CN112585695A - 用于自动化试剂验证的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于用户引导启动仪器的方法包括：经由所述仪器的用户界面接收运行计划；基于所述运行计划在所述用户界面上指示要提供给所述仪器的消耗品；使用视觉系统检测所述消耗品的存在；以及经由所述用户界面指示所述消耗品的所述存在。

Description

用于自动化试剂验证的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月16日提交的美国临时申请第62/719,085号的权益，其通过引用整体并入本文。

本申请要求于2019年5月31日提交的美国临时申请第62/855,643号的权益，其通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及制备任务的自动化监测以及用于核酸测序仪器以产生测序运行的适当试剂的验证。

背景技术

随着医学科学的进步，开发了新的测试来确定疾病的根本原因、药物疗效和先进的免疫学。特别地，涉及基因测序的测试为此类问题提供了更精细的答案。然而，这种测试往往是复杂且昂贵的。

相反，尽管需要复杂昂贵的测试，但是降低药物成本的压力却越来越大。这样，增加了将集成和自动化仪器提供到临床环境中的动力。然而，测试越复杂，提供用于仪器内测试的试剂和其它消耗品就越多，从而增加了人为错误的可能性和与无效测试相关的成本。

附图说明

通过参考附图，可以更好地理解本公开，并且其许多特征和优点对于本领域技术人员是显而易见的。

图1包括实例仪器的图示。

图2包括仪器的实例台板的图示。

图3包括用于仪器的实例试剂储存器的图示。

图4包括用于执行测试的实例系统的图示。

图5包括用于在准备运行测试中启动仪器的实例方法的图示。

图6包括视觉系统内的实例摄像头的覆盖区域的图示。

图7包括用于启动仪器以运行测试的实例方法的方框流程图。

图8包括用于启动仪器以运行测试的实例方法的方框流程图。

图9和图10包括与启动仪器相关联的实例图像。

图11包括实例消耗品的图示。

图12包括当启动仪器时仪器台板的实例图片。

图13包括示出用于启动仪器的实例方法的方框流程图。

图14包括在启动仪器时仪器台板的一部分的图示。

图15和图16包括仪器的实例台板的图像。

图17包括示出用于对准视觉系统的摄像头的实例方法的方框流程图。

图18包括用于将摄像头与仪器对准的实例视频流的图片。

图19包括示出用于启动仪器的实例方法的方框流程图的图示。

图20和图21包括与仪器相关联的实例消耗品的图示。

图22至图93包括与启动用于运行测试的仪器相关联的实例屏幕截图的图示。

图94包括实例测序系统的图示。

图95包括包括传感器阵列的实例系统的图示。

图96包括实例传感器和相关孔的图示。

图97包括用于制备测序装置的实例方法的图示。

在不同附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的物品。

具体实施方式

在实施例中，在诸如测序仪器的仪器中使用视觉系统，以帮助用户制备仪器来运行测试。视觉系统可以帮助用户检测消耗品的正确定位和供应，消耗品诸如试剂条、移液管吸头、微孔阵列或与测试相关的其它消耗品。特别地，视觉系统可以检查以查看消耗品被锁定在适当位置并且被识别为与测试的运行计划相关联的正确消耗品。此外，视觉系统可以检测用过的试剂容器并且指导用户根据既定的运行计划适当地移除此类用过的容器。系统还可以包括其它消耗品检测系统，诸如射频识别(RFID)检测系统。此类系统尤其适用于集成测序设备。

图1包括结合三轴移液机器人的实例仪器100的图示。在实例中，仪器100可以是结合样本前期准备平台的测序仪。例如，仪器100可以包括上部部分102和下部部分104。上部部分可以包括门106，以接近其上放置样本、试剂容器和其它消耗品的台板110。下部部分可以包括用于存储附加试剂溶液和仪器100的其它部件的柜子。另外，仪器可以包括用户界面，诸如触摸屏显示器108。

在具体实例中，仪器100可以是测序仪器。在一些实施例中，测序仪器包括顶部区段、显示屏和底部区段。在一些实施例中，顶部区段可以包括测序仪器和消耗品的台板支撑部件，消耗品包括样本准备区段、测序芯片和试剂条管以及载体。在一些实施例中，底部区段可以容纳用于测序的试剂瓶和废物容器。

在一些实施例中，安装在仪器的顶部区段的柜子中的一个或多个摄像头被定向成朝向台板，以便在准备测序运行时监测哪些物品在适当位置。摄像头可以按时间间隔获取视频或图像。例如，可以以1至4秒的间隔或任何合适的间隔获取图像。在另一实例中，可以以诸如0.5秒至4秒的范围内的间隔来提取视频流的帧。计算机或处理器分析图像以检测用户完成任务。计算机或处理器可以经由显示屏为准备中的下一个任务提供反馈和指令。显示屏可以呈现仪器部件和消耗品的图形表示，以便为用户示出指令。

实例仪器台板110在图2中示出为仪器台板200。在一个或多个摄像头的视图中，台板容纳在仪器的顶部区段中。样本准备台板可以包括被配置成用于容纳试剂条、供应物、测序芯片以及其它消耗品的多个位置。如本文所使用的，消耗品是由仪器使用的部件，它们在使用时定期更换。例如，消耗品包括试剂和溶液条或容器、移液管吸头、微孔阵列和流动池以及相关的传感器，以及不是仪器的永久部件的一部分的其它一次性部件。

在实例中，系统200包括移液机器人202，其存取各种试剂条和容器、移液管吸头、微孔阵列和其它消耗品以实施测试。此外，系统可以包括用于执行测试的机构204。实例机构204包括机械输送机或滑块和流体系统。

在实例中，台板200包括托盘206或208，以容纳特定构型的溶液或试剂条。在测序仪器的实例中，托盘206可以用于适当配置的条中的文库和模板溶液，并且托盘208可以容纳适当构型的文库和模板试剂。

此外，仪器可以被配置为在台板上的特定位置处容纳微孔阵列210和212。例如，可以在诸如微孔阵列212的孔阵列中提供样本。在另一实例中，系统可以被配置为以不同的条构型容纳附加的试剂214。在另一实例中，试剂溶液可以提供在阵列216中。在还一实例中，容器阵列220可以与诸如热循环仪的仪器仪表一起提供。此外，系统可以包括其它仪器仪表，诸如离心机，其可以提供有诸如管的消耗品。此外，可以提供托盘以容纳移液吸头222。

可通过包括一个或多个摄像头的视觉系统来监视这些位置中的每一个中的消耗品的适当供应。台板可以设有一个或多个摄像头，以跟踪试剂和其它消耗品的供应和固定。当用于执行一个计划的试剂缺失时或当试剂消耗品以使用状态存在时，可以通过用户界面提示用户。

图3包括用于存储较大体积试剂和溶液容器的试剂存储柜子104的图示。例如，柜子存储器104包括用以容纳试剂盒的接口302。在另一实例中，储存器104可为容器304或306提供空间。在还一实例中，储存器104可以包括用于废物容器308的空间。作为视觉系统的替代，试剂存储区域104可以利用RFID标签和检测器来确定是否存在试剂容器。

图4包括用于与仪器仪表和仪器装置进行接口的示范性系统的图示。在实例中，图4示出计算系统400。例如，系统400可以包括与视觉模块404、控制模块406、测序模块408、报告模块410以及任选地RFID模块420进行通信的管理模块402。管理模块402与各种其它模块404、406、408、410或420一起工作以实施运行计划。运行计划包括一个或多个测试和相关联参数的识别。

视觉模块404可以与摄像头412交互，以收集被分析的图像，从而确定是否已经为既定的运行计划正确地提供了仪器。在实例中，视觉模块404可以从摄像头412收集图片。在另一实例中，视觉模块404收集由摄像头412拍摄的视频的帧。特别地，可以至少每一秒、二秒或五秒从视频流中提取帧。视觉模块404可以检测消耗品的存在。此外，视觉系统可以检测消耗品是否已经被使用或将被替换。

视觉模块404可以使用各种技术来确定消耗品的存在及其使用状态。例如，视觉模块404可以利用试探法将一个或多个像素与期望值进行比较。在另一实例中，视觉模块404可利用人工智能，诸如训练成检测仪器台板上的特征的神经网络。

