CN108474745A - 具有显微荧光计、流体系统和流动池闩锁夹持模块的检测装置 - Google Patents

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程恒光
约翰·M·拜尔勒
布拉德·德鲁斯
大卫·卡普兰
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Abstract

检测装置包括具有物镜、激发辐射源和检测器的显微荧光计。检测装置还包括用于从试剂仓匣向流动池递送试剂的流体系统。流体系统包括具有被配置用于试剂仓匣和流动池之间的流体连通的多个流体通道的歧管主体。流体系统还包括多个试剂吸取器。流体系统还包括被配置为调节试剂库和流动池之间的流体的阀。检测装置还包括具有用于容纳流动池的夹持盖的流动池闩锁夹持模块。物镜被配置为将来自辐射源的激发辐射导向流动池和将来自流动池的发射导向检测器。显微荧光计是可移动的以获得流动池的不同区域的宽场图像。

Description

具有显微荧光计、流体系统和流动池闩锁夹持模块的检测 装置
背景
本公开内容的实施方案总体上涉及例如在核酸测序操作中用于样品的流体操作和光学检测的装置和方法。
我们的基因组提供了用于预测许多我们的固有倾向诸如我们的偏好、才能、对疾病的易感性和对治疗药物的反应性的蓝图。单独的人基因组包含超过30亿个核苷酸的序列。那些核苷酸中的仅一小部分的差异赋予我们许多独特的性质。研究团体在揭开组成蓝图的特征方面取得了令人印象深刻的进展，并且随之而来的，对每个蓝图中的信息与人类健康如何相关有了更完整的了解。但是，我们的了解还远远没有完成，这阻碍了信息从研究实验室向临床的移动，临床中希望有一天我们每个人都将拥有我们个人基因组的拷贝，这样我们就可以和医生一起确定健康生活方式或恰当的治疗过程的合适选择。
目前的瓶颈是通量和规模的问题。揭开任一个给定个体的蓝图的基本组成部分是确定他们的基因组中30亿个核苷酸的确切序列。存在可做到这一点的技术，但那些技术通常需要许多天和成千上万美元来执行。另外，任何个体的基因组序列的临床相关性是比较他们的基因组序列的独特性质(即他们的基因型)和与已知性质(即表型)相关的参考基因组的问题。当人们考虑到，参考基因组是基于来自于通常使用上千名个体以统计学上有效的调查研究的基因型和表型的对应关系产生的时，规模和通量的问题变得明显。因此，最终可以为上千名个体进行数以十亿计的核苷酸测序以鉴定任何临床上相关的基因型与表型的对应。再乘以疾病的数量、药物反应性和其他临床上相关的性质，对非常廉价和快速的测序技术的需求变得更明显。
需要降低测序的成本，这推动研究科学家进行大规模遗传相关性研究并使得测序可以在临床环境下获得，用于做出改变人生的决定的单个患者的治疗。本文列出的本发明的实施方案满足此需求并且还提供其他优点。
简述
本文提供了一种检测装置，所述装置包括具有物镜、激发辐射源和检测器的显微荧光计。显微荧光计被配置用于宽场图像检测。检测装置还包括流体系统，用于从试剂仓匣(cartridge receptacle)向流动池(flow cell)递送试剂。流体系统包括具有多个流体通道的歧管主体，所述流体通道被配置用于试剂仓匣和流动池的入口之间的流体连通。流体系统还包括多个试剂吸取器(reagent sipper)，所述试剂吸取器从歧管主体的端口向下延伸。每个试剂吸取器被配置为被置于试剂仓匣的试剂库(reagent reservoir)中，这样液体试剂可以从试剂库被吸入到试剂吸取器中。流体系统还包括阀，所述阀被配置为调节试剂库和流动池的入口之间的流体连通。流体通道将试剂吸取器流体连接至阀。检测装置还包括具有用于容纳流动池的夹持盖的流动池闩锁夹持模块(flow cell latch clampmodule)。物镜被配置为将来自辐射源的激发辐射导向流动池和将来自流动池的发射导向检测器。显微荧光计是可移动的以获得流动池内表面的不同区域的宽场图像。
在一些方面，所述检测装置包括不超过一个显微荧光计。任选地，所述显微荧光计包括分光镜，所述分光镜被定位为将来自激发辐射源的激发辐射导向所述物镜和将来自所述物镜的发射辐射导向所述检测器。
在一些方面，所述显微荧光计是具有紧凑的落射荧光检测配置的集成的显微荧光计。
在一些方面，所述显微荧光计是可移动的以允许将比所述显微荧光计的视场更大的流动池成像。
在一些方面，所述检测装置还包括外罩和在所述外罩的正面展示的屏幕。所述屏幕充当图形用户界面。
在一些方面，所述检测装置还包括具有用于接收所述试剂仓匣的仓匣容器的外罩。
在一些方面，所述检测装置还包括流体自动化模块，所述流体自动化模块包括用于使所述试剂仓匣升高和降低的升降组件。
在一些方面，所述检测装置还包括流体自动化模块，所述流体自动化模块包括在装载期间移动所述试剂仓匣的传送带组件。
在一些方面，所述检测装置还包括流体自动化模块，所述流体自动化模块包括用于使所述试剂仓匣升高和降低的升降组件和在装载期间移动所述试剂仓匣的传送带组件。
在一些方面，所述歧管主体由粘合在一起的多层固体材料形成。
在一些方面，所述通道在将所述多层粘合在一起之前在所述固体材料中形成。
在一些方面，所述流体通道被完整地容纳在所述歧管主体中。
在一些方面，所述歧管主体具有连接至相应试剂吸取器的至少十六(16)个端口。
在一些方面，所述阀被配置为具有对应于所述流体通道的所述端口的每一个的入口端口，并且被配置为具有流体连接至所述流动池的单个公用出口端口。
在一些方面，所述流体系统具有不多于一个阀，所述阀调节所述试剂库和所述流动池之间的流体连通。
在一些方面，所述流体通道的每一个源自单个端口并连接至所述阀的对应端口。
在一些方面，所述歧管主体具有单层流体通道。
在一些方面，所述试剂吸取器具有被配置为穿透所述试剂仓匣的膜或箔层的远端。
在一些方面，所述辐射源产生不同波长的辐射。
在一些方面，所述检测器是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
在一些方面，所述显微荧光计是成像模块的部件。所述成像模块还包括所述流动池闩锁夹持模块。任选地，所述成像模块还包括XY台，其中X-电机和Y-电机分别提供所述X-平台和所述Y-平台的运动。任选地，所述X-电机沿X轴移动相机组件。所述相机组件具有所述显微荧光计，其中所述Y-电机沿着Y轴移动所述流动池闩锁夹持模块。
在一些方面，所述检测装置还包括流体设备，所述流体设备包括流动池仓匣和所述流动池。所述流动池仓匣被配置为容纳所述流动池并协助定向所述流动池用于成像对话。
在一些方面，所述流体设备和所述流动池仓匣是可移除的，使得所述流动池仓匣是由个体或机器从所述流动池闩锁夹持模块可移除的，而不破坏所述流体设备或所述流动池仓匣。
在一些方面，所述流动池仓匣被配置为重复插入到所述流动池闩锁夹持模块和从所述流动池闩锁夹持模块移出，而不破坏所述流动池仓匣或使所述流动池仓匣不适用于其预期目的。
在一些方面，所述流动池仓匣包括外罩和偶联至所述流动池仓匣的所述外罩的盖构件。所述盖构件包括具有彼此靠近的入口通路和出口通路的衬垫。所述夹持盖包括具有入口端口和出口端口的盖歧管，所述入口端口和出口端口被配置为分别与所述衬垫的入口通路和出口通路配合。
在一些方面，所述流动池闩锁夹持模块包括使所述流动池抵靠定位销偏置的弹簧加载杆。
在一些方面，所述显微荧光计的场直径为至少0.5mm。任选地，所述显微荧光计的场直径为至少2mm。任选地，所述显微荧光计的场直径为不大于5mm。
在一些方面，所述显微荧光计的数值孔径为至少0.2。任选地，所述显微荧光计的数值孔径为不大于0.8。任选地，所述显微荧光计的数值孔径为不大于0.5。
在一些方面，所述显微荧光计具有足以分辨间隔最多100μm的特征的分辨率。
在一个实施方案中，提供了一种测序系统，所述测序系统包括如上文列出的检测装置和具有试剂库的试剂仓匣。所述试剂库包括测序试剂。
在一些方面，所述试剂库中的至少一个包括核酸样品。
在一些方面，所述试剂仓匣是从所述检测装置可移除的。
在一些方面，所述测序系统被配置为执行合成测序方案。
