具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接或可以相互通信;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开,下文中对特定例子的部件和设定进行描述。此外,本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母,这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设定之间的关系。
本发明实施方式所称的“序列测定”同核酸序列测定,包括DNA测序和/或RNA测序,包括长片段测序和/或短片段测序。所称的“序列测定反应”同测序反应。一般地,在核酸序列的测定中,通过一轮测序反应能够测定一个碱基或者一个特定类型的碱基,所称碱基选自A、T、C、G和U中的至少一种。在边合成边测序和/或边连接边测序的测序反应中,所称的一轮测序反应包括延伸反应(碱基延伸)、信息收集(拍照/图像采集)和基团切除(cleave)。所称的“核苷酸类似物”即底物,也称为终止子(terminator),为A、T、C、G和/或U的类似物,能够遵循碱基互补原则与特定类型的碱基配对、同时能够终止下一个核苷酸/底物结合到模板链上。
请参图1,本发明实施方式提供一种对序列测定反应进行控制的方法。序列测定反应包括第一生化反应、第二生化反应和拍照,第一生化反应和第二生化反应在反应装置40进行,利用序列测定系统对序列测定反应进行控制。
请结合图2和图3,序列测定系统包括流体装置100和光学装置200,反应装置40和流体装置100相连,反应装置40包括第一单元41和第二单元42,第一单元41和第二单元42上具有待测样品,定义序列测定反应包含的一种重复执行单位S12为第二生化反应-第一生化反应-拍照,
方法包括在完成以下初始步骤S11之后,使得当利用流体装置使100第一单元41和第二单元42中的一个进行样品的第二生化反应和第一生化反应的同时,利用光学装置200对另一个单元的样品进行拍照,
初始步骤S11包括步骤:
a利用流体装置100使第一单元41和第二单元42中的一个上的样品进行第一生化反应,
b利用光学装置200对进行第一生化反应后的单元上的样品进行拍照,
c利用流体装置100使第一单元41和第二单元42中的另一个上的样品进行第一生化反应。
上述方法,基于序列测定反应中,将反应装置至少分为两个单元,利用流体装置100使其中一个单元在进行生化反应的同时,利用光学装置200对另一个单元进行拍照即图像采集,进而可减少序列测定所用的时间,提高了序列测定效率。
具体地,发明人基于发现的测序反应中生化反应和信息收集的时间差、基于反应装置以及序列测定系统中光学装置的数目,将反应装置至少分为两个单元,作出如上的计算机可执行的并行控制调用装置/系统的全部或部分进行序列测定反应的方法,充分利用测序反应中的主要步骤的时间差,大大提高测序反应效率。
一般地,进行序列测定反应所需的装置/系统,从硬件花费来看,光学装置/系统的花费大于流体装置/系统的花费,流体装置/系统的花费大于反应装置/芯片的花费。利用本发明的这一方法控制序列测定反应,能够充分利用光学装置/系统、流体装置/系统和反应装置,进一步降低测序成本。
具体地,在某些实施方式中,反应装置40可为芯片,反应装置40的第一单元41和第二单元42均包括多条通道(channel),在初始步骤S11后,第一单元41的通道和第二单元42的通道在序列测定反应是错开的、不同步的、相互不影响的。例如,在需要对第一单元41上的样品进行生化反应时,流体装置100会向第一单元41输送反应用的试剂,此时,不会使相同试剂进入第二单元42,反之亦然。
在一个例子中,在利用全内反射(TIRF)光学系统检测的单分子测序平台上进行核酸序列测定,基于后续遗传信息分析所需的数据量以及处理后的有效数据的比例的经验值,预估所需的原始数据量对应的图像采集数目大约为300个视野(FOV)。在一轮序列测定反应中,利用光学装置200控制移动反应装置40以及采集300个FOV所需的时间大致与利用流体装置100进行第一生化反应和第二生化反应的时间的总和相等,利用本发明的这一实施方式的方法,能够提高一倍的反应效率。
本领域技术人员可以理解,若在一些其它情况,如遗传信息分析所需的数据量减少和/或处理后的有效数据的比例提高,使得每一轮测序反应所需采集的FOV数变少,即拍照所需时间减少或者生化反应的总时间变长,可利用本发明的方法将m个反应装置分成n个单元,m、n均为大于或等于1的整数,n大于或等于两倍的m,使各单元处于一轮/不同轮测序反应的不同步骤或阶段,能够充分利用光学装置200和流体装置100,提高反应效率。本领域技术人员还可以理解,若在一些与以上示例相反的情况中,如生化反应所需时间变少等,利用本发明的这一方法也能够充分利用反应装置40上的单元数目配置来提高效率。
在某些实施方式中,在进行序列测定反应前,反应装置40的第一单元41和第二单元42的通道的表面上已固定有待序列测定的样品,待序列测定的样品例如是具有双链或单链结构的DNA链。
在本发明实施方式中,重复执行单位S12为第二生化反应-第一生化反应-拍照,指的是,在对反应装置40某一个单元进行序列测定反应时,依次对该单元上的样品进行第二生化反应、第一生化反应和拍照。当重复执行单位被执行多次时,本发明实施方式的方法会出现对单元上的样品进行第一生化反应-拍照-第二生化反应的重复执行过程,和/或出现对单元上的样品进行拍照-第二生化反应-第一生化反应的重复执行过程。需要说明的是,一般地,所称序列测定反应每经一个以下循环:第一生化反应、拍照和第二生化反应,就能够完成一个至少一种碱基的测定,所称碱基选自A、T、C、G和U中的至少一种。本领域技术人员可以理解,本发明中的对“重复执行单位”的定义,只是为了方便说明本发明方案,不为限定序列测定反应中的反应顺序。
