CN112823365A - 用于支持多个自动化工作流的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于自动化工作流的系统和方法包含将第一靶标集合分配给未编译的第一工作流。所述未编译的第一工作流指定第一处理模块集合。每个此类模块与单元操作的子集相关联。每个单元操作包括时间间隔并指定仪器。对于所述第一靶标集合中的每个靶标，将所述未编译工作流转译成包含单元操作的线性时间顺序的编译的第一工作流的实例，每个单元操作包括用于被寻址仪器的执行指令。获得第二靶标集合并向其分配第二未编译工作流。每个第二靶标的所述第二未编译工作流的编译产生编译的第二工作流的不同实例。每个第二编译工作流包含单元操作的线性时间顺序，其中每个单元操作包括用于被寻址仪器的执行指令并指定时间间隔。

Description

用于支持多个自动化工作流的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年7月25日申请的标题为“用于支持多个自动化工作流的系统和方法(Systems and Methods for Supporting Multiple Automated Work-Flows)”的第16/045,647号美国专利申请的优先权，所述申请又要求于2017年1月20日申请的标题为“用于支持多个自动化工作流并在其间进行改变的系统和方法(Systems and Methods forSupporting Multiple Automated Work-Flows and Changing Between Them)”的第62/448,948号美国临时专利申请的优先权，上述每一个申请在此全部以引用的方式并入本文中。
序列表
本申请包含序列表，其已按ASCII格式以电子方式提交，并且在此全部以引用的方式并入本文中。于2018年1月22日创建的ASCII副本名为120568-5001-WO_ST25.txt，大小为559字节。
技术领域
本公开涉及用于支持生物铸造厂的系统和方法。更具体地，本公开涉及用于使用生物铸造厂的全自动化工作流的系统和方法。
背景技术
电子装置和组件(下文中称为“仪器”)已在化学与生物学(更一般地，“生命科学”)中有着众多应用，尤其是用于检测和测量各种化学和生物反应以及鉴定、检测和测量各种化合物，以及合成这些化合物，仅列举几个应用。包含彼此进行电子通信的实验室仪器的生物铸造厂正越来越多地用于对这些应用进行自动化和处理。生物铸造可能是复杂和昂贵的。此外，这些铸造厂的有效使用呈现了困难的调度问题。例如，在铸造厂操作的两种不同工艺可能需要使用相同的仪器。在不考虑调度的情况下，当两个不同的工艺要求相同的仪器时可能出现冲突。此外，在不考虑调度的情况下，铸造厂可能利用不足，因为铸造厂以与铸造厂相关联的某种形式的最低标准来处理任务。
在铸造厂的操作过程中，必须精确地控制仪器，以确保正确使用，而研究材料则需要小心谨慎，以防止污染或溢出。通常，研究科学家负责手动处理样品和主动操作仪器。研究科学家必须计划、称量和分配样品批次；消毒和清洗仪器；然后将样品批次置于各种仪器中。由于人的本性，这些样品批次通常被无效率地计划、不准确地称重、污染或滴落；其中任何一个都可能损害工作流。
考虑到铸造厂能够处理的深度和复杂性，考虑到使用转录激活因子样效应物核酸酶(TALEN)，这是一种高效和可编程的基因组编辑工具，已经应用于大范围的生物体(Sun等人,2012,“哺乳动物系统中靶向基因组有机工程的最新进展(Recent Advances inTargeted Genome Organic Engineering in Mammalian Systems)”,《生物技术杂志(Biotechnol J)》7(9),第1074页)。TALEN包含FokI DNA切割结构域和具有33-35个氨基酸(aa)基序的串联重复的DNA结合结构域(DBD)。每个重复内的第十二和第十三个氨基酸残基被称为重复可变双残基(RVD)，并且其决定了重复的DNA结合特异性。通过按顺序组装具有特定RVD的重复，TAL效应物DBD可以结合到特定DNA序列(Boch,2011,“基因组靶向的TALE(TALEs of genome targeting)”,《自然生物技术(Nat Biotechnol)》29(2),第135页)。因为FokI切割结构域作为二聚体起作用，所以TALEN通常用于尾对尾的异源二聚体对中，以产生用于基因组编辑的双链断裂(Miller等人,2011,“用于有效基因组编辑的TALE核酸酶架构(A TALE nuclease architecture for efficient genome editing)”,《自然生物技术》29(2),第143页)。这种异源二聚体设计产生高编辑效率并提高特异性，但也在TALEN合成和使用中提出挑战。已经开发了许多方法来合成TALEN表达DNA载体(Briggs等人,2012,“迭代加帽组装：如来自单个单体的TAL效应物的重复模块DNA的快速可扩展合成(Iterativecapped assembly:rapid and scalable synthesis of repeat-module DNA such as TALeffectors from individual monomers)”,《核酸研究》,40(15),e117；Reyon等人,2012,“用于高通量基因组编辑的TALEN的FLASH组装(FLASH assembly of TALENs for high-throughput genome editing)”,《自然生物技术》,30(5),第460页；Ding等人,2013,“用于生成基于人类干细胞的疾病模型的TALEN基因组编辑系统(A TALEN genome-editingsystem for generating human stem cell-based disease models)”,《细胞干细胞(CellStem Cell)》,12(2),第238页；Kim等人,2013,“跨越人类基因组的TAL效应物核酸酶库(Alibrary of TAL effector nucleases spanning the human genome)”,《自然生物技术》,31(3),第251页；Schmid-Burgk等人,2013,“用于转录激活因子样效应物核酸酶的高通量组装的不依赖连接的克隆技术(A ligation-independent cloning technique for high-throughput assembly of transcription activator-like effector genes)”,《自然生物技术》,31(1),第76页)。
利用优化的四碱基对连接物集合以及预先组装的双重复部分库，基于使用铸造厂的Golden Gate法开发了一步组装方案(Liang等人,2014,“FairyTALE：高通量TAL效应物合成平台(FairyTALE:A High-throughput TAL Effector Synthesis Platform)”,《ACS合成生物学(ACS Synth Biol)》,3(2),第67页)。可以在24小时内以96％的成功率和五美元的材料成本构建定制的TALEN载体。然而，这些方法只能组装含有单个TALE-FokI单体的载体。由于TALEN需要异源二聚体来进行切割，因此将两个单体在两个单独的载体或具有两个单体的单个亚克隆载体上引入到宿主细胞中。任一选择都有明显的缺点。例如，它们都需要合成的载体是靶序列数目的两倍。当单体在单独的载体上时，可以减少用两种单体转染或转化的细胞的数目。更重要的是，双载体方案使得进行高通量基因筛选非常困难。由于荧光激活细胞分选(FACS)和下一代测序，可以筛选大量具有不同基因型的细胞的目标表型并进行测序(Shalem等人,2014,“人类细胞的基因组规模CRISPR-Cas9敲除筛选(Genome-scaleCRISPR-Cas9 knockout screening in human cells)”,《科学(Science)》,343(6166),第84页；Wang等人,2014,“使用CRISPR-Cas9系统的人类细胞基因筛选(Genetic Screens inHuman Cells Using the CRISPR-Cas9 System)”,《科学》,343(6166),第80页)。作为精确的基因组编辑工具，TALEN可以潜在地用于生成基因组敲除库。然而，因为每个TALEN对的两个单体需要被引入到相同的细胞中，使用双载体系统不可能进行库转染或转化。此外，目前构建单载体TALEN的方法需要冗长和复杂的亚克隆工序，这使合成工艺难以扩大规模。使用铸造厂的单载体TALEN的高通量合成方法将开辟新的可能性。
因此，在本公开之前，需要在通用生物铸造厂中定制TALEN的全自动平台。这仅仅是对改进的生物铸造厂的许多需要的一个实例。
在此背景技术部分中公开的信息仅仅是为了增强对本发明的一般背景的理解，而不应当被认为是承认或任何形式的建议，即此信息形成本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
有利地，在本公开中详述的用于支持全自动化工作流的系统和方法解决了上述现有技术中的缺点。
转录激活因子样效应物核酸酶(TALEN)是具有广泛应用的可编程基因组编辑工具。由于TALEN以异源二聚体的形式切割DNA，所以必须为每个靶基因组基因座合成一对TALEN。通常，TALEN对在单独的载体上表达或单独合成，然后亚克隆到相同的载体上。两种方法都不允许大规模应用的TALEN库的高通量构建。在此，我们提出了一种单步组装方案，以在P2A自切割序列的帮助下以单一转录格式合成和表达一对TALEN。此外，我们开发了在通用生物铸造厂中定制TALEN的全自动平台。使用本公开的系统和方法，每对能够以合理的材料成本以超过96.2％成功率合成四百对TALEN。此平台为基于TALEN的全基因组研究以及生命科学中的许多其它应用打开了大门。
根据我们以前发表的“FairyTALE”方案(Liang等人,2014,“FairyTALE：高通量TAL效应物合成平台”,《ACS合成生物学》,3(2),第67页)，我们试图在一步反应中将一对TALEN单体组装到单一载体上。在以前的工作中，2A自切割肽(Donnelly等人,2004,“来自单一载体的多基因产物：‘自切割’2A肽(Multiple gene products from a single vector:'self-cleaving'2A peptides)”,《基因治疗(Gene Ther)》,11(23),第1673页；Kim等人,2011,“人类细胞系、斑马鱼和小鼠中源自猪捷申病毒1型的2A肽的高切割效率(HighCleavage Efficiency of a 2A Peptide Derived from Porcine Teschovirus-1 inHuman Cell Lines,Zebrafish and Mice)”,《公共科学图书馆(Plos One)》,6(4))用于共转录一对TALEN作为一个mRNA分子,但翻译为单独的功能蛋白(Cermak等人,2015,“番茄基因组的高频率精确修饰(High-frequency,precise modification of the tomatogenome)”,《基因组生物学(Genome Biol)》,16,第232页；Mariano等人,2014,“通过2A偶联共表达两个TALEN单体进行高效基因组编辑(Highly efficient genome editing via 2A-coupled co-expression of two TALEN monomers)”。《BMC科研笔记(BMC Res Notes)》,7,第628页；Xu等人,2013,“由单一TALE核酸酶对指导的多种哺乳类物种中的靶向肌肉生长抑制素基因编辑(Targeted myostatin gene editing in multiple mammalian speciesdirected by a single pair of TALE nucleases)”,《分子治疗核酸(Mol Ther NucleicAcids)》,2,e112)。我们在15-插入物一锅法组装方案中实施了这个共表达策略，并且在一个步骤中以超过87.7％保真度组装了单质粒TALEN。使用这个一步单转录设计合成的TALEN在哺乳动物细胞中具有与使用双质粒设计合成的那些相当的切割活性。我们在iBioFAB(伊利诺斯先进生物制造的生物铸造厂(Illinois Biofoundry for AdvancedBiomanufacturing))上实施合成，所述iBioFAB是一种集成和通用的机器人系统，以使合成工艺全自动化。根据本公开，可以以每对$2.1的材料成本在最小的人为干预下每天生成四百对TALEN。我们设想，使用TALEN的全基因组研究可以扩大规模，以这种简化的设计和自动合成平行筛选数百个基因座。
因此，本公开的各个方面旨在提供用于支持生物铸造厂中的多个自动化工作流的系统和方法。
本公开的一个方面提供了用于实现工作流的非暂时性计算机可读存储介质。非暂时性计算机可读存储介质存储指令，当第一装置执行所述指令时，使第一装置获得第一多个有机工程靶标，并将第一多个有机工程靶标分配给第一未编译工作流。第一未编译工作流被配置成产生第一多个有机工程靶标，并与多个处理模块中的处理模块的第一子集相关联。多个处理模块中的每个相应处理模块与多个单元操作定义中的单元操作定义的不同子集相关联。多个单元操作定义中的每个相应单元操作定义独立地与对应的时间间隔相关联。多个单元操作中的每个相应单元操作定义独立地与多个仪器(例如，生物铸造厂)中的仪器的第一子集相关联。
所述指令进一步使第一装置针对第一多个有机工程靶标中的每个相应的有机工程靶标，将第一未编译工作流转译成相应的有机工程靶标的编译的第一工作流的对应实例。编译的第一工作流的对应实例针对仪器的第一子集中的每个相应仪器包含相应仪器的地址和用于相应仪器的一个或多个执行指令，以及第一多个单元操作。第一多个单元操作在时间上被组织成线性时间顺序。第一多个单元操作中的每个相应单元操作由对应的单元操作定义的时间间隔来表征，从而形成编译的第一工作流的多个实例。
另外，指令进一步使第一装置获得第二多个有机工程靶标，并将第二多个有机工程靶标分配给第二未编译工作流。第二未编译工作流被配置成产生第二多个有机工程靶标，并与多个处理模块中的处理模块的第二子集相关联。所述指令进一步使第一装置针对第二多个有机工程靶标中的每个相应的有机工程靶标，将第二未编译工作流转译成相应的有机工程靶标的编译的第二工作流的对应实例。编译的第二工作流的对应实例针对仪器的第二子集中的每个相应仪器包含相应仪器的地址和用于相应仪器的一个或多个执行指令，以及第二多个单元操作。第二多个单元操作在时间上被组织成线性时间顺序。第二多个单元操作中的每个相应单元操作由对应的单元操作定义的时间间隔来表征。第二多个单元操作中的单元操作的时间间隔根据与第一编译工作流中的单元操作的联锁条件的确定从对应的单元操作定义的时间间隔调整一定量，从而形成编译的第二工作流的多个实例。
在一些实施例中，第一或第二未编译工作流选自由克隆、进化有机工程、基因组有机工程、基因分型、库筛选、途径构建和蛋白质有机工程组成的组。
在一些实施例中，多个处理模块包含选自细胞培养、DNA组装、DNA纯化、DNA定量、标准化、聚合酶链反应(PCR)、蛋白质提取、样品分析、样品制备、取样和转化的集合的两个或更多个处理模块。在一些实施例中，多个处理模块包含选自上述处理模块集合的三个或更多个处理模块。
在一些实施例中，多个单元操作定义包含来自离心、冷冻培育、色谱、集落选择、集落分离、分配、电泳、电穿孔、加热培育、标记、磁性分离、质谱、剥离、移液、板读数、密封、振荡培育、分光光度测定和热循环的集合的两个或更多个单元操作定义。在一些实施例中，多个单元操作定义包含来自上述单元操作定义集合的三个或更多个单元操作定义。
在一些实施例中，多个仪器包含来自液体处理机器人、温度控制块、酶标仪、冷冻培养箱、加热培养箱、振荡培养箱、试剂分配器、板式离心机、存储圆盘传送带、解封装站、吹风机、板密封器、标签打印机、移液装置、振动器、灯箱和照相机的集合的两个或更多个仪器。在一些实施例中，多个仪器包含来自上述仪器集合的三个或更多个仪器。在一些实施例中，多个仪器包含来自上述仪器集合的四个或更多个仪器。在一些实施例中，多个仪器包含来自上述仪器集合的五个或更多个仪器。
在一些实施例中，相应仪器的地址包含相应仪器的笛卡尔坐标、极坐标、球面坐标、关节坐标或工具坐标。在一些实施例中，相应仪器的地址包含相应仪器的物理位置。在一些实施例中，相应仪器的地址包含相应仪器的唯一电子地址。
在一些实施例中，相应编译工作流的对应实例进一步包含相应指令的操作条件。
在一些实施例中，非暂时性计算机可读存储介质进一步存储用于使第一装置的用户(例如，经由图形用户接口)能够调整第一多个单元操作的线性时间顺序的指令。在一些实施例中，非暂时性计算机可读存储介质进一步存储用于使第一装置的用户能够在不使用图形用户接口的情况下调整第一多个单元操作的线性时间顺序的指令。
在一些实施例中，转译进一步包含根据预定的验证列表验证多个单元操作。预定的验证列表包含编译的第二工作流的一个或多个标准。在一些实施例中，编译的第二工作流的一个或多个标准包含第二多个单元操作中的每个单元操作的优先级、第二多个单元操作中的每个单元操作的权重、第二多个单元操作的完成时间、第二多个单元操作与不同的多个单元操作的兼容性、第二多个单元操作中的每个单元操作的属性以及第二多个单元操作的一个或多个约束。
在一些实施例中，第二多个单元操作中的每个单元操作的属性选自粘度值、纯度值、成分值、温度值、重量值、质量值和体积值的集合。
在一些实施例中，第一装置与联接到多个仪器的用于从多个仪器接收样品并将样品返回到多个仪器的至少一个运输路径进行电子通信。在一些实施例中，运输路径包含至少一个配置成围绕运输路径移动的运输装置，以及安置在至少一个运输装置上的物理存储介质。在一些实施例中，至少一个运输装置包含机械臂、地面车辆、无人驾驶飞机、传送带、转运站、升降梯、起重机、升降机或其组合。在一些实施例中，至少一个运输装置进一步包含液体处理机器人。
在一些实施例中，根据编译的第一工作流的多个实例的输出确定第二多个有机工程靶标。
在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标是到编译的第一工作流的多个实例中的编译的第一工作流的对应实例的输入。
在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标是编译的第一工作流的多个实例中的编译的第一工作流的对应实例的输出。
在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标是核酸组分的组合物。
