四个第一通孔，所述第一通孔为台阶状，靠近底座的一段为滑动段605，第一通孔的另一段为安装段606，安装段606的内径大于滑动段605，形成台阶610。如图4-图7所示，导向杆9的一端为与底座8连接的连接部91，导向杆9的另一端设有用于卡持在台阶610处的凸起部93，导向杆9的中部靠近凸起部93的部分为用于与滑动段605配合的滑动部92。如图7所示，连接部91上设有螺纹，如图4所示，导向杆9的凸起部93的端部设有用于配合螺丝刀的刀槽。导向杆9穿过第一通孔和底座8上的第二通孔82，连接部91露出底座8的背部，然后通过螺母紧固，从而实现导向杆9与底座8之间的固定连接。为了使反应池体5与导向杆9之间实现滑动连接，滑动段605的直径略大于滑动部92的直径，这样反应池体5可以实现在导向杆9的轴向上的滑动，又能实现反应池体5在导向杆9的径向上的微动。在本实施例中，作为优选方案，导向杆9上设有凸起部93，以便在将反应池体5滑动连接在导向杆9上时，通过凸起部93与台阶610的限位作用，在拧紧连接部91上的螺母时，凸起部93推动反应池体5向底座8的方向移动，以压缩弹簧81，使反应池体5和底座8之间具有一定的预紧度，上述弹簧81伸出空腔80就是为了当反应池体5贴在底座8上时，弹簧81就能给反应池体5一定的作用力。当然，导向杆9上还可以不设置凸起部93，但是会影响反应池体5和底座8之间的配合。

如图1、图8、图9和图10所示，测序芯片安装座6包括座体63和开设在座体63上的安装腔64，测序芯片安装座6位于反应池体5设有凸台55的一侧，座体63与背板54之间固定连接使凸台55伸入安装腔64内，测序芯片7固定于安装腔64的外端，测序芯片7与凸台55的端面之间设有供测序用药液流过的间隙，该间隙通过嵌设于环形凹槽56内的密封圈58密封，所述间隙的大小约为0.2mm，密封圈58凸出环形凹槽56与测序芯片7接触以围成封闭的供测序反应的测序反应池51。在本实施例中，该环形凹槽56为为长六边形，长六边形的长端分别开有进液口510和出液口512，在反应池体5竖直放置时，进液口510处于下方，出液口511处于上方，形成液流在反应仓中均衡流过的流体动力学优势形状。如图1所示，在测序反应池51的底部通过导热硅胶59固定有半导体加热器和温度传感器（图中未示出），反应仓内的温度控制在35±1℃。如图1、图8和图9所示，测序芯片安装座6的座体63上设有四个第三通孔，测序芯片安装座6通过穿过该四个第三通孔的四个螺钉61与反应池体5的背板54上所设的四个螺孔612进行连接，从而实现测序芯片安装座6的座体63与反应池体5的背板54之间的固定连接。

为了便于装卸测序芯片7，作为优选，本实施例中的DNA测序仪包括支架（未示出），底座8通过如图1和图3所示的转轴87转动连接在支架上，安装或者卸下测序芯片7的时候，让底座8位于水平位置，当进行测序反应时，底座8位于如图1所示的竖直位置。

