CN113841078A - 用于分析物检测和分析的方法、装置和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于分析物检测和分析的系统和方法。系统可包括开放衬底。开放衬底可被配置为旋转或以其他方式移动。开放衬底可包括单独可寻址位置的阵列，其中分析物固定在其上。可以在空间上对底物进行索引以识别来自一种或多种来源的核酸分子和/或其序列，以及各自的一种或多种来源。可将包含多个探针的溶液引导遍及阵列以将多个探针中的至少一个与分析物中的至少一个偶联以形成结合探针。检测器可被配置为通过扫描衬底来检测来自结合探针的信号，同时最小化衬底的温度波动或由气泡引起的光学像差。

Description

用于分析物检测和分析的方法、装置和系统
交叉引用
本申请要求2019年3月14日提交的美国临时申请第62/818,549号、2019年4月23日提交的美国临时申请第62/837,684号、2019年10月11日提交的美国临时申请第62/914,293号、2019年6月19日提交的美国申请第16/445,798号、2019年11月7日提交的美国申请第16/677,067号和2019年11月7日提交的美国申请第16/677,115号的优先权和权益，其各自的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
在分子生物学和医学(例如诊断)领域，生物样品处理具有多种应用。例如，核酸测序可以提供信息，该信息可用于诊断受试者的某种病况并且在一些情况下可用于定制治疗计划。测序被广泛用于分子生物学应用，包括载体设计、基因疗法、疫苗设计、工业菌株设计和验证。生物样品处理可以涉及流体系统和/或检测系统。
发明内容
尽管生物样品处理系统和方法很普遍，但这样的系统和方法的效率可能很低，可能较为费时并且浪费诸如试剂之类的宝贵资源。本文认识到对用于高效样品处理和/或分析的方法和系统的需要。
本公开提供了用于样品处理和/或分析的方法、装置和系统。本文所述的方法、装置和系统可包括开放衬底或其用途。开放衬底可在其上包含一种或多种分析物。例如，一种或多种分析物可以与开放衬底直接或间接(例如，通过中间物，例如粘合剂或接头)偶联、附接、固定或以其他方式关联。开放衬底可以包括阵列。在一些情况下，可以控制开放衬底的环境，例如围绕开放衬底的局部环境，以促进一种或多种反应，或一种或多种检测。本文所述的方法、装置和系统可包括浸没式光学系统或其使用。浸没式光学系统可被配置为检测开放衬底上的分析物或其活性。本文描述的方法、装置和系统可以包括对开放衬底或其阵列的空间索引，或其用途。
在各个方面，本公开提供了一种用于扫描表面的方法，所述方法包括：(a)使用扫描系统扫描包括表面的一部分的扫描场，其中扫描场具有相对于表面的旋转轴线的取向；(b)(i)围绕表面的旋转轴线旋转表面并且(ii)围绕扫描场的旋转轴线旋转扫描场，使得在表面相对于扫描场平移之前、期间或之后扫描场基本上保持相对于表面旋转轴线的取向。
在一些实施方案中，扫描场具有基本上直线的形状。在一些实施方案中，扫描场具有长轴线，并且其中取向包括与穿过表面的旋转轴线的扫描场的长轴线重合的线。在一些实施方案中，扫描场在表面上追踪(trace)一弧形。在一些实施方案中，扫描表面包括对表面成像。在一些实施方案中，扫描场包括成像场。在一些实施方案中，扫描场追踪表面上的扫描路径，并且扫描路径包括成像路径。在一些实施方案中，扫描系统包括成像系统。
在一些实施方案中，取向包括扫描场的长轴线，其中长轴线平行于穿过(i)表面的旋转轴线和(ii)扫描场的旋转轴线的径向线。在一些实施方案中，表面相对于扫描场的平移包括在不直接朝向或远离表面的旋转轴线的方向上平移。在一些实施方案中，表面相对于扫描场的平移包括沿平移路径平移，其中包括沿平移路径的净位移的线不与扫描场和表面的旋转轴线两者相交。
在一些实施方案中，扫描场围绕扫描场的旋转轴线相对于表面旋转。在一些实施方案中，扫描场的旋转轴线基本上垂直于表面。在一些实施方案中，扫描场的旋转轴线基本上平行于表面的旋转轴线。在一些实施方案中，扫描场的旋转轴线穿过扫描场的对称轴线。在一些实施方案中，通过旋转物镜来旋转扫描场。在一些实施方案中，通过旋转透镜来旋转扫描场。在一些实施方案中，通过旋转棱镜来旋转扫描场。在一些实施方案中，通过旋转反射镜来旋转扫描场。在一些实施方案中，通过旋转相机来旋转扫描场。在一些实施方案中，通过旋转衍射光学元件(DOE)来旋转扫描场。在一些实施方案中，使用电机来旋转扫描场。
在一些实施方案中，表面基本上是圆形的并且其中扫描场沿着表面的弦(chord)平移。在一些实施方案中，表面基本上是圆形的并且其中扫描场的旋转轴线沿着表面的弦平移。在一些实施方案中，弦不穿过表面的旋转轴线。在一些实施方案中，通过移动表面来平移扫描场。在一些实施方案中，通过移动扫描系统来平移扫描场。在一些实施方案中，扫描场在表面上追踪圆形。在一些实施方案中，扫描场在表面上追踪螺旋形。在一些实施方案中，同时进行表面的旋转和表面的平移。在一些实施方案中，表面的平移相对于表面的旋转轴线是线性的。在一些实施方案中，表面的平移相对于表面基本上不是圆形的。在一些实施方案中，表面的平移增加或减少扫描场的旋转轴线与表面的旋转轴线之间的距离。
在一些实施方案中，扫描系统包括与表面光学通信的物镜。在一些实施方案中，扫描系统包括相机。在一些实施方案中，扫描场与相机光学通信。在一些实施方案中，相机是具有线速率的时间延迟积分(TDI)相机。在一些实施方案中，相机是多线TDI相机。在一些实施方案中，相机包括传感器阵列并且扫描场的旋转轴线穿过传感器阵列的中心。在一些实施方案中，线速率被设置为使得当扫描场已经沿着表面从第一位置前进到第二位置时相机拍摄图像，该第二位置与第一位置相邻。在一些实施方案中，线速率是可变的。在一些实施方案中，当物镜放置得距离表面的旋转轴线更远时，线速率更高。
在一些实施方案中，扫描系统还包括管透镜。在一些实施方案中，扫描系统包括与表面光学通信的两个物镜：所述物镜和第二物镜。在一些实施方案中，相对于法向于表面并与表面的旋转轴线相交的平面，两个物镜位于表面的同一侧。在一些实施方案中，相对于法向于表面并与表面的旋转轴线相交的平面，两个物镜位于表面的相对侧。在一些实施方案中，两个物镜在表面上追踪圆形路径。在一些实施方案中，圆形路径是同心的。在一些实施方案中，所述物镜和第二物镜追踪交替的圆形路径。在一些实施方案中，所述物镜追踪更靠近旋转轴线的圆形路径，并且第二物镜追踪更远离表面的旋转轴线的圆形路径。在一些实施方案中，两个物镜追踪表面上的单独螺旋路径。在一些实施方案中，螺旋路径是交错的。在一些实施方案中，螺旋路径是同心的并且所述物镜追踪更靠近表面的旋转轴线的螺旋路径，并且第二物镜追踪更远离表面的旋转轴线的螺旋路径。在一些实施方案中，物镜追踪第一路径，第一路径具有对应于扫描场的第一宽度的第一宽度，并且其中第二物镜追踪第二路径，第二路径具有对应于第二扫描场的第二宽度的第二路径宽度。在一些实施方案中，第一路径宽度和第二路径宽度交叠不超过30％、不超过20％、不超过10％、不超过5％、不超过1％。
在一些实施方案中，扫描系统包括与表面光学通信的四个物镜。在一些实施方案中，相对于法向于表面并与表面的旋转轴线相交的平面，四个物镜位于表面的同一侧。在一些实施方案中，相对于法向于表面并与表面的旋转轴线相交的平面，四个物镜中的前两个位于表面的第一侧，并且四个物镜中的后两个物镜位于与第一侧相反的表面的第二侧。在一些实施方案中，扫描系统包括与表面光学通信的5、6、7、8、9、10、11、12、13或更多个物镜。
在一些实施方案中，表面以恒定角速度旋转。在一些实施方案中，相机被配置为以给定频率拍摄图像并且表面以可变角速度相对于物镜旋转。在一些实施方案中，角速度是变化的，使得在给定频率下，当扫描场处于第一位置时以及当扫描场处于第二位置时，相机拍摄图像，该第二位置与第一位置相邻。
在一些实施方案中，所述方法还包括照射由照射场限定的表面的一部分。在一些实施方案中，使用激光器照射照射场。在一些实施方案中，使用发光二极管(LED)或灯照射照射场。在一些实施方案中，调节激光器的功率以在表面上保持恒定亮度和/或不使相机饱和。在一些实施方案中，照射场至少部分地与扫描场交叠。在一些实施方案中，扫描场包括照射场。在一些实施方案中，照射场具有与扫描场基本相似的形状。在一些实施方案中，照射场是基本上直线的形状。在一些实施方案中，照射场具有长轴线。