控制模块406可以与各种装置接口416交互以根据由管理模块402管理的运行计划来实施测试。例如，控制模块406可以与三轴移液机器人接口以实施运行计划的部分。在另一实例中，控制模块可以与关联于仪器台板的其它仪器交互，其它仪器诸如离心机、热循环板、磁选机或微流体回路。

系统400可以进一步包括RFID模块420，其可以与RFID天线418交互以确定具有RFID标签的较大体积容器的存在。系统400可以进一步跟踪从容器使用的溶液量或发送到容器的溶液量，以确定剩余体积是否足以完成所建议的运行计划。

在测序仪器的情况下，系统400可以进一步包括与仪器交互以收集测序数据的测序模块408。此外，系统可以包括报告模块410，以进一步处理测序数据并且向用户提供有用的报告，诸如变体呼叫报告。

为了与用户交互，系统可以进一步包括诸如计算机屏幕、鼠标、键盘或触摸屏等的用户界面414，以在运行规划、仪器设置和结果报告期间与用户交互。在实例中，用户界面与用户交互以引导用户提供和清除仪器。

图5包括用于启动仪器的实例方法500的图示。例如，通过使用视觉系统，系统可以检测用过的消耗品的存在，如框502所示。特别地，视觉系统可以检测箔已经被刺穿。在另一实例中，系统可识别样本的条形码并确定消耗品已在先前运行中使用。在另一实例中，可以利用RFID系统检测消耗品并且跟踪消耗品以确定它们是否已经被使用。

如果存在消耗品，如框504所示，则可以在用户界面上指示存在，如框506所示。特别地，可以在触摸屏上指示存在。例如，可以使用背景上方的闪烁图标来指示要移除的用过的消耗品的存在，背景示出了仪器的台板或存储区域。可替代地，可以使用声音或触觉指示来指示存在。可以重复过程，直到所有使用过的消耗品都已从装置中移除。此时，仪器的门可以关闭，如框508所示，并且仪器可以启动清洗，如框510所示。例如，内部台板可以暴露于紫外光或清洗溶液。

如框512所示，系统可以接收用于执行一个或多个特定测试的运行计划。可替代地，系统可以在检测用过的消耗品的存在之前接收运行计划。既定的运行计划或测试使用特定数量和类型的溶液和试剂以及其它消耗品。因此，系统确定将为运行计划提供哪些消耗品，如框514所示。

如框516所示，检测用于执行运行计划的消耗品的存在。当期望的消耗品不存在时，如框518所示，系统可以指示它们不存在，如框520所示。例如，系统可以提示用户定位特定的消耗品并将消耗品应用在仪器台板上的指定位置。在实例中，要供应的消耗品被命名并在放置消耗品的位置的图示上示出。对于台板下的消耗品，系统可以可替代地使用RFID检测它们的存在，并且提示用户添加缺失的试剂或溶液。当用于执行运行计划的所有消耗品都存在时，仪器可以执行运行，如框522所示。

在图6所示的实例中，视觉系统可以包括指定用于观察台板200的部分的一个或多个摄像头。例如，摄像头602可以观察台板的用于特定消耗品的某个部分。在另一实例中，摄像头604可以观察试剂盘和溶液盘。在还一实例中，摄像头606可以观察指定用于提供未使用的移液吸头和各种微孔阵列的位置。此外，摄像头606的角度可以是成角度的，以便观察和读取显示在微孔阵列边缘上的代码，诸如条形码或QR码。

在实例中，图7示出了用于启动为运行作准备的仪器的方法700。特别地，对于可用于多次运行的消耗品，系统检测是否有足够数量的溶液容器可用于完成既定的运行计划。例如，如框702所示，系统可以检测容器组内的用过的容器。然后系统可以确定未使用的容器的数量，如框704所示。系统可以将未使用的容器的数量与运行计划进行比较，如框706所示。如果没有找到足够数量的容器，如框708所示，则系统可以指示消耗品准备好被替换，如框710所示。如果有足够数量的未使用的容器来运行既定的运行计划，则系统可以继续启动方法，如框712所示。

特别地，可以使用像素值的比较来执行用过的容器的检测。在另一实例中，可以训练视觉系统使用诸如神经网络的人工智能方法来确定或检测未使用的容器或使用过的容器。

图8包括用于确定特定消耗品存在并被固定的方法800的图示。例如，如框802所示，系统可以检测消耗品的存在。在实例中，消耗品可以具有代码，诸如条形码或QR码，其可以由视觉系统读取以确定正确的消耗品在适当位置。

如果消耗品具有相关联的闩锁以折叠消耗品从而将消耗品保持在适当位置，则系统可以检测闩锁是否关闭，如框804所示。在实例中，闩锁可以包括印刷在闩锁的顶部表面上的符号、指示器或点。基于符号的存在或它们的数量，系统可以确定闩锁是关闭还是打开。例如，闩锁可以在闩锁的顶部表面上具有三个指示器，诸如点。当视觉系统检测到三个点时，闩锁是关闭的。

如果闩锁未关闭，则系统可经由用户界面向用户指示闩锁打开，如框806所示。如果闩锁是关闭的，则系统可确定闩锁是否被锁定，如框808所示。在实例中，锁定闩锁可以添加用于视觉系统检测的符号或指示器。在另一实例中，锁定闩锁隐藏符号或指示器。在三个点的实例中，锁可以隐藏其中一个点。这样，如果存在三个点，则闩锁是关闭的且未锁定。当存在两个点时，闩锁是关闭的并被锁定。

如果闩锁未被锁定，则系统可以指示闩锁未锁定，如框810所示。如果闩锁被锁定，则系统可以继续初始化，如框812所示。

图9包括与消耗品902相关联地拍摄的实例图像的图示。例如，消耗品902具有容器组。容器子集904已经被使用，而不同的容器子集906保持未使用。例如，系统可以检测箔已经在已经使用的容器904的子集上被刺穿。当闩锁908位于消耗品902上方时，可以存在视觉系统可读的指示器以确定闩锁被关闭。例如，系统可以观察一行中的三个点910，从而指示闩锁处于适当位置或是关闭的。当不存在闩锁被锁定时，可能出现三个点。当闩锁被关闭并锁定时，夹子912可以阻挡指示器或点910中的一个。因此，当闩锁不在适当位置时，不会出现点。当闩锁处于适当位置并且未被锁定时，存在三个点。当闩锁被定位并被锁定时，出现两个点。

在图10所示的另一实例中，提供了用于容纳试剂条的槽1002。滑动锁1004可以将试剂条固定在适当位置。视觉系统可以检测指示器(诸如指示器1006)的位置，以确定滑动锁是否在适当位置或打开。

在图11中示出了被配置为配合在槽1002中的诸如溶液或试剂条的实例消耗品。在实例中，条包括基部1102和耦合到基部1102的顶部1104。顶部1104包括允许进入孔1110或1112的窗口1106。任选地，顶部1104可以提供窗口1108，以允许存取插入到基部1102的管托座中的管1114。

顶部可以进一步包括把手1116。例如，当从分析装置插入或移除试剂容器1100时，把手1116可用于保持试剂容器1100。此外，顶部1104可以限定端部结构1118或1120，端部结构1118或1120被配置为接合仪器上的互补结构并限制条相对于仪器内的位置的定向。此外，诸如条形码或QR码的代码1122可以存在于顶部1104上。

特别地，视觉系统可以检测指示器的相关相对位置以确定滑动锁是打开还是关闭。例如，如图12所示，滑动锁1204处于打开位置，而滑动锁1210处于关闭位置。在打开位置，可以将诸如溶液或试剂条的消耗品施加到位置1202。如图所示，当滑动锁1210处于锁定位置时，滑动锁1210上的诸如点或符号1206的指示器比滑动锁1204上的点或符号1208更远地定位在仪器中。

如图13所示，方法1300包括检测消耗品的存在，如框1302所示。当消耗品不存在时，如框1304所示，系统可通过用户界面指示消耗品不存在，如框1306所示。例如，可以基于视觉系统检测到的特征来确定不存在。特征可以包括例如在消耗品存在时将被覆盖的指示消耗品不存在的符号。当存在消耗品时，可以存在不同的指示器符号以及诸如条形码或QR码的代码。