在本发明实施方式中,当利用流体装置100使第一单元41上的样品进行第二生化反应和第一生化反应的同时,利用光学装置200对第二单元42上的样品进行拍照,然后,根据重复执行单元,在利用流体装置100使第一单元41上的样品进行完第二生化反应和第一生化反应后,利用光学装置200对第一单元41上的样品进行拍照的同时,在对第二单元42上的样品进行拍照后,利用流体装置100使第二单元42上的样品进行第二生化反应和第一生化反应。
在另外的实施方式中,当利用流体装置100使第二单元42上的样品进行第二生化反应和第一生化反应的同时,利用光学装置200对第一单元41上的样品进行拍照,然后,根据重复执行单元,在利用流体装置100使第二单元42上的样品进行完第二生化反应和第一生化反应后,利用光学装置200对第二单元42上的样品进行拍照的同时,在对第一单元41上的样品进行拍照后,利用流体装置100使第一单元41上的样品进行第二生化反应和第一生化反应。
在本发明实施方式中,请参图1,在初始步骤S11中,a利用流体装置100使第一单元41上的样品进行第一生化反应;
b利用光学装置200对进行第一生化反应后的第一单元41上的样品进行拍照;
c利用流体装置100使第二单元42上的样品进行第一生化反应。
在另一实施方式中,在初始步骤中,a利用流体装置100使第二单元42上的样品进行第一生化反应;
b利用光学装置200对进行第一生化反应后的第二单元42上的样品进行拍照;
c利用流体装置100使第一单元41上的样品进行第一生化反应。
利用光学装置200对样品进行拍照形成图像数据,图像数据可输出至序列测定系统其它装置/模块进行处理以得到相应的图像。
在某些实施方式中,步骤a和步骤c同时进行,或步骤b和步骤c同时进行,或步骤b在步骤c之前进行,或步骤b在步骤c之后进行。
如此,对序列测定进行控制的方法的实施具有更多的灵活性。
具体地,在本发明实施方式中,在步骤a中,利用流体装置100使第一单元41上的样品进行第一生化反应时,第二单元42上的样品不受第一单元41上的样品的第一生化反应影响。反之亦然。
较佳地,步骤b和步骤c同时进行,这样进一步提高方法的效率。
在某些实施方式中,第一生化反应包括延伸反应,第二生化反应包括基团切除。
如此,使对序列测定反应进行控制的方法应用范围更广。
具体地,在某些实施方式中,在对序列测定反应进行之前,反应装置40的第一单元41和第二单元42的通道内已固定有待序列测定的样品,即模板链。聚合酶/连接酶延伸反应是基于碱基互补、将特定底物连接到待序列测定的样品上,以及利用底物上带有的可检测基团来测定结合上的底物的类型,以测定序列。在一个例子中,可检测基团包括荧光基团,会在特定波长的激光下发出荧光。
基团切除(cleave)反应是将结合到待序列测定的样品(模板)上的底物上带有的基团剪切掉,这样使得模板的下一个碱基能够继续被测定,即第一单元41和/或第二单元42上的样品能够继续进行序列测定反应。
在某些实施方式中,延伸反应包括边连接边测序和边合成边测序。
在某些实施方式中,第二生化反应包括加帽。
所称的加帽主要为保护基团切除后暴露出来的基团/键。在一个例子中,第一生化反应包括碱基延伸反应,所加底物的结构为A/T/C/G-终止基团-连接单元-发光基团,其中的终止基团为光和/或化学可断裂基团,通过连接单元(linker)使底物带有发光基团。第二生化反应包括基团切除,通过光和/或化学切除可断裂基团后,暴露出来的基团为巯基,通过加帽如通过加入烷基化试剂,能够保护巯基不被氧化。
如此,使得对序列测定反应进行控制的方法应用范围更广。
在某些实施方式中,拍照还包括加成像试剂。所称成像试剂包含抗氧化的成分,例如水溶性维生素E(Trolox)等,能够避免或者减少图像采集过程中光对样品造成的损伤或影响。
较佳地,激光激发样品发出的光为荧光,可减少环境光对成像装置对样品拍照时的不利影响。
进一步地示例说明:“信号收集”过程包括加成像试剂、图像采集(在本发明实施方式中,将加成像试剂放在拍照中);cleave后,缓冲液(buffer1)清洗、加帽(加某种保护试剂,与底物结构有关)、再buffer2清洗(buffer1、2可以相同,也可不同)。
在某些实施方式中,请参图2,流体装置100包括阀体组件10及驱动组件50,驱动组件50通过反应装置40连通阀体组件10,在利用流体装置100使第一单元41和/或第二单元42上的样品进行第一生化反应和/或第二生化反应时,阀体组件10用于切换连通不同的试剂,驱动组件50使阀体组件10输出试剂至第一单元41和/或第二单元42。
如此,通过阀体组件10和驱动组件50,能够方便地将序列测定反应所需的不同试剂输入至第一单元41和/或第二单元42。
具体地,在本发明实施方式中,流体装置100包括试剂组件,试剂包括第一试剂、第二试剂和第三试剂,试剂组件包括盛装第一试剂的第一试剂瓶11、盛装第二试剂的第二试剂瓶12和盛装第三试剂的第三试剂瓶13,阀体组件10通过管道连接第一试剂瓶11、第二试剂瓶12和第三试剂瓶13。阀体组件10切换连通不同的试剂瓶,以使驱动组件50能够从与阀体组件10连通的试剂瓶中抽取试剂至第一单元41和/或第二单元42。
