CN110573253A - 流体通道的亲水涂层 - Google Patents

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Abstract

本文公开了用于有效装载和取回颗粒的方法、装置和系统。在一些实施方案中，流动池的流体通道包括内顶板、第一侧壁和底部，其中所述内顶板的接触角比所述第一侧壁的接触角小至少10度，并且其中所述流体通道的底部包括基板，所述基板包括多个微孔。

Description

流体通道的亲水涂层
相关申请的交叉参考
本申请根据美国法典第35篇第119条(e)款来要求2017年1月13日提交的美国临时申请号62/446,223的优先权。该相关申请的内容通过引用以其全文明确地并入本文。
背景技术
发明领域
本公开大致上涉及流体通道的领域。
相关技术的描述
如条形码的方法和技术可用于单细胞分析，特别是解密基因表达谱以使用例如逆转录、聚合酶链反应(PCR)扩增和下一代测序(NGS)确定单个细胞的状态。所述方法和技术需要有效地将颗粒(如带有条形码的珠和细胞)装载到底部具有微孔阵列的流动池上。通过将单个珠和单个细胞引入微孔阵列的微孔中，这种流动池可用于破译单个细胞的基因表达谱。
发明内容
本文公开的是用于条形码(例如，随机条形码)的装置。在一些实施方案中，一种装置包括：包括流体通道、入口和出口的流动池，其中所述流体通道包括内顶板、第一侧壁和底部，其中所述内顶板和所述第一侧壁形成内顶板-第一侧壁边缘，并且其中所述底部和所述第一侧壁用于底部-第一侧壁边缘，其中内顶板的接触角比第一侧壁的接触角小至少10度，其中所述流体通道的底部包括基板，所述基板包括多个微孔，并且其中所述入口和所述出口通过所述流体通道与所述流动池流体连通。流体通道可包括第二侧壁，其中内顶板和第二侧壁形成内顶板-第二侧壁，并且其中底部和第二侧壁用于底部-第二侧壁。
在一些实施方案中，流体通道具有非圆形横截面或近似矩形的横截面。流体通道具有至少2mm、约4mm或约7mm的宽度。流体通道的高度可以是至少0.8mm、约1.2mm。
在一些实施方案中，基板可形成流体通道的底部，或者基板可在流体通道的底部上。在一些实施方案中，基板包含硅、熔融石英、玻璃、聚合物、金属、弹性体、聚二甲基硅氧烷、琼脂糖、水凝胶或其组合。
在一些实施方案中，流动池包含硅、熔融石英、玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚酰亚胺、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、环氧树脂、金属或其组合。环烯烃聚合物(COP)可包括Zeonor 1020R或Zeonor 1060R。
在一些实施方案中，内顶板是亲水的。内顶板的接触角对应于内顶板上的多个位置的接触角的平均值。在一些实施方案中，内顶板的接触角是0-80度、0-60度或至多10度。内顶板的接触角可比第一侧壁的接触角小至少30度或至少50度。
在一些实施方案中，第一侧壁的接触角对应于第一侧壁上的多个位置的接触角的平均值。第一侧壁的接触角可以是约88度。在一些实施方案中，内顶板的接触角足够小于第一侧壁的接触角，以使流体通道内的非层流成为可能。在一些实施方案中，第一侧壁具有1-15度的正拔模角度。
在一些实施方案中，流体通道内的非层流能够通过流体通道内的流动搅动基板表面上的颗粒。流动与底部之间的边界处的流动速度可以是非零的。流过流体通道的横截面的流动的相对流速可以是恒定的或近似恒定的。非层流可以是塞流。
在一些实施方案中，非层流可以是近似塞流。塞流可以是近似水平的塞流。水平塞流可以是毛细管辅助的水平塞流。在一些实施方案中，塞流可不依赖于气体(如空气、CO2或N2)的浮力。塞流可不依赖于装置的倾斜。塞流可在缓冲气体界面处。
在一些实施方案中，内顶板包括亲水涂层。亲水涂层可以是超亲水涂层。亲水涂层可包含聚乙二醇(PEG)、聚-Hema、普朗尼克酸F68、普朗尼克酸F108、普朗尼克酸F127、聚山梨醇酯20、二氧化硅(SiO2)、氮化硅或其任何组合。亲水涂层具有0-80度、0-60度或至多23度的接触角。通过溅射、热生长、吸附、共价结合或其任何组合，可用亲水涂层涂覆内顶板。在一些实施方案中，亲水涂层从由内顶板和第一侧壁形成的边缘偏移例如100-1000微米或内顶板宽度的1％-25％。
在一些实施方案中，所述装置包括位于基板的多个微孔中的多个颗粒，并且其中所述多个微孔中的至少25％各自含有单个颗粒。在一些实施方案中，所述多个微孔中的至少50％或75％各自含有单个颗粒。颗粒可包括珠或细胞。珠可包括多个条形码(例如，随机条形码)。所述多个条形码中的每个均可包含分子标记，其选自包含具有独特序列的至少100或1000个分子标记的组。所述多个条形码的不同条形码可具有相同的细胞标记。所述多个微孔可包括至少100个微孔，例如1000-5000000个微孔。
在一些实施方案中，所述多个微孔的微孔具有1飞升-1微升，或1皮升-1纳升的体积。所述多个微孔的微孔可在基板的平面中具有非圆形横截面，并且基板平面中的非圆形横截面可以是正方形或六边形。所述多个微孔的微孔的深度可以是25-100微米，如50微米的深度。所述多个微孔的微孔可具有25-100微米(如50微米)的宽度。微孔的宽度与微孔的深度的纵横比可以是0.1-2。在一些实施方案中，所述多个微孔的微孔的尺寸允许微孔含有至多一个珠。微孔的宽度与所述至多一个珠的直径的比率可以是1.2-1.8。在一些实施方案中，含有单个珠的所述多个微孔的百分比是至少90％。
在一些实施方案中，所述多个微孔的微孔包括聚乙二醇(PEG)、聚-Hema、普朗尼克酸F68、普朗尼克酸F108、普朗尼克酸F127、聚山梨醇酯20、二氧化硅(SiO2)、氮化硅或其组合的涂层。所述多个微孔的微孔可包括等离子体处理的表面。
在一些实施方案中，入口和出口能够引导流体流过流体通道，从而使微孔与流体接触。在一些实施方案中，所述装置包括用于装载或移除细胞样品、测定试剂、珠悬浮液、来自所述装置的废物或其组合的移液管尖端接口。所述装置可包括细胞样品、测定试剂、珠悬浮液或其组合。
本文公开的是用于样品装载的方法。在一些实施方案中，一种方法包括：(a)提供一种装置，其包括：包括流体通道、入口和出口的流动池，其中所述流体通道包括内顶板、第一侧壁和底部，其中所述内顶板和所述第一侧壁形成内顶板-第一侧壁边缘，并且其中所述底部和所述第一侧壁用于底部-第一侧壁边缘，其中内顶板的接触角比第一侧壁的接触角小至少10度，其中所述底部包括基板，所述基板包括多个微孔，并且其中所述入口和所述出口通过所述流体通道与所述流动池流体连通；(b)通过入口将气体(如空气、CO2或N2)引入流体通道中；以及(c)通过入口将包含多个第一颗粒的第一样品引入流体通道中，由此所述多个微孔中的至少25％各自含有所述多个第一颗粒的单个颗粒。在一些实施方案中，所述多个微孔中的至少50％或75％各自含有所述多个第一颗粒的单个颗粒。流体通道可包括第二侧壁，其中内顶板和第二侧壁形成内顶板-第二侧壁，并且其中底部和第二侧壁用于底部-第二侧壁。
在一些实施方案中，所述方法可包括(d)通过入口将气体(如空气、CO2或N2)引入流体通道中；和(e)在将第一样品引入流体通道中之后，通过入口将第二样品引入流体通道中，其中第二样品包含多个第二颗粒，并且由此所述多个微孔中的至少25％各自含有所述多个第二颗粒的单个颗粒。在一些实施方案中，所述多个微孔中的至少50％或75％各自含有所述多个第二颗粒的单个颗粒。
在一些实施方案中，在(e)中通过入口将第二样品引入流体通道中之后，所述多个微孔中的至少25％或50％各自含有所述多个第一颗粒的单个颗粒和所述多个第二颗粒的单个颗粒。
所述多个第一颗粒可包括多个珠，并且所述多个珠的珠可包括多个条形码(例如随机条形码)。所述多个第二颗粒包括多个细胞。所述多个第一颗粒包括多个细胞。所述多个第二颗粒可包括多个珠，并且其中所述多个珠的珠包括多个条形码(例如随机条形码)。
在一些实施方案中，所述多个第一颗粒的所述多个细胞或所述多个第二颗粒的所述多个细胞包括干细胞、癌细胞、血细胞、外周血单核细胞、循环肿瘤细胞、乳腺癌细胞、处于希望细胞周期阶段的细胞或其组合。第一样品或第二样品包括生物样品、临床样品、环境样品或其组合。第一样品或第二样品可包括来自患者的生物流体、组织和细胞中的一种或多种。第一样品或第二样品包括血液、尿液、脑脊液、胸膜液、羊水、精液、唾液、骨髓、活组织检查样品或其组合。
在一些实施方案中，在(b)中通过入口将气体引入流体通道中包括通过入口将气体注入流体通道中。通过入口将第一样品引入流体通道中可包括通过入口将第一样品注入流体通道中。在(d)中通过入口将气体引入流体通道中可包括通过入口将气体注入流体通道中。
在一些实施方案中，所述方法包括：在(d)中通过入口将气体或另一种气体引入流体通道中之前，通过入口将第一缓冲液引入流体通道中以除去在底部上并且不包含在任何所述多个微孔中的所述多个第一颗粒。所述方法可包括：在(e)中通过入口将第二样品引入流体通道中之后，通过入口将第二缓冲液引入流体通道中以除去在底部上并且不包含在任何所述多个微孔中的所述多个第二颗粒。
在一些实施方案中，流体通道具有非圆形横截面或近似矩形的横截面。流体通道可具有至少2mm、约7mm或约4mm的宽度。流体通道的高度可以是至少0.8mm、约1.2mm。
在一些实施方案中，基板可形成流体通道的底部，或者基板可在流体通道的底部上。在一些实施方案中，基板包含硅、熔融石英、玻璃、聚合物、金属、弹性体、聚二甲基硅氧烷、琼脂糖、水凝胶或其组合。
在一些实施方案中，流动池包含硅、熔融石英、玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚酰亚胺、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、环氧树脂、金属或其组合。环烯烃聚合物(COP)可包括Zeonor 1020R或Zeonor 1060R。
在一些实施方案中，所述内顶板是亲水的。内顶板的接触角对应于内顶板上的多个位置的接触角的平均值。在一些实施方案中，内顶板的接触角是0-80度、0-60度或至多10度。内顶板的接触角可比第一侧壁的接触角小至少30度或至少50度。
在一些实施方案中，第一侧壁的接触角对应于第一侧壁上的多个位置的接触角的平均值。第一侧壁的接触角可以是约88度。在一些实施方案中，内顶板的接触角足够小于第一侧壁的接触角，以使流体通道内的非层流成为可能。在一些实施方案中，第一侧壁具有1-15度的正拔模角度。
在一些实施方案中，流体通道内的非层流能够通过流体通道内的流动搅动基板表面上的颗粒。流动与底部之间的边界处的流动速度可以是非零的。流过流体通道的横截面的流动的相对流速可以是恒定的或近似恒定的。非层流可以是塞流。
在一些实施方案中，非层流可以是近似塞流。塞流可以是近似水平的塞流。水平塞流可以是毛细管辅助的水平塞流。在一些实施方案中，塞流可不依赖于气体的浮力。塞流可不依赖于装置的倾斜。塞流可在缓冲气体界面处。
在一些实施方案中，内顶板包括亲水涂层。亲水涂层可以是超亲水涂层。亲水涂层可包含聚乙二醇(PEG)、聚-Hema、普朗尼克酸F68、普朗尼克酸F108、普朗尼克酸F127、聚山梨醇酯20、二氧化硅(SiO2)、氮化硅或其任何组合。亲水涂层具有0-80度、0-60度或至多23度的接触角。通过溅射、热生长、吸附、共价结合或其任何组合，可用亲水涂层涂覆内顶板。在一些实施方案中，亲水涂层从由内顶板和第一侧壁形成的边缘偏移例如100-1000微米或内顶板宽度的1％-25％。
在一些实施方案中，所述基板包括多个颗粒，并且其中所述多个微孔中的至少25％各自含有单个颗粒。所述多个微孔中的至少50％或75％各自含有单个颗粒。颗粒可包括珠或细胞。珠可包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯、玻璃、聚丙烯、琼脂糖、明胶、水凝胶、顺磁物质、陶瓷、塑料、玻璃、甲基苯乙烯、丙烯酸聚合物、钛、乳胶、琼脂糖凝胶、纤维素、尼龙、硅树脂或其任何组合的材料。珠可包括多个条形码(例如，随机条形码)。所述多个条形码中的每个均可包含分子标记，其选自包含具有独特序列的至少100或1000个分子标记的组。所述多个条形码的不同条形码可具有相同的细胞标记。所述多个微孔可包括至少100个微孔，例如1000-5000000个微孔。
在一些实施方案中，所述多个微孔的微孔具有1飞升-1微升，或1皮升-1纳升的体积。所述多个微孔的微孔可在基板的平面中具有非圆形横截面，并且基板平面中的非圆形横截面可以是正方形或六边形。所述多个微孔的微孔的深度可以是25-100微米，如50微米的深度。所述多个微孔的微孔可具有25-100微米(如50微米)的宽度。微孔的宽度的纵横比是9
微孔的深度可以是0.1-2。在一些实施方案中，所述多个微孔的微孔的尺寸允许微孔含有至多一个珠。微孔的宽度与所述至多一个珠的直径的比率可以是1.2-1.8。在一些实施方案中，含有单个珠的所述多个微孔的百分比是至少90％。
在一些实施方案中，所述多个微孔的微孔包括聚乙二醇(PEG)、聚-Hema、普朗尼克酸F68、普朗尼克酸F108、普朗尼克酸F127、聚山梨醇酯20、二氧化硅(SiO2)、氮化硅或其组合的涂层。所述多个微孔的微孔可包括等离子体处理的表面。
在一些实施方案中，入口和出口能够引导流体流过流体通道，从而使微孔与流体接触。在一些实施方案中，所述装置包括用于装载或移除细胞样品、测定试剂、珠悬浮液、来自所述装置的废物或其组合的移液管尖端接口。所述装置可包括细胞样品、测定试剂、珠悬浮液或其组合。
附图说明
图1示出了非限制性示例性随机条形码。
图2示出了随机条形码和数字计数的非限制性示例性工作流程。
图3是示出用于从多个靶标生成随机条形码靶标的索引库的非限制性示例性过程的示意图。
图4A-4B是示出沿流动方向的层流和塞流的相对速度分布的示意图。
图5A-5B示出了使用浮力用于气体缓冲塞流并使用毛细管辅助流动用于水平塞流的示意图。
图6A-6B是示出当整个流体通道内顶板涂覆有亲水涂层时或者除了流体通道内顶板的边缘之外的流体通道内顶板涂覆有亲水涂层时，毛细管流动和压力驱动流动的方向的示意图。
图7A示出了用于条形码的示例性盒的分解图。图7B示出了图7A所示的示例性盒的横截面图。
图8示出了用于如图7B所示条形码的盒的示例性通道的横截面图。
图9A-9H是具有涂覆的流体通道内顶板、侧壁和/或底部的非限制性示例性流体通道的横截面视图的示意图。
图10A-10B是微孔阵列的图像，其示出在流体通道边界处的大量珠聚集。微孔阵列在流动池中的流体通道的底部处。流动池流体通道的底部具有二氧化硅的亲水涂层，但流动池的流体通道的内顶板和侧壁均不具有二氧化硅的亲水涂层。珠聚集在流体通道边界处是大量的。
图11A示出了微孔阵列的图像。微孔阵列位于流动池的流体通道的底部处。流动池流体通道的内顶板和侧壁在其表面上具有二氧化硅的亲水涂层。流体通道底部不具有二氧化硅的亲水涂层。标记为1和9的微孔阵列的区域分别对应于更靠近流动池的入口和出口的区域。图11B-11C是示出具有珠双峰的微孔阵列的微孔的百分比在中心和微孔阵列区域1(其更靠近流动池的入口)的流体通道的边界处相似的图像。图11D-11E是示出具有珠双峰的微孔阵列的微孔的百分比与微孔阵列区域9(其更靠近流动池的入口)的流体通道的边界相比在中心处更低的图像。图11F-11I是示出微孔阵列的微孔的百分比的图，其中沿流动方向没有珠、单个珠或珠双峰。
图12A-12C是微孔阵列的图像，其示出珠聚集在流动池边界处显著减少。微孔阵列在流动池的底部处。流动池的流体通道的内顶板，但不是侧壁和底部具有亲水涂层。珠聚集在流动池边界处显著减少。观察到珠装载均匀性或一致性的空间变化很小。图12B和12C分别是图12A的流体通道的边界部分和中心部分的放大图像。
图13A1-13C2是仅在流体通道内顶板(图13A1-13A2)处、仅在流体通道内顶板的中心部分(图13B1-13B2和13C1-13C2)处具有亲水涂层的微孔阵列的图像，其示出了流动池边界处珠聚集的进一步减少。
图14A-14G示出了在与由流体通道内顶板和侧壁形成的边缘偏移的流体通道内顶板的中心部分处，用二氧化硅的疏水涂层实现的流动池边界处的最小珠聚集(图14C)和珠装载均匀性或一致性方面的小变化(图14B-G)。图14A是用于一次装载实验的U形盒的流动池的微孔阵列的图像。图14B-14C是图14A的部分的放大图像，其示出具有珠双峰的微孔阵列的微孔的百分比在中心和微孔阵列的流体通道的边界处相似。图14D-14G是示出相对于微孔阵列的微孔的百分比没有边缘效应的两个装载实验的曲线图，其中沿流动方向没有珠、单个珠或珠双峰。
图15A1-15J2各自是在流体通道内顶板的中心部分处具有二氧化硅的亲水涂层的微孔阵列或其一部分的图像，其示出了良好的装载效率、在流动池边界处的最小珠聚集以及珠装载均匀性或一致性方面的小变化。图15A2、15B2、15C2、15D2、15E2、15F2、15G2、15H2、15I2、15J2各自分别是图15A1、15B1、15C1、15D1、15E1、15F1、15G1、15H1、15I1、15J1的一部分的放大图像。
图16A-16D示出了在与由流体通道内顶板和侧壁形成的边缘偏移的流体通道内顶板的中心部分处具有亲水涂层可提高装载效率。
具体实施方式
在以下详述中，参考附图，所述附图形成本发明的一部分。在附图中，类似符号通常标识类似部件，除非上下文另外指示。在详述、附图和权利要求中描述的示例性实施方案并不意味着限制。在不脱离本文提出的主题的精神或范围的情况下，可利用其他实施方案并且可做出其他改变。将容易理解的是，如本文中大体所描述和图中所示出的本公开的各方面可以多种不同的配置加以布置、替换、组合、分离和设计，所有这些不同的配置均被本文明确涵盖并且成为本公开的一部分。
来自GenBank的所有专利、公布的专利申请、其他出版物和序列以及本文提及的其他数据库关于相关技术通过引用以其全文并入。
公开了用于条形码的方法和系统。在一些实施方案中，一种装置包括：包括流体通道、入口和出口的流动池，其中所述流体通道包括内顶板、第一侧壁和底部，其中所述内顶板的接触角比第一侧壁的接触角小至少10度，其中所述流体通道的底部包括基板，所述基板包括多个微孔，并且其中所述入口和所述出口通过所述流体通道与所述流动池流体连通。流体通道可包括第二侧壁。在一些实施方案中，亲水涂层从由内顶板和第一侧壁形成的边缘偏移例如100-1000微米或内顶板宽度的1％-25％。这种装置可用于产生穿过流动池室的宽度的塞流。塞流可使得颗粒(如珠和细胞)有效地装载和回收到流动池室底部处的微孔阵列的微孔中和从流动池室底部处的微孔阵列的微孔有效地装载和取回所述颗粒。
在流动池的流体通道内的超亲水涂层或顶壁(也称为内顶板、流体通道内顶板或流体通道内顶板)的处理可用于将气塞和缓冲塞到引入到具有水平非倾斜工作流程的流动池(即，不使得流动池倾斜)。超亲水涂层为气体和缓冲塞的均匀流体前端提供毛细管辅助流动，而不使用浮力来通过缓冲液实现气体置换或通过气体实现缓冲液置换。因此，可消除利用浮力以用缓冲液置换气体或用气体置换缓冲液的需求。继而，可消除流动池的非水平倾斜工作流程的需求。在一些实施方案中，结构化的亲水和疏水涂层可用于流体通道内顶板或流体通道内顶板上，以定制流动池中的气体缓冲液流体前端的轮廓。流体通道边界(也称为流动池边界)的选择性涂层(也称为功能化)影响流动池的特定部分内的毛细管流动的方向，以控制气体缓冲液流体前端轮廓的轮廓。毛细管辅助流动可用于具有气体缓冲液塞流的流动池的水平操作，以避免缓冲液和气塞的破坏。另外，塞流可用于在流动池边界处实现高流速。这样做的一个目的可能是冲掉流动池内微孔阵列表面上的多余的珠。
本文公开的是用于样品装载的方法。在一些实施方案中，一种方法包括：(a)提供一种装置，其包括：包括流体通道、入口和出口的流动池，其中所述流体通道包括流体通道内顶板、第一侧壁和底部，其中所述流体通道内顶板的接触角比第一侧壁的接触角小至少10度，其中所述底部包括基板，所述基板包括多个微孔，其中所述多个微孔包括至少100个微孔，并且其中所述入口和所述出口通过所述流体通道与所述流动池流体连通；(b)通过入口将气体引入流体通道中；以及(c)通过入口将第一样品引入流体通道中，其中第一样品包含多个第一颗粒，并且其中，在通过入口将样品引入流体通道中之后，所述多个微孔中的至少25％各自含有所述多个第一颗粒的单个颗粒。在一些实施方案中，所述多个微孔中的至少50％或75％各自含有所述多个第一颗粒的单个颗粒。流体通道可包括第二侧壁。
定义
除非另外定义，否则本文使用的技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常所理解相同的意义。参见例如，Singleton等人,Dictionary of Microbiologyand Molecular Biology第2版编辑,J.Wiley&Sons(New York,NY 1994)；Sambrook等人,Molecular Cloning,A Laboratory Manual,Cold Spring Harbor Press(Cold SpringHarbor,NY 1989)。出于本公开的目的，下文定义以下术语。
如本文所用，术语“衔接子”可意指促进相关核酸的扩增或测序的序列。相关核酸可包括靶核酸。相关核酸可包括空间标记、靶标记、样品标记、索引标记、条形码、随机条形码或分子标记中的一种或多种。衔接子可以是线性的。衔接子可以是预腺苷酸化的衔接子。衔接子可以是双链或单链的。一个或多个衔接子可位于核酸的5'或3'末端上。当衔接子在5'和3'末端上包含已知序列时，所述已知序列可以是相同或不同的序列。位于多核苷酸的5'和/或3'末端上的衔接子能够与固定在表面上的一种或多种寡核苷酸杂交。在一些实施方案中，衔接子可包括通用序列。通用序列可以是两个或更多个核酸分子共有的核苷酸序列区域。所述两个或更多个核酸分子可具有不同序列的区域。因此，例如，5'衔接子可包含相同和/或通用核酸序列，并且3'衔接子可包含相同和/或通用序列。可存在于多个核酸分子的不同成员中的通用序列可允许使用与通用序列互补的单个通用引物复制或扩增多个不同序列。类似地，可存在于核酸分子集合的不同成员中的至少一个、两个(例如，一对)或更多个通用序列可允许使用至少一个、两个(例如，一对)或更多个与通用序列互补的单个通用引物复制或扩增多个不同序列。因此，通用引物包括可与这种通用序列杂交的序列。可修饰带有靶核酸序列的分子，以将通用衔接子(例如，非靶核酸序列)附接到不同靶核酸序列的一个或两个末端。与靶核酸附接的一个或多个通用引物可提供通用引物杂交的位点。附接到靶核酸的一个或多个通用引物可彼此相同或不同。
如本文所用，术语“相关联”或“与……相关联”可意指两个或更多个物种可鉴定为在一个时间点共同定位。关联可意指两个或更多个物种在或曾经在类似的容器内。关联可以是信息学关联，其中例如存储关于两个或更多个物种的数字信息，并且可用于确定所述物种中的一个或多个在一个时间点共同定位。关联可以是物理关联。在一些实施方案中，两个或更多个相关物种彼此“栓系”、“附接”或“固定”或者“栓系”、“附接”或“固定”到共同固体或半固体表面。关联可指用于将标记附接到固体或半固体支持体(如珠)的共价或非共价方式。关联可以是靶标与标记之间的共价键。
如本文所用，术语“互补”可指在两个核苷酸之间精确配对的能力。例如，如果核酸的给定位置处的核苷酸能够与另一个核酸的核苷酸氢键合，则认为这两个核酸在所述位置处彼此互补。两个单链核酸分子之间的互补性可以是“部分的”，其中仅一些核苷酸结合，或者当单链分子之间存在完全互补性时它可以是完整的。如果第一核苷酸序列与第二核苷酸序列互补，则可以说第一核苷酸序列是第二序列的“互补序列”。如果第一核苷酸序列与第二序列的反向序列(即，核苷酸的顺序颠倒)互补，则可以说第一核苷酸序列是第二序列的“反向互补序列”。如本文所用，术语“互补序列”、“互补”和“反向互补序列”可互换使用。从所述公开内容应理解，如果分子可与另一个分子杂交，则它可以是被杂交的分子的互补序列。
如本文所用，术语“数字计数”可指用于估计样品中的靶分子数量的方法。数字计数可包括确定与样品中的靶标相关联的多个独特标记的步骤。此方法将分子计数问题从定位和鉴定相同分子中的一个转换为关于检测一组预定义标记的一系列是/否数字问题。
如本文所用，术语“标记”或“标签”可指与样品内的靶标相关联的核酸代码。标记可以是例如核酸标记。标记可以是完全或部分可放大的标记。标记可完全或部分顺序标记。标记可以是可鉴定为不同的天然核酸的一部分。标记可以是已知序列。标记可包含核酸序列的接合，例如天然和非天然序列的接合。如本文所用，术语“标记”可与术语“索引”、“标签”或“标记-标签”互换使用。标记可传达信息。例如，在各种实施方案中，标记可用于确定样品的标识、样品的来源、细胞的身份和/或靶标。