在一些实施方案中，扫描系统还包括多个照射场。在一些实施方案中，多个照射场中的一个或多个具有基本上线性的形状。在一些实施方案中，所述方法还包括旋转照射场，使得照射场相对于表面的旋转轴线保持限定的取向。在一些实施方案中，照射场相对于扫描场保持固定的取向。在一些实施方案中，限定的取向包括与穿过表面的旋转轴线的照射场的长轴线重合的线。在一些实施方案中，限定的取向包括平行于径向线的照射场的长轴线，其中径向线穿过表面的旋转轴线和照射场的旋转轴线。在一些实施方案中，扫描场和照射场一起旋转。在一些实施方案中，照射场的长轴线平行于扫描场的长轴线。在一些实施方案中，照射场围绕照射场的旋转轴线旋转。在一些实施方案中，照射场的旋转轴线基本上垂直于表面。在一些实施方案中，照射场的旋转轴线基本上平行于表面的旋转轴线。在一些实施方案中，照射场的旋转轴线穿过照射场的对称轴线。在一些实施方案中，照射场的旋转轴线与扫描场的旋转轴线相同。在一些实施方案中，通过旋转透镜来旋转照射场。在一些实施方案中，通过旋转衍射光学元件(DOE)来旋转照射场。在一些实施方案中，通过旋转棱镜来旋转照射场。在一些实施方案中，通过旋转反射镜来旋转照射场。在一些实施方案中，通过旋转激光来旋转照射场。在一些实施方案中，使用电机来旋转照射场。
在一些实施方案中，所述方法还包括扫描由第二扫描场限定的表面的第二部分。在一些实施方案中，使用第二扫描系统扫描第二扫描场。在一些实施方案中，第二扫描系统包括与表面光学通信的第二物镜。在一些实施方案中，第二物镜独立于第一物镜而聚焦。在一些实施方案中，第二物镜相对于第一物镜具有固定位置。在一些实施方案中，第二扫描场具有相对于表面的旋转轴线的取向。在一些实施方案中，第二扫描场与所述扫描场径向相邻。在一些实施方案中，所述扫描场和第二扫描场相对于表面的旋转轴线具有相同的取向。在一些实施方案中，第二扫描场独立于所述扫描场旋转，使得第二扫描场保持相对于表面的旋转轴线的取向。在一些实施方案中，第二扫描场与所述扫描场协同旋转。
在一些实施方案中，第一物镜和第二物镜是扫描模块的一部分，并且扫描模块沿着从表面的旋转轴线径向延伸的线相对于表面平移。在一些实施方案中，表面基本上是圆形的，并且其中第一物镜或第二物镜中的至少一个不沿着穿过表面的旋转轴线的弦平移。在一些实施方案中，第一物镜和第二物镜相对于法向于表面并与表面的旋转轴线相交的平面位于表面的同一侧，并且第一物镜和第二物镜一起朝向或远离表面的旋转轴线平移。在一些实施方案中，第一物镜和第二物镜相对于法向于表面并与表面的旋转轴线相交的平面位于表面的相对侧。在一些实施方案中，(i)当第二物镜远离表面的旋转轴线平移时，第一物镜朝向表面的旋转轴线平移或(ii)当第二物镜朝向表面的旋转轴线平移时第一物镜远离表面的旋转轴线平移。
在一些实施方案中，表面基本上是圆形的，并且其中第一物镜和第二物镜沿着在法向于表面并与表面的旋转轴线相交的平面的任一侧并且与表面的旋转轴线等距的平行弦平移。在一些实施方案中，表面安装在旋转模块上。在一些实施方案中，旋转模块相对于扫描系统平移。在一些实施方案中，旋转模块是静止的并且扫描模块是可平移的。在一些实施方案中，扫描模块是静止的并且旋转模块是可平移的。在一些实施方案中，旋转模块安装在轨道上。在一些实施方案中，扫描模块安装在扫描模块轨道上。在一些实施方案中，扫描模块轨道是线性的。在一些实施方案中，多个表面安装在多个旋转模块上并且其中多个旋转模块安装在平台上并且平台旋转以使每个旋转模块与扫描模块光学通信。
在一些实施方案中，在扫描表面之后，旋转模块被移动到化学模块。在一些实施方案中，所述方法还包括平移第二旋转模块使得第二表面与扫描模块光学通信。在一些实施方案中，表面包含核酸集落阵列。在一些实施方案中，核酸集落用荧光团标记。在一些实施方案中，荧光团的强度指示核酸集落的序列。在一些实施方案中，激光器以第一波长激发荧光团并且相机以第二波长检测来自荧光团的发射。在一些实施方案中，激光器照射照射场并且相机扫描扫描场。
在一些实施方案中，扫描、旋转表面，旋转扫描场和平移中的两个或更多个同时发生。在一些实施方案中，扫描、旋转表面，旋转扫描场和平移中的三个或更多个同时发生。在一些实施方案中，扫描、旋转表面，旋转扫描场和平移独立地发生。在一些实施方案中，所述方法进一步包括重复步骤(a)和(b)。在一些实施方案中，对核酸聚合反应中的每个碱基重复步骤(a)和(b)，从而对核酸进行测序。
在各个方面，本公开提供了一种扫描系统，包括：配置为围绕表面的旋转轴线旋转的表面；与表面光学通信的检测器，其中检测器具有包括表面的第一部分的扫描场；和配置为照射包括表面的第二部分的照射区域的照射源，其中照射区域和扫描场至少部分交叠，其中检测器被配置为在(i)表面围绕旋转轴线旋转和(ii)表面相对于扫描场平移期间保持扫描场相对于表面的旋转轴线的取向。
在一些实施方案中，扫描场在表面上追踪弧形。在一些实施方案中，扫描表面包括对表面成像。在一些实施方案中，扫描场包括成像场。在一些实施方案中，扫描场沿着表面追踪扫描路径，并且其中扫描路径包括成像路径。在一些实施方案中，扫描系统包括成像系统。在一些实施方案中，检测器包括线扫描相机。在一些实施方案中，线扫描相机包括TDI线扫描相机。在一些实施方案中，TDI线扫描相机对第一相机区域上的第一扫描场成像。在一些实施方案中，TDI线扫描相机对第二相机区域上的第二扫描场成像。在一些实施方案中，TDI线扫描相机在第一相机区域上对第一扫描场进行成像并且在第二相机区域上对第一扫描场进行成像。在一些实施方案中，第一相机区域和第二相机区域检测不同的波长。在一些实施方案中，第一相机区域和第二相机区域检测不同的动态范围。
在一些实施方案中，表面被配置为相对于扫描场沿着平移轴线平移。在一些实施方案中，平移轴与表面的旋转轴线和扫描场的中心点相交。在一些实施方案中，平移轴不与表面的旋转轴线和扫描场的中心点相交。在一些实施方案中，扫描场的取向在表面平移时相对于表面的旋转轴线从第一取向变为第二取向。在一些实施方案中，扫描场被配置为相对于表面的旋转轴线围绕扫描场的旋转轴线旋转，以相对于表面的旋转轴线将扫描场的取向从第二取向校正为第一取向。在一些实施方案中，扫描场被配置为通过旋转物镜而旋转。在一些实施方案中，扫描场被配置为通过旋转透镜而旋转。在一些实施方案中，扫描场被配置为通过旋转棱镜而旋转。在一些实施方案中，扫描场被配置为通过旋转反射镜而旋转。在一些实施方案中，扫描场被配置为通过旋转检测器而旋转。在一些实施方案中，扫描场被配置为通过旋转衍射光学元件(DOE)而旋转。
在一些实施方案中，照射源包括激光器或发光二极管(LED)。在一些实施方案中，照射源包括基本上圆形的照射轮廓。在一些实施方案中，基本上圆形的照射轮廓被沿着单个轴线扩展。在一些实施方案中，使用柱面透镜沿着单个轴线扩展基本上圆形的照射轮廓。在一些实施方案中，扫描系统还包括多个具有基本上圆形的照射轮廓的照射源，其中基本上圆形的照射轮廓被沿着单个轴线扩展。在一些实施方案中，照射源穿过光栅。
在一些实施方案中，表面的第一部分被配置为相对于扫描场移动。在一些实施方案中，表面的第一部分的第一区域被配置为相对于扫描场以第一速度移动，并且表面的第一部分的第二区域被配置为相对于扫描场以第二速度移动。在一些实施方案中，第一区域比第二区域更靠近表面的旋转轴线并且第一速度比第二速度慢。在一些实施方案中，第一区域的图像在检测器上被放大第一放大系数，且第二区域的图像在检测器上被放大第二放大系数。在一些实施方案中，第一放大系数和第二放大系数不同。
在一些实施方案中，扫描系统还包括定位在扫描场和检测器之间的光路中的具有透镜轴线的透镜，其中透镜轴线不垂直于表面。在一些实施方案中，扫描系统还包括定位在扫描场和检测器之间的光路中的物镜。在一些实施方案中，物镜与表面流体接触。在一些实施方案中，物镜和表面处于不同的温度。
在一些实施方案中，扫描系统还包括跨越接触表面和物镜的流体的温度梯度。在一些实施方案中，物镜包括与流体接触的绝缘间隔件。在一些实施方案中，绝缘间隔件包括气隙。在一些实施方案中，物镜被加热以减小温度梯度。在一些实施方案中，物镜被冷却以增大温度梯度。在一些实施方案中，流体被配置为在旋转期间交换。
在一些实施方案中，所述方法还包括(i)使用自动聚焦系统扫描表面的聚焦区以生成聚焦区的聚焦图谱和(ii)基于聚焦图谱调节表面相对于扫描系统的聚焦同时对扫描场进行扫描。在一些实施方案中，在使用自动聚焦系统扫描表面的聚焦区的同时，表面相对于扫描场围绕表面的旋转轴线旋转。在一些实施方案中，聚焦区包括扫描场。在一些实施方案中，聚焦区包括与扫描场非常接近的场。在一些实施方案中，聚焦区不包括扫描场。在一些实施方案中，在扫描之前扫描聚焦区。在一些实施方案中，在扫描的同时扫描聚焦区。