在某些实施方式中,阀体组件10包括第一多通阀20和第一三通阀30,第一多通阀20切换连通不同的试剂至第一三通阀30,第一三通阀30将第一多通阀20输出的试剂输出至第一单元41和/或第二单元42。
如此,通过第一多通阀20和第一三通阀30实现了驱动组件50使阀体组件10输出不同的试剂至第一单元41和/或第二单元42。
具体地,在本发明实施方式中,第一多通阀20管道连接第一试剂瓶11、第二试剂瓶12、第三试剂瓶13及第一三通阀30,第一多通阀20用于将第一试剂瓶11、第二试剂瓶12或第三试剂瓶13与第一三通阀30相连通。第一三通阀30管道连接第一单元41、第二单元42及第一多通阀20,第一三通阀30用于将第一单元41或第二单元42与第一多通阀20相连通。
在某些实施方式中,第一试剂为测序试剂,第二试剂为基团切除试剂,第三试剂为成像试剂,第一多通阀20包括连接第一试剂瓶11的第一抽取口21、连接第二试剂瓶12的第二抽取口22和连接于第三试剂瓶13的第三抽取口23,以及一个出液口24。出液口24与第一抽取口21、或第二抽取口22或第三抽取口23相连通。测序试剂为包含延伸反应至少一部分反应物的试剂,例如是包含底物和聚合酶/连接酶的试剂。底物带有可检测基团,例如带荧光基团。
第一三通阀30包括吸液口31、第一分流口32和第二分流口33,吸液口31连通第一分流口32或第二分流口33。吸液口31连通出液口24。第一单元41和第二单元42分别连通第一分流口32和第二分流口33。
在本发明实施方式中,第一多通阀20为旋转阀,第一抽取口21、第二抽取口22和第三抽取口23分别围绕于出液口24周围,第一抽取口21、第二抽取口22和第三抽取口23通过绕出液口24旋转的旋转管道25连通出液口24。旋转管道25可以依次旋转至第一抽取口21、第二抽取口22和第三抽取口23的位置,从而实现出液口24可以依次连通第一试剂瓶11、第二试剂瓶12和第三试剂瓶13,即反应装置40可以分别从第一试剂瓶11、第二试剂瓶12和第三试剂瓶13获取不同的试剂,进而使样品进行第一生化反应、第二生化反应和拍照。在其它实施方式中,出液口24与第一抽取口21、第二抽取口22和第三抽取口23的连通顺序也可以不限制。
在本发明实施方式中,第一三通阀30的吸液口31与第一分流口32相连通时,吸液口31与第二分流口33断开,反之亦然。吸液口31可以是按照序列测定所需而连通第一分流口32或第二分流口33,即当第一单元41上的样品进行第二生化反应和第一生化反应时,第一分流口32与吸液口30相连通,从而吸液口30经第一分流口32向第一单元41提供所需的第二试剂和第一试剂,在第一单元41获取完第二试剂和第一试剂后,第二分流口33与吸液口31相连通,从而使得第二单元42获取第三试剂,光学装置200可对第二单元42上的样品进行拍照。
待第二单元42上的样品拍照完成后,第二单元42开始经吸液口31获取第二试剂和第一试剂,使第二单元42上的样品进行第二生化反应和第一生化反应,在第二单元42获取完第二试剂和第一试剂后,第一分流口32与吸液口31相连通,第一单元41获取第三试剂,光学装置200可对第一单元41上的样品进行拍照,从而有效减少序列测定的时间,提高序列测定的效率。
在某些实施方式中,驱动组件50包括第一泵51和第二泵52,第一泵51通过第一单元41连通阀体组件10,第二泵52通过第二单元42连通阀体组件10,在利用流体装置100使第一单元41和/或第二单元42上的样品进行第一生化反应和/或第二生化反应时,利用第一泵51使阀体组件10输出试剂至第一单元41,和/利用第二泵52使阀体组件10输出试剂至第二单元42。
如此,利用第一泵51和第二泵52可分别实现将阀体组件10输出的试剂传输至第一单元41和/或第二单元42,方便操作。
具体地,第一泵51和第二泵52分别管道连接第一单元41和第二单元42。
在本发明示例中,第一泵51通过第一单元41连通第一三通阀的第一分流口,第二泵52通过第二单元42连通第一三通阀的第二分流口,工作时,第一泵51向第一单元41提供负压,以使第一单元41依次获取第二试剂和第一试剂进行第二生化反应和第一生化反应,在第一单元41获取完第二试剂和第一试剂后,第一泵51停止提供负压,第二泵52提供负压以使第二单元42获取第三试剂,并利用光学装置200对第二单元42上的样品进行拍照。
需要指出的是,在使第一单元41上的样品进行第二生化反应和第一生化反应时,出液口24依次连通第二抽取口22和第一抽取口21以抽取第二试剂和第一试剂,吸液口31与第一分流口32连通,第一泵51向第一单元41提供负压时,使得第二试剂和第一试剂依次进入第一单元41的通道内。
在第一单元41获取完第二试剂和第一试剂后,第一泵51停止提供负压,出液口24连通第三抽取口23以抽取第三试剂,吸液口24与第二分流口33连通,第二泵52向第二单元42提供负压,使得第三试剂进入第二单元42的通道内,并利用光学装置200对第二单元42上的样品进行拍照。因此,阀体组件10、驱动组件50和光学装置200协同工作,在使第一单元41上的样品在进行第二生化反应和第一生化反应的同时,对第二单元42上的样品进行拍照。反之亦然。
在某些实施方式中,流体装置100包括至少一个第一容器和测序试剂配置组件60,试剂包括测序试剂,在利用流体装置100使第一单元41和/或第二单元42上的样品进行第一生化反应和/或第二生化反应时,测序试剂配置组件60将测序试剂输出至与阀体组件10连通的第一容器中。
如此,方便将进行序列测定反应用的试剂加入到第一单元41和第二单元42中。
具体地,在本发明示例中,第一容器为第一试剂瓶11。在一个例子中,第一容器的数目是多个。