在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标是核酸组分的多种试剂。
在一些实施例中，在编译的第一工作流的多个实例中的每个相应编译工作流是通过P2A自切割序列以单一转录本格式合成和表达一对TALEN的方案。在一些实施例中，至少400对TALEN以24小时的时间间隔表达。
在一些实施例中，当由第一装置执行时，指令进一步使第一装置将编译的第一工作流的对应实例的输出导出到第二装置。
在一些实施例中，第一装置与至少一个外部控制服务器或外部数据库服务器通信。
在一些实施例中，当由第一装置执行时，指令进一步使第一装置保存描述所执行的指令的数据的工作流数据。
在一些实施例中，非暂时性计算机可读存储介质进一步包含用于同时执行编译的第一工作流的一个或多个实例和编译的第二工作流的一个或多个实例的指令。
在一些实施例中，非暂时性计算机可读存储介质进一步包含用于在循环系列时间步中的每个相应时间步处模拟编译的第一工作流的一个或多个实例中的每一个的剩余部分从而形成一个或多个第一模拟的指令。非暂时性计算机可读存储介质进一步包含用于在循环系列时间步中的每个相应时间步处模拟编译的第二工作流的一个或多个实例中的每一个的剩余部分从而形成一个或多个第二模拟的指令。在此类实施例中，非暂时性计算机可读存储介质进一步包含用于启动与编译的第一工作流的一个或多个实例中的实例中的第一单元操作相关联的联锁条件错误处理程序的指令，所述联锁条件错误处理程序与编译的第二工作流的一个或多个实例中的实例中的第二单元操作形成联锁条件。
在一些实施例中，启动联锁条件错误处理程序调节编译的第一工作流的实例或编译的第二工作流的实例中尚未执行的一个或多个单元操作的一个或多个时间间隔。
在一些实施例中，启动联锁条件错误处理程序根据分配给编译的第一工作流的优先级对分配给编译的第二工作流的优先级，调整编译的第一工作流的实例或编译的第二工作流的实例中尚未执行的一个或多个单元操作的权重。
在一些实施例中，启动联锁条件错误处理程序根据分配给编译的第一工作流的优先级对分配给编译的第二工作流的优先级，调整编译的第一工作流的实例或编译的第二工作流的实例中尚未执行的一个或多个单元操作的一个或多个时间间隔。
在一些实施例中，启动联锁条件错误处理程序将中止编译的第一工作流的实例或编译的第二工作流的实例。
在一些实施例中，联锁条件错误处理程序是互斥错误处理程序。
在一些实施例中，联锁条件错误处理程序暂停编译的第一工作流的实例或编译的第二工作流的实例。
在一些实施例中，循环系列时间步中的每个时间步都是周期性发生的。
在一些实施例中，循环系列时间步中的每个时间步响应于多个事件类中的事件的发生而发生。在一些实施例中，事件类是仪器错误、电源故障、样品滴落或联锁条件。
在一些实施例中，循环系列时间步中的每个时间步每五分钟发生一次。在一些实施例中，循环系列时间步中的每个时间步每30秒、每分钟、每15分钟、每30分钟或每小时发生一次。
在一些实施例中，非暂时性计算机可读存储介质进一步包含用于同时执行编译的第一工作流的两个或更多个实例和编译的第二工作流的两个或更多个实例的指令。在一些实施例中，非暂时性计算机可读存储介质进一步包含用于同时执行编译的第一工作流的三个或更多个实例和编译的第二工作流的三个或更多个实例的指令。
在一些实施例中，非暂时性计算机可读存储介质进一步包含指令，针对集合{1，…，k，…，n}中的每个整数k，其中n是二或更大的正整数，所述指令用以获得第k多个有机工程靶标并将第k多个有机工程靶标分配给第k个未编译工作流。第k个未编译工作流被配置成产生第k多个有机工程靶标，并且第k个未编译工作流与多个处理模块中的处理模块的第k个子集相关联。所述指令进一步使第一装置针对第k多个有机工程靶标中的每个相应的有机工程靶标，将第k未编译工作流转译成相应的有机工程靶标的编译的第k工作流的对应实例。编译的第k工作流的对应实例针对仪器的第k子集中的每个相应仪器包含相应仪器的地址和用于相应仪器的一个或多个执行指令，以及第k多个单元操作。第k多个单元操作在时间上被组织成第k个线性时间顺序，并且第k多个单元操作中的每个相应单元操作由对应单元操作定义的时间间隔表征。第k多个单元操作中的单元操作的时间间隔根据与第一编译工作流中的单元操作和第二编译工作流中的单元操作的联锁条件的确定从对应的单元操作定义调整一定量，从而形成编译的第k工作流的多个实例。
在一些实施例中，仪器的第一子集包含两个或更多个不同的仪器类，并且仪器的第二子集包含两个或更多个不同的仪器类。
在一些实施例中，第一仪器类和第二仪器类被编译的第一工作流的多个实例和编译的第二工作流的多个实例使用。第一仪器类具有第一复用值，并且第二仪器类具有不同于第一复用值的第二复用值。此外，所述非暂时性计算机可读存储介质存储用于制定调度器的指令，所述调度器使编译的第一工作流的多个实例中实例的数目、编译的第二工作流的多个实例中实例的数目或者编译的第一工作流和编译的第二工作流的实例组合中实例的数目最大化，在给定第一复用值和第二复用值的情况下，可以同时使用第一仪器类的仪器和第二仪器类的仪器。
在一些实施例中，调度器至少部分地通过以下操作来进行最大化：根据第一仪器类的第一复用值调用第一仪器类的第一数目个实例和根据要同时运行的第二仪器类的第二复用值调用第二仪器类的第二数目个实例，以支持同时运行编译的第一工作流和编译的第二工作流的实例。
在一些实施例中，调度器至少部分地通过以下操作来进行最大化：同时运行第一编译工作流的第一数目个实例和第二编译工作流的第二数目个实例。
在一些实施例中，调度器至少部分地通过以下操作来进行最大化：将第一编译工作流的实例的第一多个单元操作中的相应单元操作的时间间隔从对应单元操作定义的时间间调整一定量，或将第二编译工作流的实例的第二多个单元操作中的相应单元操作的时间间隔从对应单元操作定义的时间间隔调整一定量。
在一些实施例中，所述方法进一步包含同时执行编译的第一工作流的多个实例中的两个或更多个实例和编译的第二工作流的多个实例中的两个或更多个实例的指令。
在一些实施例中，所述方法进一步包含同时执行编译的第一工作流的多个实例中的两个或更多个实例和编译的第二工作流的多个实例中的两个或更多个实例的指令。在此类实施例中，仪器的第一子集包含两个或更多个仪器，仪器的第二子集包含两个或更多个仪器，并且仪器的第一子集中的至少一个仪器在仪器的第二子集中。
在一些实施例中，所述方法进一步包含同时执行编译的第一工作流的多个实例中的三个或更多个实例和编译的第二工作流的多个实例中的三个或更多个实例的指令。在此类实施例中，仪器的第一子集包含三个或更多个仪器，仪器的第二子集包含三个或更多个仪器，并且仪器的第一子集中的至少两个仪器在仪器的第二子集中。
在一些实施例中，编译的第一工作流的两个或更多个实例在执行转译时被执行。
在一些实施例中，非暂时性计算机可读存储介质进一步存储用于将第一多个有机工程靶标中的第一有机工程靶标转换为第一未编译工作流的一个或多个第一输入的指令。
在一些实施例中，第一有机工程靶标是第一核酸的合成，并且第一未编译工作流的一个或多个第一输入是用于合成第一核酸的核酸碱基集合。
在一些实施例中，第一未编译工作流包括分支条件、循环条件或嵌套条件，并且其中所述转译对与分支条件、循环条件或嵌套条件相关联的值进行解析，以便形成第一多个单元操作的线性时间顺序。
本公开的另一方面提供了在第一装置处实现工作流的方法，所述第一装置包含一个或多个处理器、存储由一个或多个处理器执行的一个或多个程序的存储器、控制器、通信接口、电源和一个或多个外围装置。一个或多个程序单独地或共同地使用一个或多个处理器来执行方法。所述方法包含通过一个或多个外围装置获得第一多个有机工程靶标，以及通过控制器将第一多个有机工程靶标分配给第一未编译工作流。第一未编译工作流被配置成产生第一多个有机工程靶标。第一未编译工作流与多个处理模块中的处理模块的第一子集相关联。多个处理模块中的每个相应处理模块与多个单元操作定义中的单元操作定义的不同子集相关联。多个单元操作定义中的每个相应单元操作定义独立地与对应的时间间隔相关联。多个单元操作中的每个相应单元操作定义独立地与多个仪器中的仪器的第一子集相关联。所述方法进一步包括通过控制器，对于第一多个有机工程靶标中的每个相应有机工程靶标，将第一未编译工作流转译成相应有机工程靶标的编译的第一工作流的对应实例。编译的第一工作流的对应实例针对仪器的第一子集中的每个相应仪器包含相应仪器的地址和用于相应仪器的一个或多个执行指令，以及第一多个单元操作。第一多个单元操作在时间上被组织成线性时间顺序。第一多个单元操作中的每个相应单元操作由对应的单元操作定义的时间间隔来表征。以此方式，形成编译的第一工作流的多个实例。所述方法进一步包含通过一个或多个外围装置获得第二多个有机工程靶标，以及通过控制器将第二多个有机工程靶标分配给第二未编译工作流。第二未编译工作流被配置成产生第二多个有机工程靶标。第二未编译工作流与多个处理模块中的处理模块的第二子集相关联。此外，所述方法进一步包括通过控制器，对于第二多个有机工程靶标中的每个相应有机工程靶标，将第二未编译工作流转译成相应有机工程靶标的编译的第二工作流的对应实例。编译的第二工作流的对应实例针对仪器的第二子集中的每个相应仪器包含相应仪器的地址和用于相应仪器的一个或多个执行指令，以及第二多个单元操作。第二多个单元操作在时间上被组织成线性时间顺序。第二多个单元操作中的每个相应单元操作由对应的单元操作定义的时间间隔来表征。此外，所述方法包括根据与第一编译工作流中的单元操作的联锁条件的确定，通过控制器将第二多个单元操作中的单元操作的时间间隔从对应单元操作定义的时间间隔调整一定量。以此方式，形成编译的第二工作流的多个实例。
本公开的另一方面提供了用于实现包含第一装置的工作流的系统。第一装置包含显示器、电源、通信接口、一个或多个外围装置、一个或多个处理器、存储器以及非瞬态地存储在存储器中的一个或多个程序。一个或多个程序被配置成由一个或多个处理器执行。一个或多个程序包括用于获得第一多个有机工程靶标和将第一多个有机工程靶标分配给第一未编译工作流的指令。第一未编译工作流被配置成产生第一多个有机工程靶标。第一未编译工作流与多个处理模块中的处理模块的第一子集相关联。多个处理模块中的每个相应处理模块与多个单元操作定义中的单元操作定义的不同子集相关联。多个单元操作定义中的每个相应单元操作定义独立地与对应的时间间隔相关联。多个单元操作中的每个相应单元操作定义独立地与多个仪器中的仪器的第一子集相关联。所述一个或多个程序进一步包括用于针对所述第一多个有机工程靶标中的每个相应有机工程靶标，将所述第一未编译工作流转译成所述相应有机工程靶标的编译的第一工作流的对应实例的指令。编译的第一工作流的对应实例针对仪器的第一子集中的每个相应仪器包含相应仪器的地址和用于相应仪器的一个或多个执行指令，以及第一多个单元操作。第一多个单元操作在时间上被组织成线性时间顺序，并且第一多个单元操作中的每个相应单元操作由对应单元操作定义的时间间隔来表征。以此方式，形成编译的第一工作流的多个实例。一个或多个程序进一步包括用于获得第二多个有机工程靶标并将第二多个有机工程靶标分配给第二未编译工作流的指令。第二未编译工作流被配置成产生第二多个有机工程靶标。第二未编译工作流与多个处理模块中的处理模块的第二子集相关联。所述一个或多个程序进一步包括用于针对所述第二多个有机工程靶标中的每个相应有机工程靶标，将所述第二未编译工作流转译成所述相应有机工程靶标的编译的第二工作流的对应实例的指令。编译的第二工作流的对应实例针对仪器的第二子集中的每个相应仪器包含相应仪器的地址和用于相应仪器的一个或多个执行指令，以及第二多个单元操作。第二多个单元操作在时间上被组织成线性时间顺序，并且第二多个单元操作中的每个相应单元操作由对应单元操作定义的时间间隔来表征。此外，一个或多个程序进一步包括用于根据与第一编译工作流中的单元操作的联锁条件的确定，将第二多个单元操作中的单元操作的时间间隔从对应单元操作定义的时间间隔调整一定量从而形成编译的第二工作流的多个实例的指令。
本公开的另一方面提供了用于实现包含第一装置的工作流的方法。第一装置包含显示器、电源、通信接口、一个或多个外围装置、一个或多个处理器、存储器以及非瞬态地存储在存储器中的一个或多个程序。一个或多个程序被配置成由一个或多个处理器执行。一个或多个程序包括用于获得第一多个有机工程靶标和将第一多个有机工程靶标分配给第一未编译工作流的指令。第一未编译工作流被配置成产生第一多个有机工程靶标。第一未编译工作流与多个处理模块中的处理模块的第一子集相关联。多个处理模块中的每个相应处理模块与多个单元操作定义中的单元操作定义的不同子集相关联。多个单元操作定义中的每个相应单元操作定义独立地与对应的时间间隔相关联。多个单元操作中的每个相应单元操作定义独立地与多个仪器中的仪器的第一子集相关联。所述一个或多个程序进一步包括用于针对所述第一多个有机工程靶标中的每个相应有机工程靶标，将所述第一未编译工作流转译成所述相应有机工程靶标的编译的第一工作流的对应实例的指令。编译的第一工作流的对应实例针对仪器的第一子集中的每个相应仪器包含相应仪器的地址和用于相应仪器的一个或多个执行指令，以及第一多个单元操作。相应仪器的地址包括与相应仪器的标记相关联的粗粒化地址。执行包括粗略横移指令和精细横移指令的一个或多个指令。粗略横移指令命令输送装置横移到相应仪器的相应标记。所述精细横移指令命令与运输装置相关联的关节型操纵机器人移动到与相应仪器相关联的至少一个空间坐标(例如，移动关节型操纵机器人)。第一多个单元操作在时间上被组织成线性时间顺序，并且第一多个单元操作中的每个相应单元操作由对应单元操作定义的时间间隔来表征。以此方式，形成编译的第一工作流的多个实例。
在一些实施例中，运输装置包括定位系统，所述定位系统被配置成在运输路径内定位和引导运输装置。
在一些实施例中，定位系统包括全球定位系统。因此，相应仪器的相应标记是全球定位系统坐标。
在一些实施例中，定位系统包括运输路径的周围环境的表示(例如，地图)。此外，在一些实施例中，运输路径的标记定位的表示是图像馈送或视频馈送，其可以具有应用于运输路径的标记定位的表示的低通滤波器或高斯模糊函数。
在一些实施例中，运输装置包括惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置成检验和校正相应仪器的粗略横移指令的每次执行。
在一些实施例中，关节型操纵机器人包括各种传感器。每个传感器提供与关节型操纵机器人的空间位置和关节型操纵机器人的周围环境有关的信息。
在一些实施例中，运输装置包括比例积分微分(PID)控制器。PID控制器与传感器通信，以便通过控制回路保持运输装置的空间位置。
在一些实施例中，关节型操纵机器人使用安全传送工序将第一托盘传送到第一仪器。当来自传感器的读数不能满足相对于第一仪器的实际位置的阈值接近值时，激活或启动安全传送工序。当来自传感器的读数满足相对于第一仪器的实际物理位置的阈值接近值时，关节型操纵机器人激活或启动默认的传送工序。在一些实施例中，阈值接近值是距离(例如，毫米)或旋转/定向的程度(例如，度或梯度)或其组合。
本公开的又一方面提供了用于实现包括第一装置的工作流的系统。第一装置包括显示器、电源、通信接口和包括试剂处理装置的一个或多个外围装置。试剂处理装置包括清洗歧管、调节试剂处理装置中的内部流动路径的主阀以及各种试剂容器。每个试剂容器包括控制从相应试剂容器到主阀的流动的阀。此外，试剂处理装置包括容纳消毒液的消毒容器。与试剂容器类似，消毒容器包括调节流向主阀或清洗歧管的消毒流体的流动的阀。清洗歧管联接到每个试剂容器的相应阀，并调节从消毒容器到试剂容器的消毒流体的流动。此外，分配歧管联接到主阀。分配歧管包括多种分配器，并控制从主阀到分配器的流动。第一装置进一步包括一个或多个处理器、存储器和一个或多个程序。一个或多个程序存储在存储器中，并被配置成由一个或多个处理器执行。一个或多个程序被配置成由一个或多个处理器执行。一个或多个程序包括用于获得第一多个有机工程靶标和将第一多个有机工程靶标分配给第一未编译工作流的指令。第一未编译工作流被配置成产生第一多个有机工程靶标。第一未编译工作流与多个处理模块中的处理模块的第一子集相关联。多个处理模块中的每个相应处理模块与多个单元操作定义中的单元操作定义的不同子集相关联。多个单元操作定义中的每个相应单元操作定义独立地与对应的时间间隔相关联。多个单元操作中的每个相应单元操作定义独立地与多个仪器中的仪器的第一子集相关联。所述一个或多个程序进一步包括用于针对所述第一多个有机工程靶标中的每个相应有机工程靶标，将所述第一未编译工作流转译成所述相应有机工程靶标的编译的第一工作流的对应实例的指令。编译的第一工作流的对应实例针对仪器的第一子集中的每个相应仪器包含相应仪器的地址和用于相应仪器的一个或多个执行指令，以及第一多个单元操作。
在一些实施例中，压力调节器联接到消毒容器、主阀和每个试剂容器中的每一个。此外，在一些实施例中，每个压力调节器进一步包括防止污染的过滤器。而且，在一些实施例中，每个压力调节器进一步包括防止试剂蒸发或蒸汽释放的止回阀。
在一些实施例中，试剂处理装置包括联接到主阀的泵。泵驱动试剂处理装置的内部流动路径。
在一些实施例中，试剂处理装置包括分配循环。分配循环从试剂容器集合中分配选定的试剂。在一些实施例中，试剂处理装置包括对系统的一部分进行消毒的第一消毒循环。类似地，在一些实施例中，试剂处理装置包括对系统的一部分进行净化的第二消毒循环。
在一些实施例中，试剂处理装置的每个组件(例如，每个容器、阀等)通过可移除的管道联接。
在一些实施例中，仅需要人为干预来补充试剂容器和/或补充消毒容器的消毒流体。
本公开的又一方面提供了用于实现包含第一装置的工作流的方法。第一装置包含显示器、电源、通信接口、一个或多个外围装置、一个或多个处理器、存储器以及非瞬态地存储在存储器中的一个或多个程序。一个或多个程序被配置成由一个或多个处理器执行。一个或多个程序包括用于获得第一多个有机工程靶标和将第一多个有机工程靶标分配给第一未编译工作流的指令。第一未编译工作流被配置成产生第一多个有机工程靶标。第一未编译工作流与多个处理模块中的处理模块的第一子集相关联。多个处理模块中的每个相应处理模块与多个单元操作定义中的单元操作定义的不同子集相关联。多个单元操作定义中的每个相应单元操作定义独立地与对应的时间间隔相关联。多个单元操作中的每个相应单元操作定义独立地与多个仪器中的仪器的第一子集相关联。所述一个或多个程序进一步包括用于针对所述第一多个有机工程靶标中的每个相应有机工程靶标，将所述第一未编译工作流转译成所述相应有机工程靶标的编译的第一工作流的对应实例的指令。编译的第一工作流的对应实例针对仪器的第一子集中的每个相应仪器包含相应仪器的地址和用于相应仪器的一个或多个执行指令，以及第一多个单元操作。一个或多个执行指令包括用于多孔板离心仪器的指令。这些指令包括测定第一多孔板集合中每个多孔板的质量。每个多孔板被安置在多孔板离心机中。此外，每个相应的多孔板在平衡块集合中具有相应的平衡块，所述平衡块被安置在多孔板离心机中与相应的多孔板相对的位置处。在没有人为干预的情况下，将每个相应平衡块的质量调整为等于对应的多孔板。然后操作多孔离心机。第一多个单元操作在时间上被组织成线性时间顺序，并且第一多个单元操作中的每个相应单元操作由对应单元操作定义的时间间隔来表征。以此方式，形成编译的第一工作流的多个实例。