特定消耗品可以进一步包括或供应有盖子。如框1308所示，系统可以确定盖子是否打开。如果盖子打开，则系统可以指示盖子的存在，如框1310所示。如果盖子没有打开，则系统可以继续启动，如框1312所示。

例如，如图14所示，台板可以包括槽1402以容纳诸如两容器消耗品的消耗品。在不存在消耗品时，可以看到在存在消耗品的情况下会被覆盖的符号或点1408。例如，当存在消耗品时，消耗品1404或消耗品1406阻挡符号或点1408的视线。如1410处所示，不同的符号(例如，线)或不存在符号可以指示消耗品的存在。视觉系统可以检测符号或点的存在或此类符号或点的不存在，以确定消耗品是否存在。

当此消耗品被提供有盖子1412时，系统可以确定盖子打开并引导盖子被移除。特别地，盖子上可以具有视觉系统可读的符号。在另一实例中，可以比较像素值以确定盖子是打开还是关闭。在还一实例中，可以用人工智能来训练系统以检测盖子的存在1412或盖的不存在1414。

在还一实例中，如1416处所示，视觉系统可以基于诸如字母或数字等符号的有序序列来检测诸如阵列等消耗品的存在。

图15和图16进一步包括用于检测消耗品存在或不存在的图示。例如，对于移液管吸头托盘，用以容纳托盘的位置1502可以包括可由视觉系统检测的指示器1504，诸如点或暗螺钉。类似地，通过例如利用将被消耗品阻挡的符号的存在或图像处理或人工智能确定消耗品的不存在，可以基于所述消耗品的不存在来检测用以容纳微孔阵列的空托座1506和1508。

如图16所示，当移液管吸头托盘1602位于适当位置时，指示器1504被隐藏。类似地，当微孔阵列1604和1608存在时，系统可以基于与托座1506或1508相关联的标记的存在或不存在来确定。此外，系统可以读取诸如条形码1606或1610的代码，以确定微孔阵列处于正确的位置并且是正确的类型。

图17包括用于对准摄像头系统的实例方法1700的图示。方法1700包括检测图像中的特征，如框1702所示。这些特征可以是指示器、符号或点，诸如上面描述的那些。在另一实例中，特征可以是由对准台板的摄像头成像的仪器台板的各个方面或几何形状。

如框1704所示，系统可以确定特征将出现在既定图像中的何处。换句话说，特征在既定图像内具有预期位置，并且可以在不同于预期位置的位置处被检测到。当特征没有与特征在既定图像中出现的位置对准时，如框1706所示，系统可以指示没有对准，如框1708所示。例如，当技术人员试图使图像内检测到的特征与图像内所述特征的预期位置对准时，可以重复过程，如框1710所示。

例如，如图18所示，可以识别特征，并且可以在用户界面上指示检测到的特征1802周围的区域。系统可以进一步绘制特征在图像内的预期位置1804。实际上，可以从实时视频中提取帧，或者可以将实时视频显示在具有重叠圆圈的用户界面上。因此，技术人员可以对准摄像头，使得特征位置与其在图像重叠内的预期位置重叠。在另一实例中，可以基于摄像头是否可以读取消耗品侧的代码1806来调整摄像头。

在一些实施例中，射频识别(RFID)标签可以附接到试剂瓶和核苷酸盒。RFID传感器可以位于与计算机或处理器通信的底部区段。RFID传感器可以检测特定试剂瓶和核苷酸盒的存在。计算机或处理器可以分析从RFID传感器检测到的关于试剂瓶和核苷酸盒的信息，并且经由显示屏向用户提供反馈信息。

在图19所示的还一实例中，用于启动仪器的方法1900包括检测消耗品的存在，如框1902所示。特别地，可以基于消耗品的RFID代码来检测消耗品。在用于多于一次运行的较大体积容器的情况下，系统可以跟踪其使用并确定其是否将被替换。例如，系统可以确定消耗品的存在，如框1904所示。当消耗品不存在时，系统可以例如在用户界面上使用闪光的或可替代地彩色的图标来指示其不存在，如框1906所示。

对于检测到的消耗品，系统可以确定消耗品在先前的运行之后是否具有足够的剩余体积来满足当前运行计划的使用，如框1908所示。当没有足够的体积时，系统可以指示存在问题，例如如框1910所示，从而替换消耗品。如果消耗品具有足够的体积，则系统可以继续其启动，如框1912所示。

例如，图20包括仪器的试剂储存器内的实例消耗品的图示。例如，盒2002包括用于启动装置的各种试剂容器2004。如图21所示，瓶2102包括与仪器连接的流体接口2104。系统可以跟踪先前运行的体积，以确定在诸如容器2102的容器内是否剩余足够的体积，或者盒2002的试剂是否将被替换。

图22至图93是可以在显示屏上呈现给用户的图形显示的实例。这些图形显示指导用户通过一系列步骤准备用于例如测序运行的仪器。

图22至图24示出了与作为提出运行计划的一部分准备的测序运行的类型的选择相关的显示的实例。图23示出了可以由用户选择的若干运行计划的实例。

图25示出了指示用户打开位于测序仪器的顶部区段中的台板的门的图形显示的实例，如图1所示。

图26示出了包括如图2所示的顶部模板化区段的顶部区段的台板的图形显示的实例。在视觉系统没有检测到用过的消耗品的情况下，系统指示台板是干净的。

在视觉系统检测到用过的消耗品的情况下，图27至图40示出了指示用户移除模板化区段的用过的部件的图形显示和指令的实例。对于特定步骤，在显示器中突出显示要移除的每个物品。响应于检测到用户的动作或程序中的人为错误，自动显示每个显示屏。

图41示出了指示用户关闭台板的门的图形显示的实例。图42和图43示出了通知用户关于台板的紫外线(UV)清洗以及清洗何时完成的图形显示的实例。

图44示出了指示用户打开台板的门的图形显示的实例。这将开始为新的测序运行准备仪器的一系列任务。

图45至图62示出了指示用户将部件安装到台板的图形显示和指令的实例。对于特定步骤，在显示器中突出显示要安装的每个物品。每个显示屏响应于使用视觉系统检测到用户的动作或程序中的人为错误而自动显示。图63示出指导用户将消耗品锁定在适当位置的界面。视觉系统可以基于检测锁定机构或相关联符号的位置来检测消耗品是否被锁定在适当位置。

图64示出了向用户指示台板设置完成的图形显示的实例。图65示出了指示用户关闭台板门的图形显示的实例。

图66示出了指示用户打开测序仪器底部区段的测序试剂舱门的图形显示的实例，如图3所示。

图67至图70示出了指示用户从试剂存储舱中移除用过的瓶的图形显示和指令的实例。对于特定步骤，在显示器中突出显示要移除的每个瓶。响应于检测到用户的动作或程序中的人为错误，例如使用RFID检测或称重秤，自动显示每个显示屏。

图71示出了指示用户移除用过的测序试剂盒或核苷酸盒的图形显示的实例。

图72示出了指示用户清空位于试剂舱中的废物大玻璃瓶的图形显示的实例。

图73至图77示出了指示用户将废物大玻璃瓶和新的试剂瓶安装到试剂舱中的图形显示和指令的实例。对于特定步骤，在显示器中突出显示要安装的每个新物品。每个显示屏响应于例如由RFID检测到用户的动作或程序中的人为错误而自动显示。

图78示出了指示用户安装新测序试剂盒或核苷酸盒的图形显示的实例。在一些实施例中，可以检测安装的瓶和核苷酸盒上的RFID标签，以验证存在正确的试剂和核苷酸盒。

图79示出了通知用户已经安装了所有试剂的图形显示的实例。

图80示出了指示用户关闭试剂舱的门并按下开始运行按钮的图形显示的实例。

显示器可以进一步用于指示运行计划的各个步骤的进程。例如，图81示出了通知用户文库准备进程的图形显示的实例。图82示出了向用户通知模板化进程的图形显示的实例。图83示出了通知用户测序进程的图形显示的实例。此外，图84示出了通知用户测序运行完成的图形显示的实例。

在另一实例中，一种用于从系统装载和卸载试剂容器或消耗品的方法可以包括监测哪些容器或装置消耗品被插入，并且建议以何种顺序移除哪些容器和装置消耗品。例如，图85至图93示出了用于跟随使用机器视觉的系统装载和卸载的进程的实例方法。如图85所示，用户界面指示用户打开系统的门。