在一些实施方案中，所述物镜被配置为在表面相对于物镜围绕表面的旋转轴线旋转时保持与表面的流体接触。在一些实施方案中，物镜被配置为在大致法向于表面的方向上移动以离开和重新进入与表面的流体接触。在一些实施方案中，物镜被配置为当物镜离开与表面的流体接触时保留附着到物镜的流体液滴。在一些实施方案中，物镜被配置为当物镜重新进入与表面的流体接触时在表面和物镜之间排出气泡。在一些实施方案中，扫描系统还包括附接到物镜并被配置为促进气泡排出的适配器。
在一些实施方案中，扫描系统还包括围绕表面和物镜的腔室，其被配置为与腔室外部相比，在腔室中保持较高的湿度。在一些实施方案中，腔室包括在表面下方配置为收集流体的储器。在一些实施方案中，储器包括液位，并且其中储器被配置为保持大致恒定的液位。在一些实施方案中，储器被配置为分配大约等于通过储器收集的流体体积的流体体积。在一些实施方案中，腔室的顶部保持在第一温度，物镜保持在第二温度，表面保持在第三温度，并且储器保持在第四温度。在一些实施方案中，第一温度高于第二温度。在一些实施方案中，第三温度低于第四温度。在一些实施方案中，第二温度高于第三温度并低于第一温度。
在各个方面，本公开提供了一种对核酸分子进行测序的方法，所述方法包括：(i)在未覆盖的表面上提供核酸分子的阵列；(ii)当在25摄氏度的温度下测量时，以至少1纳升/秒的速率将一层溶液分散在未覆盖的表面上，其中溶液包括包含至少一种核苷酸的试剂，该核苷酸并入与核酸分子的阵列的核酸分子互补的生长核酸链中；和(iii)检测一个或多个信号，所述一个或多个信号指示核苷酸并入到生长核酸链中。
在各个方面，本公开提供了一种处理多个核酸样品的方法，包括：(i)提供所述多个核酸样品，其中所述多个核酸样品包括包含第一组核酸分子的第一核酸样品和包含第二组核酸分子的第二核酸样品，其中所述多个核酸样品中的每个样品具有可识别的样品来源；(ii)将所述第一核酸样品加载到衬底的第一区域作为所述第一组核酸分子的第一阵列并将所述第二核酸样品加载到所述衬底的第二区域作为所述第二组核酸分子的第二阵列，其中所述第一区域不同于所述第二区域；(iii)将溶液分散遍及所述衬底，其中所述溶液包含足以与所述第一阵列或所述第二阵列的核酸分子反应的试剂；(iv)检测指示所述试剂与所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子之间的反应的一个或多个信号；和(v)至少部分地基于(a)所述一个或多个信号和(b)来自所述第一区域和所述第二区域的位置(从所述位置检测所述一个或多个信号)，分析所述第一核酸样品和所述第二核酸样品，并且(1)将所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的第一子集确定为源自所述第一核酸样品和(2)将所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的第二子集确定为源自所述第二核酸样品。
在各个方面，本公开提供了一种用于处理多个核酸样品的方法，包括：(i)提供所述多个核酸样品，其中所述多个核酸样品包括包含第一组核酸分子的第一核酸样品和包含第二组核酸分子的第二核酸样品，(ii)将所述第一核酸样品加载到衬底上以将所述第一组核酸分子与单独可寻址位置的第一阵列关联；(iii)对所述衬底进行成像以识别单独可寻址位置的所述第一阵列；(iv)将所述第二核酸样品加载到衬底上以将所述第二组核酸分子与单独可寻址位置的第二阵列关联；(v)对所述衬底成像以识别所述单独可寻址位置的所述第二阵列；(vi)将溶液分散遍及所述衬底，其中所述溶液包含足以与所述第一阵列或所述第二阵列的核酸分子反应的试剂；(vii)检测指示所述试剂与所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子之间的反应的一个或多个信号；和(viii)至少部分地基于(a)所述一个或多个信号和(b)来自单独可寻址位置的所述第一阵列和单独可寻址位置的所述第二阵列的位置(从所述位置检测所述一个或多个信号)，分析所述第一核酸样品和所述第二核酸样品，并且(1)将所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的第一子集确定为源自所述第一核酸样品和(2)将所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的第二子集确定为源自所述第二核酸样品。
在各个方面，本公开提供了一种用于处理多个核酸样品的方法，其中所述多个核酸样品中的每一个包含荧光染料；(i)提供所述多个核酸样品，其中所述多个核酸样品中的每一个包含荧光染料；(ii)将所述多个核酸样品分成第一组一个或多个样品和第二组一个或多个样品；(iii)将所述第一组一个或多个样品加载到衬底上的第一组区域上，在所述第一组区域中每个区域一个样品；(iv)对所述衬底成像以识别所述衬底上(a)所述第一组区域内的位置和(b)第二组区域内的位置，其中所述第二组区域不同于所述第一组一个或多个样品所关联的所述第一组区域；(v)将所述第二组一个或多个样品加载到衬底上的所述第二组区域上，其中在所述第二组区域中每个区域一个样品；(vi)对所述衬底成像以识别(a)所述第一组区域内的位置和(b)其中所述第二组一个或多个样品所关联的所述第二组区域内的位置；(vii)将溶液分散遍及所述衬底，其中所述溶液包含足以与所述第一组一个或多个样品或所述第二组一个或多个样品的核酸分子反应的试剂；(viii)检测指示所述试剂与所述核酸分子之间的反应的一个或多个信号；和(ix)至少部分地基于(a)所述一个或多个信号和(b)来自所述第一组区域和所述第二组区域的位置(从所述位置检测所述一个或多个信号)，分析所述所述多个核酸样品中的每一个。
在各个方面，本公开提供了一种用于处理生物分析物的方法，包括：(i)移动衬底通过卷轴或沿着卷轴移动衬底，其中所述衬底的表面包含固定有所述生物分析物的阵列；(ii)使所述衬底的所述表面与包含溶液的储器接触，其中所述溶液包含多个探针；(iii)使所述生物分析物经受足以在所述多个探针中的一个探针与所述生物分析物之间进行反应的条件，以将所述探针与所述生物分析物偶联；和(iv)检测来自与所述生物分析物偶联的所述探针的一个或多个信号，从而分析所述生物分析物，其中在(ii)-(iv)的至少两个连续循环中以相同方向移动所述衬底通过卷轴或沿着所述卷轴移动所述衬底。
在各个方面，本公开提供了一种用于分析生物分析物的系统，包括：包含生物分析物的衬底，其中所述衬底被保持在或高于第一温度，所述第一温度高于暴露于所述衬底的环境的环境温度；和与所述衬底光学通信并暴露于所述环境的光学成像物镜，其中所述光学成像物镜经受所述衬底的所述第一温度与所述环境的所述环境温度之间的温度梯度，其中所述光学成像物镜包括第一光学元件和与所述第一光学元件相邻的第二光学元件，其中所述第二光学元件设置为比所述第一光学元件距所述衬底更远，其中所述第一光学元件被配置为至少部分地浸没在与所述衬底接触的浸没流体中，其中所述第二光学元件通过所述第一光学元件与所述衬底光学通信，并且其中所述第一光学元件被配置为使得所述第二光学元件的第二温度保持在或低于预定阈值。
在各个方面，本公开提供了一种用于分析生物分析物的方法，包括：(i)提供包含生物分析物的衬底，其中所述衬底处于高于暴露于所述衬底的环境的环境温度的第一温度；(ii)提供与所述衬底光学通信并暴露于环境的光学成像物镜，其中所述光学成像物镜经受所述衬底的所述第一温度与所述环境的所述环境温度之间的温度梯度，其中所述光学成像物镜包括第一光学元件和与所述第一光学元件相邻的第二光学元件，其中所述第二光学元件设置为比所述第一光学元件距所述衬底更远，并且其中所述第一光学元件至少部分地浸没在与所述衬底接触的浸没流体中；(iii)控制或维持所述第一光学元件的第二温度以调节通过所述光学成像物镜的所述温度梯度的大小或位置，使得通过所述光学元件的第三温度梯度保持在预定阈值以下；和(iv)在所述衬底相对于所述光学成像物镜移动期间，使用所述光学成像物镜来检测来自所述生物分析物的一个或多个信号。
在各个方面，本公开提供了一种用于储存包含核酸分子包被表面的衬底的方法，包括：(i)提供具有表面的所述衬底，所述表面包含固定在其上的第一组核酸分子，其中所述第一组核酸分子的核酸分子被配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子；(ii)在足以产生经处理的表面的条件下，使包括包含所述第一组核酸分子的所述表面的所述衬底与第二组核酸分子接触，其中所述第一组核酸分子的至少90％的核酸分子与所述第二组核酸分子的核酸分子杂交，其中所述第二组核酸分子不是所述样品核酸分子；和(iii)将具有所述经处理的表面的所述衬底储存至少1小时的时间段。