测序试剂配置组件60包括多个测序试剂原料瓶61、第二多通阀62、第二三通阀63和第三泵64。多个测序试剂原料瓶61用以盛装多种测序试剂原料,第二多通阀62同时管道连接多个测序试剂原料瓶61,以及管道连接第二三通阀63。第二三通阀63还管道连接第三泵64和第一试剂瓶11。第三泵64经第二三通阀63和第二多通阀62与其中一个测序试剂原料瓶61相连通。第一试剂瓶11经第二三通阀63与第三泵64相连通。其中,第三泵64依次与多个测序试剂原料瓶61相连通,以抽取多个测序试剂原料瓶61中的测序试剂原料,并混合配置成测序试剂,第三泵64与第一试剂瓶11相连通,用于将测序试剂注射至第一试剂瓶11中。
本实施方式中,多个测序试剂原料瓶61分别盛装不同的测序试剂原料,从而可以利用第三泵64依次抽取多个测序试剂原料瓶61中的测序试剂原料,从而混合配置成测序试剂。
在一个例子中,测序试剂原料瓶61的数目为九个,分别盛装不同类型的核苷类似物(底物)的溶液、DNA聚合酶溶液以及各种缓冲溶液或巯基保护溶液的组成部分。多个测序试剂原料瓶61可以是放置于试管架上,以便对多个测序试剂原料瓶61进行稳固,同时还可以分别对六个测序试剂原料瓶61贴设不同标签,以方便下次进行测序试剂原料进行补充,避免测序试剂原料的交叉感染。在其它实施方式中,测序试剂原料瓶61的数目还可以是两个、三个、四个、五个、六个、七个或八个等其它数量,可根据实际需要以及各溶液的特性具体调整。
第二多通阀62与第一多通阀20的结构相同设置。不同的是,第二多通阀62实现第三泵64依次和多个测序试剂原料瓶61相连通,第二多通阀62选定其中一个测序试剂原料瓶61连通,并通过控制连通时长,从而控制第三泵64对测序试剂原料瓶61内测序试剂原料抽取量的调节。从而实现多个测序试剂原料瓶61的测序试剂原料可以按比例进行配置,以符合序列测定需求。
第二三通阀63与第一三通阀30结构相同设置。第二三通阀63可以实现第三泵64和第二多通阀62连通,从而第三泵64可以抽取多个测序试剂原料瓶61内的测序试剂原料,配置成测序试剂。第二三通阀63可以实现第三泵64和第一试剂瓶11连通,从而第三泵64可以向第一试剂瓶11中注射已经配置好的测序试剂。
第三泵64可以经第二三通阀63和第二多通阀62向多个测序试剂原料瓶61提供负压,以抽取多个测序试剂原料瓶61中的测序试剂。第三泵64还可以经第二三通阀63向第一试剂瓶11中提供正压,以注射测序试剂至第一试剂瓶11内。
进一步地,第二三通阀63和第一试剂瓶11之间连接有第一混合器65,第一混合器65设置多个第一蜿蜒管道651,多个第一蜿蜒管道651首尾相连,并连通于第二三通阀63和第一试剂瓶11之间。
在本发明实施方式中,多个第一蜿蜒管道651固定于一个固定板上,第一蜿蜒管道651呈S形,多个蜿蜒管道651可以是多排并列,且每排之间相互连通。利用多个第一蜿蜒管道651连通于第二三通阀63和第一试剂瓶11之间,使得从第三泵64注射出的测序试剂经过多个蜿蜒管道651进行缓冲,而且增加测序试剂的流动行程,从而使得测序试剂中的多种测序试剂原料进行充分混合,提升测序试剂反应效率。在其它实施方式中,多个蜿蜒管道651还可以是依次盘旋。
第一试剂瓶11的数目可以是一个,也可以是多个。在一个例子中,第一试剂瓶11的数目为多个,包含不同类型的底物的溶液分别盛放。测序试剂配置组件60还包括第三多通阀66,第三多通阀66同时管道连接多个第一试剂瓶11,以及第二三通阀63,第三泵64经第二三通阀63和第三多通阀66与其中一个第一试剂瓶11相连通。
在本发明实施方式中,多个第一试剂瓶11内的测序试剂不同,第一试剂瓶11的数目为四个。根据第三泵64抽取多个测序试剂原料瓶61的测序试剂原料试剂比例不同,可以配置成不同的测序试剂,从而可以利用多个第一试剂瓶11盛装多种不同的测序试剂。第三多通阀66结构与第二多通阀62结构相同设置。第三多通阀66可以实现第三泵64依次向多个第一试剂瓶11内分别注射不同的测序试剂。具体的,第三泵64每配置完成测序试剂后,经第二三通阀63和第三多通阀66选定一个第一试剂瓶11,并将测序试剂注射至第一试剂瓶11内。在其它实施方式中,第一试剂瓶11的数目还可以是二个、三个、四个、五个、六个或七个等数量,可根据实际需要以及各溶液的特性具体调整。
进一步地,测序试剂配置组件60还包括冲洗试剂瓶67和第一废液瓶68,冲洗试剂瓶67用于盛装冲洗试剂,冲洗试剂瓶67经第二多通阀62和第二三通阀63与第三泵64相连通,第一废液瓶68用于盛装废液,第一废液瓶68经第三多通阀66和第二三通阀63与第三泵64相连通。
冲洗试剂瓶67经第二多通阀62和第二三通阀63与第三泵64相连通时,第三泵64可以抽取冲洗试剂瓶67内冲洗试剂,以对第三泵64进行冲洗,即第三泵64在配置完成一种测序试剂后,下一次配置测序试剂之前,可以先抽取冲洗试剂瓶67内的冲洗试剂,进行冲洗后再次配置测序试剂,从而避免配置两种不同的基因测序出现交叉感染。第一废液瓶68经第三多通阀66和第二三通阀63与第三泵64相连通时,第三泵64可以将已经完成清洗的废液注射至第一废液瓶68中,从而达到环保回收的效果。
在本发明实施方式中,测序试剂配置组件60实现了流体装置100的在线混合功能。可以理解,在某些实施方式中,流体装置也可以没有在线混合功能,相应地,可将测序试剂配置组件60省略,同样能够满足测序反应的液路需求以及控制测序反应液路。这样能够使流体装置的管路更加简单、序列测定系统更加小巧紧凑。