图10示出了本实施例的用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓与CCD相机连接时的结构，即用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓处于工作状态时的结构示意图。如图10所示，在进行测序反应时，CCD相机1靠近反应仓，CCD相机1前端的光纤面板4的外端面贴在测序芯片7上，随着CCD相机1向反应仓的方向移动，光纤面板4推动测序芯片7移动，由于测序芯片7固定在测序芯片安装座6内，测序芯片安装座6和反应池体5之间也为固定连接，从而测序芯片7能带动反应池体5在导向杆9上沿导向杆9的轴向滑动，由于反应池体5受到反应池体5与底座8之间的弹簧81的作用力，测序芯片7的外端面与光纤面板4之间相互靠紧。在测序芯片7的外端面与光纤面板4未完全实现平行之前，由于受到弹簧81的作用力，在光纤面板4的外端面靠紧测序芯片7的过程中，反应池体5在受到弹簧81的作用力时，在导向杆9的径向上微动，带动测序芯片7在导向杆9的径向上微动，从而实现光纤面板4的外端面与测序芯片7之间的平行度的调整。测序芯片7通过在导向杆9轴向上的调整，实现了测序芯片7的外端面与光纤面板4的外端面之间尽可能地贴近，反应池体5在导向杆9的径向上微动，实现了光纤面板4的外端面与测序芯片7之间具有尽量高的平行度精度，在光纤面板4从测序芯片7上读取测序反应的荧光信号时，防止了外来的光学污染，从而降低了背景噪声，实现高信噪比测序信号的获取。

当然，以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于DNA测序仪的自适应调整的反应仓，其特征在于，包括底座、进行测序反应的反应池体和用于安装测序芯片的测序芯片安装座；

所述反应池体一侧的表面上开设有环形凹槽；  

所述测序芯片安装座上开设有贯通的安装腔，所述测序芯片安装在所述安装腔的一端内；

所述反应池体开设有环形凹槽的一侧面朝向所述安装腔与所述测序芯片安装座固定连接；所述测序芯片与所述反应池体开设有环形凹槽的侧面之间设有供测序用药液流过的间隙，所述间隙通过嵌设于所述凹槽内并凸出所述环形凹槽的密封圈围成供测序反应的测序反应池；

所述反应池体的另一侧面贴在所述底座上，并且在所述反应池体和所述底座上设有对应的多个通孔，所述反应池体通过穿过所述通孔的导向杆与所述底座连接，所述导向杆的一端与所述底座固定连接，所述反应池体通过所述通孔套在所述导向杆上能在所述导向杆的轴向上滑动并能在所述导向杆的径向上微动；

所述反应池体与所述底座之间设有弹性部件；

所述的弹性部件为弹簧；

所述底座与所述反应池体连接的一侧设有空腔，所述空腔内设有一个或多个整体位于所述空腔内的弹簧杆，所述弹簧套在所述弹簧杆上并伸出所述空腔。

2.如权利要求1所述的自适应调整的反应仓，其特征在于，所述反应池体包括背板和设在所述背板上向所述背板的一侧凸出的凸台，所述环形凹槽开设在所述凸台的端面上；

所述测序芯片安装座包括座体，所述安装腔开设在所述座体上，所述座体与所述背板之间固定连接使所述凸台伸入所述安装腔内并使所述凸台与所述测序芯片之间设有供测序用药液流过的所述间隙；

所述反应池体设有背板的一侧贴在所述底座上，所述反应池体与所述底座对应设置的多个所述通孔开设在所述背板上。

3. 如权利要求2所述的自适应调整的反应仓，其特征在于，

设在所述反应池体上的所述通孔呈台阶状，所述通孔靠近所述底座的一段为滑动段，所述通孔的另一段为安装段，所述安装段的内径大于所述滑动段，所述安装段与所述滑动段连接处形成台阶；

所述导向杆的一端为与所述底座连接的连接部，所述导向杆的另一端设有用于卡持在所述台阶处的凸起部，所述导向杆的中部靠近所述凸起部的部分为在所述滑动段内滑动的滑动部；

所述滑动段的直径稍大于所述滑动部的直径。

4. 如权利要求3所述的自适应调整的反应仓，其特征在于，所述弹簧杆为两个。

5. 如权利要求1或2所述的自适应调整的反应仓，其特征在于，所述凹槽为六边形，当所述反应池体竖直放置时，所述六边形的上端设有出液口，所述六边形的下端设有进液口。

6. 如权利要求1或2所述的自适应调整的反应仓，其特征在于，所述DNA测序仪包括竖直设置的支架，所述底座转动连接在所述支架上。

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