在各个方面，本公开提供了一种用于核酸处理的方法，包括：(i)提供具有经处理的表面的衬底，该经处理的表面包含固定在其上的第一组核酸分子，其中所述第一组核酸分子的至少90％的核酸分子与第二组核酸分子的核酸分子杂交，其中所述第一组核酸分子的核酸分子被配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子，其中所述第二组核酸分子不是所述样品核酸分子，并且其中具有所述经处理的表面的所述衬底已储存至少1小时的时间段；和(ii)从所述经处理的表面去除所述第二组核酸分子的所述核酸分子。
在各个方面，本公开提供了一种试剂盒，包括：包含经处理的表面的衬底，其中所述经处理的表面包含多对结合的核酸分子，其中所述多对中的每一对包含与第二组核酸分子的第二核酸分子至少部分杂交的第一组核酸分子的第一核酸分子，其中所述第一组核酸分子固定到所述表面，其中所述第一组核酸分子的至少90％的核酸分子与所述第二组核酸分子的核酸分子配对，其中所述第一组核酸分子的核酸分子被配置为当所述第一组核酸分子的所述核酸分子不与所述第二组核酸分子的核酸分子配对时捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子。
在各个方面，本公开提供了一种试剂盒，包括：包含表面的衬底，该表面包含固定在其上的第一组核酸分子，其中所述第一组核酸分子包含一个或多个第一核酸分子，该一个或多个第一核酸分子被配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子；以及包含第二组核酸分子的溶液，其中所述第二组核酸分子包含一个或多个第二核酸分子，该一个或多个第二核酸分子不是所述样品核酸分子；其中所述第二组核酸分子选择为，使得在使所述溶液与所述表面接触时，至少70％的所述一个或多个第一核酸分子与所述第二组核酸分子的第二核酸分子结合以产生一对或多对结合的核酸分子，其中所述一对或多对中的每一对包含(i)所述第一组核酸分子的第一核酸分子和所述第二组核酸分子的第二核酸分子，和(ii)一段基本互补的序列。
在各个方面，本公开提供了一种用于储存包含核酸分子包被表面的衬底的方法，包括：(i)提供具有表面的所衬底，所述表面包含固定在其上的第一组核酸分子，其中所述第一组核酸分子的核酸分子被配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子，并且其中所述第一组核酸分子的每个核酸分子包含第一核酸序列和第二核酸序列，所述第二核酸序列与所述第一核酸序列基本互补；(ii)通过使所述表面经受足以将所述第一组核酸分子的核酸分子的所述第一核酸序列与所述核酸分子的所述第二核酸序列结合以提供固定的发夹分子的条件而产生经处理的表面；和(iii)将具有所述经处理的表面的所述衬底储存至少1小时的时间段。
在各个方面，本公开提供了一种用于储存包含核酸分子包被表面的衬底的方法，包括：(i)提供具有表面的衬底，该表面包含固定在其上的第一组核酸分子，其中所述第一组核酸分子的核酸分子被配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子，并且其中所述第一组核酸分子的所述核酸分子的每个核酸分子包含第一核酸序列；(ii)提供第二组核酸分子，其中所述第二组核酸分子的每个核酸分子包含与所述第一核酸序列基本互补的第二核酸序列，并且其中所述第二组核酸分子不是所述样品核酸分子；(iii)使包含所述第一组核酸分子的所述表面与所述第二组核酸分子接触以产生经处理的表面，其中所述第一组核酸分子的至少70％的核酸分子与所述第二组核酸分子的核酸分子杂交；和(iv)将所述经处理的表面储存至少一个小时，其中，对于与所述第二组核酸分子的核酸分子杂交的所述第一组核酸分子的每个核酸分子，所述第一核酸序列与所述第二核酸序列杂交，并且其中与所述第二核酸序列杂交的所述第一核酸序列在约40摄氏度至60摄氏度至少部分变性。
在各个方面，本公开提供了一种用于检测或分析分析物的方法，包括：(i)提供包含中心轴线的开放衬底，所述开放衬底包含邻接固定至所述开放衬底的分析物阵列，其中所述分析物阵列中的至少一个分析物与探针结合；和(ii)使用检测器系统对所述开放衬底进行非线性扫描以检测来自所述结合探针的至少一个信号或信号变化，其中所述检测器系统包括线扫描相机和照射源，其中所述照射源被配置为在所述开放衬底上产生照射区域，其中所述开放衬底包括第一区域和第二区域，其中所述第一区域和所述第二区域：(a)包含所述分析物阵列的不同子集，(b)位于所述开放衬底的相对于所述中心轴线的不同径向位置，以及(c)由所述检测器系统在空间上分辨；并且其中所述结合探针设置在所述开放衬底的所述第一区域中，并且其中在所述开放衬底与(1)所述线扫描相机和(2)所述照射区域之一或两者之间的相对非线性运动期间进行所述非线性扫描。
在各个方面，本公开提供了一种用于分析物检测或分析的设备，包括：壳体，其被配置为接收具有与开放衬底邻接固定的分析物阵列的开放衬底，其中所述分析物阵列中的至少一个分析物与探针结合；以及检测器系统，其中所述检测器系统包括线扫描相机和照射源，其中所述照射源被配置为在所述开放衬底上产生照射区域，其中所述开放衬底包括第一区域和第二区域，其中所述第一区域和所述第二区域：(a)包含固定的分析物的所述阵列的子集，(b)位于所述开放衬底的相对于所述中心轴线的不同径向位置，以及(c)由所述检测器系统在空间上分辨；其中所述结合探针设置在所述开放衬底的所述第一区域中，并且其中所述检测器系统被编程为进行所述开放衬底的非线性扫描并检测来自在所述开放衬底的所述第一区域处的所述结合探针的至少一个信号或信号变化，其中在所述开放衬底与(1)所述线扫描相机和(2)所述照射区域之一或两者之间的相对非线性运动期间进行所述非线性扫描。
在各个方面，本公开提供了一种计算机可读介质，其包括存储在其上的非暂时性指令，该非暂时性指令在被执行时使一个或多个计算机处理器实现用于检测或分析分析物的方法，所述方法包括：提供围绕中心轴线的开放衬底，所述开放衬底包含邻接固定至所述开放衬底的分析物阵列，其中所述分析物阵列中的至少一个分析物与探针结合；和使用检测器系统对所述开放衬底进行非线性扫描以检测来自所述结合探针的至少一个信号或信号变化，其中所述检测器系统包括线扫描相机和照射源，其中所述照射源被配置为在所述开放衬底上产生照射区域，其中所述开放衬底包括第一区域和第二区域，其中所述第一区域和所述第二区域：(a)包含所述分析物阵列的不同子集，(b)位于所述开放衬底的相对于所述中心轴线的不同径向位置，以及(c)由所述检测器系统在空间上分辨；其中所述结合探针设置在所述开放衬底的所述第一区域中，并且其中在所述开放衬底与(1)所述线扫描相机和(2)所述照射区域之一或两者之间的相对非线性运动期间进行所述非线性扫描。
在各个方面，本公开提供了一种用于核酸样品处理的方法，包括：(i)提供包含第一组核酸分子的第一来源和包含第二组核酸分子的第二来源，其中所述第一来源不同于所述第二来源；(ii)将来自所述第一来源的所述第一组核酸分子引导至衬底以产生固定在与所述衬底相邻的第一阵列中的所述第一组核酸分子；(iii)对所述衬底成像以识别所述衬底上的第一组位置，其中所述第一阵列与所述衬底相邻；(iv)将来自所述第二来源的所述第二组核酸分子引导至所述衬底以产生固定在与所述衬底相邻的第二阵列中的所述第二组核酸分子，其中所述第二阵列不同于所述第一阵列；(v)对所述衬底成像以识别所述衬底上的第二组位置，其中所述第二阵列与所述衬底相邻；以及(vi)使用(a)从所述第一阵列和所述第二阵列检测到的信号和(b)从中检测所述信号的位置来识别(1)具有所述第一来源的所述第一组核酸分子或其序列和(2)具有所述第二来源的所述第二组核酸分子或其序列，其中所述第一组位置和所述第二组位置各自包含至少1,000,000个位置。
在各个方面，本公开提供了一种用于扫描表面的方法，包括：(i)使用扫描仪扫描包括表面的一部分的扫描场，其中扫描场具有相对于表面的旋转轴线的取向；和(ii)在表面和扫描场相对于彼此平移之前、期间或之后(a)围绕表面的旋转轴线旋转表面和(b)围绕扫描场的旋转轴线旋转扫描场以基本上保持扫描场相对于表面的旋转轴线的取向。
在各个方面，本公开提供了一种系统，包括：扫描仪，其被配置为扫描包括表面的一部分的扫描场，其中扫描场具有相对于所述表面的旋转轴线的取向；控制器，其被配置为在表面和扫描场相对于彼此平移之前、期间或之后指令(i)表面围绕表面的旋转轴线旋转和(ii)扫描场围绕扫描场的旋转轴线旋转以基本保持扫描场相对于表面的旋转轴线的取向。