如本文所用，术语“核酸”是指多核苷酸序列或其片段。核酸可包含核苷酸。核酸对细胞可以是外源的或内源的。核酸可存在于无细胞环境中。核酸可以是其基因或片段。核酸可以是DNA。核酸可以是RNA。核酸可包含一种或多种类似物(例如改变的骨架、糖或核碱基)。类似物的一些非限制性实例包括：5-溴尿嘧啶、肽核酸、异种核酸，吗啉代、锁核酸、乙二醇核酸、苏阿糖核酸、双脱氧核苷酸、虫草素、7-脱氮杂-GTP、荧光团(例如与糖连接的罗丹明或荧光素)、含巯基的核苷酸、生物素连接的核苷酸、荧光碱基类似物、CpG岛、甲基-7-鸟苷、甲基化核苷酸、肌苷、硫代尿苷、假尿苷、二氢尿苷、辫苷和怀俄苷。“核酸”、“多核苷酸、“靶多核苷酸”和“靶核酸”可互换使用。
核酸可包含一种或多种修饰(例如碱基修饰、骨架修饰)以为核酸提供新的或增强的特征(例如改善的稳定性)。核酸可包含核酸亲和标签。核苷可以是碱基-糖组合。核苷的碱基部分可以是杂环碱基。此类杂环碱基的两个最常见类别是嘌呤和嘧啶。核苷酸可以是还包括共价连接到核苷的糖部分的磷酸酯基团的核苷。对于包括呋喃戊糖的那些核苷，磷酸酯基团可连接至糖的2'、3'或5'羟基部分。在形成核酸方面，磷酸酯基团可共价连接彼此相邻的核苷以形成线性聚合化合物。反过来，此线性聚合化合物的各末端可进一步连接以形成环状化合物，然而，线性化合物通常是合适的。另外，线性化合物可具有内部核苷酸碱基互补性并且因此可以为了产生完全或部分双链化合物的方式折叠。在核酸内，磷酸酯基团通常可称为形成核酸的核苷间骨架。连接或骨架可以是3'至5'磷酸二酯键。
核酸可包含修饰的骨架和/或修饰的核苷间键。修饰的骨架可包括在骨架中保留了磷原子的那些骨架以及在骨架中不具有磷原子的那些骨架。其中含有磷原子的合适的修饰的核酸骨架可包括例如，硫代磷酸酯、手性硫代磷酸酯、二硫代磷酸酯、磷酸三酯、氨基烷基磷酸三酯、甲基和其他烷基膦酸酯(如3'-亚烷基膦酸酯、5'-亚烷基膦酸酯、手性膦酸酯)、次膦酸酯、氨基磷酸酯(包括3'-氨基氨基磷酸酯和氨基烷基氨基磷酸酯)、二氨基磷酸酯、硫羰氨基磷酸酯、硫羰烷基磷酸酯、硫羰烷基磷酸三酯、具有正常3'-5'键的硒代磷酸酯和硼代磷酸酯、2'-5'连接类似物以及具有反极性的那些，其中一个或多个核苷酸间键是3'至3'、5'至5'或2'至2'键。
核酸可包含由短链烷基或环烷基核苷间键、混合的杂原子和烷基或环烷基核苷间键，或一个或多个短链杂原子或杂环核苷间键形成的多核苷酸骨架。这些可包括具有以下的那些：吗啉代键(部分地由核苷的糖部分形成)；硅氧烷骨架；硫化物、亚砜和砜骨架；甲酰乙酰基和硫代甲酰乙酰基骨架；亚甲基甲酰乙酰基和硫代甲酰乙酰基骨架；核糖乙酰基(riboacetyl)骨架；含烯烃的骨架；氨基磺酸酯骨架；亚甲基亚胺基和亚甲基肼基骨架；磺酸酯和磺酰胺骨架；酰氨骨架；以及具有混合N、O、S和CH2组成部分的其他骨架。
核酸可包含核酸模拟物。术语“模拟物”可旨在包括其中仅呋喃糖环或呋喃糖环和核苷酸间键两者均被非呋喃糖基团替代的多核苷酸，仅呋喃糖环替代可被称为糖替代物。杂环碱基部分或修饰的杂环碱基部分可维持用于与适当的靶核酸杂交。一种这样的核酸可以是肽核酸(PNA)。在PNA中，多核苷酸的糖骨架可被含酰氨的骨架替代，具体为氨基乙基甘氨酸骨架。核苷酸可被保留下来并且直接或间接结合骨架的酰氨部分的氮杂氮原子。PNA化合物中的骨架可包含给予PNA含酰氨骨架的两个或更多个连接的氨基乙基甘氨酸单元。杂环碱基部分可直接或间接结合骨架的酰氨部分的氮杂氮原子。
核酸可包含吗啉代骨架结构。例如，核酸可包含替代核糖环的6元吗啉代环。在这些实施方案的一些中，二氨基磷酸酯或其他非磷酸二酯核苷间键可替代磷酸二酯键。
核酸可包含连接的吗啉代单元(即吗啉代核酸)，其具有与吗啉代环附接的杂环碱基。连接基团可连接吗啉代核酸中的吗啉代单体单元。基于非离子吗啉代的低聚化合物可具有较少的与细胞蛋白质的不希望的相互作用。基于吗啉代的多核苷酸可以是核酸的非离子模拟物。吗啉代类中的多种化合物可使用不同的连接基团连接。另一类多核苷酸模拟物可称为环己烯基核酸(CeNA)。通常存在于核酸分子中的呋喃糖环可被环己烯基环替代。可制备CeNA DMT保护的亚磷酰胺单体并用于使用亚磷酰胺化学性质的低聚化合物合成。将CeNA单体并入到核酸链中可增加DNA/RNA杂交体的稳定性。CeNA寡腺苷酸可与核酸互补序列形成具有与天然复合物类似稳定性的复合物。进一步的修饰可包括锁核酸(LNA)，其中2'-羟基连接到糖环的4'碳原子从而形成2'-C、4'-C-氧基亚甲基键，从而形成双环糖部分。所述键可以是桥联2'氧原子和4'碳原子的亚甲基(-CH2-)，其中n是1或2。LNA和LNA类似物可显现出与互补核酸具有非常高的双链体热稳定性(Tm＝+3℃至+10℃)、朝向3'-核酸外切降解的稳定性和良好的溶解特性。
核酸还可包括核碱基(常常简称为“碱基”)修饰或取代。如本文所用，“未修饰”或“天然”核碱基可包括嘌呤碱基(例如腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G))以及嘧啶碱基(例如胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U))。修饰的核碱基可包括其他合成和天然的核碱基，如5-甲基胞嘧啶(5-me-C)、5-羟甲基胞嘧啶、黄嘌呤、次黄嘌呤、2-氨基腺嘌呤、腺嘌呤和鸟嘌呤的6-甲基衍生物和其他烷基衍生物、腺嘌呤和鸟嘌呤的2-丙基衍生物和其他烷基衍生物、2-硫尿嘧啶、2-硫胸腺嘧啶和2-硫胞嘧啶、5-卤代尿嘧啶和胞嘧啶、5-丙炔基(-C＝C-CH3)尿嘧啶和胞嘧啶以及嘧啶碱基的其他炔基衍生物、6-偶氮基尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶、5-尿嘧啶(假尿嘧啶)、4-硫尿嘧啶、8-卤代、8-氨基、8-巯基、8-硫烷基、8-羟基和其他8-取代的腺嘌呤和鸟嘌呤、5-卤代(具体地5-溴)、5-三氟甲基和其他5-取代的尿嘧啶和胞嘧啶、7-甲基鸟嘌呤和7-甲基腺嘌呤、2-F-腺嘌呤、2-氨基腺嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤和8-氮杂腺嘌呤、7-脱氮鸟嘌呤和7-脱氮腺嘌呤以及3-脱氮鸟嘌呤和3-脱氮腺嘌呤。修饰的核碱基可包括三环嘧啶如吩噁嗪胞苷(1H-嘧啶并(5,4-b)(1,4)苯并噁嗪-2(3H)-酮)、吩噻嗪胞苷(1H-嘧啶并(5,4-b)(1,4)苯并噻嗪-2(3H)-酮)、G-夹如取代的吩噁嗪胞苷(例如9-(2-氨基乙氧基)-H-嘧啶并(5,4-(b)(1,4)苯并噁嗪-2(3H)-酮)、吩噻嗪胞苷(1H-嘧啶并(5,4-b)(1,4)苯并噻嗪-2(3H)-酮)、G-夹如取代的吩噁嗪胞苷(例如9-(2-氨基乙氧基)-H-嘧啶并(5,4-(b)(1,4)苯并噁嗪-2(3H)-酮)、咔唑胞苷(2H-嘧啶并(4,5-b)吲哚-2-酮)、吡啶并吲哚胞苷(H-吡啶并(3',2':4,5)吡咯并([2,3-d)]嘧啶-2-酮)。
如本文所用，术语“样品”可指包含靶标的组合物。用于通过公开方法、装置和系统分析的合适样品包括细胞、组织、器官或生物体。
如本文所用，术语“取样装置”或“装置”可指可取样品的一部分和/或将所述部分放置在基板上的装置。样品装置可指例如荧光激活细胞分选(FACS)机、细胞分选机、活检针、活检装置、组织切片装置、微流体装置、叶栅和/或切片机。
如本文所用，术语“固体支持体”可指多个条形码(例如，随机条形码)可附接的离散的固体或半固体表面。固体支持体可包括核酸可固定(例如，共价或非共价的)在其上的任何类型的固体、多孔或空心球体、球、轴承、圆柱体或由塑料、陶瓷、金属或聚合物材料(例如水凝胶)构成的其他类似构造。固体支持体可包含离散的颗粒，其可以是球形的(例如，微球)或具有非球形或不规则形状，如立方体、长方体、金字塔形、圆柱形、圆锥形、椭圆形或盘形等。在阵列中间隔开的多个固体支持体可不包括基板。固体支持体可与术语“珠”互换使用。
固体支持体可指“基板”。基板可以是一种类型的固体支持体。基板可指连续的固体或半固体表面，在其上可进行本公开的方法。例如，基板可指阵列、盒、芯片、装置和滑动件。
如本文所用，术语“条形码”可指包含标记的多核苷酸序列。条形码可以是可用于条形码的多核苷酸序列。条形码(如随机条形码)可用于量化样品中的靶标。条形码可用于控制标记与靶标相关联后可能发生的错误。例如，条形码可用于评估扩增或测序错误。与靶标相关联的条形码可称为条形码-靶标或条形码-标签-靶标。
如本文所用，术语“基因特异性条形码”可指包含标记的多核苷酸序列和为基因特异性的靶结合区。
如本文所用，术语“条形码”可指核酸的随机标记(例如，随机条形码)。条形码可利用递归泊松策略来关联和量化与靶标相关联的标记。如本文所用，术语“条形码”可与“基因特异性条形码”互换使用。
如本文所用，术语“靶标”可指可与随机条形码相关联的组合物。用于通过公开方法、装置和系统分析的示例性合适的靶标包括寡核苷酸、DNA、RNA、mRNA、微RNA、tRNA等。靶标可以是单链或双链的。在一些实施方案中，靶标可以是蛋白质。在一些实施方案中，靶标是脂质。
如本文所用，术语“逆转录酶”可指具有逆转录酶活性(即，催化从RNA模板合成DNA)的一组酶。一般而言，此类酶包括但不限于逆转录病毒逆转录酶、逆转录转座子逆转录酶、逆转录质粒逆转录酶、反转录子逆转录酶、细菌逆转录酶、II组内含子衍生的逆转录酶，及其突变体、变体或衍生物。非逆转录病毒逆转录酶包括非LTR逆转录转座子逆转录酶、逆转录质粒逆转录酶、反转录子逆转录酶和II组内含子逆转录酶。II组内含子逆转录酶的实例包括乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)LI.LtrB内含子逆转录酶、细长聚球藻(Thermosynechococcus elongates)TeI4c内含子逆转录酶或嗜热脂肪芽孢杆菌(Geobacillus stearothermophilus)GsI-IIC内含子逆转录酶。其他种类的逆转录酶可包括许多种类的非逆转录病毒逆转录酶(即，反转录子、II组内含子和产生多样性的逆转录因子等)。
本文公开了用于检测和/或校正PCR和/或测序期间发生的错误的方法和系统。错误的类型可变化，例如，包括但不限于取代错误(一个或多个碱基)和非取代错误。在取代错误中，单碱基取代错误的发生频率远高于单碱基分开错误。例如，所述方法和系统可用于通过随机条形码提供分子靶的精确计数。
条形码
条形码(如随机条形码)已在例如US20150299784、WO2015031691和Fu等人,ProcNatl Acad Sci U.S.A.2011年5月31日；108(22):9026-31中描述，这些出版物的内容特此以其全文并入。在一些实施方案中，本文公开的条形码可以是随机条形码，其可以是可用于随机标记(例如，条形码、标签)靶标的多核苷酸序列。如果随机条形码的不同条形码序列的数量与待标记的任何靶标的出现次数的比率可以是或是约1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1、20:1、30:1、40:1、50:1、60:1、70:1、80:1、90:1、100:1或这些值中的任两个之间的数字或范围，则条形码可称为随机条形码。靶标可以是包含具有相同或几乎相同序列的mRNA分子的mRNA物种。如果随机条形码的不同条形码序列的数量与待标记的任何靶标的出现次数的比率是至少或至多1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1、20:1、30:1、40:1、50:1、60:1、70:1、80:1、90:1或100:1，则条形码可称为随机条形码。随机条形码的条形码序列可称为分子标记。
条形码(例如随机条形码)可包含一个或多个标记。示例性标记可包括通用标记、细胞标记、条形码序列(例如分子标记)、样品标记、板标记、空间标记和/或预空间标记。图1示出了具有空间标记的示例性条形码104。条形码104可包括5'胺，其可将条形码连接到固体支持体105。条形码可包含通用标记、维度标记、空间标记、细胞标记和/或分子标记。条形码中不同标记(包括但不限于通用标记、维度标记、空间标记、细胞标记和分子标记)的顺序可变化。例如，如图1所示，通用标记可以是5'最标记，而分子标记可以是3'最标记。空间标记、维度标记和细胞标记可以是任何顺序的。在一些实施方案中，通用标记、空间标记、维度标记、细胞标记和分子标记是任何顺序的。条形码可包含靶结合区。靶结合区可与样品中的靶标(例如靶核酸、RNA、mRNA、DNA)相互作用。例如，靶结合区可包含寡(dT)序列，其可与mRNA的聚(A)尾相互作用。在一些情况下，条形码的标记(例如，通用标记、维度标记、空间标记、细胞标记和条形码序列)可分开1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20或更多个核苷酸。
标记(例如细胞标记)可包括一组独特的具有限定长度(例如每个七个核苷酸(等于一些汉明错误校正码中使用的比特数))的核酸子序列，其可被设计用于提供错误校正能力。包含七个核苷酸序列的所述组错误校正子序列可设计成使得所述组中序列的任何成对组合表现出限定的“遗传距离”(或错配碱基的数量)，例如，可设计一组错误校正子序列以表现出三个核苷酸的遗传距离。在这种情况下，检查标记的靶标核酸分子的序列数据集中的错误校正序列(以下更全面地描述)可允许检测或校正扩增或测序错误。在一些实施方案中，用于创建错误校正码的核酸子序列的长度可变化，例如，它们的长度可以是或是约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、30、31、40、50或这些值中的任两个之间的数字或范围个核苷酸。在一些实施方案中，具有其他长度的核酸子序列可用于创建错误校正码。
随机条形码可来自“非耗尽贮存器”，由许多不同的标记组成的随机条形码池。非耗尽贮存器可包含大量不同的随机条形码，使得当非耗尽贮存器与靶标池相关联时，每个靶标均可能与独特的随机条形码相关联。每个标记的靶标分子的独特性可通过随机选择的统计来确定，并且取决于与标记的多样性相比的集合中相同靶标分子的拷贝数。所得标记的靶标分子组的大小可通过条形码过程的随机性质和对检测到的随机条形码的数量分析来确定，然后允许计算原始集合或样品中存在的靶标分子的数量。当存在的靶标分子的拷贝数与独特的随机条形码的数量的比率低时，标记的靶标分子是高度独特的(即，用给定标记标记多于一种靶分子的概率非常低)。
条形码可包含靶结合区。靶结合区可与样品中的靶标相互作用。靶标可以是或包含核糖核酸(RNA)、信使RNA(mRNA)、微RNA、小干扰RNA(siRNA)、RNA降解产物、各自包含聚(A)尾的RNA或其任何组合。在一些实施方案中，所述多个靶标可包括脱氧核糖核酸(DNA)。
在一些实施方案中，靶结合区可包含寡(dT)序列，其可与mRNA的聚(A)尾相互作用。条形码的标记(例如通用标记、维度标记、空间标记、细胞标记和条形码序列(例如，分子标记))中的一个或多个可通过间隔子与条形码剩余标记中的另一个或两个分开。间隔子可以是例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20或更多个核苷酸。在一些实施方案中，条形码的标记均未被间隔子分开。
通用标记
条形码可包含一个或多个通用标记。在一些实施方案中，所述一个或多个通用标记对于附接到给定固体支持体的条形码组中的所有条形码可以是相同的。在一些实施方案中，所述一个或多个通用标记对于附接到多个珠的所有条形码可以是相同的。在一些实施方案中，通用标记可包含能够与测序引物杂交的核酸序列。测序引物可用于测序包含通用标记的条形码。测序引物(例如通用测序引物)可包含与高通量测序平台相关联的测序引物。在一些实施方案中，通用标记可包含能够与PCR引物杂交的核酸序列。在一些实施方案中，通用标记可包含能够与测序引物和PCR引物杂交的核酸序列。能够与测序或PCR引物杂交的通用标记的核酸序列可称为引物结合位点。通用标记可包含可用于启动条形码转录的序列。通用标记可包含可用于扩展条形码或条形码内区域的序列。通用标记的长度可以是或是约1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50或这些值中的任两个之间的数字或范围个核苷酸。例如，通用标记可包含至少约10个核苷酸。通用标记的长度可以是至少或至多1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、100、200或300个核苷酸。在一些实施方案中，可切割的接头或修饰的核苷酸可以是通用标记序列的一部分，以使条形码能够从支持体切下。
维度标记
条形码可包含一个或多个维度标记。在一些实施方案中，维度标记可包含核酸序列，所述核酸序列提供关于其中发生标记(例如，随机标记)的维度的信息。例如，维度标记可提供关于靶标随机条形码的时间的信息。维度标记可与样品中的条形码(例如，随机条形码)的时间相关联。维度标记可在标记时被激活。不同的维度标记可在不同的时间被激活。维度标记提供了关于其中靶标、靶标组和/或样品随机条形码的顺序的信息。例如，细胞群可在细胞周期的G0阶段随机条形码。所述细胞可在细胞周期的G1阶段用条形码(例如，随机条形码)再次脉冲。细胞可在细胞周期的S阶段用条形码再次脉冲，等等。每个脉冲(例如，细胞周期的每个阶段)处的条形码可包含不同的维度标记。以这种方式，维度标记提供了关于哪些靶标在细胞周期的哪个阶段被标记的信息。维度标记可询问许多不同的生物时间。示例性生物时间可包括但不限于细胞周期、转录(例如，转录起始)和转录物降解。在另一个实例中，样品(例如，细胞、细胞群)可在用药物和/或疗法治疗之前和/或之后随机标记。不同靶标的拷贝数的变化可指示样品对药物和/或疗法的响应。
维度标记可被激活。可激活的维度标记可在特定时间点被激活。可激活的标记可以是例如组成型激活的(例如，未关闭)。可激活的维度标记可例如可逆地被激活(例如，可激活的维度标记可被打开和关闭)。维度标记可例如可逆地被激活至少1、2、3、4、5、6、7、8、9或10次或更多次。维度标记可可逆地被激活，例如至少1、2、3、4、5、6、7、8、9或10次或更多次。在一些实施方案中，维度标记可用荧光、光、化学事件(例如，裂解、另一分子的连接、添加修饰(例如，聚乙二醇化、SUMO化、乙酰化、甲基化、脱乙酰化、脱甲基化)、光化学事件(例如，光罩)，以及引入非天然核苷酸来激活。
在一些实施方案中，对于与给定固体支持体(例如，珠)附接的所有条形码(例如，随机条形码)，维度标记可以是相同的，但对于不同的固体支持体(例如，珠)是不同的。在一些实施方案中，同一固体载体上的条形码中的至少60％、70％、80％、85％、90％、95％、97％，99％或100％可包含相同的维度标记。在一些实施方案中，同一固体载体上的条形码中的至少60％可包含相同的维度标记。在一些实施方案中，同一固体载体上的条形码中的至少95％可包含相同的维度标记。
可存在于多个固体支持体(例如，珠)中表示的多达106个或更多个独特的维度标记序列。维度标记的长度可以是或是约1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50或这些值中的任两个之间的数字或范围个核苷酸。维度标记的长度可以是至少或至多1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、100、200或300个核苷酸。维度标记可包含约5至约200个核苷酸。维度标记可包含约10至约150个核苷酸。维度标记的长度可包含约20至约125个核苷酸。
空间标记
条形码可包含一个或多个空间标记。在一些实施方案中，空间标记可包含核酸序列，其提供关于与条形码相关联的靶分子的空间取向的信息。空间标记可与样品中的坐标相关联。所述坐标可以是固定坐标。例如，坐标可参考基板来固定。空间标记可参考二维或三维网格。坐标可参考地标来固定。所述地标可在空间中鉴定。地标可以是可成像的结构。地标可以是生物结构，例如解剖地标。地标可以是细胞地标，例如细胞器。地标可以是非自然地标，如具有可鉴定标识符(如颜色代码、条形码、磁性、荧光、放射性或独特的尺寸或形状)的结构。空间标记可与物理分区(例如，孔、容器或液滴)相关联。在一些实施方案中，多个空间标记一起用于编码空间中的一个或多个位置。
对于与给定固体支持体(例如，珠)附接的所有条形码，空间标记可以是相同的，但对于不同的固体支持体(例如，珠)是不同的。在一些实施方案中，同一固体支持体上包含相同空间标记的条形码的百分比可以是或是约60％、70％、80％、85％、90％、95％、97％、99％、100％或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，同一固体支持体上包含相同空间标记的条形码的百分比可以是至少或至多60％、70％、80％、85％、90％、95％、97％、99％或100％。在一些实施方案中，同一固体载体上的条形码中的至少60％可包含相同的空间标记。在一些实施方案中，同一固体载体上的条形码中的至少95％可包含相同的空间标记。
可存在于多个固体支持体(例如，珠)中表示的多达106个或更多个独特的空间标记序列。空间标记的长度可以是或是约1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50或这些值中的任两个之间的数字或范围个核苷酸。空间标记的长度可以是至少或至多1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、100、200或300个核苷酸。空间标记可包含约5至约200个核苷酸。空间标记可包含约10至约150个核苷酸。空间标记的长度可包含约20至约125个核苷酸。
细胞标记
条形码可包含一个或多个细胞标记。在一些实施方案中，细胞标记可包含核酸序列，其提供用于确定哪种靶核酸源自哪种细胞的信息。在一些实施方案中，对于与给定固体支持体(例如，珠)附接的所有条形码，细胞标记是相同的，但对于不同的固体支持体(例如，珠)是不同的。在一些实施方案中，同一固体支持体上包含相同细胞标记的条形码的百分比可以是或是约60％、70％、80％、85％、90％、95％、97％、99％、100％或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，同一固体支持体上包含相同细胞标记的条形码的百分比可以是或是约60％、70％、80％、85％、90％、95％、97％、99％或100％。例如，同一固体载体上的条形码中的至少60％可包含相同的细胞标记。作为另一个实例，同一固体载体上的条形码中的至少95％可包含相同的细胞标记。
可存在于多个固体支持体(例如，珠)中表示的多达106个或更多个独特的细胞标记序列。细胞标记的长度可以是或是约1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50或这些值中的任两个之间的数字或范围个核苷酸。细胞标记的长度可以是至少或至多1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、100、200或300个核苷酸。例如，细胞标记可包含约5至约200个核苷酸。作为另一个实例，细胞标记可包含约10至约150个核苷酸。作为又另一个实例，细胞标记的长度可包含约20至约125个核苷酸。
条形码序列
条形码可包含一个或多个条形码序列。在一些实施方案中，条形码序列可包含核酸序列，其提供与条形码杂交的特定类型的靶核酸物种的鉴定信息。条形码序列可包含核酸序列，其为与条形码(例如，靶结合区)杂交的靶核酸物种的特定出现提供计数(例如，提供粗略近似)。
在一些实施方案中，将一组不同的条形码序列附接到给定的固体支持体(例如，珠)。在一些实施方案中，可存在或存在约102、103、104、105、106、107、108、109或这些值中的任两个之间的数字或范围个独特的分子标记序列。例如，多个条形码可包含具有不同序列的约6561个条形码序列。作为另一个实例，多个条形码可包含具有不同序列的约65536个条形码序列。在一些实施方案中，可存在至少或至多102、103、104、105、106、107、108或109个独特的条形码序列。独特的分子标记序列可附接到给定的固体支持体(例如，珠)。