在一些实施例中，第一多孔板集合是单个多孔板。
在一些实施例中，第一多孔板集合是从两个多孔板到五个多孔板的集合。
在一些实施例中，调整包括将流体(例如，水、矿物油、气体)泵送到相应的平衡块，以便调整其中的质量。
在一些实施例中，调节包括从相应的平衡块中抽取流体以便调整其中的质量。
在一些实施例中，每个平衡块包括被配置成在其中汇集流体的底端部分。
在一些实施例中，同时执行确定和调整。
在一些实施例中，调整包括存储每个平衡块的调整的质量。
在一些实施例中，用于多孔板离心仪器的一个或多个指令包括确定第二多孔板集合中的每个多孔板的质量，将第二集合中的每个多孔板置于离心机中，在没有人为干预的情况下将第二平衡块集合中的每个平衡块的质量调整为等于第二多孔板集合中的对应多孔板的质量，以及操作多孔板离心机。
在一些实施例中，第二多孔板集合是第一多孔板集合。
本发明的自动化生物铸造厂具有其它特征和优点，这些特征和优点将从并入本文中的附图和下面的详细描述中变得明显或更详细地阐明，附图和详细描述一起用于解释本发明的示范性实施例的某些原理。
附图说明
图1A、1B、1C和1D示出了根据本公开的实施例的计算机系统；
图2A和2B示出了根据本公开的各种实施例的系统拓扑结构和硬件布局；
图3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G、3H、3I、3J、3K和3L共同示出了根据本公开的实施例的使用第一装置来支持自动化工作流的方法的流程图，其中任选的步骤或实施例由虚线框指示；
图4A示出了根据本公开的实施例的单转录TALEN合成的总体设计；
图4B示出了根据本公开的实施例的单转录TALEN合成的设计和初步测试的组装方案；
图4C示出了根据本公开的实施例的单转录TALEN对的测试组合物；
图5A示出了根据本公开的实施例的TALEN对的单转录物表达；
图5B示出了根据本公开的实施例的HEK293T细胞中的基因组编辑；
图5C、5D和5E示出了根据本公开的实施例的H1 hESC中Oct4增强子的破坏；
图6A和6B示出了根据本公开的实施例的iBioFAB系统的单元操作的细目；
图6C和6D示出了根据本公开的实施例的iBioFAB系统的各种控制层次；
图7A示出了根据本公开的实施例的基于Golden Gate法的DNA组装流水线的一般工作流；
图7B示出了根据本公开的实施例的构建步骤的处理流程图；
图7C和7D示出了根据本公开的实施例的高通量合成的单转录TALEN的检验；
图8A和8B示出了根据本公开的实施例的单个质粒TALEN组装的质粒设计；
图9A、9B、9C、9D、9E、9F、9G和9H示出了根据本公开的实施例破坏HEK293细胞中的EGFP；
图10示出了根据本公开的实施例的自动化Golden Gate DNA组装工作流的Gantt图；
图11A和11B示出了根据本公开的实施例的底物列表；
图12示出了根据本公开的实施例的T7E1测定的结果列表；
图13示出了根据本公开的实施例的流体管理系统；
图14A、14B和14C示出了根据本公开的实施例的与离心机相容的真空歧管；
图15示出了根据本公开的实施例的移液管端；
图16A和16B示出了根据本公开的实施例的分散图案和划线图案；
图16C和16D示出了根据本公开的实施例的另一分散图案和划线图案；
图17A和17B示出了根据本公开的实施例的划线锥体；
图18示出了根据本公开的实施例的自动化离心机处理系统；和
图19示出了根据本公开的实施例的定位系统；
在此公开的本发明的具体设计特征，包括例如具体尺寸、定向、位置和形状，将部分地由特定的预期应用和使用环境确定。
在附图中，附图标记在全部附图中表示本发明的相同或等同的部件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各种实施例，其实例在附图中示出并在下面描述。尽管将结合示范性实施例描述本发明，但是应当理解，本描述并不旨在将本发明限制于那些示范性实施例。相反，本发明旨在不仅覆盖示范性实施例，而且覆盖可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替换、修改、等同物和其它实施例。
如本文所用，在一些实施例中，术语“集合”意指两个或更多个、三个或更多个或四个或更多个。
还应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一工作流可以称为第二工作流，并且类似地，第二工作流可以称为第一工作流。第一工作流和第二工作流都是工作流，但它们不是同一工作流。
本公开中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。如在本发明的说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。还应当理解，这里使用的术语“和/或”是指并涵盖相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有可能的组合。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包含”指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。
为了清楚起见，没有示出和描述在此描述的实施方式的所有常规特征。应当理解，在任何此类实际实施方式的开发中，为了实现设计者的特定目的，例如符合与用例和商业相关的约束，做出许多特定实施方式的决定，并且这些特定目标将从一个实施方式到另一个实施方式以及从一个设计者到另一个设计者变化。此外，应当理解，这样的设计工作可能是复杂和耗时的，但是对于受益于本公开的本领域技术人员来说仍然是常规的工程任务。
如这里所使用的，取决于上下文，术语“如果”可以被解释为表示“何时”或“基于”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于上下文，短语“如果确定了”或“如果检测到[所陈述的条件或事件]”可以被解释为意指“在确定时”或“响应于确定”或“在检测到[所陈述的条件或事件]时”或“响应于检测到[所陈述的条件或事件]”。
在一些实施例中，根据本公开的用于支持自动化工作流的系统和方法获得第一靶标集合并将这些靶标分配给第一未编译工作流类型。此第一未编译工作流类型被配置成产生靶标。此外，第一未编译工作流包含处理模块，处理模块中一每一个进一步与单元操作定义的子集相关联。每个单元操作定义与时间间隔相关联。每个单元操作进一步与仪器的子集相关联。本公开针对第一靶标集合中的每个靶标将第一未编译工作流转译成第一编译工作流的实例。第一编译工作流的实例包含仪器的地址和仪器的执行指令。单元操作被组织成线性时间顺序。
本公开的系统和方法进一步支持获得第二靶标集合并将它们分配给未编译的第二工作流。此未编译的第二工作流可以与未编译的第一工作流相同或不同。未编译的第二工作流被配置成产生第二靶标。未编译的第二工作流与不同于第一未编译工作流的处理模块相关联。第二未编译工作流被转译成用于第二靶标集合中的每个相应靶标的编译的第二工作流的实例。此外，在确定与第一编译工作流中的单元操作的联锁条件时，第二工作流中的单元操作的时间间隔从对应的单元操作定义调整一定量。以这样的方式，可以在执行第一编译工作流中的一个或多个的同时，在相同铸造厂执行第二编译工作流中的一个或多个。实际上，在一些实施例中，第二编译工作流中的两个或更多个与第一编译工作流中的两个或更多个在相同的铸造厂同时执行。
以这样的方式，多个工作流可以以有效的方式在相同的铸造厂运行。尽管已经公开了用于编译两种不同类型的工作流并在同一铸造厂运行它们的机构，但是本公开不限于此。在一些实施例中，通过调整相应工作流中的单元操作的时间间隔以避免联锁条件，三个或更多个、四个或更多个、五个或更多个、十个或更多个、二十个或更多个或者一百个或更多个不同类型的编译工作流的两个或更多个实例在同一铸造厂同时运行。
图1详述了用于支持生物铸造厂中的多个工作流的这种示范性系统11。所述系统优选地包含计算机系统10，其具有：
·中央处理单元(CPU)22；
·用于存储软件和数据的主非易失性(非暂时性)存储单元14，例如硬盘驱动器，存储单元14由存储控制器12控制；
·用于存储系统控制程序、数据和应用程序的系统存储器36，优选地为高速随机存取存储器(RAM)，其包含从非易失性存储单元14加载的程序和数据；系统存储器36还可以包括只读存储器(ROM)；
·用户接口32，其包含一个或多个输入装置(例如，键盘28、鼠标)和显示器26或其它输出装置；
·任选地，用于连接到任何有线或无线通信网络34(例如，诸如互联网的广域网)的网络接口卡20(通信接口)；
·为上述元件供电的电源24；和
·用于使系统的上述元件相互连接的内部总线30。
计算机10的操作主要由操作系统40控制，所述操作系统由中央处理单元22执行。操作系统40可以存储在系统存储器36中。在典型的实施方式中，系统存储器36还包括：
·用于控制对各种文件和数据结构的访问的文件系统42；
·单元操作定义44，其包括用于多个仪器和物理或化学工序赋予由单个仪器进行的有机工程靶标的执行指令；
·仪器46，其包括每个仪器的地址；
·实验室信息管理系统48，其包括用于管理实验室的操作的特征支持模块；
·工程靶标库50，其包含似真的和/或存储的工程靶标的表；
·工作流库52，其包含预定工作流、工作流模板和存储的工作流的表；
·处理模块库54，其包含预定处理模块和存储的处理模块的表；
·调度器56，其帮助管理和组织工作流的操作；和
·编译工作流58，共包含编译工作流的数据。
如图1所示，计算机10包含例如单元操作定义44、工程靶标库50、工作流库52等的数据。此类数据可以存储在任何形式的数据存储系统中，包括但不限于平面文件、关系数据库(SQL)或在线分析处理(OLAP)数据库(MDX和/或其变体)。在一些实施例中，相关联数据被存储在单个数据库中。在其它实施例中，相关联数据也被存储在多个数据库中，所述数据库可以或可以不全部由同一计算机10代管。在此类实施例中，一些组件以及相关联数据被存储在图1未示出但可由广域网34寻址的计算机系统上。
在一些实施例中，图1所示的单元操作定义44以及此类仪器46、工程化靶标库50、工作流库52、处理模块54和相关软件模块的相关联数据在单个计算机(例如计算机10)上，并且在其它实施例中，它们由若干计算机(未示出)代管。实际上，在一个或多个计算机上的单元操作定义44、仪器46、工程化靶标库50、工作流库52、处理模块54和图1中所示的模块的所有可能的排列都在本公开的范围内，只要这些组件可通过计算机网络34或通过其它电子装置相对于彼此寻址。因此，本公开完全涵盖广泛的计算机系统阵列。
现在已经描述了根据本公开的各个示范性实施例的用于支持多个自动化工作流的系统，将公开有关根据图3的一些过程的细节。图3共同示出了根据本公开的示范性实施例的用于支持多个自动化工作流的方法的流程图。在流程图中，方法的优选部分以实线方框示出，而方法的任选变体或方法所使用的任选设备以虚线方框示出。这样，图3示出了用于支持多个自动化工作流的方法。
某些步骤由存储器36中的各种模块执行。将理解，图3中描述的步骤可以在单个模块或模块的任意组合中被编码。
在描述图3的方法时，在许多实施例中描述第一工作流和第二工作流。然而，应当理解，根据本公开，对于集合{1，…，k，…，n}中的每个整数k，其中n是两个或更大的正整数，存在总共n个工作流。另外，n是指给定集合中的最大数目。因此，第k个工作流是n个工作流的集合中的通用工作流。这样，对多个活动工作流的理论限制或瓶颈是给定系统中的多个仪器或给定仪器或仪器类的通量。
参考图3A的框1002-1006，现在将描述用于实现工作流的方法。在包含一个或多个处理器、存储由所述一个或多个处理器执行的一个或多个程序的存储器、控制器(例如，图1的控制器12)、通信接口(例如，图1的通信电路20)、电源(例如，图1的电源24)和一个或多个外围装置(例如，图1的键盘28和显示器26)的第一装置(例如，图1的计算机10)处，所述一个或多个程序单独地或共同地执行给定方法。
在一些实施例中，第一装置与至少一个外部控制服务器或外部数据库服务器通信。在一些实施例中，数据由第一装置保存，所述数据描述工作流和/或所执行的指令的数据。例如，在一些实施例中，数据被导出作为一个或多个制表符界定文件、CSV文件、EXCEL电子表格、GOOGLE表，或者是适用于SQL数据库的形式。另外，这种通信可用于多个目的，包括但不限于与其它系统的第一装置通信，将工作流的数据保存到外部网站服务器或数据库服务器，保存描述仪器的执行指令的数据等。网络的实例包括但不限于万维网(WWW)、内联网和/或无线网络，例如蜂窝电话网络、无线局域网(LAN)和/或城域网(MAN)，以及通过无线通信的其它装置。无线通信任选地使用多种通信标准、协议和技术中的任何一种，包括但不限于全球移动通信系统(GSM)、增强数据GSM环境(EDGE)、高速下行链路分组接入(HSDPA)、高速上行链路分组接入(HSUPA)、演进、纯数据(EV-DO)、HSPA、HSPA+、双小区HSPA(DC-HSPDA)、长期演进(LTE)、近场通信(NFC)、宽带码分多址(W-CDMA)、码分多址接入(CDMA)、时分多址接入(TDMA)、蓝牙、无线保真(Wi-Fi)(例如IEEE 802.11a、IEEE 802.11ac、IEEE 802.11ax、IEEE 802.11b、IEEE 802.11g和/或IEEE 802.11n)、互联网语音协议(VoIP)、Wi-MAX、用于电子邮件的协议(例如，互联网消息访问协议(IMAP)和/或邮局协议(POP))、即时通信(例如，可扩展消息与存在协议(XMPP)、用于即时消息和表示扩展协议的回话发起协议(SIMPLE)、即时消息和存在服务(IMPS))和/或短消息服务(SMS)，或任何合适的通信协议，包括截至本文档(1004、1006)的申请日尚未开发的通信协议。
参考图3A的框1008到1012，所述方法还要求通过一个或多个外围装置(例如图1的键盘28)获得第一多个有机工程靶标。在一些实施例中，例如在生物铸造厂中的自动化工作流，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标是核酸组分的多种试剂。在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标是核酸组分的组合物。例如，在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标是质粒，并且核酸组分是预定的启动子、阻遏物、终止密码子和外显子。在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标是具有不同预定核酸序列的不同预定核酸。在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标是具有不同预定核酸序列的不同预定核糖核酸(mRNA)。在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标是具有不同预定核酸序列的不同预定脱氧核糖核酸(DNA)。在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标是不同的预定聚合物。在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标是不同的预定肽。在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标是不同的预定蛋白质。
在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标包含不同的杂聚物(共聚物)。共聚物是衍生自两种(或多种)单体物质的聚合物，与仅使用一种单体的均聚物相反。共聚是指用于化学合成共聚物的方法。共聚物的实例包括但不限于ABS塑料、SBR、丁腈橡胶、苯乙烯-丙烯腈、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)和乙烯-乙酸乙烯酯。由于共聚物由至少两种类型的组成单元(也是结构单元或颗粒)组成，因此共聚物可以基于这些单元如何沿链排列来分类。这些包括具有规则交替的A和B单元的交替共聚物。参见例如Jenkins,1996,“高分子科学基本术语表(Glossary of Basic Terms in PolymerScience)”,《纯粹与应用化学(Pure Appl.Chem.)》68(12):2287-2311，其在此全部以引用的方式并入本文中。共聚物的额外实例是具有以重复序列排列的A和B单元的周期性共聚物(例如，(A-B-A-B-B-A-A-A-A-B-B-B)n)。共聚物的额外实例是统计共聚物，其中共聚物中单体残基的序列遵循统计规则。如果在链中的特定点处发现给定类型单体残基的概率等于链中该单体残基的摩尔分数，那么所述聚合物可称为真正的无规共聚物。参见例如Painter,1997,《高分子科学基础(Fundamentals of Polymer Science)》,CRC出版社,1997,第14页，其在此全部以引用的方式并入本文中。可使用所公开的系统和方法来评估的共聚物的其它实例是包含通过共价键连接的两个或更多个均聚物亚基的嵌段共聚物。均聚物亚基的结合可能需要中间非重复亚基，称为连接嵌段。具有两个或三个不同嵌段的嵌段共聚物分别称作二嵌段共聚物和三嵌段共聚物。
在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标包含多个聚合物，其中所述多个聚合物中的相应聚合物并不都具有相同的分子量。在这些实施例中，多种聚合物中的聚合物落入具有对应链长分布的重量范围内。在一些实施例中，聚合物是支化聚合物分子系统，其包含具有一个或多个取代基侧链或支链的主链。支化聚合物的类型包括但不限于星形聚合物、梳形聚合物、刷状聚合物、枝化聚合物、梯状聚合物和树枝状聚合物。参见，例如，Rubinstein等人,2003,《高分子物理学(Polymer Physics)》,牛津大学；纽约：牛津大学出版社,第6页，其在此全部以引用的方式并入本文中。