当检测到门打开时，可以指示用户装载部件，如图86所示。例如，系统可以突出显示要装载的部件。当部件被装载时，系统可以通过改变颜色、图案或其它视觉提示来示出哪些部件被正确地装载，从而指示适当的部件或容器已被装载到适当的位置，如图87所示。在部件被不正确地装载的情况下，系统可以进一步使用颜色、声音或其它提示来指示不正确的装载从而警告用户。

如图88所示，一旦部件被正确地装载，系统就可以指示用户关闭系统门并启动后续的操作步骤。

为了在其它操作步骤一完成时就卸载装置，系统可以指示用户打开系统的门，如图89所示。如图90所示，系统可指示首先移除哪些容器和消耗品。例如，系统可以产生位于特定隔室中的样本。系统可以通知用户首先移除这些样本，并可能密封样本以用于其它装置。如图90所示，要移除的样本可以用特定颜色突出显示，可以闪烁，可以改变颜色，或具有指示首先要移除样本的图标。

如图91所示，一旦样本被移除，就可以识别其它消耗品或容器以便移除。在实例中，可以使用闪光或闪烁的图标来指示要移除哪些消耗品或容器。可替代地，可以使用颜色、声音或其它指示器的变化来指示要移除哪些容器。

如图92所示，当容器或消耗品被移除时，与被移除的消耗品图形地相关联的空间可被示为空的。一旦装置是空的，就可以指示用户关闭门，如图93所示。

上述方法和系统尤其适用于启动测序仪器。实例测序仪器包括离子类测序仪器或光学类测序仪器。在图94所示的具体实例中，含有流体回路9402的系统9400通过入口连接到至少两个试剂贮存器(9404，9406，9408，9410或9412)，连接到废物贮存器9420，并且通过流体路径9432连接到生物传感器9434，所述流体路径9432将流体节点9430连接到生物传感器9434的入口9438以用于流体连通。来自贮存器(9404，9406，9408，9410或9412)的试剂可以通过包括压力、泵(诸如注射泵、重力进料等)多种方法被驱动到流体回路9402，并且通过控制阀9414来加以选择。来自流体回路9402的试剂可以通过接收来自控制系统9418的信号的阀9414被驱动到废物容器9420。也可以通过生物传感器9434将来自流体回路9402的试剂驱动到废物容器9436。控制系统9418包括用于阀的控制器，其通过电连接9416生成用于打开和关闭的信号。

控制系统9418还包括用于系统的其它部件的控制器，诸如通过电连接9422连接到其上的洗涤溶液阀9424和参考电极9428。控制系统9418还可以包括用于生物传感器9434的控制和数据采集功能。在一种操作模式中，流体回路9402在控制系统9418的程序控制下将一系列选定的试剂1、2、3、4或5输送到生物传感器9434，使得在选定的试剂流之间，流体回路9402被填充和清洗，并且生物传感器9434也被清洗。进入生物传感器9434的流体通过出口9440排出并通过夹紧阀调节器9444的控制沉积在废物容器9436中。阀9444与生物传感器9434的传感器流体输出9440流体连通。

包括对由第一入口和第二入口形成的孔进行限定并且暴露传感器垫的介电层的装置尤其适用于检测化学反应和副产物，例如检测响应于核苷酸并入的氢离子的释放，用于遗传测序等其它应用。在具体实施例中，测序系统包括其中设置有传感阵列的流动池，包括与传感阵列电子连通的通信电路，并且包括与流动池流体连通的容器和流体控制器。在实例中，图95示出流动池9500的扩大的横截面图并且示出了流动室9506的一部分。试剂流9508流过孔阵列9502的表面，其中试剂流9508流过孔阵列9502的孔的开口端。孔阵列9502和传感器阵列9505一起可形成形成流动池9500的下壁(或底板)的集成单元。参考电极9504可以与流动室9506流体耦合。此外，流动池盖9530将流动室9506封装以将试剂流9508容纳在限定区域内。

图96示出了孔9601和传感器9614的展开图，如图95的9510所示。孔的体积、形状、纵横比(诸如基部宽度与孔深度之比)和其它尺寸特征可基于发生的反应的性质以及所用的试剂、副产物或标记技术(如果有的话)来选择。传感器9614可以是化学场效应晶体管(chemFET)，更具体地是离子敏感FET(ISFET)，其具有浮动栅极9618，浮动栅极9618具有任选地通过材料层9616与孔内部隔开的传感器板9620。传感器9614可以响应于(并产生与之相关的输出信号)存在于与传感器板9620相对的材料层9616上的电荷9624的量。材料层9616可以是陶瓷层，诸如锆、铪、钽、铝或钛等的氧化物，或钛的氮化物。可替代地，材料层9616可以由诸如钛、钨、金、银、铂、铝、铜或其组合的金属形成。在实例中，材料层9616的厚度可以在5nm到100nm范围内，诸如在10nm到70nm范围内，在15nm到65nm范围内或甚至在20nm到50nm范围内。

虽然所示材料层9616延伸超过所示FET部件的边界，但是材料层9616可以沿孔9601的底部延伸，并且任选地沿孔9601的壁延伸。传感器9614可以响应于(并产生与之相关的输出信号)存在于与传感器板9620相对的材料层9616上的电荷9624的量。电荷9624的变化可以引起chemFET的源极9621和漏极9622之间的电流变化。反过来，chemFET可以直接用于提供基于电流的输出信号，或者间接地与附加电路一起用于提供基于电压的输出信号。反应物、洗涤溶液和其它试剂可以通过扩散机构9640移入和移出孔。

孔9601可以由壁结构限定，其可由一层或多层材料形成。在实例中，壁结构可以具有从孔的下表面延伸至上表面的厚度，厚度在0.01微米至10微米的范围内，诸如在0.05微米至10微米的范围内、在0.1微米至10微米的范围内、在0.3微米至10微米的范围内或在0.5微米至6微米的范围内。特别地，厚度可以在0.01微米至1微米的范围内，诸如0.05微米至0.5微米的范围内，或0.05微米至0.3微米的范围内。阵列9502的孔9601可具有不大于5微米，诸如不大于3.5微米、不大于2.0微米、不大于1.6微米、不大于1.0微米、不大于0.8微米或甚至不大于0.6微米的特征直径，所述特征直径定义为横截面积(A)除以Pi的4倍的平方根(例如，sqrt(4*A/π))。在实例中，孔9601可以具有至少0.01微米的特征直径。在还一实例中，孔9601可以限定0.05fL至10pL范围内的体积，诸如0.05fL至1pL范围内、0.05fL至100fL范围内、0.05fL至10fL范围内或甚至0.1fL至5fL范围内的体积。

在实施例中，在孔9601中进行的反应可以是识别或确定所关注分析物的特征或性质的分析反应。这些反应可以直接或间接产生影响邻近传感器板9620的电荷量的副产物。如果此类副产物以少量产生或迅速衰减或与其它成分反应，那么可以同时在孔9601中分析相同分析物的多个拷贝，以便增加生成的输出信号。在实施例中，分析物的多个拷贝可以在沉积到孔9601中之前或之后附接到固相载体9612上。固相载体9612可以是微粒、纳米粒子、珠粒、固体或多孔的凝胶等。为了简单和易于解释，固相载体9612在本文中也称为粒子或珠粒。对于核酸分析物，可以通过滚环扩增(RCA)、指数RCA或类似技术制备多个连接的拷贝，以产生扩增子而不需要固体载体。

特别地，诸如珠粒载体的固相载体可以包括多核苷酸的拷贝。在图97所示的具体实例中，聚合物粒子可以在测序技术期间用作多核苷酸的载体。例如，此类亲水性粒子可以固定多核苷酸以使用荧光测序技术进行测序。在另一实例中，亲水性粒子可固定用于使用离子传感技术测序的多核苷酸的多个拷贝。可替代地，上文所描述的处理可提高聚合物基质与传感器阵列表面的粘合。聚合物基质可以捕获分析物，诸如用于测序的多核苷酸。