在各个方面，本公开提供了一种用于分析生物材料的方法，包括：(i)激活包括如下的装置：(a)包含具有所述生物材料的表面的衬底，其中所述表面处于高于环境温度的第一温度，(b)与所述表面光学通信的光学成像物镜，其中所述光学成像物镜包括在所述第一温度和所述环境温度之间的温度梯度，其中所述光学成像物镜包括(1)至少部分地浸入与所述表面接触的浸没流体中的第一光学元件，以及(2)通过至少所述第一光学元件与所述表面光学通信的第二光学元件，并且其中所述第二光学元件保持在或低于不同于所述第一温度的第二温度；和(ii)使用所述光学成像物镜从具有所述生物材料的所述表面收集信号。
在各个方面，本公开提供了一种用于分析生物材料的系统，包括：平台，其被配置为支撑包含具有所述生物材料的表面的衬底，其中当所述衬底被所述平台支撑时，所述表面被配置为处于高于环境温度的第一温度；光学成像物镜，其被配置为当所述衬底由所述平台支撑时与所述表面光学通信，其中所述光学成像物镜被配置为包括在所述第一温度和所述环境温度之间的温度梯度，其中所述光学成像物镜包括(1)被配置为至少部分地浸入与所述表面接触的浸没流体中的第一光学元件，以及(2)通过至少所述第一光学元件与所述表面光学通信的第二光学元件，并且其中所述第二光学元件被配置为保持在或低于第二温度，所述第二温度不同于所述第一温度；以及一个或多个计算机处理器，其被单独或共同编程以指令使用至少所述光学成像物镜从具有所述生物材料的所述表面收集信号。
本公开内容的另一方面提供了一种非暂时性计算机可读取介质，其包括在由一个或多个计算机处理器执行时实现上文或本文其他地方的方法中的任何方法的机器可执行代码。
本公开内容的另一方面提供了包含一个或多个计算机处理器和与之耦合的计算机存储器的系统。所述计算机存储器包含机器可执行代码，所述机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行时实现上述或本文其他地方的任何方法。
通过以下在其中仅示出和描述了本公开内容的说明性实施方案的详细描述，本公开内容的其他方面和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。如将会认识到的，本公开内容能够具有其他和不同的实施方案，并且其若干细节能够在各个明显的方面进行修改，所有这些都不偏离本公开内容。因此，附图和说明书在本质上将被认为是说明性而非限制性的。
援引并入
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，其程度如同特别地且单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请通过引用而并入。在通过引用并入的出版物和专利或专利申请与本说明书中包含的公开内容相抵触的程度下，本说明书旨在取代和/或优先于任何此类矛盾的材料。
附图说明
本发明的新颖特征在所附权利要求中具体阐述。通过参考以下对其中利用到本发明原理的说明性实施方案加以阐述的详细描述以及附图(本文也称为“图”)，将会获得对本发明特征和优点的更好理解，在这些附图中：
图1示出了计算机控制系统，其被编程或以其他方式配置用于实现本文所提供的方法；
图2示出了用于对核酸分子进行测序的方法的示例的流程图；
图3示出了用于对核酸分子进行测序的系统；
图4A示出了在第一竖直水平上对核酸分子进行测序的系统；
图4B示出了在第二竖直水平上对核酸分子进行测序的系统；
图5A示出了使用流体流动通道的阵列对核酸分子进行测序的系统的第一示例；
图5B示出了使用流体流动通道的阵列对核酸分子进行测序的系统的第二示例；
图6示出了用于对核酸分子进行测序的计算机化系统；
图7示出了在开放衬底系统中具有不同环境条件的系统；
图8A-图8D示出了用于线扫描相机的方案。图8A示出了用于时间延迟和积分(TDI)线扫描相机的像素行。图8B示出了用于包括红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)像素的彩色线扫描相机的三线性像素方案。图8C和图8D示出了用于包括红色、绿色和蓝色像素的彩色线扫描相机的双线性像素方案；
图9示出了在衬底旋转运动期间用于对衬底进行连续区域扫描的光学系统；
图10A示出了使用定制的光学畸变在衬底旋转运动期间对衬底进行成像的光学系统；
图10B示出了使用定制的光学畸变在衬底的旋转运动期间对衬底进行成像的光学系统；
图10C示出了使用柱面透镜引起的定制光学畸变的示例；
图11A示意性地示出了用于扩展激光束以提供激光线的方案；
图11B示意性地示出了用于扩展激光束以提供激光线的方案；
图11C示出了用于整形激光束的光学系统；
图12A-图12C示出了用于检测由耦合到开放衬底的材料发射的信号的方案；图12A示出了其中开放衬底旋转并且检测器系统在检测期间保持静止的方案；图12B示出了其中开放衬底保持静止并且检测器系统在检测期间旋转的方案；图12C示出了其中在将溶液递送和分散到开放衬底期间开放衬底旋转(左分图)并且在用旋转检测器系统检测期间保持静止(右分图)的方案；
图13A示出了交错螺旋成像扫描的第一示例；
图13B示出了交错成像扫描的第二示例；
图13C示出了嵌套成像扫描的示例；
图14示出了嵌套圆形成像扫描的配置；
图15示出了浸没式光学系统的横截面视图；
图16示意性地示出了光学成像期间的示例性温度梯度；
图17A-图17B示意性地示出了用于调节衬底温度的示例性方法；
图17C-图17D示意性地示出了用于调节衬底温度的示例性方法；
图17E示意性地示出了用于调节衬底温度的示例性方法；
图18示意性地示出了流体中的气泡形成；
图19示意性地示出了用于光学成像系统的适配器；
图20A示意性地示出了用于置换气泡的示例性方法，显示了具有分配到其上的流体的衬底；
图20B示意性地示出了用于置换气泡的示例性方法，显示了与流体接触的光学成像物镜；
图21示意性地示出了用于在衬底上分配和去除浸没流体的方法；
图22A-图22B示意性地示出了用于捕获气泡的方法和用于光学成像物镜的示例性适配器；
图23A示出了包括静止轴线衬底以及移动流体学和光学器件的系统的架构；
图23B示出了包括平移轴线衬底以及静止流体学和光学器件的系统的架构；
图23C示出了包括多个静止衬底以及移动流体学和光学器件的系统的架构；
图23D示出了包括旋转台上的多个移动衬底以及静止流体学和光学器件的系统的架构；
图23E示出了包括多个静止衬底和移动光学器件的系统的架构；
图23F示出了包括多个移动衬底以及静止流体学和光学器件的系统的架构；
图23G示出了包括多个移动衬底以及静止流体学和光学器件的系统的架构；
图23H示出了包括在多个处理间之间移动的多个衬底的系统的架构；
图23I示出了包括多个成像头的系统的架构，所述多个成像头以共享的平移和旋转轴线进行扫描并且对场独立地进行旋转；
图23J示出了包括多个成像头的系统的架构，所述多个成像头以共享的平移和旋转轴线进行扫描并且对场独立地进行旋转；
图23K示出了包括多个心轴的系统的架构，所述多个心轴以共享的光学检测系统进行扫描；
图24示出了包括多个旋转心轴的系统的架构；
图25示出了用于处理分析物的方法的示例的流程图；
图26示出了用于分离分析物的系统的第一示例；以及
图27示出了用于分离分析物的系统的第二示例；
图28示出了在扫描期间用于补偿速度梯度的控制系统的示例；
图29A示出了衬底相对于位于该衬底的旋转轴线的同一侧的两个成像头的运动；
图29B示出了衬底相对于位于该衬底的旋转轴线的相对侧的两个成像头的运动；
图29C示出了衬底相对于三个成像头的运动；
图29D示出了衬底相对于四个成像头的运动；
图29E示出了衬底相对于四个成像头的运动；
图29F示出了衬底相对于四个成像头的运动；
图29G示出了衬底相对于四个成像头的运动；
图30A示出了位于衬底旋转轴线的同一侧的两个成像头的连串环形路径；
图30B示出了位于衬底旋转轴线的相对侧的两个成像头的连串环形路径；
图30C示出了位于衬底旋转轴线的同一侧的两个成像头的交错环形路径；
图30D示出了位于衬底旋转轴线的相对侧的两个成像头的交错环形路径；
图31A示出了由于衬底的非径向运动导致的成像头的旋转扫描方向；
图31B示出了由于衬底的非径向运动导致的成像头的旋转扫描方向；
图32示出了用于分析物检测或分析的方法的示例的流程图；
图33示意性地示出了表面的旋转轴线和相对平移以及成像场的旋转轴；
图34A示意性地示出了用于旋转成像场的光学系统；
图34B示意性地示出了用于旋转成像场的光学系统；
图34C示意性地示出了用于旋转成像场的光学系统；
图35A示出了用于最佳扫描效率的成像头定位的示例；
图35B示出了用于最佳扫描效率的成像头定位的示例；
图35C示出了用于最佳扫描效率的成像头定位的示例；
图36A-图36B示意性地示出了用于处理生物分析物的方法；