在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标包含多肽。如本文所用，术语“多肽”是指通过肽键连接的两个或更多个氨基酸或残基。术语“多肽”和“蛋白质”在本文中可互换使用并包括寡肽和肽。“氨基酸”、“残基”或“肽”是指本领域已知的蛋白质的二十个标准结构单元中的任一个，其包括亚氨基酸，如脯氨酸和羟脯氨酸。氨基酸异构体的命名可以包括D、L、R和S。氨基酸的定义包括非天然氨基酸。因此，硒代半胱氨酸、吡咯赖氨酸、羊毛硫氨酸、2-氨基异丁酸、γ-氨基丁酸、脱氢丙氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸和高半胱氨酸都被认为是氨基酸。氨基酸的其它变体或类似物是本领域已知的。因此，多肽可以包括合成的模拟肽结构，例如类肽。参见Simon等人，1992，《美国国家科学院院报(Proceedings ofthe National Academy of Sciences USA)》，89，9367，其在此全部以引用的方式并入本文中。还参见Chin等人，2003，《科学(Science)》301，964；和Chin等人，2003，《化学与生物学(Chemistry&Biology)》10，511，其中每一个在此全部以引用的方式并入本文中。
在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标包含具有任意数目的转译后修饰的多肽。因此，多肽包括通过酰化、烷基化、酰胺化、生物素化、甲酰化、γ-羧化、谷氨酰化、糖苷化、糖基化、羟基化、碘化、异戊二烯化、脂化、辅因子添加(例如血红素、黄素、金属等的辅因子添加)、核苷及其衍生物的添加、氧化、还原、聚乙二醇化、磷脂酰肌醇添加、磷酸泛酰巯基乙胺化、磷酸化、焦谷氨酸盐形成、外消旋化、通过tRNA添加氨基酸(例如精氨酰化)、硫酸化、硒化、ISG化、SUMO化、泛素化、化学修饰(例如瓜氨酸化和脱酰胺化)以及使用其它酶(例如，蛋白酶、磷酸酶和激酶)的处理。其它类型的转译后修饰是本领域已知的，并且也包括在内。
在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标包含有机金属配合物。有机金属配合物是在碳和金属之间含有键的化合物。在一些情况下，有机金属化合物的区别在于前缀“有机”，例如有机钯化合物。这种有机金属化合物的实例包括所有含有锂和铜的吉尔曼试剂。四羰基镍和二茂铁是含有过渡金属的有机金属化合物的实例。其它实例包括有机镁化合物，例如碘代(甲基)镁MeMgI、二乙基镁(Et2Mg)和所有格氏试剂；如正丁基锂(n-BuLi)的有机锂化合物，如二乙基锌(Et2Zn)和氯代(乙氧基羰基甲基)锌(ClZnCH2C(＝O)OEt)的有机锌化合物；和如二甲基铜酸锂(Li+[CuMe2]–)的有机铜化合物。除了传统的金属、镧系元素、锕系元素和半金属以外，如硼、硅、砷和硒的元素被认为形成有机金属化合物，例如有机硼烷化合物如三乙基硼烷(Et3B)。
在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标包含两种不同类型的聚合物，例如与多肽结合的核酸。在一些实施例中，聚合物包括两个彼此结合的多肽。在一些实施例中，所研究的聚合物包括一种或多种金属离子(例如具有一个或多个锌原子的金属蛋白酶)和/或与一种或多种有机小分子(例如抑制剂)结合。在这种情况下，金属离子和或有机小分子可以表示为表示天然聚合物的{p1,…,pK}粒子集合中的一个或多个附加粒子。
在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标包含蛋白质。蛋白质的基本结构元素是本领域公知的。非末端氨基酸通常具有结构-NH-CαHR-CO-，其中R表示本领域已知的氨基酸侧链。不在侧链中的原子(如N、Cα、Co和O)代表主链原子。侧链的原子，特别是侧链的杂原子被称为“末端”原子。因此，例如，末端原子包括丙氨酸中的Cβ、半胱氨酸中的Sγ和色氨酸中的Nε1和Cη1。这样的末端原子可以是独特的。C-α或Cα是每个氨基酸中心的碳原子。蛋白质主链包括N、C-α、C和O原子。蛋白质的主链二面角称为
Figure BDA0002914769720000221
(
Figure BDA0002914769720000222
涉及主链原子C'-N-Cα-C')，(ψ，涉及主链原子N-Cα-C'-N)和ω(ω，涉及主链原子Cα-C'-N-Cα)。因此，控制C'-C'距离，ψ控制N-N距离，并且ω控制Cα-Cα距离。肽键的平面性通常限制ω为180°(典型的反式情况)或0°(罕见的顺式情况)。侧链二面角倾向于在180°、60°和-60°附近成簇，这被称为反式、高切+和高切-构象。侧链二面角的选择受相邻主链和侧链二面角的影响。拉氏图(Ramachandran、Ramakrishnan和Sasisekharan 1963)是立体化学允许的蛋白质主链几何形状作为其可变扭转角的函数的表示。
描述蛋白质结构的水平不同。一级结构是指构成多肽链的氨基酸的线性序列。两个氨基酸之间的键是肽键。氨基酸序列决定不同R基团相对于彼此的定位。这种定位决定蛋白质折叠的方式和分子的最终结构。蛋白质分子的二级结构是指形成多肽链的规则模式的扭曲或扭结。规则性是由于在多肽链的氨基酸主链的原子之间形成氢键。两种最常见类型的二级结构被称为“α-螺旋”和“β-折叠片”。三级结构是指通过多肽链的弯曲和扭曲形成的三维球状结构。该过程通常意味着氨基酸的线性序列被折叠成紧凑的球状结构。多肽链的折叠通过多重弱非共价相互作用而稳定化。这些相互作用包括氢键、静电相互作用、疏水相互作用，以及有时是共价键。四级结构是指一些蛋白质含有一条以上多肽链的事实，增加了额外水平的结构组织：多肽链的结合。蛋白质中的每条多肽链被称为亚基。亚基可以是相同的多肽链或不同的多肽链。例如，酶β-半乳糖苷酶是四聚体，意味着它由四个亚基组成，并且在这种情况下，亚基是相同的－每个多肽链具有相同的氨基酸序列。血红蛋白，即血液中的氧载蛋白，也是四聚体，但它由一种类型(141个氨基酸)和两种不同类型(146个氨基酸)的两条多肽链组成。
在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标包含满足五个标准的Lipinski规则的化合物。在一些实施例中，所述化合物是有机化合物，其满足Lipinski五规则中的两条或更多条规则、三条或更多条规则，或所有四条规则：(i)不超过五个氢键供体(例如，OH和NH基团)，(ii)不超过十个氢键受体(例如，N和O)，(iii)分子量低于500道尔顿，和(iv)LogP低于5。所谓“五规则”是因为四个标准中有三个涉及数字五。参见Lipsinski,1997,《先进药物输送评论(Adv.Drug Del.Rev.)》23,3，其在此全部以引用的方式并入本文中。在一些实施例中，有机工程靶标满足除了Lipinski五规则之外的一个或多个标准。例如，在一些实施例中，测试扰动是具有五个或更少的芳环、四个或更少的芳环、三个或更少的芳环或两个或更少的芳环的化合物。
因此，在生物工程的背景下，有机工程靶标是定义要实现的所需生物特性的研究和开发项目的目标之一。有机工程靶标可以是定量的或定性的。例如，在一个实施例中，有机工程靶标可以是生物合成途径的遗传构型，其产生比目前水平更多的感兴趣化合物。在另一个实施例中，所述有机工程靶标是对抑制剂具有超过Xmg/L的耐受性的微生物宿主的遗传构型。另外，在一些实施例中，有机工程靶标是多核苷酸或核酸序列。术语“多核苷酸”和“核酸序列”可互换地指如本领域技术人员所理解的由核苷酸单元组成的聚合物。优选的核苷酸单元包括但不限于包含腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)和尿嘧啶(U)的那些核苷酸单元。有用的修饰核苷酸单元包括但不限于包含4-乙酰胞嘧啶核苷、5-(羧基羟甲基)尿苷、2-O-甲基胞苷、5-羧甲基氨甲基-2-硫代尿苷、5-羧甲基氨基-甲基尿苷、二氢尿苷、2-O-甲基假尿苷、2-O-甲基鸟苷、肌苷、N6-异戊基腺苷、1-甲基腺苷、1-甲基假尿苷、1-甲基鸟苷、1-甲基肌苷、2,2-二甲基鸟苷、2-甲基腺苷、2-甲基鸟苷、3-甲基胞啶、5-甲基胞啶、N6-甲基腺苷、7-甲基鸟苷、5-甲基氨甲基、5-甲氧基氨甲基-2-硫代尿苷、5-甲氧基尿苷、5-甲氧基羰甲基-2-硫代尿苷、5-甲氧基羰甲基尿苷、2-甲硫基-N6-异戊基腺苷、尿苷-5-羟乙酸-甲酯、尿苷-5-羟乙酸、怀丁氧苷(wybutoxosine)、怀丁苷、假尿苷、辫苷(queosine)、2-巯基胞苷、5-甲基-2-硫代尿苷、2-硫代尿苷、4-硫代尿苷、5-甲基尿苷、2-O-甲基-5-甲基尿苷、2-O-甲基尿苷等。多核苷酸包括天然存在的核酸，如脱氧核糖核酸(“DNA”)和核糖核酸(“RNA”)，以及核酸类似物。核酸类似物包括那些包括非天然存在的碱基、与除天然存在的磷酸二酯键以外的其它核苷酸连接的核苷酸，或包括通过除磷酸二酯键以外的键连接的碱基的核酸类似物。因此，核苷酸类似物包括，例如但不限于，硫代磷酸酯、二硫代磷酸酯、磷酸三酯、氨基磷酸酯、硼烷磷酸酯、甲基膦酸酯、手性甲基膦酸酯、2-O-甲基核糖核苷酸、肽-核酸(PNA)等。
此外，在一些实施例中，有机工程靶标是指可以使用本文所描述的多核苷酸组装方法组装在一起形成“工程化核酸结构体”的多核苷酸序列。“组分多核苷酸”在本文中也称为“位”，是指任何分离的或可分离的DNA分子。有用的实例包括但不限于蛋白质编码序列、报道基因、荧光标记编码序列、启动子、增强子、终止子、内含子、外显子、聚-A尾、多克隆位点、核定位信号、mRNA稳定信号、选择标记、整合基因座、表位标签编码序列、降解信号或任何其它天然存在的或合成的DNA分子。在一些实施例中，DNA片段是天然来源的。或者，DNA片段可以完全是在体外产生的合成来源。此外，DNA片段可包含分离的天然存在的DNA分子的任何组合，或分离的天然存在的DNA分子和合成DNA分子的任何组合。例如，DNA片段可包含与蛋白质编码序列有效连接的异源启动子、与聚-A尾连接的蛋白质编码序列、与表位标签编码序列框内连接的蛋白质编码序列等。下文(1008、1010、1012)描述了各种有机工程靶标的工作实例。
参考图3A的框1014，在选择第一多个工程靶标之后，所述方法包括将第一多个有机工程靶标分配给第一未编译工作流。通常，工作流是包括一系列单元操作以实现工程靶标的通用实验室过程。工作流可以应用于具有不同参数集的不同样品或有机工程靶标批次。第一未编译工作流被配置成产生第一多个有机工程靶标，并且第一未编译工作流与多个处理模块中的处理模块的第一子集相关联。处理模块是由一系列单元操作组成的通用实验室过程。在大多数情况下，处理模块通常在工作流中执行并由研究项目共享。当开发工作流时，可以从库(例如，处理模块库54)调用处理模块，并且利用适当的参数集来配置处理模块，以简化和标准化编程实践。可以嵌套处理模块以形成复杂的工作流。例如，参考图6A，示范性进化工程工作流与包括细胞培养和样品的处理模块的子集相关联，而库筛选工作流与标准化、转化、细胞培养和样品处理模块相关联。多个处理模块中的每个相应处理模块与多个单元操作定义中的单元操作定义的不同子集相关联。多个单元操作定义中的每个相应单元操作定义独立地与对应的时间间隔相关联，并且多个单元操作中的每个相应单元操作定义独立地与多个仪器中仪器的第一子集相关联。在生物工程中，单元操作是实验室过程中的基本步骤。单元操作涉及由单个仪器对样品进行的物理或化学工序。在调度中，单元操作或动作是最大的不可分离的单元，其可以由微步骤的序列组成(例如，在这些微步骤中不能削减其它工序或延迟)。如图6A所示，示范性处理模块“标准化”包括单元操作移液，而处理模块“DNA定量”包括单元操作“分光光度测定”和“移液”(1014)。
仪器的子集包括但不限于执行单元操作的系统和/或装置。例如，参考图18，在一些实施例中，仪器的子集包括自动化离心机处理系统1800。自动离心机处理系统1800包括操作所述系统的各种仪器并处理样品的机械臂。
在一些实施例中，机械臂是笛卡尔机械臂。在一些实施例中，机械臂是关节型机械臂，包括四轴机械臂、五轴机械臂、六轴机械臂和七轴机械臂。例如，在一些实施例中，机械臂是Kuka KR 3 R540 AGILUS机械臂或Kuka KR 1000 titan F机械臂。在一些实施例中，机械臂是选择性柔度组装机械臂(SCARA)。在一些实施例中，机械臂是前述的运输装置。在一些实施例中，机械臂是传送带、线性传送台、台架或升降机。
机械臂1802将样品从存储装置1804转移到多孔板或类似装置，所述多孔板或类似装置由离心机1818使用，例如小瓶、瓶子、螺旋盖管、搭扣盖管、开口管、翻转盖管等。一旦多孔板或在一些实施例中多个多孔板被填充，就确定每个多孔板的质量。在一些实施例中，这些多孔板形成第一多孔板集合(例如，离心机的第一操作的多孔板)。多孔板集合中的多孔板的数目由离心机1818的类型和大小决定。例如，在一些实施例中，离心机被配置成保持一个多孔板，被配置成保持两组多孔板、三组多孔板、四组多孔板、五组多孔板等。多孔板的数目和多孔板的类型取决于本公开中使用的离心机类型。因此，在一些实施例中，多孔板是6孔板、12孔板、24孔板、48孔板、96孔板、384孔板或1536孔板。类似地，在一些实施例中，这些板形成有U形底端部分、V形底端部分或平坦形底端部分。例如，在一些实施例中，多孔板是Fisherbrand 96孔板第N95029340FP号；Thermo Fisher Scientific Nunc U96微孔板，PS；Thermo Fisher Scientific Nunc V96微孔板，透明、PS；CELLTREAT 96孔未处理微板，F-底部，透明、无菌；iSci d75-712微板；或Corning 3370板，96孔、PS、扁平、100/cs、透明。然而，本公开不限于此。
本公开的离心机包括但不限于小型台式离心机、微型离心机(例如微离心机)、高速离心机或超速离心机。在一些实施例中，离心机是Eppendorf 5430离心机R、Eppendorf5920 R离心机、Jouan Robotics GR4 Auto离心机或Thermo Fisher Scientific HeraeusMultifuge X3系列离心机。然而，本公开不限于此。
每个多孔板具有对应的平衡块1814，其确保离心机1818在操作期间是稳定的。在没有人为干预的情况下，将每个平衡块1814的质量调整为等于对应多孔板的质量。这种调整是通过将流体(例如，水、矿物油、水溶液、有机溶液等)经泵1810从容器1806泵送到平衡块1814来实现的，所述容器包括压力调节器1808，或者在一些实施例中包括空气入口。在一些实施例中，泵1808是虹吸管。连接到泵上的是喷嘴，所述喷嘴或者将流体从容器1806分配到平衡块1814，或者将流体从平衡块1814抽取到容器1806。在一些实施例中，每个平衡块1814的底端部分形成有斜坡以允许容器1806的流体汇集在平衡块1814中。流体在平衡块1814中的汇集确保了整个流体可以从平衡块中完全去除。在一些实施例中，斜坡被形成为V形、U形或斜面。此外，在一些实施例中，每个平衡块1814被配置成具有相对低的空质量(例如，几克)，以允许在确定平衡块的质量时具有更高的准确度和精度，同时使移动平衡块所需的能量消耗最小化。每个平衡块具有高的内部体积或容量，以确保可以在其中添加足够的质量，并且具有对离心作用的高容差，以确保平衡块在离心机中工作后仍然存在。
在一些实施例中，多孔板和对应的平衡块1814安置在天平1816或秤上，以确保多孔板和对应的平衡块1814的质量相等。这也确保了同时进行测量。同样，在一些实施例中，使用秤1816测定多孔板的质量并存储以备后用。多孔板通过机械臂1802置于离心机1818中。然后由秤1816确定对应平衡块的质量，并根据多孔板的所存储质量进行调节。在一些实施例中，对应的平衡块的质量被存储以备后用，使得在离心机的后续操作中平衡块的质量的调整不需要那么多的调整(例如，调整先前的20g至21g的质量而不是调整0g至21g的质量)。一旦多孔板的质量和对应的平衡块1814的质量相等，并且两个装置都设置在离心机1818中，就操作离心机。
在一些实施例中，在用第一多孔板集合和对应的平衡块1814操作离心机1818之后，相应地制备第二多孔板集合。在一些实施例中，第二多孔板集合是预先消毒的第一多孔板集合。测定该第二集合中每个多孔板的质量，并根据第一多孔板集合的上述描述(例如，同时或连续测定)测定对应平衡块1814的质量。因此，本公开的所使用的自动化离心机系统能够使离心机1818在没有人为干预的情况下完全操作(例如，生产多孔板并确定和调整平衡块的质量)。
工作流可以包括用于途径构建、表达微调、基因组编辑和细胞适应的过程，但是本公开不限于此。其它工作流包括克隆、进化有机工程、基因组有机工程、基因分型、库筛选、途径构建和蛋白质有机工程(1016)。
处理模块的实例包括但不限于细胞培养、DNA组装、DNA纯化、DNA定量、标准化、聚合酶链式反应(PCR)、样品制备、取样、样品分析、蛋白质提取和转化；然而，本公开不限于此。例如，在其它实施例中，如外科病理学系统或毒理学系统，处理模块可以在系统之间变化(1018、1020)。
单元操作的实例包括但不限于离心、冷冻培育、加热培育、磁性分离、剥离、移液、分配、密封、振荡培育、分光光度测定、色谱、质谱、显微成像、电泳、电穿孔、克隆分离、集落选择和热循环。其它单元操作包括冷冻、纯化、加热、低温存储、超声处理、研磨、消毒等(1022、1024)。
仪器是在自动化系统中执行一个或多个特定功能的装置。在大多数情况下，仪器是对样品或有机工程靶标进行一个或多个单元操作的装置。仪器的实例包括但不限于离心机、珀尔帖(Peltier)温度控制器、培养箱、振荡培养箱、磁分离器、剥离器、液体处理机器人、分配器、密封器、读板器、液相色谱系统、气相色谱系统、质谱系统、显微镜、电泳装置、电穿孔装置、克隆分离装置、克隆选择装置和热循环仪。图6B描述了示范性单元操作和多个仪器之间的关系。其它仪器包括但不限于通风橱、手套箱、稳定室、消毒器、研磨机、燃烧器、水浴、冷却器和在科学实验室和生物铸造厂中发现的类似仪器(1026、1028)。
例如，参考图13，在一些实施例中，仪器包括试剂处理装置1300。本公开的试剂处理装置1300被配置成长期存储和分配多种试剂(例如液体和/或气体试剂)。例如，如果试剂是蜂蜜，其具有无限的有效期，那么试剂处理装置可以存储和分配蜂蜜，只要有电源提供给机器人1300。
图13的试剂处理装置1300包括主开关1302(例如，主阀)，其被配置成机器人的主控制。试剂处理装置1300的控制通过一个或多个泵(例如，多个单独的泵、多通道泵或其组合)进行，其允许控制分配循环和消毒循环。主开关1302被以编程方式控制以允许机器人1300在工作流中自动操作。然而，在一些实施例中，手动控制主开关1302和/或主开关1302是多个选择性阀。在一些实施例中，主开关1302包括至少第一端口1302-1和第二端口1302-2，它们是专用于试剂处理装置1300的各种循环的专用端口，这将在下面更详细地描述。
分配循环包括分配歧管1310和试剂容器部分。分配歧管1310的入口联接到主开关1302的出口，允许试剂从试剂容器部分流动或横移到分配歧管。分配歧管1310的出口被联接到一个或多个分配器1312。本图示描述了六个分配器(例如，分配器1312-1、分配器1312-2、…、分配器1312-6)。然而，本公开不限于此。例如，在一些实施例中，试剂和试剂处理装置1300的分配器1312之间存在一对一的关系。在一些实施例中，存在多个分配器1312，以允许通过专用分配器1312分配每种试剂及其组合。