在某些实施方式中,流体装置100包括第二容器和成像试剂配置组件70,试剂包括成像试剂,在利用成像装置100对第一单元41和/或第二单元42上的样品进行拍照时,成像试剂配置组件70将成像试剂输出至与阀体组件10连通的第二容器中。
如此,方便将进行序列测定反应用的试剂加入到第一单元41和第二单元42中。
具体地,在本发明示例中,第二容器为第三试剂瓶13。
在本发明实施方式中,成像试剂配置组件70包括多个成像试剂原料瓶71、第四多通阀72、第三三通阀73和第四泵74。多个成像试剂原料瓶71用以盛装多种成像试剂原料。第四多通阀72同时管道连接多个成像试剂原料瓶71,以及管道连接第三三通阀73。第三三通阀73还管道连接第四泵74和第三试剂瓶13。第四泵74经第三三通阀73和第四多通阀72与其中一个成像试剂原料瓶71相连通。第三试剂瓶13经第三三通阀73与第四泵74相连通,其中,第四泵74依次与多个成像试剂原料瓶71相连通,以抽取多个成像试剂原料瓶71中的成像试剂原料,并混合配置成成像试剂。第四泵74与第三试剂瓶13相连通,用于将成像试剂注射至第三试剂瓶13内。
在本发明实施方式中,多个成像试剂原料瓶71分别盛装不同的成像试剂原料,从而可以利用第四泵74依次抽取多个成像试剂原料瓶71中的成像试剂原料,从而混合配置成成像试剂。具体的,成像试剂原料瓶71的数目为五个。多个成像试剂原料瓶71可以是放置于试管架上,以便对多个成像试剂原料瓶71进行稳固,同时还可以分别对五个成像试剂原料瓶71贴设不同标签,以方便下次进行成像试剂原料补充,避免成像试剂原料的交叉感染。在其它实施方式中,成像试剂原料瓶71的数目还可以是六个或八个等数量,根据实际需要具体调整。
第四多通阀72与第一多通阀20的结构相同设置。不同的是,第四多通阀72实现第四泵74依次和多个成像试剂原料瓶71相连通,第四多通阀72选定其中一个成像试剂原料瓶71连通,并通过控制连通时长,从而控制第四泵74对成像试剂原料瓶71内成像试剂原料抽取量的调节。从而实现多个成像试剂原料瓶71的成像试剂原料可以按比例进行配置,以符合序列测定需求。
第三三通阀73与第一三通阀30结构相同设置。第三三通阀73可以实现第四泵74和第四多通阀72连通,从而第四泵74可以抽取多个成像试剂原料瓶71内的成像试剂原料,配置成成像试剂。第三三通阀73可以实现第四泵74和第三试剂瓶13连通,从而第四泵74可以向成像试剂瓶13中注射已经配置好的成像试剂。
第四泵74可以经第三三通阀73和第四多通阀72向多个成像试剂原料瓶71提供负压,以抽取多个成像试剂原料瓶71中的成像试剂原料。第四泵74还可以经第三三通阀73向第三试剂瓶13中提供正压,以注射成像试剂至第三试剂瓶13内。
进一步地,成像试剂配置组件70还包括第二混合器75,第二混合器75连接于第三三通阀73和第三试剂瓶13之间,第二混合器75包括多个第二蜿蜒管道751,多个第二蜿蜒管道751首尾相连,并连通于第三三通阀73和第三试剂瓶13之间。
第二混合器75与第一混合器65结构相同设置,第二混合器75从第四泵74注射出的成像试剂经过多个第二蜿蜒管道751进行缓冲,而且增加成像试剂的流动行程,从而使得成像试剂中的多种成像试剂原料进行充分混合,提升成像试剂反应效率。
进一步地,在某些实施方式中,驱动组件50还包括第四三通阀53、第五三通阀54、第二废液瓶55和第三废液瓶56。第四三通阀53管道连接于第一泵51和第一单元41之间,同时还管道连接第二废液瓶55。第五三通阀54管道连接于第二泵52和第二单元42之间,同时还管道连接第三废液瓶56。
第一泵51经第四三通阀53连通第一单元41或第二废液瓶55,从而第一泵51抽取第一单元41内已经完成序列测定反应的废液后,可以向第二废液瓶55注射废液,从而使得第一泵51进行下一次向第一单元41提供负压,以进行序列测定反应。第五三通阀54与第四三通阀53结构相同设置,在此不再赘述,第三废液瓶56和第二废液瓶55结构相同设置,在此不再赘述。
在本发明实施方式中,成像试剂配置组件70实现了流体装置100的在线混合功能。可以理解,在某些实施方式中,流体装置也可以没有在线混合功能,相应地,可将成像试剂配置组件70省略。这样能够使流体装置的管路更加简单、序列测定系统更加小巧紧凑。
在某些实施方式中,流体装置100包括第一控制单元,第一控制单元电连接阀体组件10和驱动组件50以控制阀体组件10和驱动组件50运行。
如此,可实现阀体组件10和驱动组件50的自动化控制,进而提高效率。
具体地,在本发明示例中,第一控制单元电连接第一多通阀20、第一三通阀30和驱动组件50,以控制第一多通阀20、第一三通阀30和驱动组件50运行。第一控制单元可以是包括单片机、计算器处理器、或中央控制处理器等装置,利用第一控制单元控制第一多通阀20、第一三通阀30和驱动组件50运行,实现流体装置100自动运行,提高效率。进一步地,在本发明示例中,第一控制单元还电连接第二多通阀62、第二三通阀63、第三多通阀66、第四多通阀72、第三三通阀73、第三泵64和第四泵74,使得流体装置100运行效率提升。
在某些实施方式中,对序列测定反应进行控制的方法,还包括:确定利用光学装置200对第一单元41和/或第二单元42上的样品进行拍照时的多个设定位置。
如此,能够缩短光学装置200拍照时间,提高效率。
具体地,可在光学装置200中输入对第一单元41和第二单元42的通道的样品进行拍照时的初始位置,例如初始的XY位置,并设置每次移动的距离和每个通道所需拍照的次数,从初始位置进行序列测定反应。