本文提供了一种检测装置，所述检测装置包括(a)箱体，所述箱体包括一个或更多个显微荧光计，其中所述一个或更多个显微荧光计的每个包括物镜，所述物镜被配置用于宽场图像检测，其中所述一个或更多个显微荧光计被定位为从公用平面(common plane)的不同区域获得多个宽场；(b)移位台，所述移位台被配置为在与公用平面平行的至少一个方向上移动箱体；和(c)流体系统，所述流体系统用于将试剂从试剂仓匣递送至流动池，所述流体系统包括：试剂歧管，所述试剂歧管包括被配制用于试剂仓匣和流动池的入口之间的流体连通的多个通道；多个试剂吸取器，所述试剂吸取器从歧管的端口向下延伸，每个试剂吸取器被配置为被置于试剂仓匣的试剂库中，使得液体试剂可以从试剂库被吸入至吸取器中；至少一个阀，所述阀被配置为调节库和流动池的入口之间的流体连通。在某些实施方案中，装置包括不超过一个显微荧光计。
此公开内容还提供了用于将试剂从试剂仓匣递送至流动池的流体系统，所述流体系统包括：试剂歧管，所述试剂歧管包括被配置用于试剂仓匣和流动池的入口之间的流体连通的多个通道；多个试剂吸取器，所述试剂吸取器从歧管的端口向下延伸，每个试剂吸取器被配置为被置于试剂仓匣的试剂库中，从而液体试剂可以从试剂库被吸入至吸取器中；至少一个阀，所述阀被配置为调节库和流动池的入口之间的流体连通。
此公开内容还提供了测序系统，所述测序系统包括：如上所述的检测装置；和放置在试剂仓匣内的核酸样品，其中试剂仓匣是从检测装置可移除的。
此公开内容还提供了测序系统，所述测序系统包括：如上所述的检测装置；和放置在流动池内的核酸样品，其中流动池是从检测装置可移除的。
此公开内容还提供了测序方法，所述测序方法包括以下步骤：(a)提供测序系统，所述测序系统包括(i)包括光学透明表面的流动池，(ii)核酸样品，(iii)用于测序反应的多个试剂，和(iv)用于将试剂递送至流动池的流体系统；(b)提供检测装置，所述检测装置包括(i)单个显微荧光计，其中显微荧光计包括物镜，所述物镜被配置用于在图像平面在X维和Y维进行宽场图像检测，和(ii)样品台；以及(c)在仓匣中进行核酸测序过程的流体操作和在检测装置中进行核酸测序过程的检测操作，其中(i)试剂由流体系统递送至流动池，(ii)核酸特征的宽场图像由显微荧光计检测。
一个或更多个实施方案的细节在附图和以下的说明中被描述。其他的特征、目标、和优势将由说明书和附图，以及由权利要求而明显。
附图简述
图1A示出了可用于核酸测序的集成的光电和流体检测设备。
图1B示出了组成图1A中示出的集成的光电和流体检测设备的几个模块和系统的分解图。
图2A示出了具有试剂吸取器、阀和对准销(alignment pin)的歧管组件的透视图。还示出了试剂仓匣。
图2B示出了具有试剂吸取器、阀和对准销的歧管组件的透视图。
图2C示出了具有不同长度的试剂吸取器、阀和对准销的歧管组件的侧视图。还示出了试剂仓匣。
图2D示出了流体系统的流体图。
图3A示出了试剂仓匣的顶部透视图。
图3B示出了流体自动化模块的透视图。
图4A示出了具有正交激发和发射光路的单个显微荧光计的光学布置。
图4B示出了显微荧光计的光学布置。
图4C示出了示例性单个显微荧光计的透视图。
图5A示出了具有单个显微荧光计的成像模块的正向透视图。
图5B示出了具有单个显微荧光计的成像模块的侧向透视图。
图6显示了流动池。
图7A示出了流动池闩锁夹持模块的透视图。
图7B示出了不具有流动池或盖的流动池闩锁夹持模块。
图7C示出了以未闩锁位置加载在具有盖的闩锁夹持模块中的流动池。
详细描述
此公开内容提供了用于平面区域诸如存在于基底表面上的那些的高分辨率检测的方法和装置。特别有用的应用是存在于表面上的生物样品的基于光学的成像。例如，本文列出的方法和装置可以被用于获得存在于核酸阵列，诸如核酸测序应用中使用的那些中的核酸特征的图像。可以使用利用可光学检测的样品和/或试剂的多种核酸测序技术。这些技术特别适用于本公开内容的方法和装置，并且因此突出本发明的特定实施方案的多个优点。出于说明的目的，那些优点中的一些在以下列出，并且尽管举例说明了核酸测序应用，优点还可以延伸至其他应用。
关于本文列出的一些实例，许多核酸测序技术的显著特征是：(1)使用多色检测(例如，通常使用4个不同的荧光团，每个荧光团用于存在于核酸中的不同核苷酸类型A、C、G和T(或U)的每一个)，(2)来自核酸样品(例如来自基因组样品、RNA样品或其衍生物的片段)的大量不同片段在阵列表面上的分布和(3)流体处理和阵列成像的重复循环。本文公开的方法和装置的实施方案对于核酸测序特别有用，因为它们可以提供多个颜色和多个重复的阵列表面的高分辨率成像的能力。例如，本文列出的实施方案允许以在数百、数十或甚至几个微米范围内的分辨率获得表面的图像。这样，可以分辨具有最接近的邻居、平均中心间隔低于100微米、50微米、10微米、5微米或更小的核酸特征。在特定实施方案中，可以获得表面的宽场图像，包括例如覆盖阵列的1mm2或更大的面积的图像。可以同时或依序获得多色图像，例如以鉴别与不同核苷酸类型唯一关联的荧光标签。另外，可以对于测序技术的多个循环依序获得图像。可以从每个循环可靠地比较来自阵列的给定区域的图像以确定对于阵列上的每个核酸特征检测的颜色变化的序列。颜色变化的序列可以继而被用于指示每个特征中的核酸片段的序列。
在特定实施方案中，本公开内容的装置包括一个或更多个显微荧光计。每个显微荧光计可以包括激发辐射源、检测器和物镜以形成读取头(read head)的集成的子单元。其他光学部件可以存在于每个显微荧光计中。例如，可以存在分光镜以提供紧凑的落射荧光(epifluorescent)检测配置，由此分光镜被定位为将激发辐射从激发辐射源导向物镜并将发射辐射从物镜导向检测器。
使用集成的显微荧光计设计的优点是，显微荧光计可以被方便地移动，例如在扫描操作中，以允许对大于该显微荧光计的视场的基底成像。在特定实施方案中，单个显微荧光计可以形成读取头。在特定实施方案中，多个显微荧光计可以被组合以形成读取头。一个或更多个读取头的多个配置在以下列出，并且可以被选择以适合待被成像的基底的特定格式，同时保持整个读取头的相对紧凑的尺寸。在本公开内容的多个实施方案中，读取头的相对小的尺寸和低质量导致相对低的惯性，使得读取头在被移动后快速静止，从而有助于快速扫描核酸阵列或其他基底。在一些情况中，显微荧光计可以被固定于箱体，这样它们在分析应用诸如核酸测序运行期间至少在一些维度上不可独立移动。但是，显微荧光计可以在z维上独立地致动以提供独立的聚焦控制。减小本公开内容的装置的几个不同的显微荧光计之间的自由度提供了运输、安装和使用该装置期间对于对准(alignment)丢失的保护。
在一些实施方案中，存在于读取头或箱体中的多个显微荧光计可以各自具有专用的自动聚焦模块。因此，每个显微荧光计可以独立地聚焦。在一些实施方案中，尽管读取头中的特定自动聚焦模块专用于特定显微荧光计的致动，然而该特定自动聚焦模块还可以接收来自读取头中的至少一个其他自动聚焦模块的信息，并且来自该特定自动聚焦模块和来自至少一个其他自动聚焦模块的信息可以被用于确定适当的致动以获得该特定显微荧光计的期望的焦点。这样，对于任何给定的显微荧光计，聚焦可以由存在于相同读取头或箱体中的两个或更多个显微荧光计之间的一致性确定。
在特定实施方案中，可以使用本文提供的流体系统向检测室提供待被检测的样品。以核酸测序应用为更具体的实例，流体系统可以包括歧管组件、和/或泵、阀和能够移动流体通过流动池的其他部件，所述歧管组件可以被置于与一个或更多个用于容纳测序试剂的库、用于容纳样品制备试剂的库、用于容纳测序期间产生的废弃物的库流体连通。
在特定实施方案中，流体系统可以被配置为允许一种或更多种试剂的再利用。例如，流体系统可以被配置为向流动池递送试剂、然后从流动池移出试剂和然后将该试剂再引入至流动池。再利用试剂的优点是减小废弃物体积和降低使用昂贵的试剂和/或以高浓度(或大量)递送的试剂的过程的成本。试剂再利用利用以下理解：试剂耗尽仅在或主要在流动池表面发生，并且因此大部分试剂未被利用并可以被再利用。
图1A示出了示例性检测设备1，所述检测设备1利用本文列出的几个实施方案提供的集成的光电和流体系统的优点。示例性检测设备1包括外罩2，所述外罩2包括多个固定的部件，包括例如光学部件、计算部件、电源、风扇等。存在于例如外罩2正面的屏幕3充当图形用户界面，其可以提供多个类型的信息诸如操作状态、正在进行的分析过程(例如测序运行)的状态、转移到或转移自检测设备1的数据状态、使用说明、警告等。仓匣容器(cartridge receptacle)4A也存在于外罩2的正面。废弃物库容器4B也存在于外罩2的正面。如示出的，仓匣容器4A和废弃物库容器4B可以被配置为具有保护门5的槽。存在状态指示器6，在此实例中以仓匣容器的框上的指示灯的形式，并且状态指示器6可以被配置为指示检测设备1中试剂仓匣的存在或不存在。例如，指示灯6可以从亮变到暗，或可以从一个颜色变成另一个颜色来指示仓匣的存在或不存在。在此实例中，电源按钮7存在于外罩2的正面，标志标记8诸如生产商或仪器的名称也一样。