此外，在本图示中，存在从主开关到分配歧管的一个连接。在一些实施例中，从主开关到分配歧管有多个连接。用于到分配歧管1302的专用连接的多个连接件，用于试剂处理装置1300被配置成分配的每种试剂。试剂处理装置1300的每个联接或连接件是允许其中试剂无菌的管道。在一些实施例中，这些连接件是可移除的。
试剂容器部分包括各种试剂容器1304(例如，试剂容器1304-1、试剂容器1304-2、…、试剂容器1304-6、…试剂容器1304-i)，每个试剂容器存储唯一的试剂。在一些实施例中，试剂容器由无菌材料形成，与外部环境密封，抵抗电磁辐射(例如，紫外光、可见光、红外光等)或其组合。此外，没有最大或最小数量的试剂容器1304可由试剂处理装置1300使用，因为机器人被配置成存储和分配任何数量的试剂。
在一些实施例中，每个试剂容器1304联接到压力调节器1316。压力调节器1316允许控制试剂容器内的压力，以便增加试剂容器的压力或降低压力。试剂容器1304内的压力控制使内部试剂能够被空气或其它流体置换。在一些实施例中，压力调节器1316包括防止试剂容器1304污染的空气过滤器。应适当地选择空气过滤器，以防止微生物和微粒污染物进入试剂容器。在一些实施例中，压力调节器1316包括止回阀，所述止回阀防止试剂容器1304中的试剂蒸发和/或蒸汽释放。此外，每个试剂容器1304都联接到阀1314上(例如，选择阀)，所述阀控制材料流入/流出试剂容器和主阀1302或清洗歧管1308。
消毒循环包括清洗歧管1308和消毒容器1306。清洗歧管1308控制消毒流体从消毒容器1306到每个试剂容器1304的流动。在一些实施例中，消毒容器是专用于存储消毒流体的试剂容器1304。消毒液包括液体化学消毒剂、消毒水(例如，高含量消毒水)、蒸馏水、清洁剂和类似的清洁溶液如缓冲液。在一些实施例中，消毒流体是热消毒的流体，例如蒸汽。在一些实施例中，消毒流体是低温气体、蒸汽或等离子体。消毒容器1306以与试剂容器1306相似的方式配置，其中阀1314和压力调节器1316联接到其上。
在描述液体处理机器人1300的循环时，阀1314的第一位置，以下称为“P1”，是指阀位置1314-P1，如由图13的示范性试剂容器1304-5示出和描述的；阀1314的第二位置，以下称为“P2”，是指阀位置1314-P2，如由图13的示范性试剂容器1304-5示出和描述的；阀的第三位置，以下称为“P3”，是指阀位置1314-P3，如由图13的示范性试剂容器1304-5示出和描述的。
在一些实施例中，消毒循环是两部分循环(例如，第一消毒循环和第二消毒循环)。第一循环被配置成对试剂处理装置1300的需要或先前需要注意(例如，修理或更换)的选定部分进行消毒，而第二循环被配置成在机器人的自动使用期间对试剂处理装置的部分进行消毒。
在一些实施例中，第二循环被配置成对试剂处理装置1300的最近分配或启动的选定部分进行消毒，并用空气、气体、蒸馏水或类似介质净化试剂处理装置1300的选定部分。
在描述液体处理机器人1300的循环时，阀1314的第一位置，以下称为“P1”，是指阀位置1314-P1，如由图13的示范性试剂容器1304-5示出和描述的；阀1314的第二位置，以下称为“P2”，是指阀位置1314-P2，如由图13的示范性试剂容器1304-5示出和描述的；阀的第三位置，以下称为“P3”，是指阀位置1314-P3，如由图13的示范性试剂容器1304-5示出和描述的。
第一消毒循环(例如，初始消毒循环)通过选择试剂处理装置1300的一部分(例如，试剂容器1304-5)来消毒而进行。将主阀1302切换到所选试剂容器，将所选试剂容器1304的阀1314切换到P1和P2(例如，P1打开，P2打开，P3关闭)，并将选择消毒容器1306的阀1314切换到P2和P3。该第一消毒循环部分地允许将不同量的消毒流体分配到各种分配器1312，从消毒容器1306通过清洗歧管1308到选择的试剂容器1304。
通过将主阀1302切换到第二端口1302-2来进行第二消毒循环(例如，自动消毒循环)。该第二消毒循环部分地允许将不同量的消毒流体分配到各种分配器1312，从消毒容器1306通过清洗歧管1308到选定的分配器1304。为了净化主阀1302和分配器1312，主阀切换到端口一1302-1，其允许气体或空气被泵送通过系统的部分。
通过将每个试剂容器1304切换到P1和P3来进行分配循环。主阀1302切换到选定的试剂容器1304，其允许材料从选定的试剂容器流到预定的分配器1312。
参考图14，在一些实施例中，仪器包括与离心机相容的真空歧管1400。与离心机相容的真空歧管驱动流体通过树脂或过滤柱。如图14所示，在一些实施例中，离心机真空歧管1400包括密封歧管1400的一部分(例如，顶端部分)的板状垫圈1402。歧管1400还包括通道塞1404，其控制和防止流体流出歧管的容器主体1406。容器主体包括形成在其中的一个或多个流体通道，其引导流体流向通道塞1404。在一些实施例中，流体通道在容器主体1406的底面上形成有倾斜的斜坡，以帮助流体流动。容器主体1406的通道被配置成使容器主体1406的第一开口位于容器主体的最低点处，使一个或多个通道的至少一部分位于比容器主体的最低点高的点处，并且使容器主体1406的外侧部分处的第二开口与外部真空相连。此外，真空联接器垫圈1408联接到歧管1400以对外部真空密封歧管，外部真空搁置在真空嵌套1410中。接着，真空可移除地联接到歧管1400，并且支撑或联接到外部真空。在一些实施例中，歧管1400被配置成具有根据生物分子筛选学会(SBS)的指南的覆盖区。ANSI SLAS 1-2004(R2012)，其在此全部以引用的方式并入本文中。此外，在一些实施例中，歧管1400被配置成具有低轮廓，以便将歧管装配到各种离心机和分配器中。低轮廓允许歧管1400联接到离心机，所述离心机可以具有附接到其上的柱阵列。在一些实施例中，真空垫圈1408和真空嵌套1410具有倒角的和/或圆角的边界部分，以能够配合和定位容器主体1406。如前所述，仪器及其组件的倒角和/或填充的边界部分是优选的，以便允许自动化机器人将托盘、多孔板、样品等装配到仪器中，而不会产生硬碰撞。例如，如果托盘被误配0.1mm，并且圆角的半径大于该未对准，那么托盘将遵循圆角的曲线并装配到容器中。此外，在一些实施例中，真空垫圈1408和真空嵌套1410可拆卸地联接到容器主体1406。在一些实施例中，歧管1400的每个部件可拆卸地连接，使得整个歧管可以拆卸为其组成部件。因此，本公开的与离心机相容的真空歧管1400可由机械臂(例如，图18的机械臂1802、图19的机械臂1902)操作，用作真空歧管，并且存储从柱阵列滴落的任何流体，直到施加真空。
参考图15到17，在一些实施例中，仪器包括克隆分离装置，其允许自动微生物培养物生成。如图15所示，利用移液管1500以交替方式吸取蒸馏水1502或类似的缓冲液或稀释介质，以及空气1504或类似的气体或介质。根据本公开的设计，这些备选期望被重复预定次数。例如，在一些实施例中，总共有五次交替、十次交替、二十次交替或五十次交替。在一些实施例中，每次抽吸的量是均匀的(例如，抽吸量1502-1等于抽吸量1504-1，其等于抽吸量1502-2等)。在一些实施例中，每种类型的抽吸的量是均匀的(例如，抽吸量1502-1等于抽吸量1502-2，其等于抽吸量1502-3等)。此外，在一些实施例中，每次抽吸的量是不均匀的(例如，抽吸量1502-1不等于抽吸量1504-1或抽吸量1502-2，其不等于抽吸量1502-3等)。一旦抽取空气1504-i的最终抽吸，则抽吸稀释剂1502-Z的最终部分。但是，本发明不限于此，因为在一些实施例中省略了最终抽吸1502-Z。最后，抽吸细胞培养物1506。
参考图16，一旦移液管1500的内容物被完全吸出，内容物就被逐渐分配到细胞培养基1602中(例如，培养皿)。分配方向由图16A和图16B的箭头1604指示。在一些实施例中，分配方向是线、预定曲线(例如，正弦曲线、抛物线、三次函数等)或一系列曲线(例如，与线性线耦合的抛物线函数)。在分配移液管1500的内容物时，稀释剂1502、空气1504和细胞培养物1506表现出活塞流。然而，本公开不限于此，因为本领域技术人员可知，在分配移液管1500的内容物期间表现出其它流动类型。在一些实施例中，分配的内容物的密度随着内容物被分配而减小，使得初始分配区域具有高密度，而最终分配区域具有低密度。类似地，在一些实施例中，初始分配区域具有较低密度，而最终分配区域具有高密度。
参考图17，划线锥体1700通过划线锥体的联接部分1706联接到移液管1500或类似装置。在一些实施例中，联接部分1706包括空腔1708，所述空腔被配置成接收移液管1500。划线锥体1700或与其联接的装置(例如移液管1500)接着以连续运动从第一位置移动到第二位置。在一些实施例中，划线锥体以第一连续运动从第一位置移动到第二位置，然后以第二连续运动从第三位置移动到第四位置。图16B和图16D示出了根据本公开实施例的划线锥体1700的各种螺旋连续运动。然而，本发明不限于此。例如，在一些实施例中，以同心图案(例如，同心圆、同心矩形、同心三角形)或以阵列(例如，线阵列、圆阵列等)进行划线。划线锥体的连续运动被配置成使用划线锥体的尖端1702散布移液管1500的所分配内容物。划线锥体的尖端1702可以设计成促进细胞培养物的各种扩散的各种形状。此外，在一些实施例中，划线锥体1700包括允许在划线锥体的垂直轴上运动的弹性或柔性部分1704。在本图示中，柔性部分1704形成为弹簧类型。然而，在一些实施例中，柔性部分1704形成为阻尼器或类似的能量吸收装置。因此，本公开的克隆分离装置能够实现全范围的稀释比，这保证了多个单菌落的生成。
在一些实施例中，第一装置与联接到多个仪器的用于从多个仪器接收样品并将样品返回到多个仪器的至少一个运输路径进行电子通信。运输路径用于将样品或有机工程靶标从仪器、单元操作或处理模块转移到另一仪器、单元操作和/或处理模块。在许多实施例中，运输路径允许给定的样品或有机工程靶标在实验室中横穿过三维而无需人力输入。在许多实施例中，运输路径是系统中的净容积，运输装置可以无阻碍地操作所述净容积。运输路径可以包含多通道路径或路径网格(1030)。
在许多实施例中，运输路径包含被配置成围绕运输路径移动的至少一个运输装置。物理存储介质或缓冲器安置在至少一个运输装置上。缓冲区被配置成临时保持样品或有机工程靶标，以释放或允许系统中的额外操作。例如，当样品需要安置在培养箱中，但是所述培养箱被占用10分钟并且所述样品先前安置的仪器需要被另一第二样品立即使用时，可以将原始样品临时安置在缓冲液中以释放仪器或运输装置的臂以供进一步使用。在许多实施例中，至少一个运输装置包含机械臂、地面车辆、摩擦减小的正射多车道管道、无人驾驶飞机、传送带、转运站、升降梯、起重机、升降机或其组合。本公开不限于此，并且本公开所属领域的技术人员可利用许多类型的运输装置。在许多实施例中，至少一个运输装置包含液体处理机器人。在这样的实施例中，典型的运输装置构造需要作为一般运输装置的第一运输装置和作为液体处理机器人的第二运输装置。运输装置可以利用串联或并联路线，以及串联和并联处理路线的组合路线选择。这些组合可以通过单元操作和/或仪器之间的优化的灵活路线选择来减少行进时间。另外，运输装置和运输路径应被配置成减小摩擦，从而使操作力最小化，以增加运输的平稳性。这降低了样品滴落、溢出、交叉污染等的风险。(1032、1034、1036)。
所述方法进一步需要针对第一多个有机工程靶标中的每个相应有机工程靶标，将第一未编译工作流转译成相应有机工程靶标的编译的第一工作流的对应实例。通常，未编译工作流是在获得特定样品输入之前的工作流。编译工作流的实例是所述工作流的多次迭代中的工作流的单次迭代(1038)。
在一些实施例中，例如生物铸造厂，在编译的第一工作流的多个实例中的每个相应编译工作流是通过P2A自切割序列以单一转录本格式合成和表达一对TALEN的方案(1040)。
在此类实施例中，至少400对TALEN以24小时的时间间隔表达。然而，本公开不限于此。在一些实施例中，至少200对TALEN以24小时时间间隔间隔表达，而在另一个实施例中，至少600对TALEN以24小时的时间间隔表达。完成的工作流或表达的有机工程靶标的确切数目可以根据环境、工作流和系统条件的数目而变化(1042)。
在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的第一有机工程靶标被转换成第一未编译工作流的一个或多个第一输入。例如，当第一有机工程靶标是最终目标或期望的输出，例如盐(NaCl)时，工程靶标被转换成该输出的试剂成分，例如钠(Na)和氯(Cl)(1044)。
在一些实施例中，第一有机工程靶标是第一核酸的合成，并且第一未编译工作流的一个或多个第一输入是用于合成第一核酸的核酸碱基集合(1046)。
在一些实施例中，第一未编译工作流包括分支条件、循环条件或嵌套条件，并且转译基于与分支条件、循环条件或嵌套条件相关联的值来解析分支条件、循环条件或嵌套条件，以便形成第一多个单元操作的线性时间顺序。在一些实施例中，循环条件是退出循环的逻辑标准。在一些实施例中，分支条件是确定程序在分叉处继续的分支的逻辑准则。逻辑条件通常需要来自实验或工作流本身的输入。例如，在处理模块A中运行一个样品批次之后，当所有测量超过阈值X时，则执行分支N。(1048)。
仪器的第一子集中的每个相应仪器包括相应仪器的地址和用于相应仪器的一个或多个执行指令。仪器执行指令至少是在单元操作、处理模块和工作流的编程中使用的参数集。仪器执行指令集是机器的配置和工艺条件。此类机器配置和工艺条件包括但不限于调整机器的每分钟转数(RPM)，将机器的状态在ON和OFF之间变化等。仪器执行指令的另一种解释是定义处理样品的工序的工作流中单元操作的逻辑依赖(1050)。
例如，仪器可执行指令可以包括但不限于：
·使用样品ID A-Z的参数集1运行单元操作1
·使用样品ID A-Z的参数集2运行处理模块1
·如果来自处理模块1的结果≥阈值1，则
·使用样品ID A-Z的参数集3运行处理模块2
·否则
·使用样品ID A-Z的参数集4运行处理模块3
仪器执行指令可以被解释为特定值或者协调指令，例如：
·参数集1到n
·样品1到n
·阈值1到n
另外，仪器执行指令可被解释为过程中的依赖性，例如：
·在1)之后执行2)
·在2)之后执行3)
·在逻辑决策3)之后执行4)
·在逻辑决策3之后执行6)
在一些实施例中，相应仪器的地址包含空间坐标，所述空间坐标包括但不限于相应仪器的笛卡尔坐标、极坐标、球面坐标、关节坐标或工具坐标。在一些实施例中，相应仪器的地址包含相应仪器的物理位置。在许多实施例中，相应仪器的地址包含相应仪器的唯一电子地址，使得如计算机10的第一装置可以与仪器进行电子通信。相应编译工作流的对应实例进一步包含相应指令的操作条件。相应指令的操作条件可包括指令的参数，例如最终值检查或初始检验。(1052、1054、1056、1058)。
参考图19，将关于样品铸造厂1900描述各种仪器的定位和控制方法以及系统。铸造厂1900包括运输装置1902、各种仪器1904和各种标记1906。在一些实施例中，运输装置1902包括关节型操纵机器人或延伸部，其操纵仪器1904的各种样品和子组件。在一些实施例中，关节型操纵机器人是图18的操纵机器人1802。
铸造厂1900的每个仪器1904包括相应地址，所述地址是通过对应的标记1906识别的粗粒化地址。粗粒化地址允许运输装置1902将其自身定位在适于在1毫米(mm)至20mm的公差内操作相应仪器的位置中。标记1906提供用以定位运输装置1902的位置信息。因此，定位系统使用粗粒化地址将运输装置1902定位并引导到靠近相应仪器1904的标记1906的位置。
在一些实施例中，仪器1904和对应的标记1906以一对一的关系(例如，仪器1904-1对于标记1906-1是唯一的)、多对一的关系(例如，仪器1904-3和1904-4与标记1906-2相关联)，或一对多的关系(例如，仪器1904-2与标记1906-3到1906-6相关联，其对应于仪器的不同定向)存在。在一些实施例中，当确定标记1906的地址或位置时，存储所述地址以供以后的用户使用。例如，当检测到第一标记的位置时，存储检测到的位置，使得当在工作流的稍后实例中调用第一标记时，不需要重新检测标记的位置。在一些实施例中，所述位置存储在非易失性存储器中。在一些实施例中，所述位置存储在易失性存储器中。因此，针对每个工作流重新确定标记的位置。
在一些实施例中，定位系统是全球定位系统(GPS)，并且每个标记1906是GPS坐标。同样，在一些实施例中，定位系统是射频(RF)系统，并且每个标记1906是RF信号生成器。此外，在一些实施例中，每个标记1906是二维(2D)标记(例如，条形码、快速参考(QR)码、色标等)，其使用附接到运输装置1902的各种传感器(例如，光检测和测距(LIDAR)传感器、超声波传感器、编码器、指南针等)或照相机(例如，高分辨率照相机，如JS 1080p、120度、无失真照相机或RerVision USB8MP02G照相机)来检测和捕获。这些传感器和/或照相机将实时信息馈送给控制器，并提供与运输装置和/或运输装置的关节型操纵机器人的空间位置及其周围环境有关的信息。例如，在一些实施例中，运输装置包括一个或多个LIDAR传感器或检测器，其使用电磁波来检测三维环境(例如生物铸造厂)中的障碍物。在一些实施例中，LIDAR传感器是SICK LMS-111LIDAR传感器。该LIDAR传感器在905纳米(nm)的波长(例如红外)下工作，孔径角为270°，并且扫描频率为25赫兹(Hz)到50Hz。然而，本公开不限于此。例如，在一些实施例中，传感器使用的光的波长为10微米至250nm。
在一些实施例中，定位系统是预定路径集合。惯性测量单元(IMU)传感器联接到运输装置1902，以便检测对运输装置的扰动并校正所述扰动。IMU传感器包括加速度计、陀螺仪和磁力计。当通过IMU传感器检测到扰动时，运输装置1902调整其位置以适应所述扰动并保持在静止位置，或者保持在其当前运输路径上。在一些实施例中，IMU传感器是LordSensing 3DM-GX5-25I MU传感器。此外，在一些实施例中，定位系统包括一系列磁性标尺，其中标记1906是磁性标记。因此，运输装置1902使磁性标尺横移并通过磁性标记1906定位仪器。在一些实施例中，本公开的传感器具有适当的范围，使得铸造厂的所有仪器都在传感器的范围内。