一般地,反应装置40的每个单元包括多条通道以加快对待序列测定的样品的序列测定。每个通道上的样品图像数据由多个视野(Field of View,FOV)组成。在一个例子中,欲对单元的多个通道上的样品进行拍照,设定每个通道要获取300个FOV,根据设定的FOV数目对反应装置40的移动位置进行控制。
在某些实施方式中,请参图3,光学装置200包括第二控制单元202、驱动平台204、图像采集单元206和光源208,第二控制单元202发送初始化指令和驱动指令,驱动平台204根据初始化指令确定多个设定位置,在利用光学装置200对第一单元41和第二单元42上的样品进行拍照时,驱动平台204根据多个设定位置和驱动指令移动反应装置,当驱动平台204移动反应装置40到设定位置时,第二控制单元202控制光源208发射光至第一单元41和/或第二单元42以使样品激发出检测光,及控制图像采集单元206采集检测光以形成图像数据。
如此,实现对第一单元41和第二单元42上的样品进行拍照的自动控制。
具体地,在某些实施方式中,第二控制单元202包括上位机210和下位机212,上位机210用于发送初始化指令。下位机212用于根据初始化指令发送驱动指令。当驱动平台204移动反应装置40到设定位置时,利用下位机212控制光源208发射光至样品以使样品激发出检测光,以及控制图像采集单元206采集检测光以形成图像数据。图像采集单元206用于将图像数据直接传输至上位机210。如此,可减少上位机210与下位机212的数据传输次数,同时图像数据直接传输至上位机210,实现快速的序列测定。
在某些实施方式中,驱动平台204直接承载着反应装置40,驱动平台204控制反应装置40在序列测定系统中的移动,驱动平台204包括位置计算单元,根据初始化指令计算每次移动反应装置40的设定位置以在序列测定过程移动反应装置。例如高通量序列测定中,一次序列测定需采集多个设定位置的样品图像数据,驱动平台204则根据初始化指令,计算每次驱动反应装置40的设定位置,以在接收到驱动指令时,根据每个设定位置将反应装置40移动至图像采集单元206可采集图像的区域。较佳地,驱动平台204可实现XYZ三轴方向的运动以移动反应装置40至设定位置。
在另外的实施方式中,反应装置40可放置在另一支撑台上,驱动平台204通过驱动支撑台来移动反应装置40至设定位置。
在某些实施方式中,图像采集单元206包括相机214以将光信号转化为电信号。在一个例子中,图像采集单元206包括光路模块和相机214,反应装置40放置于驱动平台上,位于光路模块的物侧,相机214位于光路模块的像侧。光路模块可为显微镜。
在某些实施方式中,图像采集单元206用于接收初始化指令并根据初始化指令开启。
如此,图像采集单元206在初始化之后即处于开启状态,使图像采集单元206采集检测光的速度更快。
在某些实施方式中,上位机210通过无线或有线的方法将初始化指令发送至图像采集单元206及接收图像采集单元206传输的图像数据。
如此,实现上位机210与图像采集单元206之间的数据传输。
具体地,上位机210与图像采集单元206之间的数据传输方式可以是无线局域网传输,也可以是蓝牙传输,还可以是通用串行总线传输。当然,在其它实施方式中,不限于上述传输方式,可根据实际需求选择合适的传输方式。
在某些实施方式中,下位机212包括输入/输出端口,输入/输出端口用于输出第一晶体管-晶体管逻辑电平信号(TLL信号)以控制光源208发射光,及控制图像采集单元206采集检测光。
如此,下位机212通过第一晶体管-晶体管逻辑电平信号控制光源208及图像采集单元206,减少了下位机212与光源208及图像采集单元206之间的通信时间,进一步快速获得图像,实现快速的序列测定。
具体地,在一个例子中,光源208发出特定波长的激光,照射第一单元41和第二单元42上的样品,使样品中的荧火基团发出荧光,该荧光作为检测光,图像采集单元206采集该荧光以形成图像数据。
进一步地,晶体管-晶体管逻辑电平信号传输速率为微秒级,相比较于相关技术中通过串口进行通信,晶体管-晶体管逻辑电平信号使下位机212与光源208及图像采集单元206之间实现快速通信,减少了下位机212与各个部件之间的通信时间,有利于实现快速的序列测定,且本发明实施方式的光学装置200在完成一轮序列测定,可完成了一个设定位置图像的采集,多次重复之后累计通信时间的缩短更为显著。
在某些实施方式中,在图像采集单元206采集检测光时,当达到图像采集单元206的设定曝光时间后,第二控制单元202控制光源208关闭。
如此,第二控制单元202控制光源208在图像采集单元206的曝光时间内发光,在曝光结束后关闭,使得图像采集单元206采集的图像更清晰,并且节约了能源。
具体地,在某些实施方式中,下位机212控制光源208关闭。
进一步地,在某些实施方式中,可通过多种方式设定曝光时间,例如根据情况进行人为设置,或者在序列测定前进行模拟曝光过程获取最适宜的曝光时间,或者通过算法计算出合适曝光时间值。当然,在其它实施方式中,不限于上述方法设定曝光时间,可在实际应用中根据实际情况选择合适方法设定曝光时间。
在某些实施方式中,下位机212包括输入/输出端口,输入/输出端口用于输出第二晶体管-晶体管逻辑电平信号以控制光源208关闭。
如此,下位机212通过输入/输出端口输出第二晶体管-晶体管逻辑电平信号关闭光源208,减少了下位机212和光源208之间的通信时间,有利于实现快速测序。
在某些实施方式中,在光源208关闭后,第二控制单元202控制驱动平台204将反应装置40移动至下一个设定位置以完成设定位置图像数据的采集。
如此,光学装置200对移动反应装置40的每个设定位置进行逐个采集图像,实现高通量测序。