图1A还示出了可以被用于向检测设备1提供样品和试剂的示例性试剂仓匣10。试剂仓匣10包括仓匣外罩11，所述仓匣外罩11保护多种流体部件诸如库、流体连接物(fluidic connections)等。在仓匣外罩11上任选地存在条码或其他可机读的标记，例如以提供样品追踪和管理。其他标记也可以存在于外罩上，以便于由人类用户识别，例如以鉴别生产商、由流体仓匣支持的解析分析(analytical analysis)、批号、有效期、安全警告等。
图1A还示出了可以被插入到废弃物库容器4B的废弃物库12。废弃物库12被配置为经库顶部的开口接收废弃物流体。
图1A中示出的设备是示例性的。可以代替地或除图1A的实例以外使用的本公开内容的方法和装置的其他示例性实施方案在以下进一步详细列出。
图1B示出了示例性检测设备1的部件，包括与流体自动化模块(FAM)1002流体连通的流体泵1001。FAM 1002被配置为被置于与试剂仓匣1003、流动池1004和废弃物库1005流体连通以将液体试剂从试剂仓匣1003移动到流动池1004和到废弃物库1005。图1B还示出了XY台1006，包括流动池夹持模块1007。图1B还示出了供电单元1008和主印刷电路板(PCB)1009。
图2A示出了示例性的流体系统100，所述流体系统100具有试剂吸取器103和104和阀102，所述流体系统100利用由本文列出的多个实施方案提供的流体系统的优点。流体系统100包括歧管组件101，所述歧管组件101包含多个固定的部件，包括例如试剂吸取器、阀、通道、库等。存在试剂仓匣400，其具有试剂库401和402(以下被称为“孔”)，其被配置为同时接合(engage)沿着维度z的一组试剂吸取器103和104，使得液体试剂可以从试剂库被吸入到吸取器中。
图2B示出了可以被用于从试剂库向流动池提供液体试剂的示例性歧管组件101。歧管组件101包括从歧管的端口106沿着维度z向下延伸的试剂吸取器103和104。试剂吸取器103和104可以被置于试剂仓匣的一个或更多个试剂库(未示出)中。歧管主体108还包括将试剂吸取器103流体连接至阀102的流体通道107。试剂吸取器103和104、流体通道107和阀102调节试剂库和流动池(未示出)之间的流体连通。阀102和109可以单独地或联合地选择试剂吸取器103或104，并且通过流体通道诸如107调节试剂库和流动池(未示出)之间的流体连通。
图2C示出了具有试剂吸取器和阀的示例性流体系统100的侧视图。歧管具有以平行于试剂吸取器的轴从歧管向下伸出的对准销105。与试剂吸取器相比，对准销105沿z维更长，尽管在可代替的实施方案中，它们可以具有相同的长度或对准销105更短。对准销105被配置为与试剂仓匣(未示出)上的一个或更多个相应接口槽(interface slot)接合。试剂吸取器103和104经由端口106被偶联至歧管，所述端口106被容纳于歧管组件101的歧管主体108中。试剂吸取器104比试剂吸取器103更长，以从对应于试剂吸取器103或104的深度的不同深度的试剂库吸取液体。在可代替的实施方案中，试剂吸取器103和104可以具有相等的长度，或可以切换主要长度。
图2B示出了歧管组件101的视图，展示歧管主体108内的流体通道107的一个可能的布置。流体通道107的每个源自单个端口106并连接相应端口106至阀102。在一些实施方案中，某些通道可以包括存储库(cache reservoir)，其具有足以允许一定量的液体试剂从流动池(未示出)流向存储库的体积，使得来自流动池的液体试剂在接触流动池后不被导回至试剂库(未示出)。图2B还示出了一个或更多个对准销105的示例性位置。图2B中示出的歧管组件还包括用于共享缓冲液的入口端口111。阀102被配置为带有对应于每个端口106的入口端口、和流体连接至流动池的公用出口端口110、和流体连接至废弃物容器的废弃物端口。
如以上示例性实施方案说明的，用于将试剂从试剂仓匣递送至流动池的流体系统可以包括试剂歧管，所述试剂歧管包括具有被配置用于试剂仓匣和流动池的入口之间的流体连通的多个通道的歧管主体。在流体系统中使用歧管主体相对于仅使用管道(tubing)提供了多个优势。例如，具有固定的流体通道的歧管主体减小了组装期间失误的可能性，诸如管道连接的错位以及连接过紧或过松。另外，歧管主体提供了容易维护，例如允许快速置换整个单元而不是费时地检测和置换单个管线(line)。
歧管的一个或更多个通道可以包括经由固体材料的流体轨道(fluidic track)。轨道可以为允许期望的流体水平转移通过该轨道的任何直径。轨道可以具有例如少于0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或少于10mm直径的内径。轨道配置可以为例如直线的或曲线的。可选地或另外地，轨道可以具有曲线部分和直线部分的组合。轨道的横截面可以为，例如方形、圆形、“D”形或使得期望的流体水平转移通过该轨道的任何其他形状。
吸取器和阀之间的通道可以被整个容纳在歧管主体108中。可选地或另外地，通道可以包括歧管外部的一个或更多个部分。例如，诸如例如柔性管道的管道可以连接歧管上的流体轨道的一部分和轨道的另一部分。可选地或另外地，柔性管道可以将流动池连接至系统的固定的流体部件，包括例如泵、阀、传感器和仪表。作为实例，柔性管道可以适于将本系统的流动池或通道连接至泵诸如注射泵或蠕动泵。
歧管主体108可以，例如由能够在其中支持一个或更多个通道的任何合适的固体材料制成。因此，歧管主体108可以是树脂，诸如聚碳酸酯、聚氯乙烯、(聚甲醛)；PCTFE(聚氯三氟乙烯)；PEEKTM(聚醚醚酮)；PK(聚酮)；聚乙烯；PPS(聚苯硫醚)；聚丙烯；聚砜；FEP；PFA；高纯度PFA；R；316不锈钢；ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)；(聚甲基戊烯)；钛；UHMWPE(超高分子量聚乙烯)；(聚醚酰亚胺)；或与运输通过本文示出的实施方案的歧管的通道的溶剂和流体相容的任何其他合适的固体材料。歧管主体可以由单独一块材料形成。可选地或另外的，歧管主体可以由粘合到一起的多层形成。粘合方法包括例如使用粘合剂、衬垫(gasket)和扩散粘合(diffusion bonding)。通道可以由任何合适的方法在固体材料中形成。例如，通道可以被钻、蚀刻或碾磨在固体材料中。可以在将多层粘合到一起之前在固体材料中形成通道。可选地或另外地，可以在将多层粘合在一起之后形成通道。
此处示出的歧管组件被配置用于从试剂仓匣向流动池递送液体试剂。因此，歧管可以具有偶联至试剂吸取器的任何数量的端口。更具体地，端口的数量可以对应于试剂仓匣中的试剂库的数量和配置。在一些实施方案中，歧管包括至少2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、20个或至少30个端口，每个端口被配置为将试剂吸取器偶联到与至少一个阀流体连通的通道。
本文示出的流体系统还可以包括吸取管(sipper tube)的阵列，所述吸取管从歧管主体的端口沿z维向下延伸，试剂吸取器的每一个被配置为被插入到试剂仓匣中的试剂库中，从而液体试剂可以从所述试剂库被吸入到所述吸取器中。试剂吸取器可以包括例如具有近端和远端的管状体。远端可以逐渐变细成尖端，所述尖端被配置为刺穿用作试剂仓匣中的试剂库上的密封的薄膜或箔层。试剂吸取器可以被设有例如从远端向近端穿过管体的单个空腔。空腔可以被配置为提供吸取器一端的试剂仓匣和吸取器另一端的试剂歧管之间的流体连通。如在示例性的图2B中示出的，试剂吸取器103和104经由容纳在歧管主体108中的端口106被偶联至歧管主体108。
在一些实施方案中，如在图2C中示例的，试剂吸取器的一个子集具有比其他试剂吸取器短的长度。例如，子集的长度可以比其他试剂吸取器短至少1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或至少2.0mm。歧管和试剂吸取器可以在具有升降机构的设备中使用，所述升降机构被配置为沿z维双向移动试剂仓匣，使得试剂吸取器插入到试剂仓匣的相应孔或库中。在某些实施方案中，试剂孔可以被保护性箔覆盖。因此，提供不同长度的吸取器的优点是减小了当试剂仓匣与刺穿性吸取器接触时升降机构适应箔刺穿力所需的力。吸取器长度的差异可以有利地对应于试剂仓匣中的试剂孔的深度，使得当吸取器和仓匣处于完全接合位置时，每个吸取器在其对应的试剂孔中达到期望的深度。