珠粒载体可包括有机聚合物，诸如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氟乙烯、聚乙烯氧基和聚丙烯酰胺以及其共聚物和接枝物。载体也可以是无机的，诸如玻璃、二氧化硅、受控孔隙玻璃(CPG)或反相二氧化硅。载体的构型可以是珠粒、球、粒子、颗粒、凝胶或表面形式。载体可以是多孔的或非多孔的，并且可以具有溶胀或非溶胀特征。在一些实施例中，载体是离子球体粒子。在标题为“亲水性聚合物粒子及其制备和使用方法”的US 9,243,085和标题为“由羧基官能丙烯酰胺形成的聚合物基底”的US 9,868,826中公开了珠粒载体的实例，其各自通过引用并入本文。

在一些实施例中，固体载体是“微粒”、“珠粒”、“微珠粒”等，(形状任选地但未必是球形)，其具有50微米或更小的最小横截面长度(例如直径)，优选地10微米或更小、3微米或更小、大致1微米或更小、大致0.5微米或更小，例如大致0.1、0.2、0.3或0.4微米或更小(例如小于1纳米、约1-10纳米、约10-100纳米或约100-500纳米)。在实例中，载体为至少0.1微米。微粒或珠粒载体可由多种无机或有机材料制成，所述无机或有机材料包括但不限于玻璃(例如受控孔玻璃)、二氧化硅、氧化锆、交联聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化钛、胶乳、聚苯乙烯等。磁化可以促进扩增后微粒附接的试剂(例如多核苷酸或连接酶)的收集和浓缩，并且还可以促进附加的步骤(例如洗涤、试剂去除等)。在某些实施例中，使用具有不同形状大小和/或颜色的微粒群体。微粒可以任选地例如用量子点编码，使得每个微粒或微粒组可以被单独地或唯一地识别。

磁珠粒(例如，来自Dynal、Oslo、Norway的Dynabeads)可具有1微米至100微米范围内的大小，所述范围例如2微米至100微米。磁珠粒可以由无机或有机材料形成，包括但不限于玻璃(例如受控孔玻璃)、二氧化硅、氧化锆、交联聚苯乙烯、聚苯乙烯或其组合。

在一些实施例中，珠粒载体被官能化以附接第一引物群体。在一些实施例中，珠粒是可以放入反应室中的任何大小。举例来说，一个珠粒可以放入反应室中。在一些实施例中，多于一个珠粒放入反应室中。在一些实施例中，珠粒的最小横截面长度(例如，直径)是约50微米或更小、或约10微米或更小、或约3微米或更小、大致1微米或更小、大致0.5微米或更小，例如大致0.1、0.2、0.3或0.4微米或更小(例如小于1纳米、约1-10纳米、约10-100纳米或约100-500纳米)。

一般来说，可以将珠粒载体处理成包括生物分子，包括核苷、核苷酸、核酸(寡核苷酸和多核苷酸)、多肽、糖、多糖、脂质或其衍生物或类似物。例如，聚合物粒子可以结合或附接到生物分子上。生物分子的末端或任何内部部分可与聚合物粒子结合或连接。使用连接化学方法，聚合物粒子可与生物分子结合或连接。连接化学方法包括共价或非共价键，包括离子键、氢键、亲和力键、偶极-偶极键、范德华键(van der Waals bond)和疏水性键。连接化学方法包括结合伴侣之间的亲和力，例如以下之间的亲和力：抗生物素蛋白部分与生物素部分；抗原表位与抗体或其免疫反应性片段；抗体与半抗原；地高辛部分与抗地高辛抗体；荧光素部分与抗荧光素抗体；操纵子与抑制子；核酸酶与核苷酸；凝集素与多糖；类固醇与类固醇结合蛋白；活性化合物与活性化合物受体；激素与激素受体；酶与基底；免疫球蛋白与蛋白A；或寡核苷酸或多核苷酸与其对应互补序列。

如图97所示，可以将多个珠粒载体9704与多个多核苷酸9702(靶或模板多核苷酸)一起置于溶液中。可以将多个珠粒载体9704活化或以其它方式制备以与多核苷酸9702结合。例如，珠粒载体9704可以包括与多个多核苷酸9702的一部分多核苷酸互补的寡核苷酸(捕获引物)。在另一实例中，可以使用诸如生物素-抗生蛋白链菌素结合的技术用靶多核苷酸9702修饰珠粒载体9704。

在一些实施例中，模板核酸分子(模板多核苷酸或靶多核苷酸)可以衍生自可来自天然或非天然来源的样本。样本中的核酸分子可以是来源于活生物体或细胞。可使用任何核酸分子，例如样本可以包括覆盖来自活生物体或细胞的部分或全部基因组、mRNA或miRNA的基因组DNA。在其它实施例中，模板核酸分子可以是合成的或重组的。在一些实施例中，样本含有具有大体上一致序列或具有不同序列的混合物的核酸分子。通常使用在活细胞内产生且由活细胞产生的核酸分子来进行说明性实施例。这类核酸分子通常是直接从天然来源，如细胞或体液分离，无需任何活体外扩增。因此，样本核酸分子直接用于后续步骤中。在一些实施例中，样本中的核酸分子可以包括具有不同序列的两种或更多种核酸分子。

方法任选地可包括在文库制备之前、期间或之后且在预植入反应之前的靶标富集步骤。可例如通过多重核酸扩增或杂交来富集包括靶基因座或所关注区域的靶核酸分子。多种方法可用于进行多重核酸扩增以产生诸如多重PCR的扩增子，并且所述多种方法可用于实施例中。在将模板核酸分子加入到预植入反应混合物中之前，可以在通过任何方法富集后进行通用扩增反应。本发明传授内容的任一实施例可以包括富集多个至少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、100、125、150、175、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1,000、2,000、3,000、4,000、5,000、6,000、7,000、8,000、9,000或10,000个靶核酸分子、靶基因座或所关注区域。在任一所公开的实施例中，靶基因座或所关注区域可以为至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、50、75、100、125、150、200、250、300、400、500、600、700、800、900或1,000个核苷酸长，并且包括模板核酸分子的一部分或全部。在其它实施例中，靶基因座或所关注区域的长度可以在约1至10,000个核苷酸之间，例如长度在约2至5,000个核苷酸之间、在约2至3,000个核苷酸之间或在约2至2,000个核苷酸之间。在本发明传授内容的任一个实施例中，多重核酸扩增可以包括产生至少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、100、125、150、175、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1,000、2,000、3,000、4,000、5,000、6,000、7,000、8,000、9,000或10,000个各靶核酸分子、靶基因座或所关注区域的拷贝。

在一些实施例中，在文库制备和任选的富集步骤之后，可以将模板核酸分子文库模板化到一个或多个载体上。一个或多个载体可以在两个反应中模板化，即产生预植入固体载体的植入反应和使用一个或多个预植入载体进一步扩增附接的模板核酸分子的模板化反应。预植入反应通常是扩增反应，并且可使用各种方法进行。例如，预植入反应可以在RPA反应、模板步移反应或PCR中进行。在RPA反应中，在引物和核苷酸存在下，使用重组酶、聚合酶和任选地重组酶辅助蛋白来扩增模板核酸分子。重组酶和任选地重组酶辅助蛋白可解离至少一部分的双链模板核酸分子，以允许引物杂交，随后聚合酶可结合以启动复制。在一些实施例中，重组酶辅助蛋白可以是防止解离的模板核酸分子再杂交的单链结合蛋白(single-stranded binding protein；SSB)。通常，RPA反应可在等温温度下进行。在模板步移反应中，在允许至少一部分的双链模板核酸分子解离使得引物可杂交和聚合酶可随后结合以启动复制的反应条件中，在引物和核苷酸存在下，使用聚合酶来扩增模板核酸分子。在PCR中，通过热循环使双链模板核酸分子解离。冷却后，引物与互补序列结合并可用于聚合酶的复制。在本发明传授内容的任一个方面中，可以在预植入反应混合物中进行预植入反应，所述预植入反应混合物是由扩增模板核酸分子所必需的组分形成。在任何公开的方面中，预植入反应混合物可以包括以下的一些或全部：模板核酸分子群体、聚合酶、具有所附接的第一引物群体的一种或多种固体载体、核苷酸以及诸如二价阳离子的辅因子。在一些实施例中，预植入反应混合物可以进一步包括第二引物和任选地扩散限制剂。在一些实施例中，模板核酸分子群体包含与同第一或第二引物杂交的至少一个衔接子序列接合的模板核酸分子。在一些实施例中，如在乳化液RPA或乳化液PCR中，反应混合物形成乳化液。在通过RPA反应进行的预植入反应中，预植入反应混合物可以包括重组酶和任选地重组酶辅助蛋白。本文中进一步详细论述反应混合物的各种组分。