图37A-图37G示出了衬底的横截面表面轮廓的不同示例；
图38A-图38D示出了使寡核苷酸包被的表面对核酸污染物具有抗性的方法；
图39A-图39B示出了空间加载方案的两个示例；
图40示出了多路复用样品处理方案；
图41示意性地示出了示例性光学布局；
图42显示了通过对固定有分析物的衬底进行成像而产生的图像的示例；
图43显示了从诊断程序获得的数据的示例；
图44显示了诊断程序的示例数据；分图A-F显示了在不同单独可寻址位置处在扫描图像上计算的诊断指标的空间图；
图45A显示了基于流的测序的示例数据；
图45B-图45C示出了来自处理的图像的示例数据；
图46A显示了比对的基因组读取的图；图46B显示了参考基因组上的比对覆盖分布图；
图47A示出了保持流体屏障的屏障系统的局部横截面视图；
图47B示出了图47A的屏障系统的腔室的透视图；
图48显示了用于将样品或试剂螺旋加载到衬底上的系统和方法；
图49显示了具有六边形珠子晶格的衬底的示例性涂层；
图50A和图50B示出了用于将珠子加载到衬底上的方法；图50A示出了用于将珠子加载到衬底的特定区域上的方法；图50B示出了用于将珠子子集加载到衬底的特定区域上的方法；
图51示出了用于将样品或试剂螺旋加载到开放衬底上的方法。
具体实施方式
虽然本文已经示出和描述了本发明的各种实施方案，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施方案仅以示例的方式提供。本领域技术人员可在不偏离本发明的情况下想到许多变化、改变和替代。应当理解，可以使用本文中所述的本发明的实施方案的各种替代方案。
如本文所用，术语“处理分析物”通常是指与一个或多个样品物质相互作用的一个或多个阶段。处理分析物可以包括在存在分析物的情况下或在分析物上进行化学反应、生化反应、酶促反应、杂交反应、聚合反应、物理反应、任何其他反应或其组合。处理分析物可以包括对分析物的物理和/或化学操纵。例如，处理分析物可以包括检测化学变化或物理变化、添加或减去材料、原子或分子、分子确认、检测荧光标记的存在、检测福斯特共振能量转移(FRET)相互作用或推断没有荧光。术语“分析物”可以指分子、细胞、生物颗粒或生物体。在一些情况下，分子可以是获自或衍生自生物样品的核酸分子、抗体、抗原、肽、蛋白质或其他生物分子。分析物可以源自和/或衍生自生物样品，诸如细胞或生物体。分析物可以是合成的。
如本文所用，术语“测序”通常是指用于生成或鉴定生物分子如核酸分子的序列的过程。这样的序列可以是核酸序列，其可以包括核酸碱基的序列。测序可以是例如单分子测序或合成测序。可以使用固定在支持物如流动池或一个或多个珠子上的模板核酸分子进行测序。
如本文所用，术语“生物样品”通常是指来自受试者或样品的任何样品。生物样品可以是来自受试者或样品的流体或组织。流体可以是血液(例如全血)、唾液、尿液或汗液。组织可以来自器官(例如，肝、肺或甲状腺)或来自细胞材料块，例如肿瘤。生物样品可以是粪便样品、细胞集合(例如脸颊拭子)或毛发样品。生物样品可以是无细胞样品或细胞样品。生物样品的示例包括核酸分子、氨基酸、多肽、蛋白质、碳水化合物、脂肪或病毒。在一个示例中，生物样品是包括一个或多个核酸分子，诸如脱氧核糖核酸(DNA)和/或核糖核酸(RNA)的核酸样品。核酸分子可以是无细胞的或无细胞的核酸分子，诸如无细胞DNA或无细胞RNA。核酸分子可以衍生自多种来源，包括人、哺乳动物、非人类哺乳动物、猿、猴、黑猩猩、爬行类动物、两栖动物、禽类或植物来源。此外，可从含有无细胞序列的各种动物流体提取样品，该流体包括但不限于血液、血清、血浆、玻璃体、痰液、尿液、泪液、汗液、唾液、精液、粘膜排泄物、粘液、脊髓液、羊水、淋巴液等。无细胞多核苷酸可以是胎儿起源的(通过取自妊娠受试者的流体)，也可以衍生自受试者自身的组织。
如本文所用，术语“受试者”通常是指从其获得生物样品的个体。受试者可以是哺乳动物或非哺乳动物。受试者可以是动物，诸如猴、狗、猫、鸟或啮齿动物。受试者可以是人。受试者可以是患者。受试者可能正在显示疾病的症状。受试者可能是无症状的。受试者可能正在接受治疗。受试者可能未接受治疗。受试者可患有或疑似患有疾病，诸如癌症(例如，乳腺癌、结直肠癌、脑癌、白血病、肺癌、皮肤癌、肝癌、胰腺癌、淋巴瘤、食管癌或宫颈癌)或感染性疾病。受试者可患有或疑似患有遗传病症，诸如软骨发育不全、α-1抗胰蛋白酶缺乏症、抗磷脂综合征、孤独症、常染色体显性多囊肾病、进行性神经性腓骨肌萎缩征(Charcot-Marie-tooth)、猫叫综合征、克罗恩病、囊性纤维化、痛性肥胖病(Dercum disease)、唐氏综合征、杜安综合征(Duane syndrome)、杜氏肌营养不良、莱顿第五因子血栓形成倾向、家族性高胆固醇血症、家族性地中海热、脆性x综合征、戈谢病、血色素沉着症、血友病、前脑无裂畸形、亨廷顿病、克林费尔特综合征、马方综合征、强直性肌营养不良、神经纤维瘤病、努南综合征、成骨不全、帕金森病、苯丙酮尿症、波伦异常、卟啉症、早衰、色素性视网膜炎、重度联合免疫缺陷、镰状细胞病、脊髓性肌萎缩、泰-萨克斯病(Tay-Sachs)、地中海贫血、三甲基胺尿症、特纳综合征、腭帆心脏面部综合征、WAGR综合征或威尔逊病
如本文所用，术语“核酸”、“核酸分子”、“核酸序列”、“核酸片段”、“寡核苷酸”和“多核苷酸”通常是指可以具有各种长度的多核苷酸，诸如脱氧核糖核苷酸或脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核苷酸或核糖核酸(RNA)或其类似物。核酸的非限制性示例包括DNA、RNA、基因组DNA或合成DNA/RNA，或基因或基因片段的编码区或非编码区、从连锁分析定义的基因座、外显子、内含子、信使RNA(mRNA)、转移RNA、核糖体RNA、短干扰RNA(siRNA)、短发夹RNA(shRNA)、微小RNA(miRNA)、核酶、cDNA、重组核酸、分支核酸、质粒、载体、任意序列的分离的DNA以及任意序列的分离的RNA。核酸分子可以具有至少约10个核酸碱基、20个碱基、30个碱基、40个碱基、50个碱基、100个碱基、200个碱基、300个碱基、400个碱基、500个碱基、1千碱基(kb)、2kb、3、kb、4kb、5kb、10kb、20kb、30kb、40kb、50kb、100kb、200kb、300kb、400kb、500kb、1兆碱基(Mb)或更大的长度。核酸分子(例如，多核苷酸)可以包括以下四种天然核苷酸碱基的序列：腺嘌呤(A)；胞嘧啶(C)；鸟嘌呤(G)；和胸腺嘧啶(T)(当多核苷酸为RNA时，胸腺嘧啶(T)替换为尿嘧啶(U))。核酸分子可以包括一个或多个非标准核苷酸、核苷酸类似物和/或修饰的核苷酸。
非标准核苷酸、核苷酸类似物和/或修饰的类似物可以包括但不限于二氨基嘌呤、5-氟尿嘧啶、5-溴尿嘧啶、5-氯尿嘧啶、5-碘尿嘧啶、次黄嘌呤、黄嘌呤、4-乙酰胞嘧啶、5-(羧基羟甲基)尿嘧啶、5-羧甲基氨基甲基-2-硫尿苷、5-羧甲基氨基甲基尿嘧啶、二氢尿嘧啶、β-D-半乳糖基辫苷、肌苷、N6-异戊烯基腺嘌呤、1-甲基鸟嘌呤、1-甲基肌苷、2,2-二甲基鸟嘌呤、2-甲基腺嘌呤、2-甲基鸟嘌呤、3-甲基胞嘧啶、5-甲基胞嘧啶、N6-腺嘌呤、7-甲基鸟嘌呤、5-甲基氨基甲基尿嘧啶、5-甲氧基氨基甲基-2-硫尿嘧啶、β-D-甘露糖基辫苷、5'-甲氧基羧甲基尿嘧啶、5-甲氧基尿嘧啶、2-甲基硫代-D46-异戊烯基腺嘌呤、尿嘧啶-5-氧乙酸(v)、怀丁苷(wybutoxosine)、假尿嘧啶、辫苷、2-硫胞嘧啶、5-甲基-2-硫尿嘧啶、2-硫尿嘧啶、4-硫尿嘧啶、5-甲基尿嘧啶、尿嘧啶-5-氧乙酸甲酯、尿嘧啶-5-氧乙酸(v)、5-甲基-2-硫尿嘧啶、3-(3-氨基-3-N-2-羧基丙基)尿嘧啶、(acp3)w、2,6-二氨基嘌呤、乙炔基核苷酸碱基、1-丙炔基核苷酸碱基、叠氮基核苷酸碱基、硒代磷酸(phosphoroselenoate)核酸等。在一些情况下，核苷酸可以包括在其磷酸部分的修饰，包括对三磷酸部分的修饰。另外，修饰的非限制性示例包括更大长度的磷酸链(例如，具有4、5、6、7、8、9、10或更多个磷酸部分的磷酸链)、具有巯基部分的修饰(例如，α硫代三磷酸和β硫代三磷酸)或具有硒部分的修饰(例如，硒代磷酸核酸)。核酸分子还可在碱基部分(例如，在通常可用于与互补核苷酸形成氢键的一个或多个原子处和/或在通常不能与互补核苷酸形成氢键的一个或多个原子处)、糖部分或磷酸骨架处进行修饰。核酸分子还可含有胺修饰基团，诸如氨基烯丙基dUTP(aa-dUTP)和氨基己基丙烯酰胺dCTP(aha-dCTP)，以允许胺反应性部分(诸如N-羟基琥珀酰亚胺酯(NHS))的共价连接。本公开内容的寡核苷酸中的标准DNA碱基对或RNA碱基对的替代物可提供更高的密度(单位为每mm3的比特数)、更高的安全性(对天然毒素的意外或有意合成的抗性)、更容易的光程序化聚合酶辨别或更低的二级结构。核苷酸类似物可能够与用于核苷酸检测的可检测部分反应或结合。