条形码的长度可以是或是约1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50或这些值中的任两个之间的数字或范围个核苷酸。条形码的长度可以是至少或至多1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、100、200或300个核苷酸。
分子标记
随机条形码可包含一个或多个分子标记。分子标记可包括条形码序列。在一些实施方案中，分子标记可包含核酸序列，其提供与随机条形码杂交的特定类型的靶核酸物种的鉴定信息。分子标记可包含核酸序列，其为与随机条形码(例如，靶结合区)杂交的靶核酸物种的特定出现提供计数。
在一些实施方案中，将一组不同的分子标记附接到给定的固体支持体(例如，珠)。在一些实施方案中，可存在或存在约102、103、104、105、106、107、108、109或一定数量或范围个独特的分子标记序列。例如，多个随机条形码可包含具有不同序列的约6561个分子标记。作为另一个实例，多个随机条形码可包含具有不同序列的约65536个分子标记。在一些实施方案中，可存在至少或至多102、103、104、105、106、107、108或109个独特的分子标记序列。具有独特的分子标记序列的随机条形码可附接到给定的固体支持体(例如，珠)。
对于使用多个随机条形码的随机条形码，不同分子标记序列的数量与任何靶标的出现次数的比率可以是或是约1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1、20:1、30:1、40:1、50:1、60:1、70:1、80:1、90:1、100:1或这些值中的任两个之间的数字或范围。靶标可以是包含具有相同或几乎相同序列的mRNA分子的mRNA物种。在一些实施方案中，不同分子标记序列的数量与任何靶标的出现次数的比率是至少或至多1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1、20:1、30:1、40:1、50:1、60:1、70:1、80:1、90:1或100:1。
分子标记的长度可以是或是约1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50或这些值中的任两个之间的数字或范围个核苷酸。分子标记的长度可以是至少或至多1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、100、200或300个核苷酸。
靶结合区
条形码可包含一个或多个靶结合区，如捕获探针。在一些实施方案中，靶结合区可与感兴趣的靶标杂交。在一些实施方案中，靶结合区可包含核酸序列，其特异性地与靶标(例如靶核酸、靶分子，例如待分析的细胞核酸)，例如与特定基因序列杂交。在一些实施方案中，靶结合区可包含核酸序列，其可附接(例如，杂交)到特定靶核酸的特定位置。在一些实施方案中，靶结合区可包含核酸序列，其能够与限制酶位点突出端(例如EcoRI粘端突出端)特异性杂交。然后条形码可与包含与限制性位点突出端互补的序列的任何核酸分子连接。
在一些实施方案中，靶结合区可包含非特异性靶核酸序列。非特异性靶核酸序列可指可与多个靶核酸结合的序列，独立于靶核酸的特定序列。例如，靶结合区可包含随机多聚体序列，或与mRNA分子上的聚(A)尾杂交的寡(dT)序列。随机多聚体序列可以是例如随机二聚体、三聚体、四聚体、五聚体、六聚体、七聚体、八聚体、九聚体、十聚体或具有任何长度的更高的多聚体序列。在一些实施方案中，靶结合区对于附接到给定珠的所有条形码是相同的。在一些实施方案中，附接到给定珠的所述多个条形码的靶结合区可包含两种或更多种不同的靶结合序列。靶结合区的长度可以是或是约5、10、15、20、25、30、35、40、45、50或这些值中的任两个之间的数字或范围个核苷酸。靶结合区的长度可以是至多约5、10、15、20、25、30、35、40、45、50或更多个核苷酸。
在一些实施方案中，靶结合区可包含寡(dT)，其可与包含聚腺苷酸化末端的mRNA杂交。靶结合区可以是基因特异性的。例如，靶结合区可配置为与靶标的特定区域杂交。靶结合区的长度可以是或是约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30或这些值中的任两个之间的数字或范围个核苷酸。靶结合区的长度可以是至少或至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30个核苷酸。靶结合区的长度可以是约5-30个核苷酸。当条形码包含基因特异性靶结合区时，所述条形码在本文中可称为基因特异性条形码。
取向特性
条形码可包括一种或多种可用于取向(例如，对准)条形码的取向特性。条形码可包括用于等电聚焦的部分。不同的条形码可包括不同的等电聚焦点。当将这些条形码引入样品时，样品可经历等电聚焦，以便将条形码取向成已知的方式。以这种方式，取向特性可用于开发样品中的条形码的已知图。示例性取向特性可包括电泳迁移率(例如，基于条形码的大小)、等电点、自旋、电导率和/或自组装。例如，具有自组装的取向特性的条形码，在活化后可自组装成特定的取向(例如，核酸纳米结构)。
亲和特性
条形码可包括一种或多种亲和特性。例如，空间标记可包括亲和特性。亲和特性可包括化学和/或生物部分，其可促进条形码与另一实体(例如，细胞受体)的结合。例如，亲和特性可包括抗体，例如，对样品上的特定部分(例如，受体)特异的抗体。在一些实施方案中，抗体可将条形码引导到特定细胞类型或分子。特定细胞类型或分子处和/或附近的靶标可随机标记。在一些实施方案中，亲和特性可以提供除了空间标记的核苷酸序列之外的空间信息，因为抗体可将条形码引导到特定位置。抗体可以是治疗性抗体，例如单克隆抗体或多克隆抗体。抗体可以是人源化的或嵌合的。抗体可以是裸抗体或融合抗体。
抗体可以是全长(即，天然存在的或通过正常免疫球蛋白基因片段重组过程形成的)免疫球蛋白分子(例如，IgG抗体)或免疫球蛋白分子的免疫活性(即，特异性结合)部分，像抗体片段。
抗体片段可以是例如抗体的一部分，如F(ab’)2、Fab’、Fab、Fv、sFv等。在一些实施方案中，抗体片段可与由全长抗体识别的相同抗原结合。抗体片段可包括由抗体的可变区组成的分离片段，如由重链和轻链的可变区组成的“Fv”片段，和其中重链和轻链可变区由肽连接子连接的重组单链多肽分子(“scFv蛋白”)。示例性抗体可包括但不限于癌细胞的抗体、病毒的抗体、结合细胞表面受体(CD8、CD34、CD45)的抗体和治疗性抗体。
固体支持体
在一些实施方案中，本文公开的条形码(如随机条形码)可与固体支持体相关联。固体支持体可以是例如合成颗粒。在一些实施方案中，条形码序列中的一些或全部，如固体支持体上的多个条形码(例如，多个第一条形码)的随机条形码(例如，第一条形码序列)的分子标记相差至少一个核苷酸。同一固体支持体上的条形码的细胞标记可以是相同的。不同固体支持体上的条形码的细胞标记可相差至少一个核苷酸。例如，第一固体支持体上的多个第一条形码的第一细胞标记可具有相同的序列，并且第二固体支持体上的多个第二条形码的第二细胞标记可具有相同的序列。第一固体支持体上的所述多个第一条形码的第一细胞标记和第二固体支持体上的所述多个第二条形码的第二细胞标记可相差至少一个核苷酸。细胞标记可以是例如约5-20个核苷酸长。条形码序列可以是例如约5-20个核苷酸长。合成颗粒可以是例如，珠。
珠可以是例如硅胶珠、受控孔径玻璃珠、磁珠、Dynabead、Sephadex/琼脂糖凝胶珠、纤维素珠、聚苯乙烯珠或其任何组合。珠可包括如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯、玻璃、聚丙烯、琼脂糖、明胶、水凝胶、顺磁物质、陶瓷、塑料、玻璃、甲基苯乙烯、丙烯酸聚合物的材料。
在一些实施方案中，珠可以是用条形码或随机条形码功能化的聚合物珠，例如可变形珠或凝胶珠(如来自10X Genomics(San Francisco,CA)的凝胶珠)。在一些具体实施中，凝胶珠可包括基于聚合物的凝胶。例如，通过将一种或多种聚合物前体包封成液滴，可产生凝胶珠。在将聚合物前体暴露于促进剂(例如，四甲基乙二胺(TEMED))时，可产生凝胶珠。
在一些实施方案中，颗粒可以是可降解的。例如，聚合物珠可在希望的条件下溶解、熔化或降解。希望的条件可包括环境条件。希望的条件可导致聚合物珠以受控方式溶解、熔化或降解。凝胶珠可能由于化学刺激、物理刺激、生物刺激、热刺激、磁刺激、电刺激、光刺激或其任何组合而溶解、融化或降解。
分析物和/或试剂(如寡核苷酸条形码)例如，可偶联/固定到凝胶珠的内部表面(例如，通过扩散寡核苷酸条形码和/或用于产生寡核苷酸条形码的材料可获得的内部)和/或凝胶珠的外表面或本文所述的任何其他微胶囊。偶联/固定可通过任何形式的化学键合(例如，共价键、离子键)或物理现象(例如，范德华力、偶极-偶极相互作用等)。在一些实施方案中，试剂与凝胶珠或本文所述的任何其他微胶囊的偶联/固定可以是可逆的，例如像通过不稳定部分(例如，通过化学交联剂，包括本文所述的化学交联剂)。在施加刺激后，可裂解不稳定部分并释放固定化试剂。在一些实施方案中，不稳定部分是二硫键。例如，在通过二硫键将寡核苷酸条形码固定到凝胶珠的情况下，二硫键暴露于还原剂可裂解二硫键并从珠中释放寡核苷酸条形码。不稳定部分可作为凝胶珠或微胶囊的一部分、作为将试剂或分析物与凝胶珠或微胶囊连接的化学连接体的一部分和/或作为试剂或分析物的一部分被包括。在一些实施方案中，所述多个条形码的至少一个条形码可固定在颗粒上、部分固定在颗粒上、封闭在颗粒中、部分地封闭在颗粒中或其任何组合。
在一些实施方案中，凝胶珠可包含多种不同的聚合物，包括但不限于：聚合物、热敏聚合物、光敏聚合物、磁性聚合物、pH敏感聚合物、盐敏感聚合物、化学敏感聚合物、聚电解质、多糖、肽、蛋白质和/或塑料。聚合物可包括但不限于如聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)、聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS)、聚(烯丙基胺)(PAAm)、聚(丙烯酸)(PAA)、聚(乙烯亚胺)(PEI)、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDADMAC)、聚(吡咯)(PPy)、聚(乙烯基吡咯烷酮)(PVPON)、聚(乙烯基吡啶)(PVP)、聚(甲基丙烯酸)(PMAA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚(四氢呋喃)(PTHF)、聚(邻苯二甲醛)(PTHF)、聚(己基紫精)(PHV)、聚(L-赖氨酸)(PLL)、聚(L-精氨酸)(PARG)、聚(乳酸-共-乙醇酸)(PLGA)的材料。
许多化学刺激可用于触发珠的破坏、溶解或降解。这些化学变化的实例可包括但不限于pH介导的珠壁变化、通过交联键的化学裂解的珠壁崩解、珠壁的触发解聚和珠壁转换反应。体积变化也可用于触发珠的破坏。
通过各种刺激对微胶囊的体积或物理变化在设计胶囊以释放试剂方面也提供了许多优点。在宏观尺度上发生体积或物理变化，其中珠破裂是由刺激引起的机械-物理力的结果。这些过程可包括但不限于压力引起的破裂、珠壁熔化或珠壁孔隙率的变化。
生物刺激也可用于触发珠的破坏、溶解或降解。通常，生物触发剂类似于化学触发剂，但许多实例使用生物分子，或通常在生命系统中发现的分子，如酶、肽、糖、脂肪酸、核酸等。例如，珠可包含具有肽交联的聚合物，所述肽交联对特定蛋白酶的切割敏感。更具体地，一个实例可包括包含GFLGK肽交联的微胶囊。在添加生物触发剂(如蛋白酶组织蛋白酶B)时，壳孔的肽交联被切割并且珠的内容物被释放。在其他情况下，蛋白酶可以是热活化的。在另一个实例中，珠包括包含纤维素的壳壁。添加水解酶壳聚糖作为纤维素键断裂、壳壁解聚和其内容物释放的生物触发剂。
还可在施加热刺激时诱导珠释放其内容物。温度的变化可能导致珠发生各种变化。热量的变化可能导致珠熔化，使得珠壁崩解。在其他情况下，热量可增加珠内部组分的内部压力，使得珠破裂或爆炸。在仍其他情况下，热量可使珠变成收缩的脱水状态。热量还可作用于珠壁内的热敏聚合物，以导致珠的破坏。
将磁性纳米颗粒包含在微胶囊的珠壁中可允许触发珠的破裂以及将珠引导成阵列。本公开的装置可包括用于任一目的的磁珠。在一个实例中，在振荡磁场刺激的存在下，将Fe3O4纳米颗粒掺入含有珠的聚电解质中触发破裂。
作为电刺激的结果，珠也可能被破坏、溶解或降解。类似于前一部分中描述的磁颗粒，电敏感珠可允许触发珠的破裂以及其他功能，如电场中的对准、电导率或氧化还原反应。在一个实例中，将含有电敏感材料的珠在电场中对准，使得可控制内部试剂的释放。在其他实例中，电场可在珠壁本身内引起氧化还原反应，这可增加孔隙率。
光刺激也可用于破坏珠。许多光触发剂是可能的，并且可包括使用各种分子(如纳米颗粒和能够吸收特定波长范围的光子的发色团)的系统。例如，金属氧化物涂层可用作胶囊触发剂。涂覆有SiO2的聚电解质胶囊的UV照射可导致珠壁的崩解。在又另一个实例中，可将光可切换材料(如偶氮苯基团)掺入珠壁中。在施加UV或可见光时，如这些化学物质在吸收光子时经历可逆的顺式-至-反式异构化。在这方面中，光子开关的掺入导致在施加光触发剂时可能崩解或变得更多孔的珠壁。
例如，在图2中所示的条形码(例如，随机条形码)的非限制性实例中，在框208处将细胞(如单个细胞)引入微孔阵列的多个微孔上之后，可在框212处将珠引入微孔阵列的所述多个微孔上。每个微孔可包括一个珠。所述珠可包含多个条形码。条形码可包含附接到珠的5'胺区域。条形码可包括通用标记、条形码序列(例如，分子标记)、靶结合区或其任何组合。
本文公开的条形码可与固体支持体(例如，珠)相关联(例如，与其附接)。与固体支持体相关联的条形码可各自包含选自下组的条形码序列，所述组包含具有独特序列的至少100或1000个条形码序列。在一些实施方案中，与固体支持体相关联的不同条形码可包含具有不同序列的条形码序列。在一些实施方案中，与固体支持体相关联的条形码的百分比包含相同的细胞标记。例如，所述百分比可以是或是约60％、70％、80％、85％、90％、95％、97％、99％、100％或这些值中的任两个之间的数字或范围。作为另一个实例，所述百分比可以是至少或至多60％、70％、80％、85％、90％、95％、97％、99％或100％。在一些实施方案中，与固体支持体相关联的条形码可具有相同的细胞标记。与不同固体支持体相关联的条形码可具有选自下组的不同细胞标记，所述组包含具有独特序列的至少100或1000个细胞标记。
本文公开的条形码可与固体支持体(例如，珠)相关联(例如，与其附接)。在一些实施方案中，可以用包括与所述多个条形码相关联的多个合成颗粒的固体支持体来进行样品中的随机条形码所述多个靶标。在一些实施方案中，固体支持体可包括与所述多个条形码相关联的多个合成颗粒。不同固体支持体上的所述多个条形码的空间标记可相差至少一个核苷酸。固体支持体可例如包括为二维或三维的所述多个条形码。合成颗粒可以是珠。珠可以是硅胶珠、受控孔径玻璃珠、磁珠、Dynabead、Sephadex/琼脂糖凝胶珠、纤维素珠、聚苯乙烯珠或其任何组合。固体支持体可包括聚合物、基质、水凝胶、针阵列装置、抗体或其任何组合。在一些实施方案中，固体支持体可自由浮动。在一些实施方案中，固体支持体可嵌入半固体或固体阵列中。条形码可不与固体支持体相关联。条形码可以是单个核苷酸。条形码可与基板相关联。
如本文所用，术语“栓系的”、“附接的”和“固定的”可互换使用，并且可指用于将条形码附接到固体支持体的共价或非共价方式。各种不同的固体支持体中的任一种可用作固体支持体，用于附接预合成的条形码或用于条形码的原位固相合成。
在一些实施方案中，所述固体支持体是珠。珠可包括核酸可被固定(例如，共价或非共价)的一种或多种类型的固体、多孔或中空球体、球、轴承、圆柱体或其他类似的构型。例如，珠可由塑料、陶瓷、金属、聚合物材料或其任何组合构成。珠可以是或包含离散的颗粒，其是球形的(例如，微球)或具有非球形或不规则形状，如立方体、长方体、金字塔形、圆柱形、圆锥形、椭圆形或盘形等。在一些实施方案中，珠的形状可以是非球形的。
珠可包括多种材料，包括但不限于顺磁材料(例如镁、钼、锂和钽)、超顺磁材料(例如铁素体(Fe3O4；磁铁矿)纳米颗粒)、铁磁材料(例如铁、镍、钴、其一些合金和一些稀土金属化合物)、陶瓷、塑料、玻璃、聚苯乙烯、二氧化硅、甲基苯乙烯、丙烯酸聚合物、钛、乳胶、琼脂糖凝胶、琼脂糖、水凝胶、聚合物、纤维素、尼龙或其任何组合。
在一些实施方案中，珠(例如，标记所附接的珠)是水凝胶珠。在一些实施方案中，珠包含水凝胶。
颗粒的尺寸可变化。例如，颗粒的直径范围可为0.1微米至50微米。在一些实施方案中，颗粒的直径可以是或是约0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50微米或这些值中的任两个之间的数字或范围。
颗粒的直径可与基板的孔的直径相关。在一些实施方案中，与孔的直径相比，颗粒的直径可以是或是约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％或这些值中的任两个之间的数字或范围更长或更短。在一些实施方案中，与细胞的直径相比，颗粒的直径可以是或是约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、150％、200％、250％、300％或这些值中的任两个之间的数字或范围更长或更短。
颗粒可附接到和/或嵌入基板中。颗粒可附接和/或嵌入凝胶、水凝胶、聚合物和/或基质中。可使用存在于颗粒上的条形码上的空间标记来鉴定基板(例如，凝胶、基质、支架或聚合物)内的颗粒的空间位置，其可用作位置地址。
颗粒的实例可包括但不限于链霉抗生物素蛋白珠、琼脂糖珠、磁珠、微珠、抗体缀合珠(例如，抗免疫球蛋白微珠)、蛋白A缀合珠、蛋白G缀合珠、蛋白A/G缀合珠、蛋白L缀合珠、寡(dT)缀合珠、二氧化硅珠、二氧化硅样珠、抗生物素微珠、抗荧光微珠和BcMagTM羧基封端磁珠。
颗粒可与量子点或荧光染料相关联(例如用其浸渍)，以使其在一个荧光光学通道或多个光学通道中发荧光。颗粒可与氧化铁或氧化铬相关联，以使其具有顺磁性或铁磁性。颗粒可以是可鉴定的。例如，可使用相机对颗粒进行成像。颗粒可具有与颗粒相关联的可检测代码。例如，颗粒可包含条形码。颗粒可改变尺寸，例如由于有机或无机溶液中的溶胀。颗粒可以是疏水的。颗粒可以是亲水的。颗粒可以是生物相容的。
固体支持体(例如，颗粒)可以是可视化的。固体支持体可包括可视化标签(例如，荧光染料)。可用标识符(例如，数字)蚀刻固体支持体(例如，颗粒)。所述标识符可通过对颗粒成像来可视化。
基板和微孔阵列
如本文所用，基板可指一种类型的固体支持体。基板可指固体支持体，其可包含本公开的随机条形码。例如，基板可包括多个微孔。例如，基板可以是包括两个或更多个微孔的孔阵列。在一些实施方案中，微孔可包括具有限定体积的小反应室。在一些实施方案中，微孔可截留一个或多个细胞。在一些实施方案中，微孔可仅截留一个细胞。在一些实施方案中，微孔可截留一个或多个固体支持体。在一些实施方案中，微孔可仅截留一个固体支持体。在一些实施方案中，微孔截留单个细胞和单个固体支持体(例如珠)。在一些实施方案中，微孔可含有单个颗粒(例如，细胞或珠)。在一些实施方案中，微孔可含有两种不同的颗粒(例如，细胞和珠)。
微孔形状
微孔可被制成各种形状。非限制性示例性孔几何形状可包括圆柱形、圆锥形、半球形、矩形或多面体(例如，由几个平面构成的三维几何形状，例如，六角形柱、八角形柱、倒三角形金字塔、倒方形金字塔、倒五角形金字塔、倒六角形金字塔或倒截头金字塔)。微孔可包括组合这些几何形状中的两个或更多个的形状。例如，微孔可以是部分圆柱形的，其余部分具有倒锥形状。微孔可包括两个并排的圆柱体，与另一个(例如，大致对应于细胞的直径)相比，一个具有较大的直径(例如，大致对应于珠的直径)，其通过延伸圆柱体的全长(深度)的垂直通道连接(也就是说，平行于圆柱体轴)。微孔开口的位置可变化。例如，微孔的开口可在基板的上表面处。例如，微孔的开口可在基板的下表面处。微孔的近端(例如底部)的形状可变化。例如，微孔的封闭端可以是平的。例如，微孔的封闭端可具有弯曲表面(例如，凸起或凹入)。微孔的形状和/或尺寸可基于待捕获在微孔内的细胞类型或固体支持体来确定。在一些实施方案中，微孔可在基板的平面中具有非圆形横截面(例如，正方形或六边形)。
微孔尺寸
微孔可被制成各种尺寸。微孔尺寸可例如在微孔的直径和/或深度方面被表征。微孔的直径可指可在微孔几何形状的平面横截面内内切的最大圆。在一些实施方案中，微孔的直径范围可以是待捕获在微孔内的细胞或固体支持体的直径的约1倍至约10倍。在一些实施方案中，微孔直径可以是或是待捕获在微孔内的细胞或固体支持体的直径的1倍、1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍、10倍或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，微孔直径可以是待捕获在微孔内的细胞或固体支持体的直径的至少或至多1倍、1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍、10倍。在一些实施方案中，微孔直径可以是待捕获在微孔内的细胞或固体支持体的直径的约2.5倍。
微孔的直径可根据绝对尺寸来指定。微孔直径的范围可以是约1纳米至约1000微米。在一些实施方案中，微孔直径可以是或是约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000微米或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，微孔直径可以是至少或至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000微米。在一些实施方案中，微孔直径可以是或是约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000微米或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，微孔直径可以是至少或至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000微米。在一些实施方案中，微孔直径可以是约30微米。
微孔的深度可变化，例如，以提供液滴(例如细胞和固体支持体)的有效捕获，或者提供测定缓冲液和孔内包含的其他试剂的有效交换。可改变直径与深度的比率(即纵横比)，使得一旦细胞和/或固体支持体沉入微孔内，则它们将不通过微孔上方的流体运动被置换。在一些实施方案中，微孔的深度可小于珠的直径。例如，微孔的深度可以是或是珠直径的约5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、99％、99.9％、100％或这些值中的任两个之间的数字或范围。例如，微孔的深度可以是珠直径的至少或至多5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、99％、99.9％、100％。在一些实施方案中，合成颗粒(如珠)可伸出微孔外。
在一些实施方案中，微孔的尺寸允许微孔含有至少一个珠。微孔的宽度与珠的直径的比率可变化，范围从1-1.9。在一些实施方案中，微孔的宽度与珠的直径的比率可以是或是约1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，微孔的宽度与珠的直径的比率可以是至少或至多1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8或1.9。
微孔的尺寸可变化，使得微孔具有足够的空间来容纳固体支持体和各种尺寸的细胞，而不被微孔上方的流体运动驱逐。微孔深度的范围可以是待捕获在微孔内的细胞或固体支持体的直径的约1倍至约10倍。在一些实施方案中，微孔深度可以是或是待捕获在微孔内的细胞或固体支持体的直径的1倍、1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍、10倍或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，微孔深度可以是待捕获在微孔内的细胞或固体支持体的直径的至少或至多1倍、1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍或10倍。在一些实施方案中，微孔深度可以是待捕获在微孔内的细胞或固体支持体的直径的约2.5倍。