在植入的具体实施例中，使亲水性粒子和多核苷酸经受聚合酶链式反应(PCR)扩增或重组酶聚合酶扩增(RPA)。在实例中，粒子9704包括与模板多核苷酸9702的一部分互补的捕获引物。模板多核苷酸可以与捕获引物杂交。捕获引物可以延伸以形成包括附接于其上的靶多核苷酸的珠粒9706。其它珠粒可以保持不附接于靶核酸，且其它模板多核苷酸可自由浮动于溶液中。

在实例中，包括靶多核苷酸的珠粒载体9706可以附接于磁珠粒9710以形成珠粒组件9712。特别地，磁珠粒9710通过双链多核苷酸联接附接于珠粒载体9706。在实例中，包括接头部分的另外的探针可以与珠粒载体9706上的靶多核苷酸的一部分杂交。接头部分可以附接于磁珠粒9710上的互补接头部分。在另一实例中，用于形成附接于珠粒9706的靶核酸的模板多核苷酸可以包括附接于磁珠粒9710的接头部分。在另一实例中，可以从用附接于磁珠粒9710的接头修饰的引物生成与附接于珠粒载体9706的靶多核苷酸互补的模板多核苷酸。

附接于多核苷酸的接头部分和附接于磁珠粒的接头部分可以彼此互补和附接。在实例中，接头部分具有亲和力并且可以包括：抗生物素蛋白部分与生物素部分；抗原表位与抗体或其免疫反应性片段；抗体与半抗原；地高辛部分与抗地高辛抗体；荧光素部分与抗荧光素抗体；操纵子与抑制子；核酸酶与核苷酸；凝集素与多糖；类固醇与类固醇结合蛋白；活性化合物与活性化合物受体；激素与激素受体；酶与基底；免疫球蛋白与蛋白A；或寡核苷酸或多核苷酸与其对应互补序列。在具体实例中，附接于多核苷酸的接头部分包括生物素，并且附接于磁珠粒的接头部分包括链霉抗生物素蛋白。

珠粒组件9712可以施加在测序装置的基底9716上方，所述测序装置包括孔9718。在实例中，可以将磁场施加到基底9716，以将珠粒组件9712的磁珠粒9710拉向孔9718。珠粒载体9706进入孔9718。例如，磁体可以平行于基底9716的表面移动，从而使得将珠粒载体9706沉积于9718孔中。

可以使珠粒组件9712变性以移除磁珠粒9710，从而将珠粒载体9706留在孔9718中。例如，可以使用热循环或离子溶液使珠粒组件9712的杂交双链DNA变性，从而释放磁珠粒9710和具有附接到磁珠粒9710的接头部分的模板多核苷酸。例如，可以用低离子含量水溶液如去离子水处理双链DNA，以使链变性和分离。在实例中，泡沫洗涤可以用于移除磁珠粒。

任选地，靶多核苷酸9706在孔9718中时可以被扩增(本文称为模板化)，以提供具有靶多核苷酸的多个拷贝的珠粒载体9714。特别地，珠粒9714具有靶多核苷酸的单克隆群体。这种扩增反应可以使用聚合酶链式反应(PCR)扩增、重组聚合酶扩增(RPA)或其组合进行。可替代地，可以在将珠粒载体9714沉积在孔中之前进行扩增。

在具体实施例中，诸如聚合酶的酶存在于、结合于或紧邻粒子或珠粒。在实例中，聚合酶存在于溶液中或孔中以促进多核苷酸的复制。多种核酸聚合酶可用于本文描述的方法中。在实例实施例中，聚合酶可以包括能催化多核苷酸复制的酶、其片段或亚基。在另一实施例中，聚合酶可以是天然存在的聚合酶、重组聚合酶、突变体聚合酶、变体聚合酶、融合或其它工程聚合酶、化学修饰的聚合酶、合成分子，或其类似物、衍生物或片段。酶、溶液、组合物和扩增方法的实例可见于WO2019/094,524，标题为“用于操纵核酸的方法和组合物”，其通过引用整体并入本文。

虽然珠粒载体9714的多核苷酸示出为在表面上，但是多核苷酸可以在珠粒载体9714内延伸。相对于水具有低浓度聚合物的水凝胶和亲水性粒子可以包括在珠粒载体9714内部和整个珠粒载体9714上的多核苷酸片段，或者多核苷酸可以存在于孔口和其它开口中。特别地，珠粒载体9714可以允许用于监测反应的酶、核苷酸、引物和反应产物的扩散。每个粒子的大量多核苷酸产生更好的信号。

在实例实施例中，珠粒载体9714可以用于测序装置中。例如，测序装置9716可以包括孔9718的阵列。

在实例中，可以将测序引物添加到孔9718中，或者可以在将珠粒载体9714放置在孔9718中之前将其预暴露于引物。特别地，珠粒载体9714可以包括结合的测序引物。测序引物和多核苷酸形成包括与测序引物杂交的多核苷酸(例如，模板核酸)的核酸双链体。核酸双链体是至少部分双链的多核苷酸。可以向孔9718提供酶和核苷酸以促进可检测的反应，诸如核苷酸并入。

可以通过检测核苷酸添加来进行测序。可以使用诸如荧光发射法或离子检测法的方法检测核苷酸添加。例如，荧光标记的核苷酸组可以被提供给系统9716并且可以迁移到孔9718。激励能量也可以提供给孔9718。当核苷酸被聚合酶捕获并加入到延伸引物的末端时，核苷酸的标记可以发荧光，指示加入了哪种类型的核苷酸。

在替代的实例中，可以依次加入包括单一类型核苷酸的溶液。响应于核苷酸添加，孔9718的局部环境内的pH可以改变。这种pH的变化可以通过离子敏感场效应晶体管(ISFET)检测。这样，pH的变化可用于生成指示与粒子9710的多核苷酸互补的核苷酸顺序的信号。

特别地，测序系统可以包括设置在离子传感器(诸如场效应晶体管(FET))的传感器垫上的一个孔或多个孔。在实施例中，系统包括装载到设置在离子传感器(例如，FET)的传感器垫上的孔中的一种或多种聚合物粒子，或装载到设置在离子传感器(例如，FET)的传感器垫上的多个孔中的一种或多种聚合物粒子。在实施例中，FET可以是chemFET或ISFET。“chemFET”或化学场效应晶体管包括一种用作化学传感器的场效应晶体管。chemFET的结构类似于MOSFET晶体管，其中通过化学工艺施加栅电极上的电荷。“ISFET”或离子敏感场效应晶体管可用于测量溶液中离子浓度；当离子浓度(诸如H+)改变时，通过晶体管的电流相应地改变。

在实施例中，FET可以是FET阵列。如本文所使用的，“阵列”是诸如传感器或孔的元件的平面布置。阵列可以是一维或二维的。一维阵列可以是在第一维度中具有一列(或行)元素并且在第二维度中具有多个列(或行)元素的阵列。第一维度和第二维度中的列(或行)的数量可以相同或不同。FET或阵列可以包含10²、10³、10⁴、10⁵、10⁶、10⁷或更多个FET。

在实施例中，可以在FET传感器阵列上方制造一个或多个微流体结构，以提供生物或化学反应的容纳或约束。例如，在一个实施方案中，微流体结构可以被配置成设置于阵列的一个或多个传感器上方的一个或多个孔(或孔，或反应室，或反应孔，如本文中可互换地使用的术语)，使得其上设置既定孔的一个或多个传感器检测和测量既定孔中的分析物存在、水平或浓度。在实施例中，可以有FET传感器和反应孔的1：1对应关系。

回到图97，在另一实例中，孔阵列的孔9718可以可操作地连接到测量装置。例如，对于荧光发射方法，孔9718可以可操作地耦合到光检测装置。在离子检测的情况下，孔9718的下表面可以设置在离子传感器(诸如场效应晶体管)的传感器垫上。