具体地,在某些实施方式中,在光源208关闭后,下位机212再次发送驱动指令至驱动平台204。进一步地,在完成所有设定位置对应的图像数据的采集时,下位机212用于发送结束指令至上位机210以完成反应装置40的一个单元的图像采集。
在某些实施方式中,图像采集单元206与上位机210连接,图像采集单元206每采集到一个设定位置的图像数据,将图像数据传输至上位机210,下位机212在光源208关闭后,发送驱动指令至驱动平台204使驱动平台204将反应装置40移动至下一个设定位置,下位机212无需等待图像数据传输完成以进一步缩短序列测定时间。
在某些实施方式中,驱动指令为脉冲信号。
如此,第二控制单元202通过脉冲信号的形式发送驱动指令至驱动平台204,减少了第二控制单元202和驱动平台204之间的通信时间,有利于实现快速序列测定。
在某些实施方式中,请参图4,图像采集单元206包括追焦模块216及物镜218,追焦模块216根据初始化指令控制物镜218和/或反应装置40沿物镜218光轴移动,以确定图像采集单元206对样品进行拍照时的最佳对焦位置,在进行拍照时,追焦模块216保持最佳对焦位置对应的物镜218与样品的距离不变。
如此,当样品上的各个需要采集图像的设定位置不在同一个XY平面上时,通过追焦模块216调节物镜218与反应装置40之间的距离,使图像采集单元206采集到不同XY平面设定位置上样品的清晰图像。
具体地,在某些实施方式中,物镜218与样品的距离为物距。上位机210将初始化指令发送至追焦模块216,使追焦模块216启动自动追焦功能。在一个例子中,沿物镜光轴移动可理解为沿Z轴移动。
追焦模块216根据初始化指令,可控制物镜218相对于反应装置40的移动以使相机214能够成清晰的样品图像。在确定相机214成清晰的样品图像后,追焦模块216执行锁焦功能,也就是说,当所需采集的样品位置发生变化而导致物镜218与样品的距离发生变化时,追焦模块216通过控制物镜218的移动来补偿变化量,使得相机214所成的样品图像始终保持清晰。
所称的最佳对焦位置对应物镜和样品之间的一个预设距离,所称预设距离可以是一个固定数值或固定范围,与成像的品质相关。在一个例子中,通过对照片图像的品质参数作预先限定,最佳对焦位置可通过爬山搜索算法确定,以使在该最佳对焦位置拍照所得的图像的品质达到预先设定的参数。
请参图5,本发明实施方式的一种序列测定系统300,对序列测定反应进行控制,序列测定反应包括第一生化反应、第二生化反应和拍照,第一生化反应和第二生化反应在反应装置40上进行,
序列测定系统300包括控制装置302、流体装置100和光学装置200,反应装置40和流体装置相连,反应装置40包括第一单元41和第二单元42,第一单元41和第二单元42上具有待测样品,定义序列测定反应包含的一种重复执行单位为第二生化反应-第一生化反应-拍照,
控制装置302用于,在完成以下初始步骤之后,使得当利用流体装置100使第一单元41和第二单元42中的一个进行样品的第二生化反应和第一生化反应的同时,利用光学装置200对另一个单元的样品进行拍照,
初始步骤包括步骤:
a控制装置302利用流体装置100使第一单元41和第二单元42中的一个上的样品进行第一生化反应,
b控制装置302利用光学装置200对进行第一生化反应后的单元上的样品进行拍照,
c控制装置302利用流体装置100使第一单元41和第二单元42中的另一个上的样品进行第一生化反应。
需要说明的是,上述任一实施方式和实施例中的对序列测定反应进行控制的方法的技术特征和有益效果的解释和说明也适用于本实施方式的序列测定系统300,为避免冗余,在此不再详细展开。
在某些实施方式中,步骤a和步骤c同时进行,或步骤b和步骤c同时进行,或步骤b在步骤c之前进行,或步骤b在步骤c之后进行。
在某些实施方式中,所述第一生化反应包括延伸反应,所述第二生化反应包括基团切除。
在某些实施方式中,所述延伸反应包括边连接边测序和边合成边测序。
在某些实施方式中,所述第二生化反应包括加帽。
在某些实施方式中,所述拍照还包括加成像试剂。
在某些实施方式中,请参图2,流体装置100包括阀体组件10及驱动组件50,驱动组件50通过反应装置40连通阀体组件10,在利用流体装置100使第一单元41和/或第二单元42上的样品进行第一生化反应和/或第二生化反应时,阀体组件10用于切换连通不同的试剂,驱动组件50使阀体组件10输出试剂至第一单元41和/或第二单元42。
在某些实施方式中,阀体组件10包括第一多通阀20和第一三通阀30,第一多通阀20切换连通不同的试剂至第一三通阀30,第一三通阀30将第一多通阀20输出的试剂输出至第一单元41和/或第二单元42。
在某些实施方式中,驱动组件50包括第一泵51和第二泵52,第一泵51通过第一单元41连通阀体组件10,第二泵52通过第二单元42连通阀体组件10,在利用流体装置100使第一单元41和/或第二单元42上的样品进行第一生化反应和/或第二生化反应时,利用第一泵51使阀体组件10输出试剂至第一单元41,和/或利用第二泵52使阀体组件10输出试剂至第二单元42。
在某些实施方式中,流体装置100包括至少一个第一容器和测序试剂配置组件60,试剂包括测序试剂,在利用流体装置100使第一单元41和/或第二单元42上的样品进行第一生化反应和/或第二生化反应时,测序试剂配置组件60将测序试剂输出至与阀体组件10连通的第一容器中。