微孔的宽度与微孔的深度的纵横比可变化，例如范围从0.1-2。在一些实施方案中，微孔的宽度与微孔的深度的纵横比可以是或是约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，微孔的宽度与微孔的深度的纵横比可以是至少或至多0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2。
微孔的深度可根据其绝对尺寸来指定。例如，微孔深度的范围可以是约1纳米至约1000微米。在一些实施方案中，微孔深度可以是或是约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000微米或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，微孔深度可以是至少或至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000微米。在一些实施方案中，微孔深度可以是或是约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000微米或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，微孔深度可以是至少或至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000微米。在一些实施方案中，微孔深度可以是约30微米。
微孔的体积可变化，例如范围从约1微微升至约1000微升。在一些实施方案中，微孔体积可以是或是约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000或这些值中的任两个之间的数字或范围皮升。在一些实施方案中，微孔体积可以是至少或至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000皮升。在一些实施方案中，微孔体积可以是或是约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000或这些值中的任两个之间的数字或范围纳升。在一些实施方案中，微孔体积可以是至少或至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000纳升。在一些实施方案中，微孔体积可以是或是约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000或这些值中的任两个之间的数字或范围微升。在一些实施方案中，微孔体积可以是至少或至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000。在一些实施方案中，微孔体积可以是约1微升。
微孔的体积可根据从一个微孔到另一个微孔的体积变化来表征。微孔体积的变异系数(表示为百分比)的范围可以是约1％至约100％。微孔体积的变异系数可以是或是约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％或这些值中的任两个之间的数字或范围。微孔体积的变异系数可以是至少或至多1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。在一些实施方案中，微孔体积的变异系数可以是约2.5％。
微孔的体积与珠的表面积(或者与随机条形码寡核苷酸可附接的固体支持体的表面积)的比率可变化，例如范围从约2.5至约1520微米。在一些实施方案中，所述比率可以是或是约2.5、5、10、100、500、750、1000、1520微米或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，所述比率可以是至少或至多2.5、5、10、100、500、750、1000或1520微米。在一些实施方案中，所述比率可以是约67.5微米。
微孔排列
微孔可以一维、二维或三维阵列排列。例如，通过堆叠一系列两个或更多个二维阵列，例如通过堆叠包括微孔阵列的两个或更多个基板，可实现三维阵列。
微孔之间的图案和间距可变化，以优化在每个孔中捕获单个细胞和单个固体支持体(例如，珠)的效率，以及最大化阵列的每单位面积的孔数量。微孔可根据各种随机或非随机模式分布。例如，它们可完全随机地分布在阵列基板的表面上，或者它们可排列成方形网格、矩形网格、六边形网格等。
孔之间的中心至中心距离或中心至中心间距可从约1微米至约1000微米变化。在一些实施方案中，孔之间的中心至中心距离可以是或是约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000微米或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，孔之间的中心至中心距离可以是至少或至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000微米。在一些实施方案中，孔之间的中心至中心距离可以是约4890微米。
微孔边缘之间的距离或间距可从约1微米至约1000微米变化。在一些实施方案中，孔边缘之间的距离可以是或是约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000微米或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，孔边缘之间的距离可以是至少或至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000微米。在一些实施方案中，孔边缘之间的距离可以是约80微米。
微孔密度
微孔阵列可包括不同密度的微孔，例如范围从100个微孔/平方英寸至1000000个微孔/平方英寸。在一些实施方案中，微孔阵列的密度可以是或是每平方英寸约100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000、20000、30000、40000、50000、60000、70000、80000、90000、100000、200000、300000、400000、500000、600000、700000、800000、900000、1000000、2000000、3000000、4000000、5000000、6000000、7000000、8000000、9000000、10000000或这些值中的任两个之间的数字或范围个微孔。在一些实施方案中，微孔阵列的密度可以是每平方英寸至少或至多100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000、20000、30000、40000、50000、60000、70000、80000、90000、100000、200000、300000、400000、500000、600000、700000、800000、900000、1000000、2000000、3000000、4000000、5000000、6000000、7000000、8000000、9000000或10000000个微孔。在一些实施方案中，微孔阵列的密度可以是或是每cm2约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000、20000、30000、40000、50000、60000、70000、80000、90000、100000或这些值中的任两个之间的数字或范围个微孔。在一些实施方案中，微孔阵列的密度可以是每cm2至少或至多10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000、20000、30000、40000、50000、60000、70000、80000、90000或100000个微孔。
基板上的微孔总数量可基于孔的图案和间距以及阵列的总尺寸而变化。阵列中微孔的数量可变化，例如范围从约96至约1000000。在一些实施方案中，微阵列中微孔的数量可以是或是约96、384、1536、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000、20000、30000、40000、50000、60000、70000、80000、90000、100000、200000、300000、400000、500000、600000、700000、800000、900000、1000000、2000000、3000000、4000000、5000000、6000000、7000000、8000000、9000000、10000000、108、109或这些值中的任两个之间的数字或范围个。在一些实施方案中，微阵列中微孔的数量可以是至少或至多96、384、1536、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000、20000、30000、40000、50000、60000、70000、80000、90000、100000、200000、300000、400000、500000、600000、700000、800000、900000、1000000、2000000、3000000、4000000、5000000、6000000、7000000、8000000、9000000、10000000、108、109。在一些实施方案中，微孔阵列中微孔的数量可以是约96。在一些实施方案中，微孔的数量可以是约150000。
微孔阵列表面特征
微孔阵列可包括微孔之间的表面特征，其被设计用于帮助引导细胞和固体支持体进入孔中和/或防止它们沉淀在孔之间的表面上。合适的表面特征的非限制性实例包括但不限于半球形、脊状或尖峰表面特征，其围绕孔或跨越孔之间的表面。
基板制造技术
可使用许多制造技术中的任一种来制造微孔。可使用的制造方法的非限制性实例包括体微机械加工技术，如光刻和湿化学蚀刻、等离子体蚀刻或深反应离子蚀刻；微成型和微压花；激光微机械加工；使用可固化材料的3D打印或其他直接写入制造工艺；以及类似的技术。
微孔阵列可由各种基板材料制成。材料的选择可取决于制造技术的选择，并且反之亦然。合适的材料的非限制性实例包括熔融二氧化硅、玻璃、聚合物(例如琼脂糖、明胶、水凝胶、聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚酰亚胺、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、环氧树脂、基于硫醇烯的树脂、金属或金属膜(例如铝、不锈钢、铜、镍、铬和钛)等。亲水材料可能是制造微孔阵列所希望的(例如，以增强润湿性并使细胞和其他生物材料的非特异性结合最小化)。可处理或涂覆(例如通过氧等离子体处理，或聚乙烯氧化物表面层的接枝)的疏水材料可用于制造微孔阵列。使用多孔亲水材料来制造微孔阵列可能是希望的，以便促进装置中截留的气体或气泡的毛细管芯吸/排出。微孔阵列可由单一材料制成。微孔阵列可包含两种或更多种已结合在一起或机械连接的不同材料。
基板形状和尺寸
基板可具有各种形状和尺寸。例如，在其内制造微孔的基板的形状(或覆盖区)可以是正方形、矩形、圆形或不规则形状。所述尺寸可通过其宽度、长度和深度来表征。
基板的宽度可变化，范围从0.1英寸至10英寸。在一些实施方案中，基板的宽度可以是或是约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10英寸或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，基板的宽度可以是至少或至多0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10英寸。基板的宽度可变化，范围从0.2厘米至20厘米。在一些实施方案中，基板的宽度可以是或是约0.2、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20厘米或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，基板的宽度可以是至少或至多0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或20厘米。
基板的长度可变化，范围从0.1英寸至10英寸。在一些实施方案中，基板的长度可以是或是约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10英寸或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，基板的长度可以是至少或至多0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10英寸。基板的长度可变化，范围从0.2厘米至20厘米。在一些实施方案中，基板的长度可以是或是约0.2、0.2、0.3、0.4、05、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20厘米或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，基板的长度可以是至少或至多0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或20厘米。
在一些实施方案中，例如由其宽度和长度限定的基板的覆盖区可类似于微量滴定板的覆盖区。在一些实施方案中，微孔阵列基板的覆盖区可类似于标准显微镜载玻片的覆盖区。标准显微镜载玻片的覆盖区的非限制性实例包括约75mm长×25mm宽(约3”长×约1”宽)和约75mm长×50mm宽(约3”长×2”宽)。
在其内制造微孔的基板厚度的范围可以是约0.1mm厚至约10mm厚或更多。微孔阵列基板的厚度可以是或是约0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10mm或这些值中的任两个之间的数字或范围。微孔阵列基板的厚度可以是至少或至多10、9、8、7、6、5、4、3、2、1、0.5、0.1mm。微孔阵列基板的厚度可以是约1mm厚。微孔阵列基板的厚度可以是这些范围内的任何值，例如，微孔阵列基板的厚度可在约0.2mm与约9.5mm之间。
微孔阵列表面处理
可使用各种表面处理和表面改性技术来改变微孔阵列表面的特性。实例包括但不限于氧等离子体处理以使疏水材料表面更亲水，使用湿法或干法蚀刻技术来平滑或粗糙化玻璃和硅表面，将聚环氧乙烷或其他聚合物层(例如普朗尼克或牛血清白蛋白)吸附或接枝到基板表面以使它们更亲水且更不易于非特异性吸附生物分子和细胞，使用硅烷反应将化学反应性官能团接枝到惰性硅和玻璃表面等。光保护技术可用于在阵列结构中的特定位置处选择性地活化化学反应性官能团，例如，在微孔内壁上选择性地添加或活化化学反应性官能团(如伯胺或羧基)可用于将寡核苷酸探针、肽、蛋白质或其他生物分子共价偶联到微孔壁。所利用的表面处理或表面改性的选择可取决于所希望的表面特性的类型和/或由其制备微孔阵列的材料的类型。
微孔密封
例如，在细胞裂解步骤期间，微孔的开口可被密封，以防止相邻微孔之间的靶核酸的交叉杂交。微孔(或微孔阵列)可使用例如夹在微孔阵列基板表面上的柔性膜或固体材料片(即板或平板)或合适的珠来密封或加盖，其中珠的直径大于微孔的直径。
使用柔性膜或固体材料片形成的密封可包括例如无机纳米孔膜(例如，氧化铝)、透析膜、载玻片、盖玻片、弹性体膜(例如PDMS)或亲水聚合物膜(例如，涂覆有用裂解缓冲液水合的琼脂糖薄膜的聚合物膜)。
用于加盖微孔的固体支持体(例如，珠)可包括本公开的固体支持体(例如，珠)中的任一种。在一些实施方案中，固体支持体是交联葡聚糖珠(例如，Sephadex)。交联葡聚糖的范围可以是约10微米至约80微米。在一些实施方案中，用于加盖的交联葡聚糖珠可以是或是约10、20、30、40、50、60、70、80微米或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，用于加盖的交联葡聚糖珠可以是至少或至多10、20、30、40、50、60、70或80微米。所述珠可大于微孔的直径。在一些实施方案中，与微孔的直径相比，所述珠可以是或是约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、99％或这些值中的任两个之间的数字或范围更长。在一些实施方案中，与微孔的直径相比，所述珠可以是至少或至多10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或99％更长。
所述密封或盖子可允许缓冲液进入和离开微孔，同时防止大分子(例如，核酸)迁移出孔。在一些实施方案中，可通过所述密封或盖子阻止具有或具有约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、13、14、15、16、17、18、19、20或这些值中的任两个之间的数字或范围个核苷酸的大分子迁移进入或离开微孔。在一些实施方案中，可通过所述密封或盖子阻止具有至少或至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、13、14、15、16、17、18、19或20个核苷酸的大分子迁移进入或离开微孔。
固体支持体操纵
固体支持体(例如，合成颗粒或珠)可分布在基板中。固体支持体可分布在基板的孔中，从基板的孔移除，或以其他方式借助于离心或其他非磁性方式通过包括一个或多个微孔阵列的装置输送。基板的微孔可预装载有固体支持体。基板的微孔可保持或可保持约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个固体支持体。基板的微孔可保持至少或至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个固体支持体。在一些实施方案中，基板的微孔可保持一个固体支持体。
耗材
微孔阵列可以是测定系统的可消耗部件。微孔阵列可以是可重复使用的。微孔阵列可被配置为用作手动进行测定的独立装置，或者它们可被配置成包括仪器系统的固定或可移除部件，其提供测定程序的完全或部分自动化。在公开方法的一些实施方案中，随机条形码的基于珠的文库可作为测定程序的一部分沉积在微孔阵列的孔中。在一些实施方案中，珠可预装载到微孔阵列的孔中并作为例如用于进行核酸靶的随机条形码和数字计数的套件的一部分提供给用户。
两个配合的微孔阵列
在一些实施方案中，可提供两个配合的微孔阵列，一个预装载有由第一磁体保持在适当位置的珠，并且另一个供用户在装载单个细胞中使用。在将细胞分配到第二微孔阵列中之后，可将两个阵列面对面放置并移除第一磁体，同时使用第二磁体将珠从第一阵列向下拉入相应的第二阵列的微孔中，从而确保珠停留在第二微孔阵列中的细胞上方，并且因此最小化细胞裂解后靶分子的扩散损失，同时最大化靶分子与珠上的随机条形码的有效附接。
没有微孔的基板
在一些实施方案中，基板不包括微孔。例如，珠可以是组装的。例如，珠可以是自组装的。珠可自组装成单层。单层可在基板的平坦表面上。单层可在基板的弯曲表面上。珠单层可通过任何方法(如醇蒸发)形成。
可使用微孔的替代物(例如，单个固体支持体)来划分单个细胞和珠，并且单个细胞可被限制在乳液中的单个液滴内(例如在液滴数字微流体系统中)。
细胞可被限制在多孔珠内，多孔珠本身包含所述多个栓系的随机条形码。单个细胞和固体支持体可在任何类型的容器、微容器、反应室、反应容器等中划分。
单个细胞，随机条形码可在不使用微孔的情况下进行。单个细胞，随机条形码测定可在不使用任何物理容器的情况下进行。例如，没有物理容器的随机条形码可通过在聚合物层或凝胶层内将细胞和珠彼此紧密地嵌入以在不同的细胞/珠对之间产生扩散屏障来进行。例如，没有物理容器的随机条形码可原位、体内、在完整的实体组织上、在完整的细胞和/或亚细胞地进行。
条形码的方法
本文提供了用于估计物理样品(例如，组织、器官、肿瘤、细胞)中不同位置处的不同靶标的数量的方法。所述方法可包括将随机条形码放置在与样品紧密接近的位置，裂解样品，将不同的靶标与随机条形码相关联，放大靶标和/或数字计数靶标。所述方法可进一步包括分析和/或可视化从随机条形码上的空间标记获得的信息。在一些实施方案中，所述方法包括可视化样品中的所述多个靶标。将所述多个靶标映射到样品的地图上可包括生成样品的二维地图或三维地图。二维地图和三维地图可在样品中随机条形码所述多个靶标之前或之后生成。可视化样品中的所述多个靶标可包括将所述多个靶标映射到样品的地图上。将所述多个靶标映射到样品的地图上可包括生成样品的二维地图或三维地图。二维地图和三维地图可在样品中随机条形码所述多个靶标之前或之后生成。在一些实施方案中，二维地图和三维地图可在裂解样品之前或之后生成。在生成二维地图或三维地图之前或之后裂解样品可包括加热样品、使样品与洗涤剂接触、改变样品的pH或其任何组合。
在一些实施方案中，随机条形码所述多个靶标包括将多个随机条形码与多个靶标杂交以产生随机条形码靶标。随机条形码所述多个靶标可包括生成随机条形码靶标的索引库。生成随机条形码靶标的索引库可用包括所述多个随机条形码的固体支持体来进行。
使样品与随机条形码接触
本公开提供了用于使样品(例如，细胞)与本公开的基板接触的方法。包括例如细胞、器官或组织薄切片的样品可与随机条形码接触。细胞可例如通过重力流接触，其中细胞可沉降并产生单层。样品可以是组织薄切片。薄切片可放置在基板上。样品可以是一维的(例如，形成平面)。例如通过在基板上生长/培养细胞，样品(例如，细胞)可遍布在基板上。
当随机条形码紧密接近靶标时，靶标可与随机条形码杂交。可以不可耗尽的比率接触随机条形码，使得每个不同的靶标可与本公开的不同随机条形码相关联。为了确保靶标与随机条形码之间的有效关联，可将靶标交联到随机条形码。
细胞裂解
在细胞和随机条形码分布后，可裂解细胞以释放靶分子。细胞裂解可通过多种方法中的任一种来完成，例如，通过化学或生物化学方法，通过渗透压休克，或通过热裂解、机械裂解或光学裂解。可通过添加包含洗涤剂(例如SDS、十二烷基硫酸Li、Triton X-100、Tween-20或NP-40)、有机溶剂(例如甲醇或丙酮)或消化酶(例如蛋白酶K、胃蛋白酶或胰蛋白酶)或其任何组合的细胞裂解缓冲液来裂解细胞。为了增加靶标和随机条形码的关联，可通过例如降低温度和/或增加裂解物的粘度来改变靶分子的扩散速率。
在一些实施方案中，可使用滤纸裂解样品。滤纸可在滤纸顶部上用裂解缓冲液浸湿。滤纸可用压力施加到样品，这可促进样品的裂解和样品靶标与基板的杂交。
在一些实施方案中，裂解可通过机械裂解、热裂解、光学裂解和/或化学裂解进行。化学裂解可包括使用消化酶，如蛋白酶K、胃蛋白酶和胰蛋白酶。裂解可通过向基板添加裂解缓冲液来进行。裂解缓冲液可包含Tris HCl。裂解缓冲液可包含至少约0.01、0.05、0.1、0.5或1M或更多Tris HCl。裂解缓冲液可包含至多约0.01、0.05、0.1、0.5或1M或更多TrisHCL。裂解缓冲液可包含约0.1M Tris HCl。裂解缓冲液的pH可以是至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9或10或更高。裂解缓冲液的pH可以是至多约1、2、3、4、5、6、7、8、9或10或更高。在一些实施方案中，裂解缓冲液的pH是约7.5。裂解缓冲液可包含盐(例如，LiCl)。裂解缓冲液中盐的浓度可以是至少约0.1、0.5或1M或更高。裂解缓冲液中盐的浓度可以是至多约0.1、0.5或1M或更高。在一些实施方案中，裂解缓冲液中盐的浓度是约0.5M。裂解缓冲液可包含洗涤剂(例如，SDS、十二烷基硫酸Li、triton X、吐温、NP-40)。裂解缓冲液中洗涤剂的浓度可以是至少约0.0001％、0.0005％、0.001％、0.005％、0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％或7％或更高。裂解缓冲液中洗涤剂的浓度可以是至多约0.0001％、0.0005％、0.001％、0.005％、0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％或7％或更高。在一些实施方案中，裂解缓冲液中洗涤剂的浓度是约1％的十二烷基硫酸Li。裂解方法中使用的时间可取决于所使用的洗涤剂的量。在一些实施方案中，使用的洗涤剂越多，裂解所需的时间越少。裂解缓冲液可包含螯合剂(例如，EDTA、EGTA)。裂解缓冲液中螯合剂的浓度可以是至少约1、5、10、15、20、25或30mM或更高。裂解缓冲液中螯合剂的浓度可以是至多约1、5、10、15、20、25或30mM或更高。在一些实施方案中，裂解缓冲液中螯合剂的浓度是约10mM。裂解缓冲液可包含还原剂(例如，β-巯基乙醇、DTT)。裂解缓冲液中还原剂的浓度可以是至少约1、5、10、15或20mM或更高。裂解缓冲液中还原剂的浓度可以是至多约1、5、10、15或20mM或更高。在一些实施方案中，裂解缓冲液中还原剂的浓度是约5mM。在一些实施方案中，裂解缓冲液可包含约0.1M TrisHCl、约pH 7.5、约0.5M LiCl、约1％十二烷基硫酸锂、约10mM EDTA和约5mM DTT。