吸取器可由任何合适的材料形成，所述材料允许流体通过空腔转移，并且与通过在本文示出的实施方案中的歧管的通道运输的溶剂和流体相容。吸取器可以由单个管形成。可选地或另外地，一个或更多个吸取器可由多个节段制成，这些节段一起形成所需长度和直径的吸取器。
在一些实施方案中，至少一个试剂吸取器包括顺应式尖端(compliant tip)，其被配置为当尖端碰撞试剂仓匣中的试剂孔的底部时弯曲。通过弯曲或形变，顺应式尖端允许吸取器的空腔更完全接近或甚至接触试剂孔的底部，从而减少或甚至消除试剂孔中的抽空体积。顺应式尖端可以特别有利于在使用小体积时摄取样品或试剂，或者在期望摄取试剂库中的大部分或全部液体的情况下。具有顺应式尖端的吸取器的主体可以完全由与尖端相同的柔性材料制成。可选地或另外地，吸取器的主体可由与尖端不同的材料制成。顺应式尖端可以由任何合适的材料制成，使得当被推动与试剂库的底部接触时，顺应式尖端可以变形或弯曲。一些合适的材料包括聚合物和/或合成泡沫、橡胶、硅酮和/或弹性体，包括热塑性聚合物诸如聚氨酯。
本文示出的流体系统还可以包括例如泵和阀，所述泵和阀是可选择性地操作的，以控制库与流动池的入口之间的流体连通。如由图2D示出的歧管组件101所示例，歧管主体108上的通道出口可以被配置为与阀102上的相应入口端口连接，使得每个流体通道107与阀102上的入口端口流体连通。因此，通过歧管主体108的流体通道107，一个或更多个或每个入口端口可以与试剂吸取器流体连通。阀102可以配置有公用出口端口110，其流体连接至流动池上的一个或更多个通道(lanes)的入口。可选地或另外地，阀102可以配置有废弃物端口112，其流体连接至一个或更多个废弃物库1005。
图2A、2B、2C和2D中示出的装置是示例性的。可以代替地或除图2A、2B、2C和2D的实例以外使用的本公开内容的方法和装置的其他示例性实施方案在以下进一步详细列出。
示例性的试剂仓匣在图3A中示出。图3A中示出的试剂仓匣400可以包括沿z维具有与孔402的深度相比不同深度的孔401。更具体地，图3A示例的试剂仓匣具有设计成容纳相应的试剂吸取器(未示出)的长度的孔，使得当吸取器和仓匣处于完全接合位置时，每个吸取器在其对应的试剂孔中达到期望的深度。在图3A示例的试剂仓匣中，孔沿y维排列成行或列，其中行或列的外侧的那些孔401沿着z维比行或列的内侧的那些孔402更向下延伸。一些或全部孔可以具有不同的深度。可选地或另外地，一些或全部孔可以具有相同深度。当吸取器和仓匣处于完全接合位置时，任何吸取器尖端的穿透深度(即，从孔的底表面到吸取器尖端末端的距离)可以等同于试剂仓匣中的任何其它给定孔中的任何其他吸取器尖端的穿透深度。任何吸取器尖端的穿透深度不需要与试剂仓匣中任何其它给定孔的穿透深度相同。在至少一些试剂孔具有不同的孔深度的情况下，孔深度可以比其他试剂吸取器短例如至少0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或至少2.0mm。类似的，当吸取器和仓匣处于完全接合位置时，任何吸取器尖端的穿透深度可以与试剂仓匣中的任何其它吸取器尖端的穿透深度相差至少0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或至少2.0mm。
如图3A的示例性试剂仓匣400中示出的，仓匣包括多个试剂库401A、401B、402A和402B。图3A中的试剂库以x和y维排列成行。图3A还示出了，仓匣包括对准槽403和404，对准槽403和404被配置为与歧管组件(未示出)的相应对准销接合。仓匣还可以包括覆盖任何数量的试剂孔或库的保护箔，当仓匣与刺穿性吸取器接触时，保护箔可以被刺穿性吸取器刺穿。
本文示出的试剂仓匣可以包括任何数量的试剂库或孔。试剂库或孔可以沿着x和y维以任何形式布置，以便于试剂在仓匣中的运输和存储。可选地或另外地，试剂库或孔可以沿着x和y维以适于与从歧管中的端口沿z维向下延伸的吸取器管阵列相互作用的任何形式布置。更具体地，试剂库或孔可以以适于同时接合试剂吸取器的矩阵的任何形式布置，使得液体试剂可从试剂库被抽取到吸取器中。
并非所有试剂孔都需要与歧管组件的所有吸取管同时相互作用。例如，试剂仓匣可以包括一个或更多个试剂库或孔的子集，所述试剂库或孔被配置为保持在非相互作用状态，而其它库或孔由吸取管阵列接合。作为一个实例，本文示出的仓匣可以包括以对应于多个试剂库的构造布置的多个清洗库，由此清洗库被配置为当试剂吸取器未与试剂库接合时同时接合试剂吸取器，这样清洗缓冲液可以从清洗库被吸入到吸取器中。图3A中示出了示例性实施方案，其示出了一行试剂孔401A。仓匣还包括一行对应的孔401B，其在x维上相对于彼此保持相同的取向，但是在y维上与孔401A偏移。偏移孔401B可以包括清洗缓冲液，例如用于在使用一个仓匣后和在使用另一个仓匣前漂洗吸取管和流体管线。
可选地或另外地，空的或容纳缓冲液、样品或其他试剂的其他库可以存在于仓匣上。另外的库可以但不需要与吸取管相互作用。例如，库可以被配置为在仓匣使用过程中充入废弃物或溢出试剂或缓冲液。例如，这样的库可以经过不与吸取管交接(interface)的端口到达。
为了便于仓匣库与相应的吸取管正确对准，对准槽可以定位在仓匣中。例如，在从一组库中移出吸取管的阵列并且将其移位到另一组试剂或清洗库的特定实施方案中，对准槽可以位于仓匣中以确保试剂吸取器阵列与一组或两组库正确对准。如图3A示出的，示例性的仓匣包括对准槽404，其在x维上保持相同的取向，但是在y维上相对于对应的对准槽403偏移。本文示出的实施方案的仓匣可以具有任何数量的对准槽，所述对准槽提供与流体组件的特征的合适的对准。例如，仓匣可以包括0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个对准槽，其被配置为与流体系统的相应对准销接合，使得流体系统的试剂吸取器被定位成与试剂和/或清洗库对准。
在图3B中示出了示例性流体自动化模块(FAM)。FAM 470可以包括用于使试剂仓匣升高和降低以刺穿和产生气泡的升降组件471。传送带组件473在装载仓匣期间移动试剂仓匣容器474，并且在卸载期间将试剂仓匣移动到设备外。废弃物库容器475也存在于FAM 470的正面，并且被配置为接受废弃物库476。FAM 470还包括歧管组件472，其在图2B中更详细地阐述。
本文提供了一种检测装置，其具有(a)包括一个或更多个显微荧光计的箱体，其中每个显微荧光计包括被配置用于宽场图像检测的物镜，其中所述一个或更多个显微光计被定位成在公用平面上获取一个或更多个宽场图像，并且其中每个宽场图像来自所述公用平面的不同区域；(b)移位台，其被配置为在平行于所述公用平面的至少一个方向上移动所述箱体；和(c)样品台，其被配置为在所述公用平面上容纳基底。
本公开内容的检测装置(或单个显微荧光计)可以被用于以足以在微米级别上区分特征的分辨率获得一个或更多个图像。例如，在检测装置中使用的显微荧光计可以具有足以区分间隔至多500μm、100μm、50μm、10μm、5μm、4μm、3μm、2μm或1μm的特征的分辨率。更低的分辨率也是可能的，例如区分间隔超过500μm的特征的分辨率。
本公开内容的检测装置(或单个显微荧光计)非常适合于表面的高分辨率检测。因此，具有在微米范围内的平均间隔的特征的阵列是特别有用的基底。在特定实施方案中，检测装置或显微荧光计可以被用于获得阵列的一个或更多个图像，所述阵列具有对于最近邻居的中心距平均为或低于500μm、100μm、50μm、10μm、5μm、5μm、4μm、3μm、2μm或1μm的特征。在许多实施方案中，阵列的特征是非连续的，例如间隔小于100μm、50μm、10μm、5μm、1μm或0.5μm。然而，特征不需要被间隔。而是，阵列的一些或所有特征可以彼此连续。
可以使用本领域已知的多种阵列(也被称为“微阵列”)中的任一种。典型的阵列包含特征，每个特征具有单个探针或探针群体。在后一种情况下，每个位点处的探针群体通常是同质的，具有单一种类的探针。例如在核酸阵列的情况下，每个特征可以具有多个核酸种类，每个核酸种类具有共同的序列。然而，在一些实施方案中，阵列的每个特征处的群体可以是异质的。类似地，蛋白质阵列可以具有包括单个蛋白质或蛋白质群体的特征，蛋白质群体通常但不总是具有相同的氨基酸序列。探针可以例如经由探针与表面的共价连接或经由探针与表面的非共价相互作用连接到阵列表面。在一些实施方案中，探针诸如核酸分子，可以经由例如US 2011/0059865 A1中所述的凝胶层附接到表面，所述文献通过引用并入本文。