在一些实施例中，上述定位系统用于形成铸造厂1900的周围环境的地图或表示，以便生成用于运输装置1902的预定路径。在一些实施例中，上述定位系统用于形成在铸造厂1900中定位的标记的地图或表示，以便生成用于运输装置1902的预定路径。此外，在一些实施例中，将高斯模糊函数或低通滤波器应用于所述表示或捕获的馈送，以对图像进行去噪并限制确定每个标记1906的定位的误差范围。在一些实施例中，形成所述表示，使得运输装置1902是所述表示的原点或零点。类似地，在一些实施例中，形成所述表示，使得运输装置1902的周围环境的中心是表示的原点或零点。
根据运输装置位于相应仪器1904的正确粗粒化地址(例如标记1906)的确定，运输装置保持就位。在一些实施例中，输送装置通过一个或多个延伸的线性致动器提升而保持就位。类似地，在一些实施例中，运输装置通过与传感器通信的比例积分微分回路控制器的反馈而保持就位。
在一些实施例中，当运输装置1902主动移动时，传感器(例如，LIDAR传感器和/或IMU传感器)主动检测运输装置的周围环境和标记位置。因此，运输装置1902能够对其运输路径中的扰动作出反应(例如，检测到人或障碍物移动通过运输路径或站在运输路径中)。该反应允许运输装置根据每个扰动和工作流减慢、停止或重新路由到不同的运输路径。
关节人手利用精细横移指令移动到相应仪器的至少一个空间坐标。例如，在一些实施例中，精细横移指令是在水平线上延伸关节臂的命令。
在一些实施例中，在处理各种样品的同时，关节型操纵机器人使用安全传送工序将托盘(或仪器或工作流程的类似组件，例如小瓶或容器)传送到仪器1904，所述安全传送程序是一种精细横移指令。当来自传感器或类似定位系统的读数不能满足仪器的实际位置的阈值接近位置(例如，1mm的阈值、5mm的阈值、20mm的阈值、100mm的阈值、旋转0.1度的阈值、旋转0.25度的阈值、旋转0.5度的阈值、旋转1度的阈值等)时，进行该安全传送工序。类似地，当满足阈值接近位置时，进行默认传送工序。例如，在一些实施例中，运输装置1902确定其相对于对应标记1906处于正确的位置。然而，传感器检测到运输装置1902处于不正确的位置，这使能够进行安全传送工序。
在一些实施例中，安全传送工序包括利用力检测传感器，其允许机器人运动的顺应性。在一些实施例中，力检测传感器是扭矩传感器。安全传送工序启动小的(例如，紧密分组)，缓慢的振荡运动以逐渐地将容器装载到仪器的接收部分。振荡运动包括简单振荡、Lissajous振荡或螺旋形振荡。例如，在一些实施例中，关节臂在一个方向上延伸，具有围绕延伸方向定向的小(例如，半径2mm)螺旋。当力传感器检测到力时，延伸路径被修改为与检测到的力一致。因为机器人适应于检测到的力和扰动，所以振荡运动被约束到仪器的边界和挡板，这允许关节型操纵机器人找到容器并将容器装配到仪器中，而没有由不正确定位引起的硬碰撞。
所述方法还需要第一多个单元操作在时间上被组织成线性时间顺序。第一多个单元操作中的每个相应单元操作由对应的单元操作定义的时间间隔来表征。例如，参考图6A，处理模块DNA定量包括单元操作分光光度测定和移液。分光光度测定的单元操作定义对40分钟的时间间隔进行定义，而用于移液的单元操作定义对10分钟的时间间隔进行定义。因此，第一多个单元操作将需要至少50分钟并且具有至少两个似乎合理的工作流。这样，形成编译的第一工作流的多个实例(1060)。
在一些实施例中，所述方法使第一装置的用户能够通过图形用户接口或其它方式来调整第一多个单元操作的线性时间顺序。此类图形用户接口包括但不限于图10所示的Gantt图。在图10中，“批次1”指第一工作流，而“批次2”指第二工作流。第一装置的用户可以根据他们的判断来对工作流的单元操作进行调整和排序。在一些实施例中，预定的意外情况检查可以防止用户在低于最优配置或触发预定警报的配置中对单元操作进行排序(1062)。
在一些实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标是到编译的第一工作流的多个实例中的编译的第一工作流的对应实例的输入。
在一些替代实施例中，第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标是在编译的第一工作流的多个实例中的编译的第一工作流的对应实例中的输出。
通常，在任何给定时间点，工程靶标可以是同一编译工作流的实例的输入或输出。同样，工作流的输入可以是另一工作流的输入(1064、1066)。
在一些实施例中，所述方法进一步需要通过一个或多个外围装置获得第二多个有机工程靶标。如前所述，第二多个工程目标或样品可以多种形式存在，包括但不限于第一多个有机工程靶标的形式(1070)。
在一些实施例中，根据编译的第一工作流的多个实例的输出确定第二多个有机工程靶标。在此类实施例中，第二工作流可以开始随后完成编译的第一工作流(1072)。
而且，在一些实施例中，所述方法将第二多个有机工程靶标分配给第二未编译工作流。与第一未编译工作流类似，第二未编译工作流被配置成产生第二多个有机工程靶标，并且第二未编译工作流与多个处理模块中的处理模块的第二子集相关联(1074)。
在一些实施例中，所述方法进一步对第二多个有机工程靶标中的每个相应有机工程靶标执行第二转译，将第二未编译工作流转译成相应有机工程靶标的编译的第二工作流的对应实例(1076)。
在许多实施例中，编译的第一工作流的两个或更多个实例在执行第二转译时执行。(1078)如这里所使用的，当编译工作流的至少一个单元操作当前由单元操作所指定的仪器服务时，编译工作流被“执行”。例如，考虑这样的情况，即编译工作流中的单元操作规定将等分的流体吸入管中。在一些实施例中，包含单元操作的编译工作流在由单元操作指定的实际物理移液操作期间“执行”，而仪器按照单元操作的指示执行移液。在一些实施例中，包含单元操作的编译工作流在包含该移液操作的单元操作中的整个时间间隔期间“执行”，而不仅仅是仪器执行移液所花费的实际物理时间量。因此，在此类实施例中，编译工作流被认为是在单元操作的整个时间间隔中“执行”，即使单元操作的物理指令在整个时间间隔完成之前由指定的仪器完成。更一般地，当编译工作流的任何相应单元操作的执行指令当前在由相应单元操作指定的时间间隔内控制多个仪器中的仪器时，在一些实施例中，编译工作流被认为正在执行。
仪器的第二子集中的每个相应仪器包括相应仪器的地址和用于相应仪器的一个或多个执行指令。类似于仪器的第一子集的仪器，相应地址可以以多种形式存在，包括物理地址和唯一电子地址(1080)。
第二多个单元操作在时间上被组织成线性时间顺序。第二多个单元操作中的每个相应单元操作由对应的单元操作定义的时间间隔来表征。类似于第一多个单元操作的线性时间顺序，第二多个单元操作可以由装置或计算机的用户经由图形接口来操纵。(1082)。
在一些实施例中，编译的第一工作流的多个实例中的两个或更多个和编译的第二工作流的多个实例中的两个或更多个同时执行。如这里所使用的，“同时运行”元件指的是当前在多个仪器中的仪器上制定的工作流的单元操作(1084)。
在一些实施例中，仪器的第一子集包含两个或更多个仪器，仪器的第二子集包含两个或更多个仪器，并且仪器的第一子集中的至少一个仪器在仪器的第二子集中(1086)。
在一些实施例中，所述方法要求同时执行编译的第一工作流的多个实例中的三个或更多个以及编译的第二工作流的多个实例中的三个或更多个，其中，仪器的第一子集包含三个或更多个仪器，仪器的第二子集包含三个或更多个仪器，并且仪器的第一子集中的至少两个仪器在仪器的第二子集中。(1088)
在一些实施例中，所述方法需要根据预定的验证列表来验证第二多个单元操作。预定的验证列表包含编译的第二工作流的一个或多个标准。编译的第二工作流的一个或多个标准包含第二多个单元操作中的每个单元操作的优先级、第二多个单元操作中的每个单元操作的权重、第二多个单元操作的完成时间、第二多个单元操作与不同的多个单元操作的兼容性、第二多个单元操作中的每个单元操作的属性以及第二多个单元操作的一个或多个约束。第二多个单元操作中的每个单元操作的属性选自粘度值、纯度值、成分值、温度值、重量值、质量值和体积值的集合。(1090、1092、1094)
在一些实施例中，所述方法要求同时执行编译的第一工作流的一个或多个实例和编译的第二工作流的一个或多个实例，同时执行编译的第一工作流的两个或更多个实例和编译的第二工作流的三个或更多个实例，或者同时执行编译的第一工作流的三个或更多个实例和编译的第二工作流的三个或更多个实例(1096、1098、1100)。
在一些实施例中，所述方法需要在循环系列时间步中的每个相应时间步处模拟编译的第一工作流的一个或多个实例中的每一个的剩余部分。这形成一个或多个第一模拟，每个对编译的第二工作流的一个或多个实例中的每个实例的剩余部分进行模拟，从而形成一个或多个第二模拟。模拟编译工作流的一个或多个实例的剩余部分允许实时的更大优化，并且允许适应新的输入和完成的工作流。启动与编译的第一工作流的一个或多个实例的实例中的第一单元操作相关联的联锁条件错误处理程序，所述联锁条件错误处理程序与编译的第二工作流的一个或多个实例的实例中的第二单元操作形成联锁条件。(1102)
在一些实施例中，启动联锁条件错误处理程序调节编译的第一工作流的实例或编译的第二工作流的实例中尚未执行的一个或多个单元操作的一个或多个时间间隔。联锁条件在一个动作需要另一动作所占用的资源时是调度中的逻辑冲突，但只有在第一动作继续时才能被释放。启动联锁条件错误处理程序可以调整各种参数，包括但不限于，根据分配给编译的第一工作流的优先级对分配给编译的第二工作流的优先级，在编译的第一工作流的实例或编译的第二工作流的实例中尚未执行的一个或多个单元操作的权重，根据分配给编译的第一工作流的优先级对分配给编译的第二工作流的优先级，在编译的第一工作流的实例或编译的第二工作流的实例中尚未执行的一个或多个单元操作的一个或多个时间间隔，或编译的第一工作流的实例或编译的第二工作流的实例。在一些实施例中，联锁条件错误处理程序是互斥错误处理程序。联锁条件错误处理程序还可以包括竞争条件或锁定条件(1104、1106、1108、1110、1112)。
在一些实施例中，启动联锁条件错误处理程序将暂停编译的第一工作流的实例或编译的第二工作流的实例。如这里所使用的，暂停工作流意味着中止或结束工作流或临时停止工作流(1114)。
在一些实施例中，循环系列时间步中的每个时间步都是周期性发生的。在一些实施例中，循环系列时间步中的每个时间步每五分钟发生一次。在进一步的实施例中，循环系列时间步中的每个时间步每10分钟、每15分钟、每25分钟、每30分钟、每45分钟、每60分钟、每120分钟、每半天、每天等发生一次(1116、1118)。
在一些实施例中，循环系列时间步中的每个时间步响应于多个事件类中的事件的发生而发生。事件类是事件触发的重新调度条件。这描述了由例如设备故障的事件触发的一类重新调度条件。其它此类事件包括但不限于，添加新的编译工作流，当实际的决策或循环周期不包括在模拟的实例或工作流中时以延迟或提前完成的编译工作流的实例，异常的资源状态，如故障、用户中断、仪器错误、电源故障、样品滴落或联锁条件等。重新调度条件是要执行的重新调度例程的逻辑标准(1120、1122)。
在许多实施例中，仪器的第一子集包含两个或更多个不同的仪器类，并且仪器的第二子集包含两个或更多个不同的仪器类。典型地，仪器类可以指仪器的类型，如前面提到的96孔和24孔板(1124)。
第一仪器类和第二仪器类被编译的第一工作流的多个实例和编译的第二工作流的多个实例使用。第一仪器类具有第一复用值，并且第二仪器类具有不同于第一复用值的第二复用值。所述方法制定调度器，所述调度器使编译的第一工作流的多个实例中实例的数目、编译的第二工作流的多个实例中实例的数目或者编译的第一工作流和编译的第二工作流的实例组合中实例的数目最大化，在给定第一复用值和第二复用值的情况下，可以同时使用第一仪器类的仪器和第二仪器类的仪器。调度器统筹容器级上的单元操作，而脚本生成器(将在下文中描述)在移液操作中处理所述容器中的各个样品。因此，脚本生成器将实验设计(例如DNA结构体设计、酶测定设计和/或限制性消化设计)转换成仪器可执行指令。当调度器指示工作流时，由脚本生成器生成的脚本将被用作单元操作的配置的一部分。另外，当仪器以各种复用存在时，可以利用仪器的各类别。例如，当在96孔实施方式和24孔实施方式中存在孔板时，第一亚类包括每个96孔板具有第一复用值为1，而第二亚类包括每个24孔板具有第二复用值为4。当存在各种配置的仪器并且需要优化多个装置的通量时，通常使用复用值(1126)。
调度器至少部分地通过以下操作来进行最大化：根据第一仪器类的第一复用值调用第一仪器类的第一数目个实例和根据要同时运行的第二仪器类的第二复用值调用第二仪器类的第二数目个实例，以支持同时运行编译的第一工作流和编译的第二工作流的实例(1128)。
调度器至少部分地通过以下操作来进行最大化：同时运行第一编译工作流的第一数目个实例和第二编译工作流的第二数目个实例(1130)。
调度器至少部分地通过以下操作来进行最大化：将第一编译工作流的实例的第一多个单元操作中的相应单元操作的时间间隔从对应单元操作定义的时间间调整一定量，或将第二编译工作流的实例的第二多个单元操作中的相应单元操作的时间间隔从对应单元操作定义的时间间隔调整一定量(1132)。
以引用方式并入本文档的是“Chao等人,2017,“使用生物铸造厂的单转录TALEN对的全自动一步合成(Fully Automated One-Step Synthesis of Single-TranscriptionTALEN pairs using a Biological Foundry)”,《ACS合成生物学(ACS Synth Biol)》,6,第678页”。
实施例I-单转录TALEN合成方案的设计
本项工作中使用的TALEN架构基于来自先前所报道的水稻白叶枯菌(Xanthomonasoryzae pv.oryzae)的AvrXa10 TALE(Liang等人,2014,“FairyTALE：高通量TAL效应物合成平台”,《ACS合成生物学》,3(2),第67页)。简而言之，其利用+207氨基酸的N端延伸和+63氨基酸的C端延伸，这取消了5'-T的要求，并使靶序列设计具有更大的灵活性(Sun等人,212,“用于处理镰状细胞疾病的优化TAL效应物核酸酶(Optimized TAL effector nucleases(TALENs)for use in treatment of sickle cell disease)”,《生化与分子生物学(MolBiosyst)》,8(4),第1255页)。附着在C端的是工程化FokI切割结构域，其在酵母和人类细胞中显示出更高的切割效率(Sun等人,2014,“SunnyTALEN：用于人类基因组编辑的第二代TALEN系统(SunnyTALEN:a second-generation TALEN system for human genomeediting)”,《生物技术与生物工程(Biotechnol Bioeng)》,111(4),第683页)。两个TALEN的中央重复结构域由双重复底物的库构建而成，即每个底物含有识别两个连续DNA碱基的两个TALE重复。对于这项工作，我们使用了从“FairyTALE”改编而来的441个双重复底物的库，根据它们在组装中的位置等分为17组(Liang等人,2014,“FairyTALE：高通量TAL效应物合成平台”,《ACS合成生物学》,3(2),第67页)(图11)。除了4×4底物覆盖每个组装位点处所有可能的DNA二碱基外，我们还包括使用NH或NN来编码鸟嘌呤“有机工程靶标”的选择。为了在单个质粒上分离两个TALEN，我们使用了利用P2A自切割肽序列的多顺反子格式(Donnelly等人,2004,“来自单个载体的多基因产物：‘自切割’2A肽”,《基因治疗》,11(23),第1673页；Kim等人,2011,“人类细胞系、斑马鱼和小鼠中源自猪捷申病毒1型的2A肽的高切割效率”,《公共科学图书馆》,6(4))。两种TALEN被编码为单一转录物，但是在转译期间，P2A肽将自切割生长中的多肽以产生两种独立的TALEN(图3A)。
使用“fairyTALE”构建方案中的优化的4-bp连接物集合，在单一步骤中通过Golden Gate组装将2组7个双重复底物连接到TALEN受体载体上，其中P2A接头底物位于所述2组7个双重复底物之间。第一TALEN的N端延伸和第二TALEN的C端延伸由载体携带，而第一TALEN的C端延伸和第二TALEN的N端延伸由接头底物携带。由于接头底物和受体携带两个TALEN的最后重复，所以产生了4个TALEN受体和4个连接体底物(图4B)。该构建方案将15个DNA片段组装到5kb哺乳动物表达载体上以产生识别30bp DNA序列的单质粒TALEN对。
实施例II-TALEN的一锅法组装
为满足TALEN库构建的要求，我们优化了反应条件以最大化组装保真度。对于库创建应用，挑选单个克隆用于检验将是明显的通量瓶颈，并且因此我们将需要实现高组装保真度，以允许跳过克隆分离而不显著影响库的质量。我们从单个转录TALEN组装“有机工程靶标”中挑选了28个菌落，并通过限制性消化随后凝胶电泳对其进行评估。如图4C所示，所有28个克隆给出正确的消化模式。然后我们对克隆中的4个进行测序，而所述4个克隆看起来都是正确的。这(28/28)对应于基于95％置信度的二项概率的至少87.7％的保真度。
实施例III-在HEK293T和hESC细胞中的单转录TALEN功能性
为了确保P2A有效地切割蛋白质，我们对已用单质粒TALEN转染的HEK293T细胞裂解物进行了免疫印迹分析。如图5A所示，仅检测到TALEN单体并且没有观察到二聚体，这表明P2A序列在HEK293T细胞中有效地切割蛋白质。
在证实P2A功能性后，我们继续比较单转录TALEN与先前报道的传统双质粒TALEN的DNA切割效率。选择两个位点ABL1和BRCA2“有机工程靶标”用于该比较，并在HEK293T细胞中进行“编译工作流”实验。使用T7E1核酸酶测定来测量切割效率，所述测定检测在TALEN诱导的双链断裂后通过NHEJ引入的indel。如图5B所示，两种单转录TALEN的切割效率与传统TALEN的切割效率相当。本实验中使用的1P-TALEN使用NH识别鸟嘌呤，而传统的TALEN使用NN识别鸟嘌呤。根据我们的观察以及与其它人报道的一致(Streubel等人,2012,“TAL效应物RVD特异性和效率(TAL effector RVD specificities and efficiencies)”,《自然生物技术(Nat Biotechnol)》,30(7),第593页)，当大量使用时，NH RVD对TALE结合不利。因此，当识别位点中有4个以上鸟嘌呤碱基时，我们推荐使用NN或NN和NH RVD的混合物(图8A)。
我们进一步比较了在内源Oct4之后具有IRES-EGFP标记的H1 hESC细胞(H1 Oct4-EGFP，WiCell)中单转录TALEN的切割效率。我们用传统的双质粒TALEN或单转录TALEN“有机工程靶标”对OREG1393087“有机工程靶标”进行寻靶，即已知是Oct4表达的重要增强子的位点，并监测干细胞群“工作流”中的Oct4表达水平。如图5C-E所示，使用任一TALEN对增强子区域寻靶产生了Oct4减少的干细胞群。由单转录TALEN产生的活性与传统TALEN相当。