裂解可在约4℃、10℃、15℃、20℃、25℃或30℃的温度下进行。裂解可进行约1、5、10、15或20或更多分钟。裂解的细胞可包含至少约100000、200000、300000、400000、500000、600000或700000或更多个靶核酸分子。裂解的细胞可包含至多约100000、200000、300000、400000、500000、600000或700000或更多个靶核酸分子。
随机条形码与靶核酸分子的附接
在裂解细胞并从中释放核酸分子后，核酸分子可随机地与共定位的固体支持体的随机条形码关联。关联可包括随机条形码的靶识别区域与靶核酸分子的互补部分的杂交(例如，随机条形码的寡(dT)可与靶标的聚(A)尾相互作用)。可选择用于杂交的测定条件(例如缓冲液pH、离子强度、温度等)以促进特定的稳定杂交体的形成。在一些实施方案中，从裂解细胞释放的核酸分子可与基板上的所述多个探针关联(例如，与基板上的探针杂交)。当探针包含寡(dT)时，mRNA分子可与探针杂交并被逆转录。寡核苷酸的寡(dT)部分可作为cDNA分子第一链合成的引物。例如，在图2所示的随机条形码的非限制性实例中，在216处，mRNA分子可与珠上的随机条形码杂交。例如，单链核苷酸片段可与随机条形码的靶结合区杂交。
附接可进一步包括连接随机条形码的靶识别区域和靶核酸分子的一部分。例如，靶结合区可包含核酸序列，其能够与限制位点突出端(例如EcoRI粘端突出端)特异性杂交。测定程序可进一步包括用限制酶(例如EcoRI)处理靶核酸以产生限制位点突出端。然后可将随机条形码连接到包含与限制性位点突出端互补的序列的任何核酸分子。连接酶(例如，T4 DNA连接酶)可用于连接两个片段。
例如，在图2所示的随机条形码的非限制性实例中，在220处，来自多个细胞(或多个样品)的标记的靶标(例如，靶标-条形码分子)可随后合并到例如管中。标记的靶标可通过例如检索随机条形码和/或靶标-条形码分子所附接的珠来合并。
可通过使用磁珠和外部施加的磁场来实现附接的靶标-条形码分子的基于固体支持体的集合的取回。一旦合并了靶标-条形码分子，则所有进一步的处理可在单个反应容器中进行。进一步加工可包括例如逆转录反应、扩增反应、裂解反应、解离反应和/或核酸延伸反应。可在微孔内进行进一步的加工反应，也就是说，不首先从多个细胞合并标记的靶核酸分子。
逆转录
本公开提供了方法以使用逆转录产生随机靶标-条形码缀合物(例如，在图2的224中)。随机靶标-条形码缀合物可包含随机条形码和靶核酸的全部或部分的互补序列(即随机条形码cDNA分子)。通过添加逆转录引物连同逆转录酶，可发生相关RNA分子的逆转录。逆转录引物可以是寡(dT)引物、随机六核苷酸引物或靶特异性寡核苷酸引物。寡(dT)引物的长度可以是或可以是约12-18个核苷酸，并且与哺乳动物mRNA的3'末端处的内源聚(A)尾结合。随机六核苷酸引物可在多种互补位点处与mRNA结合。靶特异性寡核苷酸引物通常选择性地引发感兴趣的mRNA。
在一些实施方案中，标记的-RNA分子的逆转录可通过添加逆转录引物而发生。在一些实施方案中，逆转录引物是寡(dT)引物、随机六核苷酸引物或靶特异性寡核苷酸引物。通常，寡(dT)引物的长度是约12-18个核苷酸，并且与哺乳动物mRNA的3'末端处的内源聚(A)+尾结合。随机六核苷酸引物可在多种互补位点处与mRNA结合。靶特异性寡核苷酸引物通常选择性地引发感兴趣的mRNA。
逆转录可反复地发生以产生多个标记的-cDNA分子。本文公开的方法可包括进行至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个逆转录反应。所述方法可包括进行至少约25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或100个逆转录反应。
扩增
可进行一个或多个核酸扩增反应(例如，图2的228)以产生标记的靶核酸分子的多个拷贝。扩增可以多重方式进行，其中多个靶核酸序列同时被扩增。扩增反应可用于向核酸分子添加测序衔接子。如果存在，则扩增反应可包括扩增样品标记的至少一部分。扩增反应可包括扩增细胞和/或分子标记的至少一部分。扩增反应可包括扩增样品标签、细胞标记、空间标记、分子标记、靶核酸或其组合的至少一部分。扩增反应可包括扩增0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、97％、100％或这些值中的任两个之间的范围或数字的所述多个核酸。所述方法可进一步包括进行一个或多个cDNA合成反应以产生靶标-条形码分子(包括样品标记、细胞标记、空间标记和/或分子标记)的一个或多个cDNA拷贝。
在一些实施方案中，可使用聚合酶链反应(PCR)进行扩增。如本文所用，PCR可指通过DNA互补链的同时引物延伸对特定DNA序列的体外扩增的反应。如本文所用，PCR可包括反应的衍生形式，包括但不限于RT-PCR、实时PCR、嵌套PCR、定量PCR、多重PCR、数字PCR和装配PCR。
标记的核酸的扩增可包括基于非PCR的方法。基于非PCR的方法的实例包括但不限于多重置换扩增(MDA)、转录介导的扩增(TMA)、基于核酸序列的扩增(NASBA)、链置换扩增(SDA)、实时SDA、滚动循环扩增或循环至循环扩增。其他基于非PCR的扩增方法包括多个循环的DNA依赖性RNA聚合酶驱动的RNA转录扩增或RNA指导的DNA合成和转录以扩增DNA或RNA靶标、连接酶链反应(LCR)和Qβ复制酶(Qβ)方法、回文探针的使用、链置换扩增、使用限制性内切核酸酶的寡核苷酸-驱动扩增、其中引物与核酸序列杂交并且所得双链体在延伸反应和扩增之前被切割的扩增方法、使用缺乏5'核酸外切酶活性的核酸聚合酶进行链置换扩增、滚动循环扩增和分枝延伸扩增(RAM)。在一些实施方案中，扩增不产生环化的转录物。
在一些实施方案中，本文公开的方法进一步包括在标记的核酸(例如，标记的-RNA、标记的-DNA、标记的-cDNA)上进行聚合酶链反应以产生随机标记的-扩增子。标记的-扩增子可以是双链分子。双链分子可包括双链RNA分子、双链DNA分子或与DNA分子杂交的RNA分子。双链分子的一条或两条链可包含样品标记、空间标记、细胞标记和/或分子标记。随机标记的-扩增子可以是单链分子。单链分子可包含DNA、RNA或其组合。本公开的核酸可包括合成或改变的核酸。
扩增可包括使用一种或多种非天然核苷酸。非天然核苷酸可包括光不稳定或可触发的核苷酸。非天然核苷酸的实例可包括但不限于肽核酸(PNA)、吗啉代和锁核酸(LNA)，以及乙二醇核酸(GNA)和苏糖核酸(TNA)。非天然核苷酸可添加到扩增反应的一个或多个循环中。添加非天然核苷酸可用于将产物鉴定为扩增反应中的特定周期或时间点。
进行一个或多个扩增反应可包括使用一种或多种引物。所述一种或多种引物可包含例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15或更多个核苷酸。所述一种或多种引物可包含至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15或更多个核苷酸。所述一种或多种引物可包含少于12-15个核苷酸。所述一种或多种引物可与所述多个随机标记的靶标的至少一部分退火。所述一种或多种引物可与所述多个随机标记的靶标的3’末端或5’末端退火。所述一种或多种引物可与所述多个随机标记的靶标的内部区域退火。从所述多个随机标记的靶标的3’末端，内部区域可以是至少约50、100、150、200、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、650、700、750、800、850、900或1000个核苷酸。所述一种或多种引物可包含固定组的引物。所述一种或多种引物可包含至少一种或多种定制引物。所述一种或多种引物可包含至少一种或多种对照引物。所述一种或多种引物可包含至少一种或多种基因特异性引物。
所述一种或多种引物可包含通用引物。通用引物可与通用引物结合位点退火。所述一种或多种定制引物可与第一样品标记、第二样品标记、空间标记、细胞标记、分子标记靶标或其任何组合退火。所述一种或多种引物可包括通用引物和定制引物。定制引物可被设计以扩增一种或多种靶标。靶标可包含一个或多个样品中总核酸的子集。靶标可包含一个或多个样品中的总随机标记的靶标的子集。所述一种或多种引物可包含至少96种或更多种定制引物。所述一种或多种引物可包含至少960种或更多种定制引物。所述一种或多种引物可包含至少9600种或更多种定制引物。所述一种或多种引物可与两种或更多种不同的标记的核酸退火。所述两种或更多种不同的标记的核酸可对应于一种或多种基因。
任何扩增方案均可用于本公开的方法中。例如，在一种方案中，第一轮PCR可使用基因特异性引物和针对通用Illumina测序引物1序列的引物扩增附接到珠的分子。第二轮PCR可使用侧翼为Illumina测序引物2序列的嵌套基因特异性引物和针对通用Illumina测序引物1序列的引物扩增第一PCR产物。第三轮PCR添加P5和P7以及样品指数以将PCR产物转变为Illumina测序文库。使用150bp x2测序的测序可揭示读段1上的细胞标记和分子标记、读段2上的基因和索引1读段上的样品指数。
在一些实施方案中，可使用化学裂解从基板除去核酸。例如，核酸中存在的化学基团或改性碱基可用于促进其从固体支持体除去。例如，酶可用于从基板除去核酸。例如，核酸可通过限制性内切核酸酶消化从基板除去。例如，用尿嘧啶-d-糖基化酶(UDG)处理含有dUTP或ddUTP的核酸可用于从基板除去核酸。例如，可使用进行核苷酸切除的酶(如碱基切除修复酶，如脱嘌呤/脱嘧啶(AP)内切核酸酶)从基板除去核酸。在一些实施方案中，可使用光可切割基团和光从基板除去核酸。在一些实施方案中，可切割接头可用于从基板除去核酸。例如，可切割接头可包括生物素/抗生物素蛋白、生物素/链霉抗生物素蛋白、生物素/中性抗生物素蛋白、Ig-蛋白A、光不稳定接头、酸或碱不稳定接头基团或适配子中的至少一种。
当探针是基因特异性时，分子可与探针杂交并被逆转录和/或扩增。在一些实施方案中，在核酸合成(例如，逆转录)后，其可扩增。扩增可以多重方式进行，其中多个靶核酸序列同时被扩增。扩增可向核酸添加测序衔接子。
在一些实施方案中，可在基板上进行扩增，例如，用桥扩增。cDNA可以是均聚物尾部，以便使用基板上的寡(dT)探针产生用于桥扩增的相容末端。在桥扩增中，与模板核酸的3'末端互补的引物可以是共价附接到固体颗粒的每对的第一引物。当含有模板核酸的样品与颗粒接触并进行单个热循环时，模板分子可与第一引物退火，并且通过添加核苷酸使第一引物在向前方向上伸长，以形成由模板分子和与模板互补的新形成的DNA链组成的双链体分子。在下一循环的加热步骤中，双链体分子可变性，从颗粒释放模板分子并使互补的DNA链通过第一引物附接到颗粒。在随后的退火和伸长步骤的退火阶段，互补链可与第二引物杂交，所述第二引物在从第一引物移除的位置处与互补链的区段互补。这种杂交可使互补链在第一引物与第二引物之间形成桥，其通过共价键固定到第一引物并通过杂交固定到第二引物。在伸长阶段，通过在相同的反应混合物中加入核苷酸，可在相反的方向上拉长第二引物，从而将桥转化为双链桥。然后开始下一个循环，并且可使双链桥变性以产生两个单链核酸分子，每个分子的一端分别通过第一和第二引物附接到颗粒表面，同时每个分子的另一端未附接。在此第二循环的退火和伸长步骤中，每条链可与先前未使用的另一互补引物在同一颗粒上杂交，以形成新的单链桥。将现在混合的两个先前未使用的引物拉长，以将两个新桥转换成双链桥。
扩增反应可包括扩增至少1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、97％或100％的所述多个核酸。
标记的核酸的扩增可包括基于PCR的方法或基于非PCR的方法。标记的核酸的扩增可包括标记的核酸的指数式扩增。标记的核酸的扩增可包括标记的核酸的线性扩增。扩增可通过聚合酶链反应(PCR)进行。PCR可指通过DNA互补链的同时引物延伸对特定DNA序列的体外扩增的反应。PCR可包括反应的衍生形式，包括但不限于RT-PCR、实时PCR、嵌套PCR、定量PCR、多重PCR、数字PCR、抑制PCR、半抑制PCR和装配PCR。
在一些实施方案中，标记的核酸的扩增包括基于非PCR的方法。基于非PCR的方法的实例包括但不限于多重置换扩增(MDA)、转录介导的扩增(TMA)、基于核酸序列的扩增(NASBA)、链置换扩增(SDA)、实时SDA、滚动循环扩增或循环至循环扩增。其他基于非PCR的扩增方法包括多个循环的DNA依赖性RNA聚合酶驱动的RNA转录扩增或RNA指导的DNA合成和转录以扩增DNA或RNA靶标、连接酶链反应(LCR)、Qβ复制酶(Qβ)、回文探针的使用、链置换扩增、使用限制性内切核酸酶的寡核苷酸-驱动扩增、其中引物与核酸序列杂交并且所得双链体在延伸反应和扩增之前被切割的扩增方法、使用缺乏5'核酸外切酶活性的核酸聚合酶进行链置换扩增、滚动循环扩增和/或分枝延伸扩增(RAM)。
在一些实施方案中，本文公开的方法进一步包括在扩增的扩增子(例如，靶标)上进行嵌套的聚合酶链反应。扩增子可以是双链分子。双链分子可包括双链RNA分子、双链DNA分子或与DNA分子杂交的RNA分子。双链分子的一条或两条链可包含样品标签或分子标识符标记。可替代地，扩增子可以是单链分子。单链分子可包含DNA、RNA或其组合。本发明的核酸可包括合成或改变的核酸。
在一些实施方案中，所述方法包括重复地扩增标记的核酸以产生多个扩增子。本文公开的方法可包括进行至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个扩增反应。可替代地，所述方法包括进行至少约25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或100个扩增反应。
扩增可进一步包括将一种或多种对照核酸添加到包含多个核酸的一种或多种样品中。扩增可进一步包括将一种或多种对照核酸添加到多种核酸中。对照核酸可包含对照标记。
扩增可包括使用一种或多种非天然核苷酸。非天然核苷酸可包括光不稳定和/或可触发的核苷酸。非天然核苷酸的实例包括但不限于肽核酸(PNA)、吗啉代和锁核酸(LNA)，以及乙二醇核酸(GNA)和苏糖核酸(TNA)。非天然核苷酸可添加到扩增反应的一个或多个循环中。添加非天然核苷酸可用于将产物鉴定为扩增反应中的特定周期或时间点。
进行一个或多个扩增反应可包括使用一种或多种引物。所述一种或多种引物可包含一种或多种寡核苷酸。所述一种或多种寡核苷酸可包含至少约7-9个核苷酸。所述一种或多种寡核苷酸可包含少于12-15个核苷酸。所述一种或多种引物可与所述多个标记的核酸的至少一部分退火。所述一种或多种引物可与所述多个标记的核酸的3’末端和/或5’末端退火。所述一种或多种引物可与所述多个标记的核酸的内部区域退火。从所述多个标记的核酸的3’末端，内部区域可以是至少约50、100、150、200、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、650、700、750、800、850、900或1000个核苷酸。所述一种或多种引物可包含固定组的引物。所述一种或多种引物可包含至少一种或多种定制引物。所述一种或多种引物可包含至少一种或多种对照引物。所述一种或多种引物可包含至少一种或多种持家基因引物。所述一种或多种引物可包括通用引物。通用引物可与通用引物结合位点退火。所述一种或多种定制引物可与第一样品标签、第二样品标签、分子标识符标记、核酸或其产物退火。所述一种或多种引物可包括通用引物和定制引物。定制引物可被设计以扩增一种或多种靶核酸。靶核酸可包含一个或多个样品中总核酸的子集。在一些实施方案中，引物是附接到本公开的阵列的探针。
在一些实施方案中，随机条形码样品中的所述多个靶标进一步包括生成随机条形码片段的索引库。不同的随机条形码的分子标记可彼此不同。生成随机条形码靶标的索引库包括从样品中的所述多个靶标生成多个索引多核苷酸。例如，对于包括第一索引靶标和第二索引靶标的随机条形码靶标的索引库，第一索引多核苷酸的标记区域可与第二索引多核苷酸的标记区域相差、相差约、相差至少或相差至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50或这些值中的任两个之间的数字或范围个核苷酸。在一些实施方案中，生成随机条形码靶标的索引库包括使多个靶标(例如mRNA分子)与多个寡核苷酸(包括聚(T)区域和标记区域)接触；并且使用逆转录酶进行第一链合成以产生单链标记的cDNA分子，每个cDNA分子包含cDNA区域和标记区域，其中所述多个靶标包括至少两种具有不同序列的mRNA分子，并且所述多个寡核苷酸包括至少两种具有不同序列的寡核苷酸。生成随机条形码靶标的索引库可进一步包括扩增单链标记的cDNA分子以产生双链标记的cDNA分子；在双链标记的cDNA分子上进行嵌套PCR以产生标记的扩增子。在一些实施方案中，所述方法可包括生成衔接子-标记的扩增子。
随机条形码可使用核酸条形码或标签以标记单个核酸(例如，DNA或RNA)分子。在一些实施方案中，它涉及将DNA条形码或标签添加到cDNA分子中，因为它们是从mRNA产生的。可进行嵌套PCR以最小化PCR扩增偏差。可使用例如下一代测序(NGS)添加衔接子用于测序。测序结果可用于确定靶标的一个或多个拷贝的核苷酸片段的细胞标记、分子标记和序列，例如在图2的232处。
图3是示出生成随机条形码靶标(例如mRNA)的索引库的非限制性示例性过程的示意图。如步骤1所示，逆转录过程可用独特分子标记、细胞标记和通用PCR位点编码每个mRNA分子。具体地，通过将一组分子标识符标记310随机杂交到RNA分子302的聚(A)尾区域308，可逆转录RNA分子302以产生标记的cDNA分子304，包括cDNA区域306。每个分子标识符标记310可包括靶结合区，例如聚(dT)区域312、标记区域314和通用PCR区域316。
在一些实施方案中，细胞标记可包括3至20个核苷酸。在一些实施方案中，分子标记可包括3至20个核苷酸。在一些实施方案中，所述多个随机条形码中的每个进一步包括通用标记和细胞标记中的一个或多个，其中通用标记对于固体支持体上的所述多个随机条形码是相同的，并且细胞标记对于固体支持体上的所述多个随机条形码是相同的。在一些实施方案中，通用标记可包括3至20个核苷酸。在一些实施方案中，细胞标记包含3至20个核苷酸。
在一些实施方案中，标记区域314可包括分子标记318和细胞标记320。在一些实施方案中，标记区域314可包括通用标记、维度标记和细胞标记中的一个或多个。分子标记318的长度可以是、可以是约、可以是至少或可以是至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100或任何这些值之间的数字或范围个核苷酸。细胞标记320的长度可以是、可以是约、可以是至少或可以是至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100或任何这些值之间的数字或范围个核苷酸。通用标记的长度可以是、可以是约、可以是至少或可以是至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100或任何这些值之间的数字或范围个核苷酸。通用标记对于固体支持体上的所述多个随机条形码可以是相同的，并且细胞标记对于固体支持体上的所述多个随机条形码是相同的。维度标记的长度可以是、可以是约、可以是至少或可以是至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100或任何这些值之间的数字或范围个核苷酸。
在一些实施方案中，标记区域314可包含、包含约、包含至少或包含至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000或任何这些值之间的数字或范围个不同标记，如分子标记318和细胞标记320。各个标记的长度可以是、可以是约、可以是至少或可以是至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100或任何这些值之间的数字或范围个核苷酸。一组分子标识符标记310可含有、含有约、含有至少或可以是至多10、20、40、50、70、80、90、102、103、104、105、106、107、108、109、1010、1011、1012、1013、1014、1015、1020或任何这些值之间的数字或范围个分子标识符标记310。并且所述组分子标识符标记310可例如各自含有独特的标记区域314。可纯化标记的cDNA分子304以除去过量的分子标识符标记310。纯化可包括Ampure珠纯化。
如步骤2所示，可将来自步骤1中的逆转录过程的产物合并到1个管中，并用第一PCR引物池和第一通用PCR引物进行PCR扩增。由于独特标记区域314，合并是可能的。具体地，可扩增标记的cDNA分子304以产生嵌套PCR标记的扩增子322。扩增可包括多重PCR扩增。扩增可包括在单个反应体积中使用96种多重引物进行的多重PCR扩增。在一些实施方案中，多重PCR扩增可在单个反应体积中利用、利用约、利用至少或利用至多10、20、40、50、70、80、90、102、103、104、105、106、107、108、109、1010、1011、1012、1013、1014、1015、1020或任何这些值之间的数字或范围种多重引物。扩增可包括靶向特定基因的定制引物326A-C的第一PCR引物池324和通用引物328。定制引物326可与标记的cDNA分子304的cDNA部分306'内的区域杂交。通用引物328可与标记的cDNA分子304的通用PCR区域316杂交。
如图3的步骤3所示，步骤2中来自PCR扩增的产物可用嵌套PCR引物池和第二通用PCR引物扩增。嵌套PCR可最小化PCR扩增偏差。具体地，嵌套PCR标记的扩增子322可通过嵌套PCR进一步扩增。嵌套PCR可包括在单个反应体积中与嵌套PCR引物332a-c的嵌套PCR引物池330和第二通用PCR引物328'的多重PCR。嵌套PCR引物池328可含有、含有约、含有至少或含有至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000或任何这些值之间的数字或范围种不同的嵌套PCR引物330。嵌套PCR引物332可含有衔接子334并与标记的扩增子322的cDNA部分306”内的区域杂交。通用引物328'可含有衔接子336并与标记的扩增子322的通用PCR区域316杂交。因此，步骤3产生衔接子-标记的扩增子338。在一些实施方案中，嵌套PCR引物332和第二通用PCR引物328'可不含有衔接子334和336。相反，衔接子334和336可连接到嵌套PCR的产物以产生衔接子-标记的扩增子338。
如步骤4所示，可使用文库扩增引物PCR扩增来自步骤3的PCR产物以进行测序。具体地，衔接子334和336可用于在衔接子-标记的扩增子338上进行一个或多个另外的测定。衔接子334和336可与引物340和342杂交。所述一种或多种引物340和342可以是PCR扩增引物。所述一种或多种引物340和342可以是测序引物。所述一种或多种衔接子334和336可用于进一步扩增衔接子-标记的扩增子338。所述一种或多种衔接子334和336可用于对衔接子-标记的扩增子338进行排序。引物342可含有板索引344，使得使用相同组的分子标识符标记318生成的扩增子可使用下一代测序(NGS)在一个测序反应中测序。
测序