在某些实施方式中,流体装置100包括第二容器和成像试剂配置组件70,试剂包括成像试剂,在利用成像装置200对第一单元41和/或第二单元42上的样品进行拍照时,成像试剂配置组件70将成像试剂输出至与阀体组件10连通的第二容器中。
在某些实施方式中,流体装置100包括第一控制单元,第一控制单元电连接阀体组件10和驱动组件50以控制阀体组件10和驱动组件50运行。
具体地,第一控制单元可接收控制装置302的控制信号,并根据控制信号对阀体组件10、驱动组件50和流体装置100的其它部件进行控制。如此,这样能够将控制装置302的部分功能由第一控制单元来执行实现,减少了控制装置302的载荷。在某些实施方式中,第一控制单元和控制装置302可集成在一个部件、模块或装置中,以提高序列测定系统300的集成度,降低成本。
在某些实施方式中,控制装置302用于控制光学装置200确定对第一单元和/或第二单元上的样品进行拍照时的多个设定位置。
在某些实施方式中,请参图3,光学装置200包括第二控制单元202、驱动平台204、图像采集单元206和光源208,第二控制单元202发送初始化指令和驱动指令,驱动平台204根据初始化指令确定多个设定位置,在利用光学装置200对第一单元41和/或第二单元42上的样品进行拍照时,驱动平台204根据多个设定位置和驱动指令移动反应装置40,当驱动平台204移动反应装置40到设定位置时,第二控制单元202控制光源208发射光至第一单元41或第二单元42以使样品激发出检测光,及控制图像采集单元206采集检测光以形成图像数据。
具体地,第二控制单元202可接收控制装置302的控制信号,并根据控制信号对驱动平台204、图像采集单元206、光源208和光学装置200的其它部件进行控制。如此,这样能够将控制装置302的部分功能由第二控制单元202来执行实现,减少了控制装置302的载荷。在某些实施方式中,第二控制单元202和控制装置302可集成在一个部件、模块或装置中,以提高序列测定系统300的集成度,降低成本。
在某些实施方式中,在图像采集单元206采集检测光时,当达到图像采集单元206的设定曝光时间后,第二控制单元202控制光源208关闭。
在某些实施方式中,在光源208关闭后,第二控制单元202控制驱动平台204将反应装置40移动至下一个设定位置以完成设定位置的图像数据的采集。
在某些实施方式中,请参图4,图像采集单元206包括追焦模块216及物镜218,追焦模块216根据初始化指令控制物镜218和/或反应装置40沿物镜218光轴移动,以确定图像采集单元206对样品进行拍照时的最佳对焦位置,在进行拍照时,追焦模块216保持最佳对焦位置对应的物镜218与样品的距离不变。
请参图5,本发明实施方式的一种对序列测定反应进行控制的控制装置302,用于序列测定系统,序列测定系统300包括流体装置100和光学装置200,控制装置302包括:
存储装置304,用于存储数据,数据包括计算机可执行程序;
处理器306,用于执行计算机可执行程序,执行计算机可执行程序包括完成上述任一实施方式的方法。
本发明实施方式的一种计算机可读存储介质,用于存储供计算机执行的程序,执行程序包括完成上述任一实施方式的方法。计算机可读存储介质可以包括:只读存储器、随机存储器、磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
在流程图中表示或在此以其它方式描述的逻辑和/或步骤,例如,可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表,可以具体实现在任何计算机可读存储介质中,以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其它可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用,或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言,"计算机可读存储介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读存储介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下:具有一个或多个布线的电连接部(电子装置),便携式计算机盘盒(磁装置),随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM),可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器),光纤装置,以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外,计算机可读存储介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其它合适的介质,因为可以例如通过对纸或其它介质进行光学扫描,接着进行编辑、解译或必要时以其它合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序,然后将其存储在计算机存储器中。
此外,在本发明各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理模块中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式,可以理解的是,上述实施方式是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。