一种涉及通过检测核苷酸并入的离子性副产物测序的实例系统是Ion TorrentPGM^TM、Proton^TM或S5^TM测序仪(Thermo Fisher Scientific)，其是通过检测作为核苷酸并入的副产物产生的氢离子来对核酸模板进行测序的离子类测序系统。通常，氢离子作为使用聚合酶的模板依赖性核酸合成期间发生的核苷酸并入的副产物释放。Ion Torrent PGM^TM、Proton^TM或S5^TM测序仪通过检测核苷酸并入的氢离子副产物来检测核苷酸并入。IonTorrent PGM^TM、Proton^TM或S5^TM测序仪可以包括待测序的多个模板多核苷酸，各模板设置在阵列中的各个测序反应孔内。阵列的孔各自与至少一个离子传感器耦合，所述离子传感器可以检测H+离子的释放或作为核苷酸并入的副产物产生的溶液pH的变化。离子传感器包含耦合到离子敏感检测层的场效应晶体管(FET)，其可以感测H+离子的存在或溶液pH的变化。离子传感器可提供指示核苷酸并入的输出信号，其可以表示为电压变化，其大小与各自的孔或反应室中的H+离子浓度相关。不同的核苷酸类型可连续流入反应室，且可以通过聚合酶以模板序列确定的顺序并入延伸引物(或聚合位点)中。每个核苷酸并入可以伴随着反应孔中H+离子的释放，以及局部pH的变化。H+离子的释放可由传感器的FET记录，所述FET产生指示核苷酸并入发生的信号。在特定核苷酸流动期间未并入的核苷酸可能不产生信号。来自FET的信号的振幅也可以与并入到延伸核酸分子中的特定类型的核苷酸的数量相关，从而准许均聚物区被解析。因此，在测序仪运行期间，多个核苷酸流入反应室同时并入，通过多个孔或反应室监测可以允许仪器同时解析许多核酸模板的序列。

在实施例中，系统监视消耗品物品的位置和类型，确定过程中的下一步骤，并显示通知，所述通知指示下一个放置在仪器中或从仪器中移除的消耗品的位置和类型。通过来自摄像头的图像或通过射频识别来执行监视。消耗品物品包括样本准备供应物、试剂条或瓶，或测序芯片和衔接子。特别地，系统可以跟踪仪器的设置和清洁，以确保用于后续测序运行的适当清洗和设置。

根据各种示范性实施例，可使用适当配置和/或编程的硬件和/或软件元件来进行或实施上述教示内容和/或示例性实施例中的任一个或多个的一个或多个特征。确定是否使用硬件和/或软件元件来实施实施例可基于任何数量的因素，如期望的计算速率、功率水平、耐热性、处理周期预算、输入数据速率、输出数据速率、存储器资源、数据总线速度等，以及其它设计或性能限制。

硬件元件的实例可以包括通过以下以通信方式耦合的处理器、微处理器、一个或多个输入设备和/或一个或多个输出装置(I/O)(或外围设备)：本地接口电路、电路元件(例如晶体管、电阻器、电容器、电感器等)、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑装置(PLD)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、逻辑门、寄存器、半导体装置、芯片、微芯片、芯片组等。本地接口可包括例如一个或多个总线或其它有线或无线连接、控制器、缓冲器(缓存器)、驱动器、中继器和接收器等，以允许硬件组件之间的适当通信。处理器是用于执行软件，尤其是存储在存储器中的软件的硬件装置。处理器可以是任何定制的或市售的处理器、中央处理单元(CPU)、与计算机相关联的若干处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(例如呈微芯片或芯片组的形式)、宏处理器，或通常用于执行软件指令的任何装置。处理器还可以表示分布式处理架构。I/O设备可包括输入设备，例如键盘、鼠标、扫描仪、麦克风、触摸屏、用于各种医疗设备和/或实验室仪器的接口、条形码读段器、触控笔、激光读段器、射频装置读段器等。此外，I/O设备还可以包括输出设备，例如打印机、条形码打印机、显示器等。最后，I/O设备还可包括以输入和输出的形式连通的设备，例如调制器/解调器(调制解调器；用于接入另一个装置、系统或网络)、射频(RF)或其它收发器、电话接口、网桥、路由器等。

软件的实例可包含软件组件、程序、应用、计算机程序、应用程序、系统程序、机器程序、操作系统软件、中间件、固件、软件模块、例程、子例程、函数、方法、操作步骤、软件接口、应用程序接口(API)、指令集、计算代码、计算机代码、代码段、计算机代码段、字、值、符号或其任何组合。在存储器中的软件可包括一个或多个独立程序，其可包括用于执行逻辑功能的可执行指令的有序列表。在存储器中的软件可包括用于识别根据本发明的教示内容的数据流的系统和任何适合的定制或可商购的操作系统(O/S)，其可控制如系统等其它计算机程序的执行，并且提供排程、输入-输出控制、文件和数据管理、存储器管理、通信控制等。

根据各种示例性实施例，可使用可存储指令或指令集的适当地配置和/或编程的非暂时性机器可读介质或物件来执行或实施上述教示内容和/或示例性实施例中的任一个或多个的一个或多个特征，所述指令或指令集如果由机器执行，那么可使机器执行根据示例性实施例的方法和/或操作。这类机器可以包括例如任何合适的处理平台、计算平台、计算装置、处理装置、计算系统、处理系统、计算机、处理器、科学或实验室仪器等，并且可使用硬件和/或软件的任何合适的组合来实施。机器可读介质或物件可包括例如任何合适类型的存储器单元、存储器装置、存储器物件、存储器介质、存储装置、存储物件、存储介质和/或存储单元，例如存储器、可移动介质或不可移动介质、可擦除介质或不可擦除介质、可写或可重写介质、数字或模拟介质、硬盘、软盘、只读存储器光盘(CD-ROM)、可刻录光盘(CD-R)、可重写光盘(CD-RW)、光盘、磁性介质、磁光介质、可移动存储卡或盘、各种类型的数字多功能光盘(DVD)、磁带、磁带盒等，包括适用于计算机的任何介质。存储器可包括易失性存储器元件(例如随机存取存储器(RAM，如DRAM、SRAM、SDRAM等))和非易失性存储器元件(例如ROM、EPROM、EEROM、闪存储器、硬盘驱动器、磁带、CDROM等)中的任一个或组合。此外，存储器可并入电子、磁性、光学和/或其它类型的存储介质。存储器可以具有分布式结构，其中各种组件彼此远离地定位，但仍通过处理器接入。指令可包括使用任何适合的高阶、低阶、面向对象、视觉、经编译和/或经解译的编程语言实施的任何合适类型的代码，如源代码、经编译的代码、解译的代码、可执行码、静态代码、动态代码、加密的代码等。

根据各种示例性实施例，可至少部分地使用分布式、丛集、远程或云计算资源来进行或实施上述教示内容和/或示例性实施例中的任一个或多个的一个或多个特征。

根据各种示例性实施例，上述教示内容和/或示例性实施例中的任一个或多个的一个或多个特征可使用源程序、可执行程序(目标代码)、脚本或任何其它包含待执行的指令集的实体来执行或实施。在源程序情况下，所述程序可以通过可以包括或不包括在存储器中的编译器、汇编器、解释器等翻译以便与O/S一起正确地操作。指令可以使用以下来书写：(a)具有数据类和方法类的面向对象的编程语言；或(b)具有例程、子例程和/或函数的过程编程语言，可以包括例如C、C++、R、Pascal、Basic、Fortran、Cobol、Perl、Java和Ada。

虽然已经在本文中示出和描述了本发明的优选实施例，但是所属领域的技术人员应清楚，这类实施例仅借助于实例提供。在不脱离本发明的情况下，所属领域的技术人员现在将意识到许多变型、变化和替代物。应理解，本文所描述的本发明的实施例的各个替代方案都可以用于实践本发明。意图是所附权利要求书限定本发明的范围，并且由此覆盖这些权利要求和其等效物的范围内的方法和结构。

在第一实施例中，用于用户引导启动仪器的方法，包括：经由所述仪器的用户界面接收运行计划；基于所述运行计划在所述用户界面上指示要提供给所述仪器的消耗品；使用视觉系统检测所述消耗品的存在；以及经由所述用户界面指示所述消耗品的所述存在。