在一些实施方案中，估计不同的随机条形码靶标的数量可包括确定标记的靶标、空间标记、分子标记、样品标记、细胞标记或其任何产物(例如标记的扩增子，或标记的cDNA分子)的序列。可使扩增的靶标经历测序。确定随机条形码靶标或其任何产物的序列可包括进行测序反应以确定样品标记、空间标记、细胞标记、分子标记的至少一部分，随机标记的靶标、其互补序列、其反向互补序列或其任何组合的至少一部分的序列。
确定随机条形码靶标(例如扩增的核酸、标记的核酸、标记的核酸的cDNA拷贝等)的序列可使用多种测序方法进行，包括但不限于杂交测序(SBH)、连接测序(SBL)、定量增量荧光核苷酸添加测序(QIFNAS)、逐步连接和切割、荧光共振能量转移(FRET)、分子信标、TaqMan报告探针消化、焦磷酸测序、荧光原位测序(FISSEQ)、FISSEQ珠、摆动测序、多重测序、聚合菌落(POLONY)测序；纳米网格滚环测序(ROLONY)、等位基因特异性寡核苷酸连接测定(例如，寡核苷酸连接测定(OLA)、使用连接线性探针和滚环扩增(RCA)读出的单模板分子OLA、连接挂锁探针或使用连接圆形挂锁探针和滚环扩增(RCA)读出的单模板分子OLA)等。
在一些实施方案中，确定随机条形码靶标或其任何产物的序列包括配对末端测序、纳米孔测序、高通量测序、鸟枪测序、染料终止子测序、多引物DNA测序、引物步移、桑格双脱氧测序、Maxim-Gilbert测序、焦磷酸测序、真实单分子测序或其任何组合。可替代地，随机条形码靶标或其任何产物的序列可通过电子显微镜或化学敏感场效应晶体管(chemFET)阵列确定。
可利用高通量测序方法，如使用平台(如Roche 454、Illumina Solexa、ABI-SOLiD、ION Torrent、Complete Genomics、Pacific Bioscience、Helicos或Polonator平台)的循环阵列测序。在一些实施方案中，测序可包括MiSeq测序。在一些实施方案中，测序可包括HiSeq测序。
随机标记的靶标可包含核酸，其代表约0.01％的生物体基因组的基因至约100％的生物体基因组的基因。例如，通过捕获含有来自样品的互补序列的基因，可使用包含多个多聚体的靶互补区域对约0.01％的生物体基因组的基因至约100％的生物体基因组的基因进行测序。在一些实施方案中，所述随机条形码靶标包含核酸，其代表约0.01％的生物体转录组的转录物至约100％的生物体转录组的转录物。例如，通过捕获来自样品的mRNA，可使用包含聚(T)尾的靶互补区域对约0.501％的生物体转录组的转录物至约100％的生物体转录组的转录物进行测序。
确定所述多个随机条形码的空间标记和分子标记的序列可包括对所述多个随机条形码的0.00001％、0.0001％、0.001％、0.01％、0.1％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、99％、100％或这些值中的任两个之间的数字或范围进行测序。确定所述多个随机条形码的标记(例如样品标记、空间标记和分子标记)的序列可包括对所述多个随机条形码的1、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、103、104、105、106、107、108、109、1010、1011、1012、1013、1014、1015、1016、1017、1018、1019、1020或这些值中的任两个之间的数字或范围进行测序。对所述多个随机条形码的一些或全部进行测序可包括生成具有约、具有至少、或具有至多10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000或这些值中的任两个之间的数字或范围个核苷酸或碱基的读取长度的序列。
测序可包括对随机条形码靶标的至少或至少约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100或更多个核苷酸或碱基对进行测序。例如，测序可包括通过对所述多个随机条形码靶标进行聚合酶链反应(PCR)扩增，用具有50、75或100或更多个核苷酸的读取长度的序列生成测序数据。测序可包括对随机条形码靶标的至少或至少约200、300、400、500、600、700、800、900、1,000或更多个核苷酸或碱基对进行测序。测序可包括对随机条形码靶标的至少或至少约1500、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000或更多个核苷酸或碱基对进行测序。
测序可包括每次运行至少约200、300、400、500、600、700、800、900、1,000或更多个测序读段。在一些实施方案中，测序包括每次运行测序至少或至少约1500、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000或更多个测序读段。测序可包括每次运行少于或等于约1,600,000,000个测序读段。测序可包括每次运行少于或等于约200,000,000个读段。
样品
在一些实施方案中，所述多个靶标可包含在一个或多个样品中。样品可包含一个或多个细胞，或来自一个或多个细胞的核酸。样品可以是单个细胞或来自单个细胞的核酸。所述一个或多个细胞可以是一种或多种细胞类型。所述一种或多种细胞类型中的至少一种可以是脑细胞、心脏细胞、癌细胞、循环肿瘤细胞、器官细胞、上皮细胞、转移细胞、良性细胞、原代细胞、循环细胞或其任何组合。
用于本公开方法的样品可包含一个或多个细胞。样品可指一个或多个细胞。在一些实施方案中，所述多个细胞可包括一种或多种细胞类型。所述一种或多种细胞类型中的至少一种可以是脑细胞、心脏细胞、癌细胞、循环肿瘤细胞、器官细胞、上皮细胞、转移细胞、良性细胞、原代细胞、循环细胞或其任何组合。在一些实施方案中，细胞是从癌组织切除的癌细胞，例如乳腺癌、肺癌、结肠癌、前列腺癌、卵巢癌、胰腺癌、脑癌、黑素瘤和非黑素瘤皮肤癌等。在一些实施方案中，细胞来源于癌症但从体液收集(例如循环肿瘤细胞)。癌症的非限制性实例可包括腺瘤、腺癌、鳞状细胞癌、基底细胞癌、小细胞癌、大细胞未分化癌、软骨肉瘤和纤维肉瘤。样品可包括组织、细胞单层、固定细胞、组织切片或其任何组合。样品可包括生物样品、临床样品、环境样品、生物流体、组织或来自受试者的细胞。样品可从人、哺乳动物、狗、大鼠、小鼠、鱼、苍蝇、蠕虫、植物、真菌、细菌、病毒、脊椎动物或无脊椎动物获得。
在一些实施方案中，细胞是已被病毒感染并含有病毒寡核苷酸的细胞。在一些实施方案中，病毒感染可由病毒如单链(+链或“有义”)DNA病毒(例如细小病毒)或双链RNA病毒(例如呼肠孤病毒)引起。在一些实施方案中，细胞是细菌。这些可包括革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌。在一些实施方案中，细胞是真菌。在一些实施方案中，细胞是原生动物或其他寄生虫。
如本文所用，术语“细胞”可指一种或多种细胞。在一些实施方案中，细胞是正常细胞，例如，处于不同发育阶段的人细胞，或来自不同器官或组织类型的人细胞。在一些实施方案中，细胞是非人细胞，例如，其他类型的哺乳动物细胞(例如小鼠、大鼠、猪、狗、牛或马)。在一些实施方案中，细胞是其他类型的动物或植物细胞。在其他实施方案中，细胞可以是任何原核或真核细胞。
在一些实施方案中，在将细胞与珠关联之前对细胞进行分选。例如，细胞可通过荧光激活细胞分选或磁激活细胞分选，或更一般地通过流式细胞术分选。可按尺寸过滤细胞。在一些实施方案中，保留物含有待与珠相关联的细胞。在一些实施方案中，流通物含有待与珠相关联的细胞。
样品可指多个细胞。样品可指细胞的单层。样品可指薄切片(例如，组织薄切片)。样品可指集合的固体或半固体细胞，其可在一个维度上放置在阵列上。
装置
本文公开的是用于随机条形码的装置。在一些实施方案中，装置包括：包括流体通道、入口和出口的流动池，其中流体通道包括内顶板、流体通道侧壁和底部。此另一个流体通道侧壁与内顶板形成边缘，并与底部形成另一个边缘。内顶板的接触角可比流体通道侧壁的接触角小至少10度。流体通道的底部包括基板，所述基板包括多个微孔。入口和出口通过流体通道与流动池流体连通。流体通道可包括另一个流体通道侧壁。此另一个流体通道侧壁与内顶板形成边缘，并与底部形成另一个边缘。
流动池
微孔阵列基板可包装在流动池内，所述流动池提供与流体处理系统的其余部分方便的接口，并促进被输送到微孔阵列和/或乳液液滴的流体(例如细胞和固体支持体悬浮液、裂解缓冲液、冲洗缓冲液等)的交换。设计特征可包括：(i)一个或多个入口，用于引入细胞样品、固体支持体悬浮液或其他测定试剂，(ii)一个或多个微孔阵列室，其被设计用于提供有效(例如，均匀)填充和流体交换，同时最小化后涡流或死区，以及(iii)一个或多个出口，用于将流体输送到样品收集点或废物贮存器。
流动池的设计可包括多个微阵列室，所述多个微阵列室与多个微孔阵列连接，使得一个或多个不同的细胞样品可并行处理。流动池的设计可进一步包括用于在阵列室的宽度上产生一致(例如，均匀)的流速分布(即“塞流”)的特征，以提供更有效(均匀)的细胞和珠至微孔的输送，例如，通过使用位于室入口附近和微孔阵列上游的多孔屏障作为“流动扩散器”，或者通过将每个阵列室分成几个子部分，所述子部分共同覆盖相同的总阵列区域，但分开的入口流体流平行地流动通过所述子部分。在一些实施方案中，流动池可包围或结合多于一个的微孔阵列基板。在一些实施方案中，集成的微孔阵列/流动池组件可构成系统的固定部件。在一些实施方案中，微孔阵列/流动池组件可从仪器移除。
一般而言，流动池设计中的流体通道和阵列室的尺寸将被优化以(i)提供细胞和珠到微孔阵列的有效(例如，均匀)输送，和(ii)最小化样品和试剂消耗。流体通道的宽度在不同的具体实施中可以是不同的，例如范围从0.1mm至100mm。在一些实施方案中，所述宽度可以是或是约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100mm或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，所述宽度可以是至少或至多0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90或100mm。
流体通道的高度在不同的具体实施中可以是不同的，例如范围从0.1mm至100mm。在一些实施方案中，所述高度可以是或是约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、3、4、5、6、7、8、9、10mm或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，所述高度可以是至少或至多0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、3、4、5、6、7、8、9或10mm。
可使用本领域技术人员已知的各种技术和材料制造流动池。一般而言，流动池可被制造为单独的零件，并随后机械地夹紧或永久地结合到微孔阵列基板。合适的制造技术的实例包括常规加工、CNC加工、注模、3D打印、一层或多层激光或模切聚合物膜的对准和层压，或多种微加工技术(如光刻和湿化学蚀刻、干蚀刻、深反应离子蚀刻或激光微加工)中的任一种。
一旦制造了流动池零件，则其可例如通过将其夹紧在微孔阵列基板上(使用或不使用垫圈)机械地附接到微孔阵列基板，或者其可使用本领域技术人员已知的各种技术(取决于所使用材料的选择)中的任一种直接结合到微孔阵列基板，例如通过使用阳极键合、热结合或各种粘合剂或粘合膜(包括环氧基、丙烯酸基、硅氧烷基、UV固化、聚氨酯基或氰基丙烯酸酯基粘合剂)中的任一种。在一些实施方案中，基板可形成流体通道的流体通道底部，或者基板可在流体通道的流体通道底部上。在一些实施方案中，基板包含硅、熔融石英、玻璃、聚合物、金属、弹性体、聚二甲基硅氧烷、琼脂糖、水凝胶或其组合。
可使用本领域技术人员已知的各种材料制造流动池。一般而言，所使用的材料的选择将取决于所使用的制造技术的选择，并且反之亦然。合适的材料的实例包括但不限于硅、熔融石英、玻璃、各种聚合物(例如聚二甲基硅氧烷(PDMS；弹性体)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚酰亚胺、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))中的任一种、环氧树脂、金属(例如铝、不锈钢、铜、镍、铬和钛)、非粘性材料(如聚四氟乙烯(PTFE))或这些材料的组合。环烯烃聚合物(COP)可包括Zeonor 1020R或Zeonor1060R。
塞流
在一些实施方案中，流动池的设计可进一步包括用于在微孔室的宽度上产生一致(例如，均匀)的流速分布(即“塞流”)的特征，以提供更有效(均匀)的细胞和珠至微孔的输送，例如，通过使用位于室入口附近和微孔上游的多孔屏障作为“流动扩散器”，或者通过将每个微孔室分成几个子部分，所述子部分共同覆盖相同的总阵列区域，但分开的入口流体流平行地流动通过所述子部分。可使用塞流(1)以在流动池中提供有效(例如均匀)的细胞和珠装载；(2)以消除装载到流动池的珠和细胞缓冲液的流通，这增加了流动池的细胞和珠捕获效率；和/或(3)以能够在微孔表面处搅动小颗粒，这可消除珠双峰。
图4A是示出沿流动方向的层流的相对速度分布的示意图。对于层流，相对速度分布可以是抛物线形的。最大流速出现在流体通道的中心处或其附近。流体通道边界(也称为流动池边界)(流动与流体通道表面(如流体通道底部和侧壁)之间的边界)处的流速可以是低的或接近零的。流体通道边界处的低流速可导致微孔阵列或包括微孔的基板表面处的珠或细胞的低或最小搅动。
图4B是示出沿流动方向的非层流(如塞流)的相对速度分布的示意图。在一些实施方案中，通过塞流，相对流速可在流体通道的横截面上是恒定的。塞流可在微孔阵列或包括微孔的基板表面处搅动珠或细胞。通过珠或细胞的这种搅动，每个微孔可包括一个珠和/或一个细胞。然而，在流体通道边界处气体(如空气、CO2或N2的不均匀位移可导致不均匀的塞流，其中在流体通道边界处相对流速接近零。
在流动池的流体通道内的亲水涂层或超亲水涂层或顶壁(也称为内顶板、流体通道内顶板或流体通道内顶板)的处理可用于将气塞和缓冲塞到引入到具有水平非倾斜工作流程的流动池(即，不使得流动池倾斜)。超亲水涂层为气体和缓冲塞的均匀流体前端提供毛细管辅助流动，而不使用浮力来通过缓冲液实现气体置换或通过气体实现缓冲液置换。图5A示出了使用浮力用于气体-缓冲液塞流的示意图。浮力可用于实现气体-缓冲液塞流和其他形式的塞流，如油-水塞流，其中塞质量密度不同于本体溶液。用缓冲液置换气体需要流动池向上倾斜。用气体置换缓冲液需要流动池向下倾斜。因此，当浮力用于气体-缓冲液塞流时，可能无法进行水平工作流程。实现活塞流的一个要求是液体或气体不与从流动池中置换出的缓冲液混合。
图5B示出了使用毛细管辅助流动用于水平塞流的示意图。亲水或超亲水表面可促进均匀的弯月面和流体前沿在缓冲液-气体界面处的运动，从而避免在没有使用浮力的情况下塞在流动池内的破坏。使用亲水或超亲水涂层可使流动池内的塞流与水平工作流程成为可能。使用亲水或超亲水涂层，流动与流体通道底部之间的边界处的流动速度可以是非零的。流过流体通道的横截面的相对流速可以是恒定的或近似恒定的。在一些实施方案中，塞流可以是近似水平的塞流。水平塞流可以是毛细管辅助的水平塞流。在一些实施方案中，塞流可不依赖于气体的浮力。塞流可不依赖于装置的倾斜。塞流可以是缓冲液-气体界面或其他形式的塞流，如油-水塞流。
涂层偏移
图6A是示出当整个流体通道内顶板涂覆有亲水涂层时，毛细管流动和压力驱动流动的方向的示意图。流动池的整个内顶板是功能化的或涂覆有亲水涂层。可将气塞(如空气塞)注入充满水性缓冲液的流动池中。气体-缓冲液流体前沿的轮廓由毛细管流动和压力驱动流动驱动，其中毛细管流动方向与气塞的压力驱动流动方向相反。气体-缓冲液界面的轮廓可以是圆形的，并且流体通道边界附近的气塞的膨胀可与流体通道边界正交。
在一些实施方案中，亲水和疏水涂层可用于流体通道内顶板或流体通道内顶板上，以定制流动池中的气体缓冲液流体前端的轮廓。流体通道边界(本文也称为流动池边界)的选择性涂层(本文也称为功能化)影响流动池的特定部分内的毛细管流动的方向，以控制气体缓冲液流体前端轮廓的轮廓。图6B是示出当除了流体通道内顶板的边缘之外的流体通道内顶板涂覆有亲水涂层时，毛细管流动和压力驱动流动的方向的示意图。在一些实施方案中，亲水涂层从流体通道边界(由流体通道内顶板和侧壁形成的一个或多个边缘)偏移。偏移导致流体通道边界处的流体通道内顶板未涂覆有亲水涂层(也称为用疏水材料功能化)。流体通道内顶板的其余部分可用亲水或超亲水材料功能化。由于流体通道内顶板在流体通道内顶板的边缘处的疏水特性，毛细管流动可在此区域中减小或反转。结果，气体-缓冲液界面的轮廓被修改，并且流体通道边界附近的气塞的膨胀可能不再与边缘正交。
使用的缓冲液在不同的具体实施中可以是不同的。在一些实施方案中，缓冲液可以是亲水的。对于缓冲液-气体塞流，内顶板的边缘可用疏水涂层功能化，并且其余部分可用亲水涂层功能化。在一些实施方案中，缓冲液可以是疏水的而不是亲水的。对于缓冲液-气体塞流，内顶板的边缘可用亲水涂层功能化，并且其余部分可用疏水涂层功能化。其他流动池边界，例如侧壁或底部，可类似地功能化。
装载在微孔中的颗粒
在一些实施方案中，流体通道在其底部上包括基板。基板可包括具有多个微孔的微孔阵列。在一些实施方案中，微孔可含有一个颗粒(例如，细胞或珠)。具有一个单个颗粒的微孔阵列的微孔的百分比可变化，例如，范围从25％至90％。在一些实施方案中，具有单个颗粒(例如，单个细胞或单个珠)的微孔阵列的微孔的百分比可以是或是可包含单个细胞和合成颗粒的微孔阵列的微孔的约25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、99％或更多。在一些实施方案中，具有单个颗粒(例如，单个细胞或单个珠)的微孔阵列的微孔的百分比可以是至少或至多25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或99％。
微孔可含有两种不同类型的颗粒(例如，细胞和珠)。具有两种不同类型颗粒中的每种的一个颗粒的微孔阵列的微孔的百分比可变化，例如，范围从25％至90％。在一些实施方案中，具有两种不同类型颗粒中的每种的一个颗粒(例如，单个细胞和单个珠)的微孔阵列的微孔的百分比可以是或是可包含单个细胞和合成颗粒的微孔阵列的微孔的约25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、99％或更多。在一些实施方案中，具有两种不同类型颗粒中的每种的一个颗粒(例如，单个细胞或单个珠)的微孔阵列的微孔的百分比可以是至少或至多25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或99％。
在一些实施方案中，所述多个微孔的微孔包括涂层。所述涂层可包含或是聚乙二醇(PEG)、聚-Hema、普朗尼克酸F68、普朗尼克酸F108、普朗尼克酸F127、聚山梨醇酯20、二氧化硅(SiO2)、氮化硅或其组合。在一些实施方案中，所述多个微孔的微孔可包括等离子体处理的表面。
盒
在一些实施方案中，微孔阵列和流动池可包装在消耗盒内，所述消耗盒提供与流体处理系统的其余部分方便的接口。流动池可促进输送到微孔的流体(例如细胞和珠悬浮液、裂解缓冲液、冲洗缓冲液等)的交换。在一些实施方案中，流动池可被设计成促进细胞和珠在所述多个微孔上的有效(例如，均匀)分布。设计特征可包括：(i)一个或多个入口，用于引入细胞样品、珠悬浮液或其他测定试剂，(ii)一个或多个微孔室，其被设计用于提供有效(例如，均匀)填充和有效流体交换，同时最小化后涡流或死区，以及(iii)一个或多个出口，用于将流体输送到样品收集点或废物贮存器。在一些实施方案中，流动池的设计可包括多个微孔室，所述多个微孔室与单个基板上的多个微孔阵列连接，或者与多个微孔阵列基板连接，使得一个或多个不同的细胞样品可并行处理。在一些实施方案中，可调节流动池的设计，例如流体通道和室的布局，使得在给定设计中流体可进入不同的微孔图案(即可配置的微阵列图案)。
在一些实施方案中，流动池可以是盒的一部分。图7A示出了用于随机条形码的示例性盒700的分解图。盒700可包括具有流体通道704的流动池702，流动池702由微孔阵列基板708、流体通道层712和盖板716形成。形成流动池700的层数量在不同的具体实施中可以是不同的，范围从1至20。在一些实施方案中，形成流动池700的层数量可以是或是约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，形成流动池700的层数量可以是至少或至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20。图7A示出了包括一个入口的盒700，所述入口分别由盖板716上的入口部件720a和流体通道层712上的入口部件720b形成。入口部件720a和720b可沿轴线722同轴。盒700在流体通道层712上包括一个出口724。出口的位置在不同的具体实施中可以是不同的。在一些实施方案中，出口可在盖板716上。在一些实施方案中，出口可由盖板716和流体通道层712上的出口部件形成。
盒700或流动池702可包括(i)一个或多个入口，用于与仪器产生流体连接或手动将细胞样品、珠悬浮液或其他测定试剂引入盒中。流动池可包括以下中的一个或多个：(ii)一个或多个旁路通道，即用于细胞样品和珠悬浮液的自计量，以避免过量填充或回流，(iii)一个或多个集成的微孔阵列/流动池组件，或微阵列基板定位在其中的一个或多个室，(iv)集成的微型泵或其他流体致动机构，用于控制通过装置的流体流动，(v)集成的微型阀(或其他约束机构)，用于分隔预装载试剂(例如，珠悬浮液)或控制通过装置的流体流动，(vi)一个或多个通气孔，用于为捕获的气体提供逸出路径，(vii)一个或多个样品和试剂废物贮存器，(viii)一个或多个出口，用于与仪器建立流体连接或提供加工的样品收集点。(ix)机械接口特征，用于可重复地将可移除的消耗盒相对于仪器系统定位，并用于提供通路，使得外部磁铁可与微孔阵列紧密接近，(x)集成的温度控制部件或热界面，用于提供与仪器系统的良好热接触，(xi)光学界面特征(例如透明窗口)，用于微孔阵列的光学询问，或其任何组合。
图7B示出了沿图7A中的平面728截取的示例性盒700的横截面图。图7B示出了流体通道704的两个流体通道部分704a和704b。流体通道部分704a包括流体通道内顶板732，两个流体通道侧壁736a和736b(也称为第一侧壁736a和第二侧壁736b)，以及流体通道底部740。流体通道内顶板732和流体通道侧壁736a形成边缘744a(也称为内顶板-第一侧壁边缘)。流体通道内顶板732和流体通道侧壁736b形成另一个边缘744b(也称为内顶板-第二侧壁边缘)。流体通道侧壁736a和736b可相对于流体通道内顶板732具有正拔模角度，例如，范围从1-15度。在一些实施方案中，流体通道侧壁736a或736b相对于流体通道内顶板732的拔模角度可以是或是约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15度或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，流体通道侧壁736a或736b相对于流体通道内顶板732的拔模角度可以是至少或至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15度。
流体通道底部740和流体通道侧壁736a形成边缘748a(也称为底部-第一侧壁边缘)。流体通道底部740和流体通道侧壁736b形成另一个边缘748b(也称为底部-第二侧壁边缘)。流体通道侧壁736a和736b可相对于流体通道底部740具有负拔模角度，例如，范围从-1至-15度。在一些实施方案中，流体通道侧壁736a或736b相对于流体通道底部740的拔模角度可以是或是约-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、-13、-14、-15度或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，流体通道侧壁736a或736b相对于流体通道底部740的拔模角度可以是至少或至多-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、-13、-14或-15度。