实施例IV-单转录TALEN组装在生物铸造厂上的全自动化
许多基因组研究可能涉及筛选大量靶标，这需要大规模合成TALEN以特定地破坏这些基因座。尽管我们已经改进了TALEN合成的效率和简化了工作流，但是人工构建数百个这样的TALEN即使不是不可能，也是非常乏味的。人为的错误和不一致性也将危及库的质量。自动化已被用于通过减少单个步骤中的人为干预或使用集成系统完全消除人为干预来加速生物有机工程(Esvelt等人,2011,“用于生物分子的连续定向进化的系统(A systemfor the continuous directed evolution of biomolecules)”《自然(Nature)》,472(7344),第499页；Wang等人,2009,“通过多重基因组有机工程和加速进化(Programmingcells by multiplex genome organic engineering and accelerated evolution)”,《自然》,460(7257),第894页)。后一种方法通过在短时间内产生大量的遗传变体而证明了全自动化的巨大能力。为了能够大规模应用TALEN，例如遗传筛选，我们寻求使TALEN的合成过程“工作流”完全自动化。然而，现有的集成平台是针对特定任务而广泛定制的，并且难以重新配置。构建专门用于TALEN合成的深度定制系统将是不高效和经济的。相反，我们应用了在iBioFAB上实现的通用的Golden Gate组装工作流。
iBioFAB“系统”由组件仪器、中央机器人平台和模块化计算框架(图6)组成。二十个装置“仪器”(每个负责例如移液和培养的单元操作)通过两个机器人臂“运输装置”连接到各种处理模块，例如DNA组装和转化，然后进一步被组织成工作流，例如途径构建和基因组有机工程(图6A-C)。开发了总体调度器“调度器”以统筹单元操作并允许工作流的分层编程(图6C)。iBioFAB被配置成执行通用的自动DNA组装工作流，其中各种DNA结构体“有机工程靶标”可以用Golden Gate法按需制造(Engler等人,2008,“具有高通量能力的一锅法一步精密克隆方法(A one pot,one step,precision cloning method with highthroughput capability)”,《公共科学图书馆》,3(11),e3647)。设计单元操作序列以实现该工作流(图7A和图7B)。为了简化流程，我们开发了脚本生成器，即自动将DNA组装“有机工程靶标”设计转换为混合和匹配任意DNA部件“单元操作”的实验例程的设计工具。脚本生成器然后为iBioFAB生成机器人命令以进行复杂的移液工作“单元操作”。吸移路径“单元操作和/或运输路径”也被优化以使尖端和时间消耗最小化。对于相同的底物，尽可能多地组合抽吸步骤“单元操作”并分配到相应的目的地。根据需要将尖端从存储圆盘传送带“物理存储介质”装载到液体处理站。
在本项工作中，我们改变这种DNA组装工作流来合成单转录TALEN“有机工程靶标”。向脚本生成器添加使DNA组装设计自动化的扩展，所述设计专门针对TALEN。使用这种流水线，操作者只需要将目标DNA序列“有机工程靶标”输入到脚本生成器，并且iBioFAB“系统”将以最少的人工干预执行TALEN合成“工作流程”的其余部分。它只要求操作员“用户”每天装载试剂和消耗品。每一批次中可以合成1至192个TALEN对之间的任意数目。
实施例V-192个单转录TALEN的高通量合成
为了测试高通量合成流水线“系统”，我们将192个不同的人类基因组靶位点“有机工程靶标”馈送给脚本生成器“第一装置”。iBioFAB以合理的材料成本从444个不同的DNA部分和试剂起在17小时内执行3648个移液步骤。通过错开批次，可以在一天中生成超过400个TALEN。
为了评估合成的成功率，通过多克隆限制性消化“工作流程”检验94个随机选择的结构体“有机工程靶标”。所有样品显示正确的消化模式(图7C和图7D)，其对应于至少96.2％的成功率和基于二项概率的95％置信度。为了活性检验，我们随机选择22个TALEN用于在HEK293T细胞中进行T7E1测定(Mashal等人,1995,“通过用噬菌体分解酶切割DNA异源双链对突变的检测(Detection of mutations by cleavage of DNA heteroduplexeswith bacteriophage resolvases)”,《自然遗传学(NatGenet)》,9(2),第177页)。这里，22个样品中的15个展现出切割活性。由于已知切割活性是序列依赖性的，所以对于一些位点缺乏活性并不是出乎意料的(Cermak等,2011,“定制TALEN的有效设计和组装以及用于DNA寻靶的其它基于TAL效应物的结构物(Efficient design and assembly of custom TALENand other TAL effector-based constructs for DNA targeting)”,《核酸研究(NucleicAcids Res)》,39(12),e82)。为了消除错误组装的可能性，我们对所有未展现切割活性的结构体进行测序。所有测序读数与预期的TALEN设计比对，表明TALEN被正确组装(图12)。
除了TALEN之外，成簇的调节短回文重复序列(CRISPR)-Cas9是基因组编辑应用中使用的另一种流行技术(Sander等人,2014,“用于对基因组进行编辑、调节和寻靶的CRISPR-Cas系统(CRISPR-Cas systems for editing,regulating and targetinggenomes)”,《自然生物科学(Nat Biotechnol)》,32(4),第347页)。与使用特异性蛋白质识别DNA序列相反，CRISPR利用RNA通过碱基配对进行识别。使用核酸对“有机工程靶标”进行寻靶具有许多优点，但最重要的是，通过使用微阵列DNA合成，大的核酸库是容易获得的。因此，即使TALEN比CRISPR领先两年，多重寻靶和遗传筛选都首先使用CRISPR实现(Shalem等人,2014,“人类细胞的基因组规模CRISPR-Cas9敲除筛选(Genome-scale CRISPR-Cas9knockout screening in human cells)”,《科学》,343(6166),第84页；Wang等人,2014,“使用CRISPR-Cas9系统的人类细胞基因筛选”,《科学》,343(6166),第80页)。Cong等人,2013,“使用CRISPR/Cas系统的多重基因组工程(Multiplex Genome Engineering UsingCRISPR/Cas Systems)”,《科学》,339(6121),第819页)。然而，由于其相对短的识别序列，20bp，脱靶效应在CRISPR中是一个重要问题(Fu等人,2013,“人类细胞中由CRISPR-Cas核酸酶诱导的高频脱靶突变(High-frequency off-target mutagenesis induced by CRISPR-Cas nucleases in human cells)”,《自然生物科学》,31(9),第822页)。在对结构基因寻靶的遗传筛选中，可以通过对同一基因内的多个位点进行寻靶来补偿脱靶效应，从而可以通过寻找位点集合而不是任何单个位点的富集来识别高置信度命中。然而，在功能DNA元件非常小的情况下，例如转录增强子或miRNA基因，其长度不足以适合多个靶位点。此外，在增强子的情况下，靶切割位点是转录因子结合位点，通常约10bp。给定靶标选择的有限范围，CRISPR可能不能发现基因组中足够独特的位点。此外，考虑到用于这种筛选的可选择位点的数量少，对于任何结果命中的置信度水平将会很低。具有不同的脱靶概况的TALEN库可以与CRISPR库联合使用以改进任何潜在命中的置信度。
总之，我们开发了在一锅法反应中在单一载体上合成TALEN对的方案，其大大简化了TALEN的合成，同时获得了显著的成功率。因此开发了一种自动化工艺，并且所产生的流水线使得可以以合理的成本和时间框架创建大的TALEN库。
方法-iBioFAB
iBioFAB“系统”由在5米轨道“运输路径”(发那科，日本Oshino-Mura)上的F5机械臂“运输装置”(402)、Evo200液体处理机器人“第二运输装置”(404)(Tecan，瑞士门内多夫)、两个摇动温度控制块(赛默科技，马塞诸塞州沃尔瑟姆)、M1000酶标仪(406)(Tecan，瑞士门内多夫)、Cytomat 6000培养箱(408)(赛默科技，马塞诸塞州沃尔瑟姆)、两个Cytomat2C摇动培养箱(赛默科技，马塞诸塞州沃尔瑟姆)、三个Multidrop Combi试剂分配器(412)(赛默科技，马塞诸塞州沃尔瑟姆)、四个Trobot热循环仪(414)(Biometra，德国哥廷根)、Vspin板式离心机(安捷伦科技公司，加利福尼亚州圣克拉拉)、存储圆盘传送带(416)(赛默科技，马塞诸塞州沃尔瑟姆)、解封装站(赛默科技，马塞诸塞州沃尔瑟姆)、Alps板密封器(410)(赛默科技，马塞诸塞州沃尔瑟姆)、WASP板密封器(赛默科技，马塞诸塞州沃尔瑟姆)、Xpeel密封剥离器(Brooks，马塞诸塞州Chelmsford)和标签打印机(418)(美国安捷伦科技公司)。液体处理机器人装配有8通道独立吸移管、机器人操作臂、96通道吸移管、六个珀尔帖温度控制块(Torrey Pine，加利福尼亚州卡尔斯巴德)、两个振荡器(Q.Instruments，德国耶拿)、灯箱和用于集落挑取“多个仪器”的照相机(Scirobotics，以色列卡法萨巴)，如图2中部分所示。
Momentum(赛默科技，马塞诸塞州沃尔瑟姆)用于与外围装置通信，控制中央机械臂并且对处理模块进行编程。处理模块定义单元操作和单元操作之间的样品运输路线“运输路径”。Freedom Evoware(Tecan，瑞士门内多夫)用于控制液体处理机器人并且对移液模块进行编程。吸液模块具体限定了在液体处理机器人上一般移液工序，例如实验室器具从中央机械臂“输送装置”获取“可执行指令”，DNA部分分配，试剂分配和温度控制“单元操作”。iScheduler和ScriptGenerator用Visual Basic编程。iScheduler通过向Momentum发送可扩展标记语言的命令来执行处理模块。ScriptGenerator根据预加载的部件存储板布局将用户定义的DNA组装“有机工程靶标”转换为部件到源位置和目的地位置的排列。通过对来自相同源的目的地位置进行排队来优化对应的移液路线“单元操作”。相应地编译移液工作列表，并将其送至Freedom Evoware以控制抽吸、分配以及尖端改变动作。在不在目的地“可执行指令”中接触液体的情况下，抽吸并多次分配限定量的每个DNA部分。当分配相同源的所有目的地时，尽可能多地重用和改变尖端。在算法中还强加了约束“联锁条件”，例如尖端体积和使用每个尖端的抽吸的最大数目。
实施例VI-质粒
根据以前工作中使用的RVD部分(Liang等人,2014,“FairyTALE：高通量TAL效应物合成平台”,《ACS合成生物学》,3(2),第67页)，开发了TALEN储备质粒的新库以用于单一质粒设计。位置6的组用LR_N-term_FokI_P2A+C-term结构体代替(图8A)。将具有NN的双重和单一RVD部分补充到储备库中。将RVD和P2A片段插入到具有人类CMV启动子以及第二TALEN单体的最后重复N端和FokI结构域的受体质粒(图8B)中。
实施例VII-Golden Gate组装和检验
用先前工作中描述的方法(Liang等人,2014,“FairyTALE：高通量TAL效应物合成平台”,《ACS合成生物学》,3(2),第67页)进行Golden Gate DNA组装。感受态大肠杆菌HST08菌株(Clontech，加利福尼亚州山景城)使用混合大肠杆菌转化缓冲液组(Zymo Research，加利福尼亚州尔湾)来制备。首先将2.5μL的Golden Gate反应产物与保持在0℃的珀尔帖块上的大肠杆菌感受态细胞混合，并培养30分钟。然后将细胞板转移到由板操作臂保持在42℃的第二珀尔帖块中。在1分钟热激之后，将细胞板转移回0℃块并冷冻2分钟。在LB肉汤(美国BD公司，新泽西富兰克林湖)中回收转化体1小时。将回收的细胞悬液镀在含有100μg/mL氨苄青霉素的LB琼脂培养基上或用于接种补充有200μg/mL羧苄青霉素的多克隆LB液体培养基。用MagJet质粒DNA试剂盒(赛默科技，马塞诸塞州沃尔瑟姆)从多克隆培养物中提取质粒，并用EcoRI-HF(新英格兰生物实验室，马塞诸塞州伊普斯威奇)限制性消化。通过1％琼脂糖凝胶在低通量或片段分析仪(安捷伦科技公司，爱荷华州安克尼)中以高通量分析消化产物。用4个引物通过Sanger测序反应(ACGT，伊利诺伊斯州惠灵市)也对选择的质粒进行了检验。用Clopper-Pearson法计算组装成功率的二项概率置信区间(Clopper等人,1934,“在二项式情况下说明的置信限或可信限的使用(The use of confidence or fiduciallimits illustrated in the case of the binomial)”,《生物统计学(Biometrika)》,26,第404页)。
实施例VIII-哺乳动物基因敲除和检验
用随机选择的TALEN质粒转染人胚肾(HEK)细胞系HEK293T。使用HEK293T细胞，因为它们易于培养和转染。尽管没有进行细胞鉴定或支原体污染测试，我们认为T7E1测定的结果对细胞系背景相对不敏感。细胞在37℃和5％CO2培育下保持在补充有10％热灭活胎牛血清(生命技术公司，加利福尼亚州卡尔斯巴德)的Dulbecco改良Eagle培养基(DMEM)(康宁生命科技，马塞诸塞州Tewksbury)中。转染前一天，将293T细胞接种到12孔BiocoatCollagen-I包被板(康宁生命科技，马塞诸塞州Tewksbury)中，融合度约50％。根据制造商的协议用FuGENE HD转染试剂(Promega，威斯康辛州麦迪逊)进行转染。简而言之，对于12孔板的每个孔，首先在Opti-MEM(生命技术公司，加利福尼亚州卡尔斯巴德)中将1μg克隆纯化的TALEN质粒稀释至总体积为100μL。在加入3μL Fugene HD试剂并在室温下培育5分钟后，将混合物添加到细胞上。转染后60小时收集细胞。用QuickExtract DNA提取溶液(Epicentre，威斯康辛州麦迪逊)提取基因组DNA。
通过T7E1测定评价切割效率(Mashal等人,1995,“通过用噬菌体分解酶切割DNA异源双链对突变的检测”,《自然遗传学》,9(2),第177页)。通过定制开发的Visual Basic脚本，将DNA扩增子设计为在标称切割位点侧翼具有400-1000bp的长度。在给定范围内搜索基因组序列的一对引物结合位点，以避免脱靶，GC、AT或任何单一类型的核苷酸的长段序列。优化末端核苷酸、GC含量和解链温度。通过检索UCSC DAS服务器(www.genome.ucsc.edu/cgi-bin/das/)下载相关的基因组序列，而通过检索GGGenome服务器(www.gggenome.dbcls.jp/)进行脱靶检查。PCR扩增用Q5聚合酶(新英格兰生物实验室，马塞诸塞州伊普斯威奇)和退火温度降落(65-55℃下10个循环，55℃下20个循环)进行。裂解测定中，200ng纯化的扩增子在10μL NEB缓冲液2中首先变性和复性(95℃，5分钟；-2℃/s下95-85℃；-0.1℃/s下85-25℃；保持在4℃)。加入10U的T7核酸内切酶I(新英格兰生物实验室，马塞诸塞州伊普斯威奇)并在37℃培育15分钟。通过加入1μL的0.5M EDTA来终止反应。消化产物用片段分析仪(安捷伦科技公司，爱荷华州安克尼)进行分析。
实施例IX-Oct4下调测定
根据制造商的建议，通过核转染将待评估的TALEN结构体转染到H1-Oct4-EGFP干细胞(WiCell，威斯康辛州麦迪逊)中。优化后，我们在P4原代细胞4D-nucleofector试剂盒上固定，并在4D-nucleofector(Lonza，德国科隆)上对CA-137进行编程。在核转染后一天传递细胞，在核转染后第四天收获细胞。收获后，对细胞进行计数，并且使用Alexa Fluor 647缀合的SSEA4抗体(生命技术公司，加利福尼亚州卡尔斯巴德)以5×105细胞在含有2％BSA和2.5μL SSEA4抗体的50μL PBS中的浓度染色细胞。将细胞在室温下在黑暗中染色30分钟，并在流式细胞仪分析之前在PBS中洗涤3次。在分析期间，通过门控SSEA4阳性细胞首先选择干细胞群。然后在该群体中，我们观察EGFP表达的扩散，并且对EGFP减少的群进行门控。
图2示出了iBioFAB的硬件的示范性布局。在示范性实施例中，iBioFAB具有两个机械臂“运输装置”。5米轨道上的集中式6自由度臂“运输装置”用于在仪器“运输路径”之间运输实验室器具。3自由度臂“第二运输装置”在液体处理站内移动实验室器具。
图4示出了单转录TALEN合成“有机工程靶标”的设计和初步试验。图4A描绘了总体设计，其中两种TALEN被转录为一种mRNA，但是被切片以分离转译中的蛋白质，因为P2A序列被插入到开放阅读框之间。图4B描绘了组装方案。将单一和双重TALE重复“有机工程靶标”的所有可能组合的库与每个位置的标准化Golden Gate接头预组装。因此，每个TALEN单体可以用单一和双重重复的混合物对8至15个核苷酸“有机工程靶标”进行寻靶。两种单体的重复以及LR-C端-Fok-I-P2A-N端片段在单个Golden Gate组装反应中进行组装。LR：最后重复。Term.：末端。图4C示出了单转录TALEN对的测试组合物。挑选28个独立克隆，并通过PvuI和StuI消化。均有正确的消化模式。箭头指示正确的消化模式。
图5示出了单转录TALEN的功能测试。图5A描绘了TALEN对的单转录物表达。用单转录物设计在HEK293T细胞中表达两个独特的TALEN对。TALEN单体在免疫印迹上显示可见的条带，而没有检测到未切割双联体的大小的条带。图5B描绘了HEK293T细胞中的基因组编辑。通过对HEK293T细胞中的BRCA2以及ABL1位点进行寻靶，将单转录TALEN(STTLN)与传统的双质粒TALEN(TDTLN)进行比较。进行T7E1测定以检测通过TALEN切割和NHEJ引入的indel。STTLN转染样品表现出与TDTLN转染样品相当的切割效率。CTRL：无TALEN转染的样品被用作阴性对照。图5C-E描绘H1 hESC中Oct4增强子的破坏。流式细胞术用于量化H1-Oct4-GFP细胞中的GFP表达水平。门控群低于正常GFP表达。左侧：没有增强子破坏的对照群，中间：由传统2-质粒TALEN破坏的增强子，右侧：由单转录TALEN破坏的增强子。