在第一实施例的实例中，方法进一步包括重复以下内容：指示要提供的消耗品；检测所述消耗品的所述存在；以及指示所述消耗品的所述存在。

在第一实施例和上述实例的另一实例中，所述仪器是核酸测序仪器。

在第一实施例和上述实例的另一实例中，方法进一步包括：利用视觉系统确定用过的消耗品的存在，并且经由所述用户界面向用户指示所述用过的消耗品的位置和存在。例如，确定用过的消耗品的存在包括：利用视觉系统确定试剂容器组中未使用的试剂容器的数量，并且确定未使用的试剂容器的数量是否足以执行运行计划。在实例中，确定未使用的试剂容器的数量包括通过用视觉系统检测用过的试剂容器的箔刺穿来确定用过的试剂容器的数量。在另一实例中，方法进一步包括：当未使用的试剂容器的数量不足以实施运行计划时，通过用户界面指示所述试剂容器组将被替换。例如，方法进一步包括：利用视觉系统检测与所述试剂容器组相关联的闩锁的位置。在实例中，检测位置包括用视觉系统检测指示器组。在另一实例中，方法进一步包括利用视觉系统检测闩锁的锁定状态。例如，检测锁定状态包括检测与处于关闭位置的闩锁相关联的指示器的变化。

在第一实施例和上述实例的附加实例中，方法进一步包括：利用视觉系统读取消耗品的代码，并且当代码正确时经由用户界面指示消耗品的存在。

在第一实施例和上述实例的另一实例中，方法进一步包括：利用RFID系统确定消耗品的存在，并且经由用户界面指示消耗品的存在。

在第一实施例和上述实例的还一实例中，方法进一步包括：利用视觉系统检测设置在消耗品上的盖子并且经由用户界面指示盖子的存在。

在第二实施例中，用于启动仪器的方法包括：利用与仪器的摄像头通信的视觉模块确定试剂容器组中未使用的试剂容器的数量；在所述仪器的界面处接收运行计划；以及确定所述未使用的试剂容器的数量是否足以执行所述运行计划。

在第二实施例的实例中，确定未使用的试剂容器的数量包括检测用过的试剂容器的数量。

在第三实施例中，用于准备仪器视觉系统的方法包括：检测由摄像头拍摄的仪器台板的视频流内的仪器特征的位置；确定所述仪器特征将出现在所述视频流的帧内的位置；示出如在用户界面上显示的所述仪器特征的所述位置和所述仪器特征将出现在所述视频流中的所述位置；以及通过调整所述摄像头来使所述仪器特征的所述位置与所述仪器特征将出现的所述位置对准。

在第三实施例的实例中，位置由圆圈指示，并且对准包括使圆圈重叠。

在第四实施例中，仪器包括：用以接收运行计划的管理系统；包括视觉模块和摄像头组的视觉系统，所述视觉模块与所述管理系统通信；以及与所述管理模块通信的用户界面；其中所述视觉系统用以检测与所述运行计划相关联的消耗品组的存在或不存在；其中所述管理系统用以在所述用户界面上显示一系列界面，所述界面指示所述消耗品组中的消耗品的所述存在或不存在。

在第四实施例的实例中，仪器进一步包括与管理模块通信的RFID模块和用于检测第二消耗品组中的消耗品的RFID天线。

注意，并非在一般描述或实例中描述的所有活动都是必需的，可能不需要特定活动的一部分，并且除了所描述的活动之外，可以执行一个或多个进一步的活动。此外，所列出的活动的顺序不一定是执行它们的顺序。

在前述说明书中，已参考特定实施例描述了概念。然而，所属领域的一般技术人员了解，可以在不脱离如所附权利要求书中所阐述的本发明范围的情况下进行各种修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的，并且所有这样的修改旨在被包括在本发明的范围内。

如本文所用，术语“包含(comprises/comprising)”、“包括(includes/including)”、“具有(has/having)”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括一系列特征的过程、方法、物品或设备不必仅限于那些特征，但是可以包含未明确列出的或这种过程、方法、物品或设备所固有的其它特征。此外，除非明确相反地陈述，否则“或”是指包含性的或，而非排它性的或。举例来说，以下中的任一个均满足条件A或B：A为真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A和B两个均为真(或存在)。

此外，“一(a/an)”的使用是用来描述本文中所描述的要素和组分。这样做仅是为方便起见且给出本发明范围的一般性意义。该描述应被解读为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数，除非它明显另有所指。

上面已经关于特定实施例描述了益处、其它优点和问题的解决方案。然而，可能使任何益处、优点或解决方案产生或变得更加明显的益处、优点、问题解决方案以及任何特征均不应被解释为任何或全部权利要求的关键的、必需的或必要的特征。

在阅读本说明书之后，熟练的技术人员应了解，为了清楚起见，本文中在单独实施例的情况下所描述的某些特征也可以组合地在单个实施例中提供。相反，为了简洁起见，在单个实施例的情况下所描述的各种特征也可以单独地或以任何子组合形式提供。此外，提及的以范围陈述的值包括该范围内的每个值。

Claims (20)

1.一种用于用户引导启动仪器的方法，所述方法包含：

经由所述仪器的用户界面接收运行计划；

基于所述运行计划在所述用户界面上指示要提供给所述仪器的消耗品；

使用视觉系统检测所述消耗品的存在；以及

经由所述用户界面指示所述消耗品的所述存在。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包含重复以下内容：

指示要提供的消耗品；

检测所述消耗品的所述存在；以及

指示所述消耗品的所述存在。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述仪器是核酸测序仪器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包含：

利用所述视觉系统确定用过的消耗品的存在；以及

经由所述用户界面向用户指示所述用过的消耗品的位置和所述存在。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，确定所述用过的消耗品的所述存在包括：

利用所述视觉系统确定试剂容器组中未使用的试剂容器的数量；以及

确定所述未使用的试剂容器的数量是否足以执行所述运行计划。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定未使用的试剂容器的数量包括：通过利用所述视觉系统检测用过的试剂容器的箔刺穿来确定所述用过的试剂容器的数量。

7.根据权利要求5所述的方法，进一步包含：当所述未使用的试剂容器的数量不足以执行所述运行计划时，通过所述用户界面指示所述试剂容器组将被替换。

8.根据权利要求5所述的方法，进一步包含：

利用所述视觉系统检测与所述试剂容器组相关联的闩锁的位置。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，检测所述位置包括利用所述视觉系统检测指示器组。

10.根据权利要求8所述的方法，进一步包含：利用所述视觉系统检测所述闩锁的锁定状态。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，检测所述锁定状态包括检测与处于关闭位置的所述闩锁相关联的指示器的变化。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，进一步包含：利用所述视觉系统读取所述消耗品的代码，并且当所述代码正确时经由所述用户界面指示所述消耗品的所述存在。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，进一步包含：利用RFID系统确定消耗品的所述存在，并且经由所述用户界面指示所述消耗品的所述存在。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，进一步包含：利用所述视觉系统检测设置在所述消耗品上的盖子，并且经由所述用户界面指示所述盖子的存在。

15.一种用于启动仪器的方法，所述方法包含：

利用与所述仪器的摄像头通信的视觉模块确定试剂容器组中未使用的试剂容器的数量；

在所述仪器的界面处接收运行计划；以及

确定所述未使用的试剂容器的数量是否足以执行所述运行计划。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，确定所述未使用的试剂容器的数量包括检测用过的试剂容器的数量。

17.一种用于制备仪器视觉系统的方法，所述方法包含：

检测由摄像头拍摄的仪器台板的视频流内的仪器特征的位置；

确定所述仪器特征将出现在所述视频流的帧内的位置；

示出如在用户界面上显示的所述仪器特征的所述位置和所述仪器特征将出现在所述视频流中的所述位置；以及

通过调整所述摄像头来使所述仪器特征的所述位置与所述仪器特征将出现的所述位置对准。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述位置由圆圈指示，并且对准包括使所述圆圈重叠。

19.一种仪器，包含：

用以接收运行计划的管理系统；

包括视觉模块和摄像头组的视觉系统，所述视觉模块与所述管理系统通信；以及

与所述管理模块通信的用户界面；

其中所述视觉系统用以检测与所述运行计划相关联的消耗品组的存在或不存在；

其中所述管理系统用以在所述用户界面上显示一系列界面，所述界面指示所述消耗品组中的消耗品的所述存在或不存在。

20.根据权利要求19所述的仪器，进一步包含与所述管理模块通信的RFID模块和用以检测第二消耗品组中的消耗品的RFID天线。

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