盒可被设计成并行处理多于一个样品。盒可进一步包括一个或多个可移除的样品收集室，其适于与独立的PCR热循环仪或测序仪器连接。盒本身可适于与独立的PCR热循环仪或测序仪器连接。如本公开中使用的术语“盒”可意味着包括在测定实施期间含有样品和珠的任何零件组装。
盒可进一步包括被设计用于产生物理或化学屏障的部件，所述物理或化学屏障防止大分子的扩散(或增加其路径长度和扩散时间)，以便最小化微孔之间的交叉污染。此类屏障的实例可包括但不限于用于将细胞和固体支持体(例如，珠)输送到微孔阵列的蛇形通道的图案、在裂解或温育步骤期间被压缩成与微孔阵列基板表面接触的可伸缩压板或可变形膜、使用较大的珠(例如如前所述的Sephadex珠)以阻断微孔的开口或者在裂解或孵育步骤期间从盒内的贮存器释放不混溶的疏水流体，以有效地分离和划分阵列中的每个微孔。
可使用本领域技术人员已知的各种技术和材料制造盒。一般而言，盒将被制造成一系列独立的部件零件，并且随后使用许多机械组件或结合技术中的任一种进行组装。合适的制造技术的实例包括但不限于常规加工、CNC加工、注模、热成型和3D打印。一旦盒部件被制造，则它们可使用螺钉、夹子等机械组装，或者使用各种技术中的任一种(取决于所使用的材料的选择)永久地结合，例如，通过使用热结合/焊接或各种粘合剂或粘合剂膜(包括环氧基、丙烯酸基、硅氧烷基、UV固化、聚氨酯基或氰基丙烯酸酯基粘合剂)中的任一种。
盒部件可使用许多合适的材料中的任一种制造，包括但不限于硅、熔融石英、玻璃、各种聚合物(例如聚二甲基硅氧烷(PDMS；弹性体)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚酰亚胺、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))中的任一种、环氧树脂、非粘性材料(如聚四氟乙烯(PTFE))、金属(例如铝、不锈钢、铜、镍、铬和钛)或其任何组合。
盒的入口和出口特征可被设计成提供与仪器的方便和防漏的流体连接，或者可用作开放式贮存器，用于手动移取样品和试剂进入或离开盒。用于入口和出口连接器的便利机械设计的实例可包括但不限于螺纹连接器、鲁尔锁连接器、鲁尔滑动或“滑动尖端”连接器、压配合连接器等。盒的入口和出口可进一步包括盖子、弹簧装载的盖子或封闭物，或当盒定位在仪器中时可打开或刺穿，并用于防止在存储期间污染内部盒表面或当盒从仪器移除时防止流体溢出的聚合物膜。盒的一个或多个出口可进一步包括可移除的样品收集室，其适于与独立的PCR热循环仪或测序仪器连接。
在一些实施方案中，入口和出口能够引导流体流过流体通道，从而使微孔与流体接触。在一些实施方案中，所述装置包括用于装载或移除细胞样品、测定试剂、珠悬浮液、来自所述装置的废物或其组合的移液管尖端接口。所述装置可包括细胞样品、测定试剂、珠悬浮液或其组合。
盒可包括集成的微型泵或其他流体致动机构，用于控制通过装置的流体流动。合适的微型泵或流体致动机构的实例可包括但不限于机电或气动微型注射器或柱塞机构、气动或通过外部活塞驱动的膜隔膜泵、气动试剂袋或气囊或电渗泵。
盒可包括微型阀，用于分隔预装载试剂或控制通过装置的流体流动。合适的微型阀的实例可包括但不限于使用可熔化或溶解的蜡或聚合物塞制造的一次性“阀”，或可刺穿的聚合物膜；使用可变形膜和气动、磁力、电磁或机电(螺线管)驱动构造的夹管阀、使用可变形膜瓣构造的单向阀和微型闸阀。
盒可包括通气孔，用于为截留的空气或气体(如CO2或N2)提供逸出路径。通气孔可根据多种技术构造，例如，使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)或允许空气或气体的毛细管芯吸但阻止水渗透的其他疏水材料的多孔塞。
盒的机械接口特征可提供盒相对于仪器系统的容易移除但高度精确和可重复的定位。合适的机械接口特征可包括但不限于对准销、对准引导件、机械止动件等。机械设计特征可包括用于使外部设备(例如磁体或光学部件)与微孔阵列室紧密接近的凸版特征。
盒可包括温度控制部件或热界面特征，用于与外部温度控制模块配合。合适的温度控制元件的实例可包括但不限于电阻加热元件、微型红外发射光源、珀耳帖加热或冷却装置、散热器、热敏电阻、热电偶等。热界面特征可由为良好热导体(例如铜、金、银等)的材料制成，并且可包括一个或多个平坦表面，其能够与外部加热块或冷却块良好地热接触。
盒可包括光学界面特征，用于微孔阵列的光学成像或光谱询问。盒可包括光学透明窗口，例如微孔基板本身或与微孔阵列相对的流动池或微阵列室的侧面，由满足用于探测微孔阵列的成像或光谱技术的光谱要求的材料制成。合适的光学窗口材料的实例可包括但不限于玻璃、熔融二氧化硅、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃聚合物(COP)或环烯烃共聚物(COC)。
流体通道
图8示出了用于随机条形码的盒700的示例性流体通道704的横截面图。流体通道704包括流体通道内顶板732、两个流体通道侧壁736a和736b以及流体通道底部740。流体通道内顶板732和流体通道侧壁736a形成边缘。流体通道内顶板732和流体通道侧壁736b形成另一个边缘。流体通道侧壁736a和736b具有正拔模角度，例如，范围从1-15度。图8中所示的流体通道704的宽度和高度可分别是7mm和1.2mm。
流体通道704的宽度在不同的具体实施中可以是不同的，例如范围从1mm至20mm。在一些实施方案中，流体通道704的宽度可以是或是约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20mm或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，流体通道704的宽度可以是至少或至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20mm。较大的宽度(例如7mm)可增加给定流动池长度的流动池面积。
流体通道704的高度在不同的具体实施中可以是不同的，例如范围从0.1mm至2mm。在一些实施方案中，流体通道704的高度可以是或是约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20mm或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，流体通道704的高度可以是至少或至多0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19或0.20mm。
流体通道内顶板和侧壁特性
如本文所述，在一些实施方案中，流体通道内顶板的接触角可比流体通道侧壁的接触角小例如10度。在一些实施方案中，流体通道内顶板是亲水的。流体通道内顶板的亲水性程度可由流体通道内顶板的接触角表示。在一些实施方案中，流体通道内顶板的接触角对应于流体通道内顶板上的多个位置的接触角的平均值。流体通道内顶板的接触角在不同的具体实施中可以是不同的，例如范围从0至90度。在一些实施方案中，流体通道内顶板的接触角可以是或是约0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90度或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，流体通道内顶板的接触角可以是至少或至多0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80或90度。
流体通道内顶板的接触角可小于流体通道侧壁的接触角。流体通道内顶板的接触角与流体通道侧壁的接触角之间的差异在不同的具体实施中可以是不同的。在一些实施方案中，所述差异可以是或是约10、20、30、40、50、60、70、80、90度或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，所述差异可以是至少或至多10、20、30、40、50、60、70、80或90度。
流体通道侧壁的亲水性程度可由流体通道侧壁的接触角表示。在一些实施方案中，流体通道侧壁的接触角对应于流体通道侧壁上的多个位置的接触角的平均值。流体通道侧壁的接触角在不同的具体实施中可以是不同的。在一些实施方案中，流体通道侧壁的接触角可以是或是约10、20、30、40、50、60、70、80、88、90度或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，流体通道侧壁的接触角可以是至少或至多10、20、30、40、50、60、70、80、88或90度。在一些实施方案中，流体通道侧壁具有1-15度的正拔模角度。
在一些实施方案中，流体通道内顶板的接触角足够小于(例如，10、20、30、40、50、60、70、80或更多度)流体通道侧壁的接触角，以使流体通道内的非层流成为可能。在一些实施方案中，流体通道内的非层流能够通过流体通道内的流动搅动基板表面上的颗粒。流动与流体通道底部之间的边界处的流动速度可以是非零的。流过流体通道的横截面的流动的相对流速可以是恒定的或近似恒定的。非层流可以是塞流。
在一些实施方案中，非层流可以是近似塞流。塞流可以是近似水平的塞流。水平塞流可以是毛细管辅助的水平塞流。在一些实施方案中，塞流可不依赖于气体的浮力。塞流可不依赖于装置的倾斜。塞流可在缓冲气体界面处。
图9A-9H中的每个是非限制性示例性流体通道704的横截面图的示意图，其中流体通道内顶板732、侧壁736a、736b和/或底部740包括涂层。流体通道704包括流体通道内顶板732、两个流体通道侧壁736a和736b以及流体通道底部740。流体通道内顶板732和流体通道侧壁736a形成边缘744a。流体通道底部740和流体通道侧壁736a形成边缘748a。流体通道底部740和流体通道侧壁736b形成另一个边缘748b。流体通道内顶板732和流体通道侧壁736b形成另一个边缘744b。流体通道侧壁736a和736b可具有零或正拔模角度，例如，范围从1-15度。
在一些实施方案中，流体通道内顶板732包括亲水涂层752。例如，亲水涂层752可以是超亲水涂层。亲水涂层752可包含聚乙二醇(PEG)、聚-Hema、普朗尼克酸F68、普朗尼克酸F108、普朗尼克酸F127、聚山梨醇酯20、二氧化硅(SiO2)、氮化硅或其任何组合。亲水涂层752的接触角在不同的具体实施中可以是不同的。在一些实施方案中，亲水涂层752的接触角可以是或是约0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、23、30、40、50、60、70、80、90度或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，亲水涂层752的接触角可以是至少或至多0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、23、30、40、50、60、70、80或90度。内顶板732可通过溅射、热生长、吸附、共价结合(例如，通过将流体通道内顶板732或流体通道内顶板732的表面在涂层材料溶解于其中的液体中温育)或其任何组合涂覆有亲水涂层。
在一些实施方案中，亲水涂层752可具有从由流体通道内顶板732和流体通道侧壁744a、744b形成的边缘744a、744b的偏移754a、754b。例如，亲水涂层753可从边缘744a、744b中的一个偏移，使得流体通道内顶板732的中心部分包括亲水涂层753，而流体通道内顶板732的非中心部分不包括亲水涂层。作为另一个实例，亲水涂层753可从边缘744a、744b两者偏移。偏移754a、754b在不同的具体实施中可以是不同的，例如范围从1微米至4000微米。在一些实施方案中，偏移744a、744b可以是或是约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000微米或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，偏移744a、744b可以是至少或至多1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000或4000微米。偏移744a、744b在不同的具体实施中可以是不同的，例如范围从流体通道内顶板732宽度的1％至25％。在一些实施方案中，偏移744a、744b可以是或是流体通道内顶板732宽度的约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％或这些值中的任两个之间的数字或范围。在一些实施方案中，偏移744a、744b可以是流体通道内顶板732的至少或至多1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％或25％。在一些实施方案中，流体通道内顶板732和流体通道704的另一个表面包括涂层，如亲水涂层。图9B-9D示出了包括涂层756a、756b、760的侧壁756a(图9B)、756b(图9C)或底部760(图9D)。在一些实施方案中，流体通道内顶板732和流体通道704的另外两个表面包括涂层，如亲水涂层(图9E-9G)。在一些实施方案中，流体通道内顶板732和流体通道的另外三个表面包括涂层，如亲水涂层(图9H)。涂层752、756a、756b、760可以是相同或不同的。例如，涂层752、756a、756b、760可以是不同的亲水涂层。作为另一个实例，流体通道内顶板732上的涂层752可以是亲水涂层，并且流体通道侧壁736a、736b和底部740上的涂层756a、756b、760可以是亲水涂层或疏水涂层。尽管图9A-9H示出了所有涂层752、756a、756b、760从边缘744a、744b、748a、748b偏移，此类偏移仅用于说明并不旨在限制。从边缘744a、744b、748a、748b偏移的涂层752、756a、756b、760的数量在不同的具体实施中可以是不同的，如0、1、2、3或4。每个涂层752、756a、756b、760可从一个或多个边缘744a、744b、748a、748b偏移。
实施例
在以下实施例中进一步详细地公开了以上讨论实施方案的一些方面，所述实施例不以任何方式限制本公开的范围。
实施例1
当流体通道的内顶板和侧壁不具有亲水涂层时流体通道边界处的珠聚集
此实施例表明，在流体通道的内顶板与侧壁之间的接触角中具有小的差异可导致流体通道边界处的珠聚集。
图10A-10B是微孔阵列的图像，其示出在流体通道边界处的大量珠聚集。微孔阵列在流动池的底部处。流动池的流体通道的宽度是7mm。流动池的流体通道的内顶板和侧壁不具有二氧化硅的亲水涂层。由于气体置换不完全，珠聚集在流体通道边界处是大量的。不均匀的流体前沿也导致流动池中心处的高珠损失，并导致整个微孔阵列中珠的斑状覆盖。
总之，这些数据表明，在流体通道的内顶板与侧壁之间的接触角中具有小的差异可导致不完全的气体置换，这又可导致流体通道边界处的大量珠聚集。
实施例2
流动池通道的内顶板和侧壁上的亲水涂层
此实施例表明，在流动池通道的内顶板和侧壁上具有亲水涂层可导致在进行水平非倾斜工作流程的情况下，流体通道边界处的珠聚集的一些减少，即使流动池通道的内顶板与侧壁之间的接触角的差异较小。
图11A示出了微孔阵列的图像。微孔阵列在流动池的底部处。流动池的流体通道的宽度是4mm。流动池流体通道的内顶板和侧壁在其表面上具有亲水涂层。标记为1和9的微孔阵列的区域分别对应于更靠近流动池的入口和出口的区域。在内顶板和侧壁上具有亲水涂层，在进行水平非倾斜工作流程的情况下，在流体通道边界附近产生了一些不完全的气体置换。
图11B-11C是示出具有珠双峰的微孔阵列的微孔的百分比在中心和微孔阵列区域1(其更靠近流动池的入口)的流体通道的边界处相似的图像。图11D-11E是示出具有珠双峰的微孔阵列的微孔的百分比与微孔阵列区域9(其更靠近流动池的入口)的流体通道的边界相比在中心处更低的图像。
图11F-11I是示出沿流动方向没有珠、单个珠或珠双峰的微孔阵列的微孔的百分比的图。在流体通道的内顶板和侧壁上具有亲水涂层，在进行水平非倾斜工作流程的情况下，在流体通道边界附近产生了一些不完全的气体置换。不完全气体置换的影响在朝向流体通道的末端、更靠近区域9的流体通道边界处更明显。
总之，这些数据表明，如果流动池通道的内顶板和侧壁具有小的接触角(例如，如果流动池通道的内顶板和侧壁包括亲水涂层)，则可在不倾斜流动池的情况下实现流动池边界处的珠聚集的一些减少，即使流动池通道的内顶板与侧壁之间的接触角的差异很小。因此，流动池可在进行水平非倾斜工作流程的情况下使用。然而，流体通道边界附近的不完全气体置换的影响在朝向流体通道的末端的流体通道边界处更明显。
实施例3
流动池边界处珠聚集的进一步减少
此实施例表明，如果流体通道内顶板的接触角小于流动池侧壁的接触角，则可实现流动池边界处珠聚集的进一步减少。
图12A-12C是微孔阵列的图像，其示出珠聚集在流动池边界处显著减少。微孔阵列在流动池的底部处。流动池的流体通道的宽度是7mm。7mm宽度(与4mm宽度相比)可增加给定流动池长度的流动池面积。流动池的流体通道的内顶板而不是侧壁具有亲水涂层。珠聚集在流动池边界处进一步减少。几乎未观察到珠装载均匀性或一致性的空间变化。因此，可消除利用浮力以用缓冲液置换气体或用气体置换缓冲液的需求。继而，可消除流动池的非水平倾斜工作流程的需求。
总之，这些数据表明，如果流体通道内顶板的接触角小于流动池侧壁的接触角(例如，如果在流动池通道的内顶板上而不是在侧壁上存在亲水涂层)，则可在不倾斜流动池的情况下实现流动池边界处的珠聚集的进一步减少。因此，流动池可在进行水平非倾斜工作流程的情况下使用。
实施例4
流体通道表面的其他处理
此实施例表明了流体通道表面的其他处理的特性。
等离子体处理的环烯烃共聚物(COC)具有良好的润湿特征，类似于SiO2涂层的那些。然而，等离子体处理导致珠粘附到表面，从而影响从流动池回收珠的能力。等离子体处理的保质期可变，并且可能需要在干燥条件下储存流动池。通过掩蔽进行选择性等离子体处理并非轻而易举。
相比之下，PEG接枝到COC可提供高度惰性的表面，用于减少的寡核苷酸、细胞或珠的非特异性吸附。然而，PEG接枝到COC并非轻而易举。
测试另一种表面处理，用SiO2涂覆微孔基板。这种涂层导致良好的润湿特征并提供微孔的自润湿性。然而，塞流动行为发生了变化。并且微孔表面处的搅动减少，从而导致珠双峰密度增加。从基板取回的珠也受到了负面影响。
总之，这些数据表明，与等离子体处理、PEG接枝和微孔表面SiO2涂层相比，流体通道内顶板上的SiO2涂层有利于改进的细胞装载、珠装载和珠取回。
实施例5
流体通道边界处珠聚集的进一步减少
此实施例表明，使流体通道内顶板的中心部分的接触角小于流体通道内顶板和流动池侧壁的非中心部分的接触角可导致流动池边界处的珠聚集的进一步减少。
图13A1-13C2是在流体通道内顶板(图13A1-13A2)处或在流体通道内顶板的中心部分(图13B1-13C2)处具有二氧化硅亲水涂层的微孔阵列图像，其示出了流动池边界处珠聚集的进一步减少。图13A1-13C2中的流体通道的宽度是7mm。图13A1-13A2是在流体通道内顶板处具有亲水涂层的流动池中的微孔阵列图像。在流体通道边界处观察到一些珠聚集。图13A1示出了在流动池边缘处的流体前沿的正交膨胀，导致在流动池边缘附近无效地清洗珠。
为了有效地冲走多余的珠，气体/缓冲液流体前沿的轮廓应具有与流动池边缘平行而不是与其正交的分量。图13B1-13C2是在分别从流体通道边界偏移500微米和1000微米的流体通道内顶板的中心部分处具有亲水涂层的流动池中的微孔阵列的图像。图13B1-13C2示出了流体通道内顶板处的偏移改进了冲走多余珠的能力。
总之，这些数据表明，如果流体通道内顶板的中心部分的接触角小于流体通道内顶板和流动池侧壁的非中心部分的接触角(例如，通过涂覆流体通道内顶板的中心部分)，则可实现流动池边界处的珠聚集的进一步减少。因此，流动池可在进行水平非倾斜工作流程的情况下使用。
实施例6
一致的高装载效率
此实施例表明了在流动池的流体通道内顶板的中心部分的接触角小于流体通道内顶板和流动池侧壁的非中心部分的接触角的情况下的一致的高装载效率。
对于每个装载实验，将珠装载到盒的U形流动池的微孔阵列上(图14A)，并洗去过量的珠。流动池的流体通道的宽度是7mm。为了有效地冲走多余的珠，气体/缓冲液流体前沿的轮廓具有与流动池边缘平行而不是与其正交的分量，这是通过具有二氧化硅亲水涂层的流体通道内顶板实现的。流体通道侧壁和流体通道底部不具有二氧化硅的亲水涂层。因此，流动池的流体通道内顶板的中心部分的接触角小于流体通道内顶板和流动池侧壁的非中心部分的接触角。流体通道内顶板上的亲水涂层从由流体通道内顶板和流体通道侧壁形成的边缘偏移。重复装载实验207次。
图15A1-15J2是207次装载实验中的10次的流动池的微孔阵列图像。10次装载实验显示，在流动池内顶板的中心部分处具有二氧化硅亲水涂层可实现良好的装载效率(图14B、14C、15A1-15J2)。表1是10次装载实验的装载效率的总结。装载实验还显示，实现了流动池边界处的最小珠聚集和珠装载均匀性或一致性几乎无变化(图14D-14G、15A1-15J2)。图14B-14C是来自装载实验中的一个的图像，其示出具有珠双峰的微孔阵列的微孔的百分比在微孔阵列的流体通道的中心和边界处相似。图14D-14G是示出相对于微孔阵列的微孔的百分比没有边缘效应的两个装载实验的曲线图，其中沿流动方向没有珠、单个珠或珠双峰。
表1. 10次装载实验的装载效率。
在珠清洗后，具有珠的孔％
91.2
95.1
95.3
96.1
93.7
96.5
95.4
93.7
95.6
96.0
表2. 207次装载实验的装载效率。
图16A-16D示出了207次装载实验的一致的高装载效率。图16A是示出207次装载实验的装载效率的图。图16B是条形图，其示出了207次装载实验的一致的高装载效率。图16C和16D是总结207次装载实验的统计数据的表。表2是207次装载实验的装载效率的总结。
总之，这些数据表明，当流动池的流体通道内顶板的中心部分的接触角小于流体通道内顶板和流动池侧壁的非中心部分的接触角时，可实现一致的高装载效率、流动池边界处的最小珠聚集，以及珠装载均匀性或一致性的基本无变化。
在先前描述的实施方案的至少一些中，实施方案中使用的一个或多个要素可互换地在另一个实施方案中使用，除非这种替代在技术上不可行。本领域技术人员应认识到，在不脱离要求保护的主题范围的情况下，可对上述方法和结构做出各种其他省略、添加和修改。所有此类修改和改变均旨在落入如由随附权利要求所界定的主题范围内。
对于本文中大体上任何复数和/或单数术语的使用，本领域的技术人员可根据环境和/或应用酌情从复数转化为单数和/或从单数转化为复数。为清楚起见，本文可能明确陈述各种单数/复数排列。如本说明书以及随附权利要求中所用，除非上下文另有清楚定义，否则单数形式的“一(个/种)”与“所述”包括复数提及形式。除非另有说明，否则本文对“或”的任何引用旨在涵盖“和/或”。
本领域技术人员将理解，一般而言，本文并且尤其是在所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中使用的术语通常旨在为“开放”术语(例如术语“包括”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“具有至少”，术语“包括”应解释为“包括但不限于”等)。本领域技术人员将进一步理解，如果旨在引入的权利要求陈述的特定数量，则这种意图将在权利要求中明确地陈述，并且在不存在这种陈述的情况下，不存在这种陈述。例如，为了帮助理解，以下所附权利要求可含有介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求陈述。然而，此类短语的使用不应解释为暗示由不定冠词“一个”或“一种”引入权利要求陈述将含有这种引入的权利要求陈述的任何特定权利要求限制于仅含有一个这种陈述的实施方案，即使当相同的权利要求包括引言短语“一个或多个”或“至少一个”，和不定冠词，如“一个”或“一种”(例如，“一个”和/或“一种”应解释为意指“至少一个“或”一个或多个)时；对于使用用于引入权利要求陈述的不定冠词也是如此。另外，即使明确地陈述了特定数量的引入的权利要求陈述，本领域技术人员将认识到这种陈述应解释为意指至少所述陈述的数量(例如，在没有其他修饰语的情况下，“两个陈述”的简单陈述意指至少两个陈述，或两个或更多个陈述)。此外，在使用类似于“A、B和C中的至少一个等”的惯例的那些情况下，一般而言这样的结构旨在本领域技术人员将理解所述惯例的意义上(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。在使用类似于“A、B或C中的至少一个等”的惯例的那些情况下，一般而言这样的结构旨在本领域技术人员将理解所述惯例的意义上(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。本领域技术人员将进一步理解，实际上任何呈现两个或更多个替代术语的析取词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书或附图中，均应理解为考虑包括术语中的一个、术语中的任一个或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