示例性的阵列包括但不限于，可从Inc.(San Diego,CA)获得的BeadChip阵列或其他阵列，诸如探针附接至存在于表面上的珠的那些(例如，于表面上的孔中的珠)，诸如美国专利第6,266,459；6,355,431；6,770,441；6,859,570或7,622,294号；或PCT公布第WO 00/63437号中描述的那些，其各自通过引用并入本文。可以被使用的市售可得的微阵列的另外的实例包括例如，微阵列或根据有时被称为VLSIPSTM(超大规模固定化聚合物合成(Very Large Scale Immobilized PolymerSynthesis))技术的技术合成的其他微阵列。点阵微阵列(spotted microarray)也可以在根据本发明的一些实施方案的装置或系统中使用。示例性的点阵微阵列是可从AmershamBiosciences获得的CodeLinkTM阵列。另一个有用的微阵列是使用喷墨印刷方法制造的微阵列，所述喷墨印刷方法诸如可从Agilent Technologies获得的SurePrintTM技术。
其他有用的阵列包括在核酸测序应用中使用的那些。例如，具有基因组片段的扩增子(通常称为簇)的阵列尤其有用，诸如在Bentley等人,Nature 456:53-59(2008)、WO04/018497；US 7,057,026；WO 91/06678；WO 07/123744；US 7,329,492；US 7,211,414；US7,315,019；US 7,405,281和US 2008/0108082中描述的那些，其每一个通过引用并入本文。可用于核酸测序的另一个阵列类型是由乳液PCR技术产生的颗粒阵列。实例在Dressman等人,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 100:8817-8822(2003)、WO 05/010145、US 2005/0130173或US 2005/0064460中描述，其每一个通过引用整体并入本文。尽管已经在测序应用的上下文中描述了以上阵列，将理解的是，可将这些阵列用于其他实施方案，包括例如不包括测序技术的实施方案。
无论是否被配置用于阵列或其他样品的检测，存在于检测装置中的一个或更多个显微荧光计可以被配置用于宽场检测。单个显微荧光计的场直径可以是例如至少0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或更大。通过选择适当的光学部件，场直径也可以被限制到最大面积，并且因此场直径可以为例如不大于5mm、4mm、3mm、2mm或1mm。因此，在一些实施方案中，由单个显微荧光计获得的图像可具有在0.25mm2至25mm2的范围内的面积。
除了被配置用于宽场检测，显微荧光计可以被配置为具有大于0.2的数值孔径(NA)。例如，在本公开内容的显微荧光计中使用的物镜的NA可以为至少0.2、0.3、0.4或0.5。可选地或另外地，可能需要将物镜的NA限制为不大于0.8、0.7、0.6或0.5。当检测经由具有0.2和0.5之间的NA的物镜发生时，本文列出的方法和装置特别有用。
在阵列检测实施方案中，检测装置(或单个显微荧光计)可以被配置为获得阵列的数字图像。通常，数字检测装置(或单个显微荧光计)的每个像素将收集来自任何给定图像采集中的不多于一个特征的信号。此配置使图像的特征之间的不想要的“串流”最小化。检测来自每个特征的信号的像素的数量可以基于被成像的特征的尺寸和形状以及基于数字检测装置(或单个显微荧光计)的配置调整。例如，可以用不超过约16像素、9像素、4像素或1像素检测给定图像中的每个特征。在特定实施方案中，每个图像可以利用每个特征平均6.5像素、每个特征4.7像素或每个特征1像素。可以减少每个特征使用的像素的数量，例如通过减小阵列的样式中特征的位置的可变性和收紧检测装置对阵列的对准的耐量。以被配置为每个特征使用少于4像素的数字检测器为例，可以通过使用有序的核酸特征的阵列代替随机分配的核酸簇的阵列改进图像质量。
将会理解，具有一个或更多个显微荧光计的检测装置可以检测大约相当于显微荧光计的数量乘以每个显微荧光计检测的宽场面积的公用平面的面积。面积不需要是连续的。例如，2个或更多个显微荧光计可以被定位为检测被不检测的面积间隔的公用平面的离散的区域。但是，如果需要，多个显微荧光计可以被定位为检测连续但不重叠的面积。在可选的实施方案中，具有一个或更多个显微荧光计的检测装置可以检测基本上小于显微荧光计的数量乘以每个显微荧光计检测的宽场面积的公用平面的面积。这可以发生在，例如，当多个显微荧光计被定位为检测具有至少部分重叠的区域时。如本文中其他地方进一步详细列出的，多个图像不需要以被用于或甚至支持已被检测的阵列或其他公用平面的完整图像的重建的样式采集。
检测装置可以使用于2013年2月13日递交的并且题为“INTEGRATEDOPTOELECTRONIC READ HEAD AND FLUIDIC CARTRIDGE USEFUL FOR NUCLEIC ACIDSEQUENCING”的美国专利申请序列号13/766,413列出的任何检测装置配置和测序方法，其内容通过引用整体并入。
本文提出的示例性检测装置示出为具有单个显微荧光计。在其他实施方案中，检测装置可以以多种配置中的任何一种具有两个或更多个显微荧光计。将会理解，单个显微荧光计从各种观点来看可以是有利的。首先，单个显微荧光计从生产和维护成本的角度提供了优点，特别是当其他配置需要校准每个单独的显微荧光计时。在本文提出的单个显微荧光计配置中，光学读取头可以呈现为完整单元，其可以以模块化方式被并入到检测装置中，进一步简化制造并降低成本。这些成本节省可以传递给最终用户，允许用户访问大量的核酸阵列检测应用。本文提出的单个显微荧光计配置的另一个优点来自与系统的流体部件的相互作用的相对简单性。例如，在系统中使用的流动池可以配置有单个流动通道，从而减少了对在现有系统中发现的多个阀和泵的需求。虽然具有2个或更多个流动通道的流动池可能需要在不同流动通道之间切换流体流，但单个流动通道可以具有与单个阀流体连通的专用供应管线。另外，可以使用具有单层通道的流体歧管主体，再次简化了流体系统的设计和制造并降低了系统的制造和维护成本。
图4A中示出了用于显微荧光计500的示例性光学布局。显微荧光计500指向具有被流体填充通道675间隔的上层671和下层673的流动池600。在所示出的配置中，上层671是光学透明的，并且显微荧光计500聚焦到上层671的内表面672上的区域676。在可选配置中，显微荧光计500可以聚焦在下层673的内表面674上。表面的一个或两个可以包括待被显微荧光计500检测的阵列特征。
显微荧光计500包括物镜501，其被配置为将来自辐射源502的激发辐射导向流动池600并将来自流动池600的发射导向检测器508。在示例性布局中，来自辐射源502的激发辐射穿过透镜505，然后通过分光镜506，然后通过途中的物镜(the objective on itsway)到达流动池600。在示出的实施方案中，辐射源包括两个发光二极管(LED)503和504，其产生彼此不同的波长的辐射。来自流动池600的发射辐射被物镜501捕获，并且被分光镜通过调节光学器件507反射到检测器508(例如CMOS传感器)。分光镜506用于在与激发辐射的路径正交的方向上引导发射辐射。物镜的位置可以在z维上移动以改变显微荧光计的焦点。显微荧光计500可以在y方向上来回移动以捕获流动池600的上层671的内表面672的几个区域的图像。