图6描绘了iBioFAB系统的概观。图6A描绘了根据本公开的示范性实施例的单元操作的细目。图6C示出了iBioFAB的示范性控制层次。在系统控制GUI中开发处理模块。iScheduler负责工作流级别控制。脚本生成器为液体处理GUI生成移液路线。处理模块可以快速重新组合以组成不同的工作流。箭头指示过程或样品的流动。用户可以选择在任何时间进行干预，例如移动样品而不是运输装置，或者可以处理样品，例如执行单元操作而不是外围装置。通常，分批处理样品或有机工程靶标。多个批次可被调度和交错以并行处理。在编程接口中，用户利用预先开发和测试的模块或亚工作流对工作流进行编程。如前所述，工作流定义了样品批次的单元操作的依赖性。用户借助BioCAD基于有机工程靶标设计生物系统。通过工作流生成器将设计进一步转换为实验计划，工作流生成器可以在其中集成脚本生成器。在一些实施例中，工作流生成器仅生成将由运输装置用作参数和/或数据的样品级实验脚本。在一些实施例中，工作流生成器辅助对其它单元操作或工作流进行编程。在工作流中允许嵌套的亚工作流、循环和分支。然后针对调度器使这些结构线性化。在实际运行时和调度之间存在较大差异的情况下，或者当被用户触发时，除了要立即执行的步骤之外，工作流将被重新调度。动作和微步骤或可执行指令都被概括用于单元操作，并在单元操作定义中进行定义。它们不是专门针对任何型号的仪器。驱动器将微步骤映射到特定仪器中使用的命令。
图7描绘了TALEN库的全自动合成。图7A描绘了基于Golden Gate法的DNA组装流水线的一般工作流。脚本生成器转换了项目设计思想，例如将DNA部分置换为具有适当扩展的组装设计，以及用于将原料质粒移取到DNA混合物的其它机器人命令。在Golden Gate反应中，如BsaI的II型限制酶产生标准的预先表征的4-bp单应变末端的集合作为接头。对应的接头退火并用T4连接酶连接。图7B描绘了构建步骤的过程流程图。所采用的单元操作标有蓝色。图7C和图7D描绘了高通量合成的单转录TALEN的检验。94个样品随机选自全批测试中合成的192个TALEN对。从多克隆大肠杆菌细胞培养和限制性消化中提取对一对TALEN进行编码的每个质粒样品。通过毛细管电泳分析片段大小。模拟消化模式。
这种生物铸造厂的效率、产量和成本的示范性总结已经表明每天生产大约400对TALEN，每天需要大约一小时的人工劳动。
图8A和图8B描绘了单个质粒TALEN组装的质粒设计。图8A描绘了P2A插入物。它含有第一个TALEN单体的最后重复、C端和FokI以及第二个单体的N端。两个单体被P2A序列分开：GGCAGCGGAGCTACTAACTTCAGCCTGCTGAAGCAGGCTGGAGATGTGGAGGAGAACCCTGGACCTGGCATG(SEQ ID.No.:1)。图8B描绘了CMV受体。在Golden Gate反应期间，RVD插入物代替ccdB片段。ccdB位点侧接第一个TALEN单体的N端和第二个单体的最后重复以及C端和FokI结构域。人类CMV启动子用于表达两种单体。构建了四个版本的P2A插入物以及具有不同最后重复的CMV受体。
图9A-H描绘了破坏HEK293细胞中的EGFP。EF1a-tdTomato-P2A-EGFP盒作为报告系统在HEK293T细胞中稳定表达。设计TALEN来切割EGFP片段。tdTomato用于排除非表达细胞。图9A描绘了仅表达tdTomato的细胞。图9A描绘了表达tdTomato和EGFP的细胞，由P2A序列分开。图9A描绘了仅表达EGFP的细胞。图9A描绘了具有非EGFP的TALEN靶向序列的阴性对照。图9A描绘了使用鸟嘌呤的NN对EGFP进行寻靶的2-质粒TALEN。图9A描绘了使用鸟嘌呤的NH对EGFP进行寻靶的2-质粒TALEN。图9A描绘了使用鸟嘌呤的NN对EGFP进行寻靶的单转录TALEN。图9A描绘了使用鸟嘌呤的NH对EGFP进行寻靶的单转录TALEN。结果表明，1)单转录TALEN具有与2-质粒TALEN相当的效率，以及2)具有NN的TALEN的效率比NH更好。
图11描绘了底物列表。每个DBD的核苷酸靶标用A、T、G、C或D表示，分别表示NI、NG、NH、HD或NN的RVD。在底物质粒中，DBD侧接适当的4-bp连接物，使得它们可以通过GoldenGate反应在受体质粒中的适当位置组装。如果需要，5*底物可用于桥接位置4和8，直接导致较短的组装。P2A和受体底物中的A、T、G和C表示TALEN的最后重复的靶核苷酸。CMV指示在该特定研究中使用的CMV启动子，而通过向库补充新底物可以使用其它启动子。黄色细胞显示从先前的工作(Liang等人,2014,“FairyTALE：高通量TAL效应物合成平台”,《ACS合成生物学》,3(2),第67页)改编的底物，而其余的底物在本研究中补充。
图12描绘了T7E1测定的结果列表。HEK293T细胞用对22个随机选择的基因组基因座进行寻靶的TALEN进行转染。从多克隆转染后培养物中提取的基因组DNA样品用于T7E1测定。星号“*”表示显示无切割活性的TALEN经DNA测序检验并与设计比对。
引用的参考文献和可选的实施例
为了在所附权利要求中便于解释和准确定义，术语“上面”、“下面”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“前”、“后”、“后面”、“向前”和“向后”用于参照附图中所示的此类特征的位置来描述示范性实施例的特征。
在此引用的所有参考文献在此全部以引用的方式并入本文中并用于所有目的，其程度如同每个单独的出版物或专利申请被具体地和单独地指出出于所有目的以全部以引用的方式并入本文中。
本发明可以实现为计算机程序产品，其包含嵌入在非暂态计算机可读存储介质中的计算机程序机制。例如，计算机程序产品可包含图1或图2的任何组合中所示和/或图3中所描述的程序模块。这些程序模块可以存储在CD-ROM、DVD、磁盘存储产品、USB密钥或任何其它非暂时性计算机可读数据或程序存储产品上。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行许多修改和变化，这对本领域技术人员来说是显而易见的。这里描述的特定实施例仅作为实例提供。选择并描述所述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其它技术人员能够最好地利用本发明具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。本发明仅受所附权利要求的条款以及这些权利要求所授权的等效物的全部范围的限制。
序列表
<110> 衍进科技（Lifefoundry）公司
晁饶（Chao, Rao）
赵惠民（Zhao, Huimin）
<120> 用于支持多个自动化工作流的系统和方法
<130> 120568-5001-WO
<150> US 62/448,948
<151> 2017-01-20
<160> 1
<170> PatentIn version 3.5
<210> 1
<211> 72
<212> DNA
<213> 人工序列
<220>
<223> 切割器
<400> 1
ggcagcggag ctactaactt cagcctgctg aagcaggctg gagatgtgga ggagaaccct 60
ggacctggca tg 72

Claims (30)

1.一种实现一个或多个工作流的方法：
在装置处，所述装置包含一个或多个处理器、存储用于由所述一个或多个处理器执行的一个或多个程序的存储器、控制器、运输路径、至少与所述运输路径进行电通信的通信接口、电源、包括运输装置和附接到所述运输装置的关节型操纵机器人的多个外围装置，其中所述运输装置被配置成围绕所述运输路径自主地移动，并且所述关节型操纵机器人被配置成在多个仪器中的至少第一仪器和第二仪器之间移动第一托盘；
所述一个或多个程序单独地或共同地使用所述一个或多个处理器来执行一种方法，所述方法包含：
(A)以电子形式获得第一多个有机工程靶标；
(B)通过所述控制器将所述第一多个有机工程靶标分配给第一未编译工作流，其中
所述第一未编译工作流被配置成产生所述第一多个有机工程靶标，
所述第一未编译工作流与多个处理模块中的处理模块的第一子集相关联，
所述多个处理模块中的每个相应处理模块与多个单元操作定义中的单元操作定义的不同子集相关联，
所述多个单元操作定义中的每个相应单元操作定义独立地与对应的时间间隔相关联，并且
所述多个单元操作中的每个相应单元操作定义独立地与所述多个仪器中的仪器的第一子集相关联；
(C)通过所述控制器，对于所述第一多个有机工程靶标中的每个相应有机工程靶标，将所述第一未编译工作流转译成所述相应有机工程靶标的编译的第一工作流的对应实例，其中所述编译的第一工作流的所述对应实例包含：
(i)对于仪器的所述第一子集中的每个相应仪器：
(a)所述相应仪器的地址，其包含：
与所述相应仪器的标记相关联的所述相应仪器的粗粒化地址，以及
(b)一个或多个执行指令，其包含：
粗略横移指令，其命令所述运输装置横移到所述相应仪器的相应标记，以及
精细横移指令，其命令所述关节型操纵机器人横移到与所述相应仪器相关联的至少一个空间坐标，
(ii)第一多个单元操作，其中所述第一多个单元操作在时间上被组织成线性时间顺序，并且其中所述第一多个单元操作中的每个相应单元操作由对应单元操作定义的所述时间间隔来表征，
由此形成所述编译的第一工作流的多个实例。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述运输装置进一步包含定位系统，所述定位系统被配置成在所述运输路径内定位和引导所述运输装置。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述定位系统包含全球定位系统，并且
所述相应仪器的所述相应标记是全球定位系统坐标。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述定位系统包含所述运输路径的标记定位的表示。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述运输路径的所述标记定位的所述表示是图像馈送或视频馈送。
6.根据权利要求5所述的方法，其中将低通滤波器或高斯模糊函数应用于所述运输路径的所述标记定位的所述表示。
7.根据权利要求2所述的方法，其中所述运输装置进一步包含惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置成用于检验和校正所述相应仪器的所述粗略横移指令的每次执行。
8.根据权利要求2所述的方法，其中所述关节型操纵机器人进一步包含多个传感器，其中所述多个传感器中的每个传感器被配置成提供与所述关节型操纵机器人的空间位置和每个可见标记的标记定位相关的信息。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述运输装置进一步包含比例积分微分控制器，所述比例积分微分控制器与所述多个传感器进行电通信以便维持所述运输装置的空间位置。
10.根据权利要求8所述的方法，其中：
所述关节型操纵机器人被配置成当来自所述多个传感器的读数未能满足相对于所述多个仪器中的第一仪器的实际位置的阈值接近值时，使用安全传送工序将所述第一托盘传送到所述第一仪器；并且
所述关节型操纵机器人被配置成当来自所述多个传感器的所述读数满足相对于所述第一仪器的所述实际物理位置的所述阈值接近值时，使用默认传送工序将所述第一托盘传送到所述第一仪器。
11.一种用于实现包含第一装置的工作流的系统，其中所述第一装置包含：
显示器；
电源；
通信接口；
一个或多个外围装置，其包括试剂处理装置，所述试剂处理装置包含：
清洗歧管，
主阀，其调节所述试剂处理装置中的内部流动路径，
多个试剂容器，其中所述多个试剂容器中的每个试剂容器包含阀，所述阀控制从相应试剂容器到所述主阀的流动，
消毒容器，其被配置成容纳消毒流体，所述消毒容器包含阀，所述阀调节流向所述主阀或所述清洗歧管的所述消毒流体的流动，
所述清洗歧管联接到所述多个试剂容器中的每个试剂容器的相应阀，其中所述清洗歧管调节从所述消毒容器到所述多个试剂容器的所述消毒流体的所述流动，以及
分配歧管，其联接到所述主阀并且包含多个分配器，所述分配歧管被配置成控制从所述主阀到所述多个分配器的流动；
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于以下操作的指令：
(A)以电子形式获得第一多个有机工程靶标；
(B)将所述第一多个有机工程靶标分配给第一未编译工作流，其中
所述第一未编译工作流被配置成产生所述第一多个有机工程靶标，
所述第一未编译工作流与多个处理模块中的处理模块的第一子集相关联，
所述多个处理模块中的每个相应处理模块与多个单元操作定义中的单元操作定义的不同子集相关联，
所述多个单元操作定义中的每个相应单元操作定义独立地与对应的时间间隔相关联，并且
所述多个单元操作中的每个相应单元操作定义独立地与多个仪器中的仪器的第一子集相关联；
(C)对于所述第一多个有机工程靶标中的每个相应有机工程靶标，将所述第一未编译工作流转译成所述相应有机工程靶标的编译的第一工作流的对应实例，其中所述编译的第一工作流的所述对应实例包含：
(i)对于仪器的所述第一子集中的每个相应仪器，(a)所述相应仪器的地址和(b)用于所述相应仪器的一个或多个执行指令，以及
(ii)第一多个单元操作，其中所述第一多个单元操作在时间上被组织成线性时间顺序，并且其中所述第一多个单元操作中的每个相应单元操作由对应单元操作定义的所述时间间隔来表征，
由此形成所述编译的第一工作流的多个实例。
12.根据权利要求11所述的系统，其中压力调节器联接到所述消毒容器、所述主阀和所述多个试剂容器中的每个试剂容器中的每一个。
13.根据权利要求12所述的系统，其中每个压力调节器进一步包含过滤器，所述过滤器被配置成防止所述相应试剂容器的污染。
14.根据权利要求12所述的系统，其中每个压力调节器进一步包含止回阀。
15.根据权利要求11所述的系统，其中所述试剂处理装置进一步包含联接到所述主阀的泵，所述泵驱动所述试剂处理装置的所述内部流动路径。
16.根据权利要求11所述的系统，其中所述试剂处理装置进一步包含分配循环，所述分配循环被配置成从所述多个试剂容器中的预定试剂容器集合中分配一种选择。
17.根据权利要求11所述的系统，其中所述试剂处理装置进一步包含被配置成对所述系统的一部分进行消毒的第一消毒循环。
18.根据权利要求11所述的系统，其中所述试剂处理装置进一步包含被配置成对所述系统的一部分进行净化的第二消毒循环。
19.根据权利要求11所述的系统，其中所述试剂处理装置的每个组件通过可移除的管道联接。
20.根据权利要求11所述的系统，其中仅需要人为干预来补充所述多个试剂容器中的每个试剂容器的相应试剂并且补充所述消毒容器的所述消毒流体。
21.一种实现一个或多个工作流的方法：
在装置处，所述装置包含一个或多个处理器、存储用于由所述一个或多个处理器执行的一个或多个程序的存储器、控制器、包括多孔板离心仪器的多个仪器、至少与所述多个仪器进行电通信的通信接口和电源；
所述一个或多个程序单独地或共同地使用所述一个或多个处理器来执行一种方法，所述方法包含：
(A)以电子形式获得第一多个有机工程靶标；
(B)通过所述控制器将所述第一多个有机工程靶标分配给第一未编译工作流，其中
所述第一未编译工作流被配置成在第一多孔板集合中的板中的对应孔中产生所述第一多个有机工程靶标中的每个有机工程靶标，
所述第一未编译工作流与多个处理模块中的处理模块的第一子集相关联，
所述多个处理模块中的每个相应处理模块与多个单元操作定义中的单元操作定义的不同子集相关联，
所述多个单元操作定义中的每个相应单元操作定义独立地与对应的时间间隔相关联，并且
所述多个单元操作中的每个相应单元操作定义独立地与所述多个仪器中的仪器的第一子集相关联，其中仪器的所述第一子集包括所述多孔板离心仪器；以及
(C)通过所述控制器，对于所述第一多个有机工程靶标中的每个相应有机工程靶标，将所述第一未编译工作流转译成所述相应有机工程靶标的编译的第一工作流的对应实例，其中所述编译的第一工作流的所述对应实例包含：
(i)对于仪器的所述第一子集中的每个相应仪器，(a)所述相应仪器的地址和(b)一个或多个执行指令，其中用于多孔板离心仪器的所述一个或多个执行指令包含：
b.i)测定第一多孔板集合中每个多孔板的质量，
b.ii)将所述第一多孔板集合中的每个多孔板置于所述多孔板离心机中，其中所述第一多孔板集合中的每个相应多孔板具有置于所述多孔板离心机中与所述相应多孔板相对的位置处的平衡块集合中的对应平衡块，
b.iii)在没有人为干预的情况下，将所述平衡块集合中的每个相应平衡块的质量调整为等于所述第一多孔板集合中的对应多孔板，以及
b.iv)操作所述多孔离心机，以及
(ii)第一多个单元操作，其中所述第一多个单元操作在时间上被组织成线性时间顺序，并且其中所述第一多个单元操作中的每个相应单元操作由对应单元操作定义的所述时间间隔来表征，
由此形成所述编译的第一工作流的多个实例。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一多孔板集合是一个多孔板的集合。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一多孔板集合是从两个多孔板到五个多孔板的集合。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述调整b.iii)进一步包含将流体泵送到所述相应平衡块以便调整其中的所述质量。
25.根据权利要求21所述的方法，其中所述调整b.iii)进一步包含从所述相应平衡块抽取流体以便调整其中的所述质量。
26.根据权利要求21所述的方法，其中所述平衡块集合中的每个平衡块包含底端部分，所述底端部分被配置成用于将流体汇集在其中。
27.根据权利要求21所述的方法，其中所述确定b.i)和所述调整b.iii)是同时执行的。
28.根据权利要求21所述的方法，其中所述调整b.iii)进一步包括存储所述平衡块集合中的每个相应平衡块的调整后的质量。
29.根据权利要求21所述的方法，其中用于所述多孔板离心仪器的所述一个或多个指令进一步包含：
b.v)确定第二多孔板集合中的每个多孔板的质量，
b.vi)将所述第二多孔板集合中的每个多孔板置于所述离心机中，其中所述第二多孔板集合中的每个相应多孔板具有置于所述多孔板离心机中与所述相应多孔板相对的位置处的第二平衡块集合中的对应平衡块，
b.vii)在没有人为干预的情况下，将所述第二平衡块集合中的每个平衡块的所述质量调整为等于所述第二多孔板集合中的对应多孔板的所述质量，以及
b.viii)操作所述多孔板离心机。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述第二多孔板集合是所述第一多孔板集合。
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