另外，当本公开的特征或方面以马库什组(Markush group)描述时，本领域技术人员将意识到本公开还由此以马库什组的任何单独的成员或成员子组描述。
如本领域技术人员将理解的，出于任何和所有目的，如在提供书面描述方面，本文公开的所有范围还包括任何和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何列出的范围均可很容易地被识别为充分描述并使相同的范围被分解为至少相等的一半、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等。作为非限制性实例，本文讨论的每个范围可容易地分解为下三分之一、中三分之一和上三分之一等。如本领域技术人员还将理解的，如“至多”、“至少”、“大于”、“小于”等所有语言包括所述的数字并且是指可随后分解成如以上讨论的子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解的，范围包括每个单独的成员。因此，例如，具有1-3个物品的组是指具有1、2或3个物品的组。类似地，具有1-5个物品的组是指具有1、2、3、4或5个物品的组，等等。
虽然本文已公开了各个方面和实施方案，但其他方面和实施方案对于本领域技术人员来说将是显而易见的。本文所公开的各个方面和实施方案是为了举例说明，并且不应认为是限制性的，下面的权利要求书将指示所具有的真实范围和精神。

Claims (164)

1.一种装置，其包括：
流动池，其包括流体通道、入口和出口，
其中所述流体通道包括内顶板、第一侧壁和流体通道底部，其中所述内顶板和所述第一侧壁形成内顶板-第一侧壁边缘，并且其中所述底部和所述第一侧壁用于底部-第一侧壁边缘，
其中所述内顶板的接触角比所述第一侧壁的接触角小至少10度，
其中所述流体通道的底部包括基板，所述基板包括多个微孔，并且
其中所述入口和所述出口通过所述流体通道与所述流动池流体连通。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述流体通道具有非圆形横截面。
3.如权利要求1-2中任一项所述的装置，其中所述流体通道具有近似矩形的横截面。
4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述流体通道包括第二侧壁，其中所述内顶板和所述第二侧壁形成内顶板-第二侧壁边缘，并且其中所述底部和所述第二侧壁用于底部-第二侧壁边缘。
5.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述流体通道具有至少2mm的宽度。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述流体通道具有约7mm的宽度。
7.如权利要求5所述的装置，其中所述流体通道具有约4mm的宽度。
8.如权利要求1-7中任一项所述的装置，其中所述流体通道的高度是至少0.8mm。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述流体通道的高度是约1.2mm。
10.如权利要求1-9中任一项所述的装置，其中所述第一侧壁具有1-15度的正拔模角度。
11.如权利要求1-10中任一项所述的装置，其中所述基板形成所述流体通道的底部。
12.如权利要求1-10中任一项所述的装置，其中所述基板在所述流体通道的底部上。
13.如权利要求1-12中任一项所述的装置，其中所述基板包含硅、熔融石英、玻璃、聚合物、金属、弹性体、聚二甲基硅氧烷、琼脂糖、水凝胶或其组合。
14.如权利要求1-13中任一项所述的装置，其中所述流动池包含硅、熔融石英、玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚酰亚胺、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、环氧树脂、金属或其组合。
15.如权利要求14所述的装置，其中所述流动池包含环烯烃聚合物(COP)。
16.如权利要求15所述的装置，其中所述环烯烃聚合物(COP)包括Zeonor1020R或Zeonor 1060R。
17.如权利要求1-16中任一项所述的装置，其中所述内顶板是亲水的。
18.如权利要求1-17中任一项所述的装置，其中所述内顶板的接触角对应于所述内顶板上的多个位置的接触角的平均值。
19.如权利要求1-18中任一项所述的装置，其中所述第一侧壁的接触角对应于所述第一侧壁上的多个位置的接触角的平均值。
20.如权利要求1-19中任一项所述的装置，其中所述内顶板的接触角是0-80度。
21.如权利要求20所述的装置，其中所述内顶板的接触角是0-60度。
22.如权利要求21所述的装置，其中所述内顶板的接触角是至多10度。
23.如权利要求1-22中任一项所述的装置，其中所述内顶板的接触角比所述第一侧壁的接触角小至少30度。
24.如权利要求23所述的装置，其中所述内顶板的接触角比所述第一侧壁的接触角小至少50度。
25.如权利要求24所述的装置，其中所述第一侧壁的接触角是约88度。
26.如权利要求1-25中任一项所述的装置，其中所述内顶板的接触角足够小于所述第一侧壁的接触角，以使所述流体通道内的非层流成为可能。
27.如权利要求26所述的装置，其中所述流体通道内的所述非层流能够通过所述流体通道内的流动搅动所述基板表面上的颗粒。
28.如权利要求27所述的装置，其中所述流动与所述底部之间的边界处的流动速度是非零的。
29.如权利要求26所述的装置，其中所述非层流是近似塞流。
30.如权利要求29所述的装置，其中流过所述流体通道横截面的流动的相对流速是大致恒定的。
31.如权利要求26所述的装置，其中所述非层流是塞流。
32.如权利要求31所述的装置，其中流过所述流体通道横截面的流动的相对流速是恒定的。
33.如权利要求29-32中任一项所述的装置，其中所述塞流是近似水平的塞流。
34.如权利要求33所述的装置，其中所述水平塞流是毛细管辅助的水平塞流。
35.如权利要求29-34中任一项所述的装置，其中所述塞流不依赖于气体的浮力。
36.如权利要求29-35中任一项所述的装置，其中所述塞流不依赖于所述装置的倾斜。
37.如权利要求29-36中任一项所述的装置，其中所述塞流在缓冲液-气体界面处。
38.如权利要求1-37中任一项所述的装置，其中所述内顶板包括亲水涂层。
39.如权利要求38所述的装置，其中所述亲水涂层是超亲水涂层。
40.如权利要求38-39中任一项所述的装置，其中所述亲水涂层包含聚乙二醇(PEG)、聚-Hema、普朗尼克酸F68、普朗尼克酸F108、普朗尼克酸F127、聚山梨醇酯20、二氧化硅(SiO2)、氮化硅或其任何组合。
41.如权利要求40所述的装置，其中所述亲水涂层包含二氧化硅(SiO2)。
42.如权利要求40所述的装置，其中所述亲水涂层包含氮化硅。
43.如权利要求38-41中任一项所述的装置，其中所述亲水涂层具有0-80度的接触角。
44.如权利要求43所述的装置，其中所述亲水涂层具有0-60度的接触角。
45.如权利要求44所述的装置，其中所述亲水涂层的接触角是至多23度。
46.如权利要求38-45中任一项所述的装置，其中通过溅射、热生长、吸附、共价结合或其任何组合，用所述亲水涂层涂覆所述内顶板。
47.如权利要求38-46中任一项所述的装置，其中所述亲水涂层从所述内顶板-第一侧壁边缘偏移。
48.如权利要求47所述的装置，其中所述亲水涂层从所述内顶板-第一侧壁边缘偏移100-1000微米。
49.如权利要求47所述的装置，其中所述亲水涂层从所述内顶板-第一侧壁边缘偏移所述内顶板宽度的1％-25％。
50.如权利要求1-46中任一项所述的装置，其进一步包括位于所述基板的多个微孔中的多个颗粒，并且其中所述多个微孔中的至少25％各自含有单个颗粒。
51.如权利要求50所述的装置，其中所述多个微孔的至少50％各自含有单个颗粒。
52.如权利要求50所述的装置，其中所述多个微孔的至少75％各自含有单个颗粒。
53.如权利要求27-59中任一项所述的装置，其中所述颗粒包括珠或细胞。
54.如权利要求53所述的装置，其中所述珠包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯、玻璃、聚丙烯、琼脂糖、明胶、水凝胶、顺磁物质、陶瓷、塑料、玻璃、甲基苯乙烯、丙烯酸聚合物、钛、乳胶、琼脂糖凝胶、纤维素、尼龙、硅树脂或其任何组合的材料。
55.如权利要求53-54中任一项所述的装置，其中所述珠包含多个随机条形码。
56.如权利要求55所述的装置，其中所述多个随机条形码中的每个包含分子标记，所述分子标记选自包括具有独特序列的至少100个分子标记的组。
57.如权利要求56所述的装置，其中所述分子标记选自包括具有独特序列的至少1000个分子标记的组。
58.如权利要求55-57中任一项所述的装置，其中所述多个随机条形码的不同随机条形码具有相同细胞标记。
59.如权利要求1-57中任一项所述的装置，其中所述多个微孔包括至少100个微孔。
60.如权利要求59所述的装置，其中所述多个微孔包括1000-5000000个微孔。
61.如权利要求1-60中任一项所述的装置，其中所述多个微孔的微孔具有1飞升-1微升的体积。
62.如权利要求61所述的装置，其中所述多个微孔的微孔具有1皮升-1纳升的体积。
63.如权利要求61-62中任一项所述的装置，其中所述多个微孔的微孔在所述基板的平面中具有非圆形横截面，并且其中所述基板的平面中的所述非圆形横截面是正方形或六边形。
64.如权利要求61-63中任一项所述的装置，其中所述多个微孔的微孔的深度是25-100微米。
65.如权利要求64所述的装置，其中所述多个微孔的微孔的深度是约50微米。
66.如权利要求61-65中任一项所述的装置，其中所述多个微孔的微孔具有25-100微米的宽度。
67.如权利要求66所述的装置，其中所述多个微孔的微孔具有约50微米的宽度。
68.如权利要求66-67中任一项所述的装置，其中所述微孔的宽度与所述微孔的深度的纵横比是0.1-2。
69.如权利要求61-68中任一项所述的装置，其中所述多个微孔的微孔的尺寸允许所述微孔含有至多一个珠。
70.如权利要求69所述的装置，其中所述微孔的宽度与所述至多一个珠的直径的比率是1.2-1.8。
71.如权利要求1-70中任一项所述的装置，其中含有单个珠的所述多个微孔的百分比是至少90％。
72.如权利要求61-71中任一项所述的装置，其中所述多个微孔的微孔包含聚乙二醇(PEG)、聚-Hema、普朗尼克酸F68、普朗尼克酸F108、普朗尼克酸F127、聚山梨醇酯20、二氧化硅(SiO2)、氮化硅或其组合的涂层。
73.如权利要求61-71中任一项所述的装置，其中所述多个微孔的微孔包括等离子体处理的表面。
74.如权利要求1-73中任一项所述的装置，其中所述入口和所述出口能够引导流体流过所述流体通道，从而使所述微孔与所述流体接触。
75.如权利要求1-74中任一项所述的装置，其包括用于装载或移除细胞样品、测定试剂、珠悬浮液、来自所述装置的废物或其组合的移液管尖端接口。
76.如权利要求75所述的装置，其进一步包括细胞样品、测定试剂、珠悬浮液或其组合。
77.一种用于样品装载的方法，其包括
(a)提供一种装置，其包括：
流动池，其包括流体通道、入口和出口，
其中所述流体通道包括内顶板、第一侧壁和底部，
其中所述内顶板和所述第一侧壁形成内顶板-第一侧壁边缘，
并且其中所述底部和所述第一侧壁形成底部-第一侧壁边缘，
其中所述内顶板的接触角比所述第一侧壁的接触角小至少10度，
其中所述底部包括基板，所述基板包括多个微孔，并且
其中所述入口和所述出口通过所述流体通道与所述流动池流体连通；
(b)通过所述入口将气体引入所述流体通道中；以及
(c)通过所述入口将包含多个第一颗粒的第一样品引入所述流体通道中，由此所述多个微孔中的至少25％各自含有所述多个第一颗粒的单个颗粒。
78.如权利要求77所述的方法，由此所述多个微孔中的至少50％各自含有所述多个第一颗粒的单个颗粒。
79.如权利要求77所述的方法，由此所述多个微孔中的至少75％各自含有所述多个第一颗粒的单个颗粒。
80.如权利要求77-79中任一项所述的方法，其包括：
(d)在步骤(c)之后通过所述入口将所述气体或另一种气体引入所述流体通道中；以及
(e)在将所述第一样品引入所述流体通道之后，通过所述入口将第二样品引入所述流体通道中，
其中所述第二样品包含多个第二颗粒，并且
由此所述多个微孔中的至少25％各自含有所述多个第二颗粒的单个颗粒。
81.如权利要求80所述的方法，由此所述多个微孔中的至少50％各自含有所述多个第二颗粒的单个颗粒。
82.如权利要求80所述的方法，由此所述多个微孔中的至少75％各自含有所述多个第二颗粒的单个颗粒。
83.如权利要求80-82中任一项所述的方法，由此所述多个微孔中的至少25％各自含有所述多个第一颗粒的单个颗粒和所述多个第二颗粒的单个颗粒。
84.如权利要求83所述的方法，由此所述多个微孔中的至少50％各自含有所述多个第一颗粒的单个颗粒和所述多个第二颗粒的单个颗粒。
85.如权利要求77-84中任一项所述的方法，其中所述多个第一颗粒包括多个珠，并且其中所述多个珠的珠包含多个随机条形码。
86.如权利要求85所述的方法，其中所述多个随机条形码中的每个包含分子标记，所述分子标记选自包括具有独特序列的至少100个分子标记的组。
87.如权利要求86所述的方法，其中所述分子标记选自包括具有独特序列的至少1000个分子标记的组。
88.如权利要求85-87中任一项所述的方法，其中所述多个随机条形码的不同随机条形码具有相同细胞标记。
89.如权利要求80-88中任一项所述的方法，其中所述多个第二颗粒包括多个细胞。
90.如权利要求77-89中任一项所述的方法，其中所述多个第一颗粒包括多个细胞。
91.如权利要求80-90中任一项所述的方法，其中所述多个第二颗粒包括多个珠，并且其中所述多个珠的珠包含多个随机条形码。
92.如权利要求89-91中任一项所述的方法，其中所述多个第一颗粒的多个细胞或所述多个第二颗粒的多个细胞包括干细胞、癌细胞、血细胞、外周血单核细胞、循环肿瘤细胞、乳腺癌细胞、处于希望细胞周期阶段的细胞或其组合。
93.如权利要求80-92中任一项所述的方法，其中所述第一样品或所述第二样品包括生物样品、临床样品、环境样品或其组合。
94.如权利要求80-93中任一项所述的方法，其中所述第一样品或所述第二样品包括来自患者的生物流体、组织和细胞中的一种或多种。
95.如权利要求80-94中任一项所述的方法，其中所述第一样品或所述第二样品包括血液、尿液、脑脊液、胸膜液、羊水、精液、唾液、骨髓、活组织检查样品或其组合。
96.如权利要求77-85中任一项所述的方法，其中在(b)中通过所述入口将所述气体引入所述流体通道中包括通过所述入口将所述气体注入所述流体通道中。
97.如权利要求77-96中任一项所述的方法，其中通过所述入口将所述第一样品引入所述流体通道中包括通过所述入口将所述第一样品注入所述流体通道中。
98.如权利要求77-97中任一项所述的方法，其中在(d)中通过所述入口将所述气体引入所述流体通道中包括通过所述入口将所述气体注入所述流体通道中。
99.如权利要求80-98中任一项所述的方法，其进一步包括：在(d)中通过所述入口将所述气体引入所述流体通道中之前，通过所述入口将第一缓冲液引入所述流体通道中以除去在所述底部上并且不包含在任何所述多个微孔中的所述多个第一颗粒。
100.如权利要求80-99中任一项所述的方法，其进一步包括：在(e)中通过所述入口将所述第二样品引入所述流体通道中之后，通过所述入口将第二缓冲液引入所述流体通道中以除去在所述底部上并且不包含在任何所述多个微孔中的所述多个第二颗粒。
101.如权利要求77-100中任一项所述的方法，其中所述流体通道具有非圆形横截面。
102.如权利要求77-101中任一项所述的方法，其中所述流体通道具有近似矩形的横截面。
103.如权利要求77-102中任一项所述的方法，其中所述流体通道包括第二侧壁，其中所述内顶板和所述第二侧壁形成内顶板-第二侧壁，并且其中所述底部和所述第二侧壁用于底部-第二侧壁。
104.如权利要求77-103中任一项所述的方法，其中所述流体通道具有至少2mm的宽度。
105.如权利要求104所述的方法，其中所述流体通道具有约7mm的宽度。
106.如权利要求104所述的方法，其中所述流体通道具有约4mm的宽度。
107.如权利要求77-106中任一项所述的方法，其中所述流体通道的高度是至少0.8mm。
108.如权利要求107所述的方法，其中所述流体通道的高度是约1.2mm。
109.如权利要求77-108中任一项所述的方法，其中所述第一侧壁具有1-15度的正拔模角度。
110.如权利要求77-109中任一项所述的方法，其中所述基板形成所述流体通道的底部。
111.如权利要求77-109中任一项所述的方法，其中所述基板在所述流体通道的底部上。
112.如权利要求77-111中任一项所述的方法，其中所述基板包含硅、熔融石英、玻璃、聚合物、金属、弹性体、聚二甲基硅氧烷、琼脂糖、水凝胶或其组合。
113.如权利要求77-112中任一项所述的方法，其中所述流动池包含硅、熔融石英、玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚酰亚胺、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、环氧树脂、金属或其组合。
114.如权利要求113所述的方法，其中所述流动池包含环烯烃聚合物(COP)。
115.如权利要求114所述的方法，其中所述环烯烃聚合物(COP)包括Zeonor 1020R或Zeonor 1060R。
116.如权利要求77-115中任一项所述的方法，其中所述内顶板是亲水的。
117.如权利要求77-116中任一项所述的方法，其中所述内顶板的接触角对应于所述内顶板上的多个位置的接触角的平均值。
118.如权利要求77-117中任一项所述的方法，其中所述第一侧壁的接触角对应于所述第一侧壁上的多个位置的接触角的平均值。
119.如权利要求77-118中任一项所述的方法，其中所述内顶板的接触角是0-80度。
120.如权利要求119所述的方法，其中所述内顶板的接触角是0-60度。
121.如权利要求119所述的方法，其中所述内顶板的接触角至多10度。
122.如权利要求77-121中任一项所述的方法，其中通过溅射、热生长、吸附、共价结合或其任何组合，用所述亲水涂层涂覆所述内顶板。
123.如权利要求122所述的方法，其中所述亲水涂层从所述内顶板-第一侧壁边缘偏移100-1000微米。
124.如权利要求122所述的方法，其中所述亲水涂层从所述内顶板-第一侧壁边缘偏移所述内顶板宽度的1％-25％。
125.如权利要求77-122中任一项所述的方法，其中所述内顶板的接触角比所述第一侧壁的接触角小至少30度。
126.如权利要求125所述的方法，其中所述内顶板的接触角比所述第一侧壁的接触角小至少50度。
127.如权利要求126所述的方法，其中所述第一侧壁的接触角是约88度。
128.如权利要求77-127中任一项所述的方法，其中所述内顶板的接触角足够小于所述第一侧壁的接触角，以使所述流体通道内的非层流成为可能。
129.如权利要求128所述的方法，其中所述流体通道内的所述非层流能够通过所述流体通道内的流动搅动所述基板表面上的颗粒。
130.如权利要求129所述的方法，其中所述流动与所述底部之间的边界处的流动速度是非零的。
131.如权利要求128所述的方法，其中所述非层流是近似塞流。
132.如权利要求131所述的方法，其中流过所述流体通道横截面的流动的相对流速是大致恒定的。
133.如权利要求128所述的方法，其中所述非层流是塞流。
134.如权利要求133所述的方法，其中流过所述流体通道横截面的流动的相对流速是恒定的。
135.如权利要求131-134中任一项所述的方法，其中所述塞流是近似水平的塞流。
136.如权利要求135所述的方法，其中所述水平塞流是毛细管辅助的水平塞流。
137.如权利要求131-136中任一项所述的方法，其中所述塞流不依赖于所述气体的浮力。
138.如权利要求131-137中任一项所述的方法，其中所述塞流不依赖于所述装置的倾斜。
139.如权利要求131-138中任一项所述的方法，其中所述塞流在缓冲液-气体界面处。
140.如权利要求77-139中任一项所述的方法，其中所述内顶板包括亲水涂层。
141.如权利要求140所述的方法，其中所述亲水涂层是超亲水涂层。
142.如权利要求140-141中任一项所述的方法，其中所述亲水涂层包含聚乙二醇(PEG)、聚-Hema、普朗尼克酸F68、普朗尼克酸F108、普朗尼克酸F127、聚山梨醇酯20、二氧化硅(SiO2)、氮化硅或其任何组合。
143.如权利要求142所述的方法，其中所述亲水涂层包含二氧化硅(SiO2)。
144.如权利要求142所述的方法，其中所述亲水涂层包含氮化硅。
145.如权利要求140-143中任一项所述的方法，其中所述亲水涂层具有0-80度的接触角。
146.如权利要求145所述的方法，其中所述亲水涂层具有0-60度的接触角。
147.如权利要求146所述的方法，其中所述亲水涂层的接触角至多10度。
148.如权利要求77-147中任一项所述的方法，其中所述多个微孔包括至少100个微孔。
149.如权利要求148所述的方法，其中所述多个微孔包括1000-5000000个微孔。
150.如权利要求77-149中任一项所述的方法，其中所述多个微孔的微孔具有1飞升-1微升的体积。
151.如权利要求150所述的方法，其中所述多个微孔的微孔具有1皮升-1纳升的体积。
152.如权利要求150-151中任一项所述的方法，其中所述多个微孔的微孔在所述基板的平面中具有非圆形横截面，并且其中所述基板的平面中的所述非圆形横截面是正方形或六边形。
153.如权利要求150-152中任一项所述的方法，其中所述多个微孔的微孔的深度是25-100微米。
154.如权利要求153所述的方法，其中所述多个微孔的微孔的深度是约50微米。
155.如权利要求150-154中任一项所述的方法，其中所述多个微孔的微孔具有25-100微米的宽度。
156.如权利要求155所述的方法，其中所述多个微孔的微孔具有约50微米的宽度。
157.如权利要求155-156中任一项所述的方法，其中所述微孔的宽度与所述微孔的深度的纵横比是0.1-2。
158.如权利要求150-157中任一项所述的方法，其中所述多个微孔的微孔的尺寸允许所述微孔含有至多一个珠。
159.如权利要求158所述的方法，其中所述微孔的宽度与所述至多一个珠的直径的比率是1.2-1.8。
160.如权利要求77-159中任一项所述的方法，其中所述多个微孔的微孔包含聚乙二醇(PEG)、聚-Hema、普朗尼克酸F68、普朗尼克酸F108、普朗尼克酸F127、聚山梨醇酯20、二氧化硅(SiO2)、氮化硅或其组合的涂层。
161.如权利要求77-159中任一项所述的方法，其中所述多个微孔的微孔包括等离子体处理的表面。
162.如权利要求77-161中任一项所述的方法，其中所述入口和所述出口能够引导流体流过所述流体通道，从而使所述微孔与所述流体接触。
163.如权利要求77-162中任一项所述的方法，其包括用于装载或移除细胞样品、测定试剂、珠悬浮液、来自所述装置的废物或其组合的移液管尖端接口。
164.如权利要求163所述的方法，其进一步包括细胞样品、测定试剂、珠悬浮液或其组合。
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