图4B示出了用于展示各种光学部件的功能布置的目的的示例性显微荧光计的分解图。示出了两个激发源，包括绿色LED(LEDG)和红色LED(LEDR)。来自每个的激发光分别穿过绿色LED收集透镜(L6)和红色LED收集透镜(L7)。绿色激发辐射从绿色LED收集透镜(L6)传递到组合器二向色性(combiner dichroic)(F5)，其通过激发滤光器(F2)反射绿色激发辐射，然后通过LED场透镜(L8)和激光二极管分光镜(F3)，然后通过激发场光阑(FS)，然后通过激发投影透镜组L2到激发/发射二向色性(F4)，其将绿色激发辐射通过物镜透镜组(L4)反射到流动池(FC)的表面。LED折叠镜(M1)将红色激发辐射反射到组合器二向色性(F5)，之后红色激发辐射沿着与绿色激发辐射相同的路径到达流动池(FC)的表面。如图所示，通过上下(即沿着z维)移动平移物镜透镜组(L4)来致动聚焦。来自流动池(FC)表面的发射通过平移物镜透镜组(L4)返回到激发/发射二向色性(F4)，所述激发/发射二向色性(F4)使发射辐射通过发射投影透镜组(L1)通过发射滤光器然后到CMOS图像传感器(S1)。激光二极管(LD)还通过激光二极管耦合的透镜组(L5)导向激光二极管分光镜(F3)，激光二极管分光镜(F3)将激光二极管辐射反射通过激发场光阑(FS)、激发投影透镜组(L2)、激发/发射二向色性(F4)、物镜透镜组(L4)到流动池(FC)。LED散热器(HS)设置在绿色LED(LEDG)和红色LED(LEDR)上方。
图4C示出了单个相机模块的示例性实施方案，包括用于自动聚焦系统的激光二极管(LD)、CMOS图像传感器(S1)和用于调节物镜透镜(L4)的Z台音圈马达。LEDG和LEDR在此视图中未显示。
如图4A、4B和4C的示例性实施方案所示，每个显微荧光计可以包括分光镜和检测器，其中分光镜被定位成将来自激发辐射源的激发辐射导向物镜，并将发射辐射从物镜导向检测器。如图中示出的，每个显微荧光计可以任选地包括激发辐射源诸如LED。在这种情况下，每个显微荧光计可以包括专用辐射源，使得读取头包括多个辐射源，每个辐射源被分隔在单独的显微荧光计中。在一些实施方案中，两个或更多个显微荧光计可以接收来自公用辐射源的激发辐射。这样，两个或更多个显微荧光计可以共享辐射源。在示例性配置中，单个辐射源可以将辐射导向分光镜，该分光镜被定位成将激发辐射分离成两个或更多个束，并将束导向两个或更多个相应的显微荧光计。另外地或可选地，激发辐射可以经由一个或更多个光纤从辐射源导向一个、两个或更多个显微荧光计。
将理解，在图中示出的特定部件是示例性的并且可以用类似功能的部件代替。例如，可以使用多个辐射源的任一个代替LED。特别有用的辐射源是弧光灯、激光、半导体光源(SLS)或激光二极管。LED可以从例如Luminus(Billerica,Mass)购买。类似地，多种检测器是有用的，包括但不限于电荷耦合设备(CCD)传感器；光电倍增管(PMT)；或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。特别有用的检测器是可从Aptina Imaging(San Jose,Ca)获得的5百万像素CMOS传感器(MT9P031)。
图4A、4B和4C提供了包括两个激发源的显微荧光计的示例性实施方案。这种构造可用于检测分别在不同波长被激发的至少两种荧光团。如果需要，显微荧光计可以被配置为包括多于两个激发源。例如，显微荧光计可以包括至少2个、3个、4个或更多个不同的激发源(即，产生彼此不同波长的源)。可选地或另外地，分光镜和滤光器可以被用于扩展可从单个辐射源获得的激发波长的范围。多个辐射源和/或分离激发束的光学过滤的类似使用可以被用于其中数个显微荧光计共享来自一个或更多个辐射源的激发的实施方案。如本文别处进一步详细说明的，多个激发波长的可用性对于利用数种不同荧光团标记的测序应用特别有用。
示例性实施方案的显微荧光计是成像模块的部件。图5A示出了一个示例性实施方案的前视图。示出了成像模块700，其由安装到固定基座704的相机组件701、XY台702和流动池闩锁夹持模块900组成。相机组件包括在相机外罩705上方的散热器711，相机外罩705又安装到固定基座704并且提供图4A、4B和4C中所示的显微荧光计的下半部的外壳。两个电机单独提供X台和Y台的运动。X电机706驱动X导螺杆707，其如所示沿着X轴移动相机组件701。Y电机(712，未示出)驱动Y导螺杆708的运动，Y导螺杆708如所示地在导轨709上沿着Y轴移动流动池闩锁夹持模块900。流动池闩锁夹持模块900还可以包括用于检测RFID编码的流动池的RFID模块710。
图5B示出了成像模块700的侧视图。示出了Y电机712、Y导螺杆708、导轨709和X导螺杆707。
根据一个实施方案，提供了用于分析样品的流体设备。流体设备包括具有入口端口和出口端口以及在它们之间延伸的流动通道的流动池。流动池被配置为容纳感兴趣的样品。流体设备还包括具有被构造成接收流动池的接收空间的外罩。接收空间的尺寸和形状适于允许流动池相对于外罩浮动。流体设备还包括偶联至外罩的衬垫。衬垫具有入口通路和出口通路并且包括可压缩材料。衬垫相对于接收空间定位，使得流动池的入口端口和出口端口分别与衬垫的入口通路和出口通路大致对准。
在另一个实施方案中，提供了一种可移除的仓匣，其被配置为保持并帮助用于成像的流动池的定位。所述仓匣包括可移除的外罩，所述可移除的外罩具有被配置为将流动池大致保持在目标平面(object plane)内的接收空间。外罩包括面向相反方向的一对外罩侧部。接收空间沿着至少一个外罩侧部延伸，使得流动池通过所述至少一个外罩侧部暴露于外罩的外部。仓匣还包括偶联到外罩的盖构件并且包括衬垫。衬垫具有入口通路和出口通路并且包括可压缩材料。衬垫被配置为当流动池由外罩容纳时安装在流动池的暴露部分上。
包括适用于本文所述设备的流动池的示例性流体设备在2013年2月13日提交的并且题为“INTEGRATED OPTOELECTRONIC READ HEAD AND FLUIDIC CARTRIDGE USEFUL FORNUCLEIC ACID SEQUENCING”的美国专利申请序列号13/766,413中更详细地阐述，其全部内容通过引用并入本文。
图6示出了根据一个实施方案形成的流体设备800。如图6所示，流体设备800包括仓匣(或流动池载体)802和流动池850。仓匣802被配置为容纳流动池850并且协助定向流动池850用于成像对话。
在一些实施方案中，流体设备800和仓匣802可以是可移除的，使得仓匣802可以由个体或机器从成像系统(未示出)移出，而不损坏流体设备800或仓匣802。例如，仓匣802可以被配置为重复插入到成像系统和从成像系统移出，而不损坏仓匣802或使仓匣802不适合于其预期目的。在一些实施方案中，流体设备800和仓匣802的尺寸和形状可以被调整以由个人手持。此外，流体设备800和仓匣802的尺寸和形状可以被调整以由自动化系统承载。
如图6所示，仓匣802可包括外罩或载体框架804和耦合到外罩804的盖构件806。图6还示出了，流体设备800可以具有沿Z轴完全穿过仓匣802的设备窗。关于图6，盖构件806可以包括彼此联接的盖主体840和衬垫842。衬垫842包括彼此靠近定位的入口通路和出口通路846和844。在所示的实施方案中，盖主体840和衬垫842共同模制成单一结构。当形成时，盖主体840和衬垫842可以具有不同的可压缩性质。例如，在特定实施方案中，衬垫842可以包括比盖主体840的材料更可压缩的材料。然而，在可选的实施方案中，盖主体840和衬垫842可以是偶联在一起(例如，机械地或使用粘合剂)的单独部分。在其他实施方案中，盖主体840和衬垫842可以是单个连续结构的不同部分或区域。
盖构件806可以可移动地偶联到外罩804。例如，盖构件806可以可旋转地偶联到外罩804的基部构件826。当盖构件806处于脱离位置时，外罩804可以限定可接近的仓匣腔。在一些实施方案中，识别发射器可以定位在仓匣腔内。识别发射器被配置为向读取器传送关于流动池850的信息。例如，识别发射器可以是RFID标签。由识别发射器提供的信息可以例如识别流动池850中的样品、流动池或样品的批号、制造日期和/或当流动池850插入到成像系统中时待被执行的测定方案。识别发射器也可以传送其他信息。
图7A中示出了流动池闩锁夹持模块(FCLM)900(以下称为闩锁夹持模块)，其直接安装在XY台702的Y板上。流动池闩锁夹持盖901固定流动池800并使其与显微荧光计中的相机对准。在夹持盖901内的是具有入口端口和出口端口944、946的歧管902，其被配置为与流动池外罩的衬垫中的入口通路846和出口通路844位置配合。加热块903被安装到Y板并向流动池提供加热以实现化学反应。可以按压闩锁按钮904以打开夹持盖901。