如本文所用，术语“核苷酸”通常是指任何核苷酸或核苷酸类似物。核苷酸可以是天然存在的或非天然存在的。核苷酸类似物可以是修饰的、合成的或工程化的核苷酸。核苷酸类似物可以不是天然存在的，或可以包括非规范碱基。天然存在的核苷酸可以包括规范碱基。核苷酸类似物可以包括修饰的多磷酸链(例如，与荧光团偶联的三磷酸)。核苷酸类似物可以包括标记。核苷酸类似物可以被终止(例如，可逆地终止)。核苷酸类似物可以包括替代碱基。
术语“扩增(amplifying)”、“扩增(amplification)”和“核酸扩增”可互换使用，并且通常是指生成核酸或模板的一个或多个拷贝。例如，DNA的“扩增”通常是指生成DNA分子的一个或多个拷贝。此外，核酸的扩增可以是线性的、指数的或其组合。扩增可以基于乳液或可以基于非乳液。核酸扩增方法的非限制性示例包括逆转录、引物延伸、聚合酶链反应(PCR)、连接酶链反应(LCR)、解旋酶依赖性扩增、不对称扩增、滚环扩增、重组酶聚合酶反应(RPA)和多重置换扩增(MDA)。在使用PCR的情况下，可以使用任何形式的PCR，非限制性示例包括实时PCR、等位基因特异性PCR、组装PCR、不对称PCR、数字PCR、乳液PCR、拨出(dial-out)PCR、解旋酶依赖性PCR、嵌套式PCR、热启动PCR、反向PCR、甲基化特异性PCR、微型引物PCR、多重PCR、嵌套式PCR、交叠延伸PCR、热不对称交错PCR和降落(touchdown)PCR。此外，扩增可以在包括参与或促进扩增的各种组分(例如，引物、模板、核苷酸、聚合酶、缓冲剂组分、辅因子，等等)的反应混合物中进行。在一些情况下，反应混合物包括允许核苷酸进行不依赖于环境的并入的缓冲剂。非限制性示例包括镁离子、锰离子和异柠檬酸盐缓冲剂。这样的缓冲剂的其他示例在Tabor,S.等人，C.C.PNAS,1989,86,4076-4080和美国专利号5,409,811和5,674,716中描述，其各自通过引用整体并入本文。
术语“分配”和“分散”在本文中可以互换使用。在一些情况下，分配可以包括分散和/或分散可以包括分配。分配通常是指分布、沉积、提供或供应试剂、溶液或其他对象等。分配可以包括分散，其通常可以是指散布。
从单个分子进行克隆扩增的有用方法包括滚环扩增(RCA)(Lizardi等人，Nat.Genet.19:225-232(1998)，其通过引用并入本文)、桥式PCR(Adams和Kron，Method forPerforming Amplification of Nucleic Acid with Two Primers Bound to a SingleSolid Support,Mosaic Technologies,Inc.(Winter Hill,Mass.)；Whitehead Institutefor Biomedical Research,Cambridge,Mass.,(1997)；Adessi等人，Nucl.Acids Res.28:E87(2000)；Pemov等人，Nucl.Acids Res.33:e11(2005)；或美国专利号5,641,658，其各自通过引用并入本文)、聚合酶克隆传代(Mitra等人，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 100:5926-5931(2003)；Mitra等人，Anal.Biochem.320:55-65(2003)，其各自通过引用并入本文)以及使用乳液在珠子上的克隆扩增(Dressman等人，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 100:8817-8822(2003)，其通过引用并入本文)或与基于珠子的衔接子库的连接(Brenner等人，Nat.Biotechnol.18:630-634(2000)；Brenner等人，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 97:1665-1670(2000))；Reinartz等人，Brief Funct.Genomic Proteomic 1:95-104(2002)，其各自通过引用并入本文)。
如本文所用，术语“检测器”通常是指能够检测信号的装置，该信号包括指示一个或多个并入的核苷酸或荧光标记的存在或不存在的信号。检测器可以检测多个信号。可以实质上在生物学反应诸如测序反应(例如，引物延伸反应期间的测序)期间或生物学反应之后实时检测信号或多个信号。在一些情况下，检测器可以包括可以检测信号的光学和/或电子组件。术语“检测器”可用于检测方法中。检测方法的非限制性示例包括光学检测、光谱检测、静电检测、电化学检测、声学检测、磁检测等。光学检测方法包括但不限于光吸收、紫外可见(UV-vis)光吸收、红外光吸收、光散射、瑞利散射、拉曼散射、表面增强拉曼散射、米氏散射、荧光、发光和磷光。光谱检测方法包括但不限于质谱、核磁共振(NMR)波谱和红外光谱。静电检测方法包括但不限于基于凝胶的技术，例如凝胶电泳。电化学检测方法包括但不限于在对扩增产物进行高效液相色谱分离后对扩增产物的电化学检测。
如本文所用，术语“连续区域扫描”通常是指使用光学成像系统和检测器在旋转衬底上以环、螺旋或弧形进行区域扫描。连续区域扫描可以沿非线性路径扫描衬底或阵列。替代地或附加地，连续区域扫描可以沿线性或基本上线性的路径扫描衬底或阵列。检测器可以是连续区域扫描检测器。扫描方向可以实质上是(R,θ)坐标系中的θ，其中对象旋转运动在θ方向上。在由扫描系统成像的对象(衬底)上的任何视场上，表观速度可以随对象上场点的径向位置(R)而变化
Figure BDA0003354849540000291
连续区域扫描检测器可以以相同的速率扫描所有的图像位置，因此可能无法以正确的扫描速率对弯曲(或弧形或非线性)扫描中的所有成像点进行操作。因此，对于以不同于扫描速度的速度移动的成像场点，扫描可能会因速度模糊而受影响。连续的旋转区域扫描可以包括进行算法校正、光学校正和/或电子校正以基本上补偿该切向速度模糊的光学检测系统或方法，从而减小该扫描像差。例如，补偿是通过使用图像处理算法在算法上实现的，该图像处理算法将与旋转衬底上的不同半径相对应的各个图像位置处的差分速度模糊去卷积，以补偿差分速度模糊。在某些情况下，相机或扫描仪可以应用或使用模糊来补偿差分速度模糊。
在另一示例中，通过使用变形放大率梯度来完成补偿。这可以用于在横切于扫描方向的两个或更多个衬底位置处沿一个轴线将衬底放大不同的量(变形放大率)。变形放大率梯度可以将两个或更多个位置的成像速度修改为基本相等，从而补偿衬底上两个位置的切向速度差。该补偿可以是可调节的，以解决衬底上不同半径处跨视场的不同速度梯度。
成像视场可以被分成两个或更多个区域，每个区域可以被电子控制成以不同的速率进行扫描。可以将这些速率调节为在每个区域内的平均投影对象速度。可以使用一个或多个分束器或一个或多个反射镜光学地限定区域。可以将两个或更多个区域指定至两个或更多个检测器。可以将区域定义为单个检测器的段。
如本文所用，术语“连续区域扫描检测器”通常是指能够在扫描区域上连续集成的成像阵列传感器，其中扫描电子地同步到相对运动中的对象的图像。连续区域扫描检测器可以包括时间延迟积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)、混合TDI或互补金属氧化物半导体(CMOS)伪TDI器件。例如，连续区域扫描检测器可以包括TDI线扫描相机。
如本文所用，术语“开放衬底”通常是指基本上平面的衬底，其中单个活性表面在从垂直于衬底的方向的任何点处物理上可接近。基本上平面的是指微米级或纳米级的平面度。替代地，基本上平面的是指低于纳米级或大于微米级(例如，毫米级)的平面度。
如本文所用，术语“变形放大率”通常是指图像的两个轴线之间的差分放大率。变形放大率梯度可以包括在第一轴线中跨第二轴线中的位移的差分变形放大率。第二轴线上的放大率可以是一致的，也可以是在该场上基本上恒定的任何其他值。
如本文所用，术语“视场”通常是指样品或衬底上的光学地映射到检测器的有效区域的区域。
使用开放衬底处理分析物