图7B示出了闩锁夹持模块900的剖视图，示出了直接安装到成像模块Y板702上的加热块903。图7C示出了具有安装在适当位置中的流动池850的闩锁夹持模块900。流动池基准边807和808被抵靠安装到加热块的另一组定位销(dowel pin)907和908偏置。弹簧加载杆(spring-loaded lever)909使流动池850抵靠加热块定位销907和908偏置。如示出的，流动池850在X和Y位置中相对于参考销以及在Z位置中相对于加热块表面配准。流动池夹持模块900提供流体密封，支持FAM和流动池衬垫之间的流体连接中的负压和正压。
图7A、7B和7C中所示的实施方案是示例性的。在2013年2月13日提交的并且题为“INTEGRATED OPTOELECTRONIC READ HEAD AND FLUIDIC CARTRIDGE USEFUL FOR NUCLEICACID SEQUENCING”的美国专利申请序列号13/766,413中进一步详细阐述了可选地或另外地用于图7A、7B和7C的本公开内容的方法和装置的其它示例性实施方案，其内容通过引用整体并入本文。
在特定实施方案中，流体系统可以被配置为允许一种或更多种试剂的再利用。例如，流体系统可以被配置为向流动池递送试剂、然后从流动池移出试剂和然后将该试剂再引入至流动池。一个配置在2014年8月7日递交的并且题为“FLUIDIC SYSTEM FOR REAGENTDELIVERY TO A FLOW CELL”的美国专利申请序列号14/453,868中列出的装置和方法中示例，其内容通过引用整体并入。
本发明的流体系统和方法的实施方案对核酸测序技术特别有用。例如，可特别应用的是合成测序(SBS)方案。在SBS中，监测核酸引物沿着核酸模板的延伸以确定模板中核苷酸的序列。潜在的化学过程可以是聚合作用(例如，如被聚合酶催化)或连接(例如被连接酶催化)。在特定的基于聚合酶的SBS实施方案中，荧光标记的核苷酸以模板依赖模式被添加至引物(从而延伸引物)，以使得检测添加至引物的核苷酸的顺序和类型可被用来确定模板的序列。在可以区分针对不同模板发生的事件的条件下，可以在表面上对多个不同模板进行SBS技术。例如，模板可以存在于阵列的表面上，使得不同的模板在空间上彼此可区分。通常，模板出现在特征处，每个特征具有相同模板的多个拷贝(有时称为“簇(cluster)”或“集落(colony)”)。然而，也可以在阵列上进行SBS，其中每个特征呈现单个模板分子，使得单个模板分子可以彼此分辨(有时称为“单分子阵列”)。
流动池提供用于容纳核酸阵列的方便的基底。流动池对于测序技术是方便的，因为所述技术通常包括在循环中重复递送试剂。例如，为了启动第一SBS循环，一个或更多个标记的核苷酸、DNA聚合酶等可流入/流经容纳核酸模板的阵列的流动池。可以使用例如本文列出的方法或装置检测引物延伸引起标记的核苷酸被掺入的那些特征。任选地，核苷酸还可以包括可逆终止特性，在核苷酸已被添加至引物后，其终止进一步的引物延伸。例如，具有可逆终止子部分的核苷酸类似物可被添加至引物，以使得随后的延伸不能发生，除非递送解封剂以移除该部分。因此，对于使用可逆终止的实施方案，可使解封剂递送至流动池(在检测发生之前或之后)。在多个递送步骤之间可进行清洗。然后可以将该循环重复n次以将引物延伸n个核苷酸，从而检测长度为n的序列。示例性测序技术在例如Bentley等人，Nature 456：53-59(2008)、WO 04/018497；US 7,057,026；WO 91/06678；WO 07/123744；US7,329,492；US 7,211,414；US 7,315,019；US 7,405,281和US 2008/0108082中描述，其各自通过引用并入本文。
对于SBS循环的核苷酸递送步骤，可以一次递送单一类型的核苷酸，或可递送多种不同的核苷酸类型(例如A、C、T和G一起)。对于其中每次仅存在单一类型的核苷酸的核苷酸递送配置，不同的核苷酸不需要具有不同的标记，因为它们可以基于个体化递送中固有的时间分离来区分。因此，测序方法或装置可以使用单色检测。例如，显微荧光计或读取头仅需要在单个波长或单个波长范围内提供激发。因此，显微荧光计或读取头仅需要具有单个激发源，并且激发的多频带过滤不需要是必需的。对于其中递送导致多个不同核苷酸同时存在于流动池中的核苷酸递送配置，可以基于连接到混合物中相应核苷酸类型的不同荧光标记来区分掺入不同核苷酸类型的特征。例如，可以使用四种不同的核苷酸，每种具有四种不同荧光团中的一种。在一个实施方案中，可以使用在光谱的四个不同区域激发来区别四个不同的荧光团。例如，显微荧光计或读取头可以包括四个不同的激发辐射源。可选地，读取头可以包括少于四个不同的激发辐射源，但可以利用来自单个源的激发辐射的光学过滤来在流动池形成不同范围的激发辐射。
在一些实施方案中，可以使用少于四个不同颜色在样品(例如核酸特征阵列)中检测四个不同的核苷酸。作为第一个实例，可以在相同波长检测一对核苷酸类型，但是基于该对的一个成员与另一个成员的强度差异区分或基于该对的一个成员的变化(例如，通过化学修饰、光化学修饰或物理修饰)区分，其使得与对所述对的另一个成员检测的信号相比，明显的信号出现或消失。作为第二个实例，可以在特定条件下检测四种不同核苷酸类型中的三种，而第四种核苷酸类型缺乏在那些条件下可检测的标记。在第二个实例的SBS实施方案中，可以基于它们各自的信号的存在来确定前三种核苷酸类型向核酸的掺入，并且可以基于任何信号的不存在确定第四种核苷酸类型向核酸的掺入。作为第三个实例，可以在两个不同的图像中或在两个不同的通道中检测一种核苷酸类型(例如，可以使用具有相同碱基但是不同标记的两种物质的混合物，或者可以使用具有两个标记物的单个物质，或者可以使用具有在两个通道中检测的标记的单一物质)，而在不超过一个图像或通道中检测其它核苷酸类型。在该第三个实例中，两个图像或两个通道的比较用于区分不同的核苷酸类型。
上述段落中的三个示例性配置不是相互排斥的，并且可以以各种组合使用。示例性实施方案是使用具有荧光标记的可逆阻断核苷酸(rbNTP)的SBS方法。在这种形式中，四种不同的核苷酸类型可以被递送到待被测序的核酸特征阵列，并且由于可逆阻断基团，在每个特征处仅发生一个掺入事件。在该实例中递送到阵列的核苷酸可以包括第一核苷酸类型、第二核苷酸类型、第三核苷酸类型和第四核苷酸类型，所述第一核苷酸类型在第一通道中检测(例如具有在被第一激发波长激发时在第一通道中检测的标记的rbATP)，所述第二核苷酸类型在第二通道中检测(例如具有在由第二激发波长激发时在第二通道中检测的标记的rbCTP)，所述第三核苷酸类型在第一和第二通道中检测(例如具有在被第一和/或第二激发波长激发时在两个通道中检测的至少一个标记的rbTTP)，所述第四核苷酸类型缺乏在任一通道中检测到的标记(例如没有外源标记的rbGTP)。
在上述实例中，一旦四种核苷酸类型已经与阵列接触，就可以进行检测程序，例如，以捕获阵列的两个图像。图像可以在单独的通道中获得，并且可以同时或依序获得。使用第一激发波长和第一通道中的发射获得的第一图像将显示掺入第一和/或第三核苷酸类型(例如A和/或T)的特征。使用第二激发波长和第二通道中的发射获得的第二图像将显示掺入第二和/或第三核苷酸类型(例如C和/或T)的特征。可以通过比较两个图像来确定在每个特征处掺入的核苷酸类型的明确鉴定，以得到以下：仅在第一通道中出现的特征掺入第一核苷酸类型(例如A)、仅在第二通道中出现的特征掺入第二核苷酸类型(例如C)、在两个通道中出现的特征掺入第三核苷酸类型(例如T)和在任一通道中不出现的特征掺入第四核苷酸类型(例如G)。注意，在该实例中掺入G的特征的位置可以从其它循环(其中掺入其他三种核苷酸类型中的至少一种)确定。用于使用少于四种颜色的检测来区分四种不同核苷酸的示例性装置和方法在例如美国专利申请序列号第61/538,294中描述，其通过引用并入本文。
在一些实施方案中，核酸可以在测序之前或测序期间被附接至表面并扩增。例如，扩增可以使用在表面上形成核酸簇的桥式扩增进行。有用的桥式扩增方法在例如，US 5,641,658；US 2002/0055100；US 7,115,400；US 2004/0096853；US 2004/0002090；US 2007/0128624或US 2008/0009420中描述，其每个通过引用并入本文。用于扩增表面上的核酸的另一个有用的方法是滚环扩增(RCA)，例如在Lizardi等人,Nat.Genet.19:225-232(1998)和US 2007/0099208 A1中描述，其每个通过引用并入本文。还可以使用珠上的乳液PCR，例如如Dressman等人,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 100:8817-8822(2003)、WO 05/010145、US2005/0130173或US 2005/0064460中描述的，其各自通过引用并入本文。
如以上列出的，测序实施方案是重复过程的实例。本公开内容的方法非常适用于重复过程。一些实施方案在以下和本文其他地方列出。
因此，本文提供了测序方法，所述测序方法包括：(a)提供流体系统，所述流体系统包括(i)包括光学透明表面的流动池，(ii)核酸样品，(iii)用于测序反应的多个试剂，和(iv)用于将试剂递送至流动池的流体系统；(b)提供检测装置，所述检测装置包括(i)多个显微荧光计，其中每个显微荧光计包括物镜，所述物镜被配置用于在图像平面在X维和Y维进行宽场图像检测，和(ii)样品台；以及(c)在仓匣中进行核酸测序过程的流体操作和在检测装置中进行核酸测序过程的检测操作，其中(i)试剂由流体系统递送至流动池，(ii)核酸特征的宽场图像由多个显微荧光计检测，以及(iii)至少一些试剂从流动池被移出到存储库。
贯穿本申请已参考多个出版物、专利和/或专利申请。通过引用以其全文将这些出版物的公开内容在此并入本申请。
在本文中术语包括意图是开放式的，不仅包括提及的要素，而且还包括任何另外的要素。
已描述了很多实施方案。但是，将理解可进行多种改变。相应地，其他的实施方案在所附权利要求书的范围内。

Claims (40)

1.一种检测装置，所述检测装置包括：
显微荧光计，所述显微荧光计包括物镜、激发辐射源和检测器，所述显微荧光计被配置用于宽场图像检测；
流体系统，所述流体系统用于从试剂仓匣向流动池递送试剂，所述流体系统包括：
歧管主体，所述歧管主体具有被配置用于所述试剂仓匣和所述流动池的入口之间的流体连通的多个流体通道；
多个试剂吸取器，所述试剂吸取器从所述歧管主体的端口向下延伸，所述试剂吸取器的每一个被配置为被置于所述试剂仓匣的试剂库中，从而液体试剂可以从所述试剂库被吸入到所述试剂吸取器中；和
阀，所述阀被配置为调节所述试剂库和所述流动池的所述入口之间的流体连通，所述流体通道将所述试剂吸取器流体连接至所述阀；和
流动池闩锁夹持模块，所述流动池闩锁夹持模块具有用于容纳所述流动池的夹持盖，所述物镜被配置为将激发辐射从所述辐射源导向所述流动池和将来自所述流动池的发射导向所述检测器，所述显微荧光计是可移动的以获得所述流动池内表面的不同区域的宽场图像。
2.如权利要求1所述的检测装置，其中所述检测装置包括不超过一个显微荧光计。
3.如权利要求1或权利要求2所述的检测装置，其中所述显微荧光计包括分光镜，所述分光镜被定位为将来自所述激发辐射源的激发辐射导向所述物镜和将来自所述物镜的发射辐射导向所述检测器。
4.如权利要求1-3中任一项所述的检测装置，其中所述显微荧光计是具有紧凑的落射荧光检测配置的集成的显微荧光计。
5.如权利要求1-4中任一项所述的检测装置，其中所述显微荧光计是可移动的以允许将比所述显微荧光计的视场更大的流动池成像。
6.如权利要求1-5中任一项所述的检测装置，所述检测装置还包括外罩和在所述外罩的正面展示的屏幕，所述屏幕充当图形用户界面。
7.如权利要求1-5中任一项所述的检测装置，所述检测装置还包括具有用于接收所述试剂仓匣的仓匣容器的外罩。
8.如权利要求1-7中任一项所述的检测装置，所述检测装置还包括流体自动化模块，所述流体自动化模块包括用于使所述试剂仓匣升高和降低的升降组件。
9.如权利要求1-7中任一项所述的检测装置，所述检测装置还包括流体自动化模块，所述流体自动化模块包括在装载期间移动所述试剂仓匣的传送带组件。
10.如权利要求1-7中任一项所述的检测装置，所述检测装置还包括流体自动化模块，所述流体自动化模块包括用于使所述试剂仓匣升高和降低的升降组件和在装载期间移动所述试剂仓匣的传送带组件。
11.如权利要求1-10中任一项所述的检测装置，其中所述歧管主体由粘合在一起的多层固体材料形成。
12.如权利要求11所述的检测装置，其中所述通道在将所述多层粘合在一起之前在所述固体材料中形成。
13.如权利要求1-12中任一项所述的检测装置，其中所述流体通道被完整地容纳在所述歧管主体中。
14.如权利要求1-13中任一项所述的检测装置，其中所述歧管主体具有连接至相应试剂吸取器的至少十六(16)个端口。
15.如权利要求1-14中任一项所述的检测装置，其中所述阀被配置为具有对应于所述流体通道的所述端口的每一个的入口端口，并且被配置为具有流体连接至所述流动池的单个公用出口端口。
16.如权利要求1-15中任一项所述的检测装置，其中所述流体系统具有不多于一个阀，所述阀调节所述试剂库和所述流动池之间的流体连通。
17.如权利要求16所述的检测装置，其中所述流体通道的每一个源自单个端口并连接至所述阀的对应端口。
18.如权利要求1-17中任一项所述的检测装置，其中所述歧管主体具有单层流体通道。
19.如权利要求1-18中任一项所述的检测装置，其中所述试剂吸取器具有被配置为穿透所述试剂仓匣的膜或箔层的远端。
20.如权利要求1-19中任一项所述的检测装置，其中所述辐射源产生不同波长的辐射。
21.如权利要求1-20中任一项所述的检测装置，其中所述检测器是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
22.如权利要求1-21中任一项所述的检测装置，其中所述显微荧光计是成像模块的部件，所述成像模块还包括所述流动池闩锁夹持模块。
23.如权利要求22所述的检测装置，其中所述成像模块还包括XY台，其中X-电机和Y-电机分别提供所述X-平台和所述Y-台的运动。
24.如权利要求23所述的检测装置，其中所述X-电机沿X轴移动相机组件，所述相机组件具有所述显微荧光计，其中所述Y-电机沿着Y轴移动所述流动池闩锁夹持模块。
25.如权利要求1-24中任一项所述的检测装置，所述检测装置还包括流体设备，所述流体设备包括流动池仓匣和所述流动池，所述流动池仓匣被配置为容纳所述流动池并协助定向所述流动池用于成像对话。
26.如权利要求25所述的检测装置，其中所述流体设备和所述流动池仓匣是可移除的，使得所述流动池仓匣是由个体或机器从所述流动池闩锁夹持模块可移除的，而不破坏所述流体设备或所述流动池仓匣。
27.如权利要求25所述的检测装置，其中所述流动池仓匣被配置为重复插入到所述流动池闩锁夹持模块和从所述流动池闩锁夹持模块移出，而不破坏所述流动池仓匣或使所述流动池仓匣不适用于其预期目的。
28.如权利要求1-27中任一项所述的检测装置，其中所述流动池仓匣包括外罩和偶联至所述流动池仓匣的所述外罩的盖构件，所述盖构件包括具有彼此靠近的入口通路和出口通路的衬垫，其中所述夹持盖包括具有入口端口和出口端口的盖歧管，所述入口端口和出口端口被配置为分别与所述衬垫的入口通路和出口通路配合。
29.如权利要求1-28中任一项所述的检测装置，其中所述流动池闩锁夹持模块包括使所述流动池抵靠定位销偏置的弹簧加载杆。
30.如权利要求1-29中任一项所述的检测装置，其中所述显微荧光计的场直径为至少0.5mm。
31.如权利要求1-30中任一项所述的检测装置，其中所述显微荧光计的场直径为至少2mm。
32.如权利要求1-31中任一项所述的检测装置，其中所述显微荧光计的场直径为不大于5mm。
33.如权利要求1-32中任一项所述的检测装置，其中所述显微荧光计的数值孔径为至少0.2。
34.如权利要求1-33中任一项所述的检测装置，其中所述显微荧光计的数值孔径为不大于0.8。
35.如权利要求1-34中任一项所述的检测装置，其中所述显微荧光计的数值孔径为不大于0.5。
36.如权利要求1-35中任一项所述的检测装置，其中所述显微荧光计具有足以分辨间隔最多100μm的特征的分辨率。
37.一种测序系统，所述测序系统包括如权利要求1-36中任一项所述的检测装置和具有试剂库的试剂仓匣，其中所述试剂库包括测序试剂。
38.如权利要求37所述的测序系统，其中所述试剂库中的至少一个包括核酸样品。
39.如权利要求37或权利要求38所述的测序系统，其中所述试剂仓匣是从所述检测装置可移除的。
40.如权利要求37或权利要求38或权利要求39所述的测序系统，其中所述测序系统被配置为执行合成测序方案。
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