现有的微流体系统已经利用了包括许多长而窄的通道的衬底。这样的衬底的典型的流动池几何结构导致需要在两个相互竞争的要求之间做出折衷：1)最小化体积以最小化试剂用量；和2)最大化有效液压直径以最小化流动时间。这种权衡对于清洗操作可能尤其重要，因为清洗操作可能需要较大的清洗量，因此需要很长的时间才能完成。权衡由指示层流式流动的Poiseuille方程所示，因此是利用这种流动池几何结构的微流体系统所固有的。这样的流动池几何结构也可能容易受到污染。因为这样的流动池几何结构允许在微流体系统中使用有限的限制数量的通道，所以这样的有限数量的通道可以在包括不同分析物、试剂、药剂和/或缓冲剂的多种不同混合物之间共用。流经相同通道的流体的内容物可能会被污染。
本文描述了用于使用开放衬底或流动池几何结构来处理分析物的装置、系统和方法，其可至少解决上述问题。该装置、系统和方法可以用于促进涉及分析物和流体(例如，包括试剂、药剂、缓冲剂、其他分析物等的流体)之间的反应或相互作用的任何应用或过程。这样的反应或相互作用可以是化学的(例如聚合酶反应)或物理的(例如移位)。本文所述的系统和方法可以受益于更高的效率，诸如受益于更快的试剂递送和更小的每表面积所需的试剂体积。本文所述的系统和方法可以避免由多端口阀供给的微流体通道流动池常见的污染问题，多端口阀可以是从一种试剂到另一种试剂的遗留物的来源。该装置、系统和方法可以受益于更短的完成时间、更少的资源(例如，各种试剂)使用和/或降低的系统成本。开放衬底或流动池几何结构可以用于处理任何分析物，诸如但不限于如本文所述的核酸分子、蛋白质分子、抗体、抗原、细胞和/或生物体。开放衬底或流动池几何结构可以用于任何应用或过程，诸如但不限于如本文所述的合成测序、连接测序、扩增、蛋白质组学、单细胞处理、条形码化和样品制备。
该系统和方法可以利用包括具有单独可寻址位置的阵列(诸如平面阵列)的衬底。每个位置或这样的位置的子集可能已经固定了分析物(例如，核酸分子、蛋白质分子、碳水化合物分子等)。例如，分析物可以经由支持物如珠子固定在单独可寻址位置。固定至衬底的多个分析物可以是模板分析物的拷贝。例如，多个分析物可以具有序列同源性。在其他情况下，固定至衬底的多个分析物可以不同。多个分析物可以是相同类型的分析物(例如，核酸分子)，或者可以是不同类型的分析物的组合(例如，核酸分子、蛋白质分子等)。衬底的一个或多个表面可以暴露于周围的开放环境，并且可以从这种周围的开放环境触及。例如，阵列可以暴露并且可以从这种周围的开放环境中触及。在一些情况下，如本文别处所述，周围的开放环境可以被控制和/或限制在更大的受控环境中。
通过不同的机制，可以将试剂分配到衬底至多个位置，和/或可以将多种试剂分配到衬底至单个位置。在一些情况下，分配(至多个位置和/或将多个试剂分配至单个位置)可以通过衬底和分配器(例如，喷嘴)的相对运动来实现。例如，试剂可以在第一位置被分配到衬底，然后由于由衬底运动引起的力(例如，离心力、向心力、惯性力等)而行进到不同于第一位置的第二位置。在另一个示例中，试剂可以被分配到参考位置，并且衬底可以相对于参考位置移动，使得试剂被分配到衬底的多个位置。在一些情况下，可以在没有衬底和分配器之间的相对运动的情况下实现分配(至多个位置和/或将多个试剂分配至单个位置)。例如，多个分配器可用于将试剂分配到不同位置，和/或将多种试剂分配到单个位置，或其组合(例如，将多种试剂分配到多个位置)。在另一示例中，可将外力(例如，涉及压差)，例如风，施加到衬底的一个或多个表面以将试剂引导至衬底上的不同位置。在另一个示例中，用于分配试剂(例如，至多个位置和/或将多个试剂分配至单个位置)的方法可以包括振动。在这样的示例中，试剂可以分布或分配到衬底的单个区域或多个区域(或衬底的表面)上。然后衬底(或其表面)可以经受振动，这可以将试剂散布到衬底(或表面)上的不同位置。替代地或结合地，所述方法可以包括使用机械、电、物理方式或其他方式将试剂分配到衬底上。例如，可以将溶液分配到衬底上，并且可以使用物理刮刀(例如，刮板)来散布分配的材料或将试剂散布到不同的位置和/或在整个衬底上获得期望的厚度或均匀性。有利地，可以在不污染试剂的情况下实现这种灵活的分配。在一些情况下，在一定体积的试剂在第一位置分配到衬底，然后行进到不同于第一位置的第二位置的情况下，该体积的试剂可以在一个或多个路径中行进，使得一个或多个行进路径涂覆有试剂。在一些情况下，这样的一个或多个行进路径可以包含衬底的期望表面积(例如，整个表面积、部分表面积(多个)等)。
试剂可以期望的流速分配在未覆盖的表面或衬底上。流体分配的流速可为约(例如，在环境温度或约25摄氏度下)1皮升/分钟、10皮升/分钟、100皮升/分钟、1纳升/分钟、10纳升/分钟、100纳升/分钟、1微升/分钟、10微升/分钟、100微升/分钟、1毫升/分钟、10毫升/分钟、100毫升/分钟，多达1升/分钟。流体分配的流速可以在这些流速中的任何一个之间。流体分配的流速可以是这些流速中的至少任何一种。替代地，流体分配的流速可以是这些流速中的至多任何一种。可以根据试剂或溶液层的期望性质(例如，厚度)来调节流速。
溶液可包含试剂、样品或任何有用的物质。溶液可包含具有期望流动性能的流体。例如，流体可以具有随温度变化的粘度。溶液可包含非牛顿流体。溶液可包含幂律流体，例如剪切稀化(触变)或剪切稠化流体。溶液可包含牛顿流体。
在一些情况下，衬底可以绕轴线旋转。分析物可以在旋转期间固定至衬底。可以在衬底旋转(例如，以高旋转速度旋转)之前或期间将试剂(例如核苷酸、抗体、洗涤试剂、酶等)分配到衬底上，以用试剂涂覆阵列并允许分析物与试剂相互作用。例如，当分析物是核酸分子并且当试剂包括核苷酸时，核酸分子可以并入一个或多个核苷酸或以其他方式与一个或多个核苷酸反应(例如，瞬时结合)。在另一示例中，当分析物是蛋白质分子并且当试剂包括抗体时，蛋白质分子可以结合一种或多种抗体或以其他方式与一种或多种抗体反应。在另一示例中，当试剂包括洗涤试剂时，可以从衬底(和/或衬底上的分析物)上洗涤任何未反应的(和/或未结合的)试剂、药剂、缓冲剂和/或其他颗粒。
在一些情况下，衬底可以在任何矢量或方向上移动，如本文别处所述。例如，这种运动可以是非线性的(例如，绕轴线旋转)。在另一个示例中，这种运动可以是线性的。在其他示例中，运动可以是线性和非线性运动的混合。在任何这样的运动过程中，分析物可以被固定在衬底上。可以将试剂(例如，核苷酸、抗体、洗涤试剂、酶等)在衬底移动之前或期间分配到衬底上以促进用试剂涂覆阵列并允许分析物与试剂相互作用。
在某些情况下，在衬底是可旋转的情况下，可以在旋转期间，经由切向惯性沿部分径向方向(即远离旋转轴线)引导不受约束的旋转试剂来实现遍及衬底的高速涂覆，这种现象通常称为离心力。高速旋转可以涉及至少每分钟1转(rpm)、至少2rpm、至少5rpm、至少10rpm、至少20rpm、至少50rpm、至少100rpm、至少200rpm、至少500rpm、至少1,000rpm、至少2,000rpm、至少5,000rpm、至少10,000rpm或更高的旋转速度。这种将试剂引导遍及衬底的模式在本文中可以称为离心或惯性泵送。在衬底的任何类型的运动(例如，旋转运动、非旋转运动、线性运动、非线性运动、加速运动等)期间，惯性力可以引导不受约束的试剂沿任何方向遍及衬底。
在分配试剂之前、期间或之后，可以从衬底上的检测区域检测一个或多个信号(诸如光信号)以生成输出。例如，输出可以是从分析物的处理获得的中间结果或最终结果。可以在多种情况中检测信号。可以以任何顺序(独立地或同时地)重复任何次数的分配、旋转(或其他运动)和/或检测操作，以处理分析物。在一些情况下，可以在连续分配试剂之间洗涤衬底(例如，经由分配洗涤试剂)。可以在期望的时间框架内执行一个或多个检测操作。例如，检测操作可以在约1分钟、50秒、40秒、30秒、20秒、10秒或少于10秒内进行。在一些情况下，可以在1分钟、50秒、40秒、30秒、20秒、10秒或少于10秒等内进行至少两次检测操作。在一些情况下，可以在1分钟、50秒、40秒、30秒、20秒、10秒或少于10秒内进行至少三次检测操作。
本文提供了一种用于处理生物分析物的方法，所述方法包括提种包括阵列的衬底，该阵列在其上固定有生物分析物，其中衬底关于中心轴线可旋转。在一些情况下，阵列可以是平面阵列。在一些情况下，阵列可以是阱的阵列。在一些情况下，衬底可以被纹理化或图案化。所述方法可以包括将溶液引导遍及衬底，并且在衬底旋转期间使溶液与生物分析物接触。可以相对于衬底沿径向方向(例如，向外)引导溶液，以涂覆衬底并接触固定至阵列的生物分析物。在一些情况下，溶液可以包括多个探针。在一些情况下，溶液可以是洗涤溶液。所述方法可以包括使生物分析物经受足以在多个探针中的至少一个探针与生物分析物之间进行反应的条件。该反应可以从与生物分析物偶联的至少一个探针生成一个或多个信号。所述方法可以包括检测一个或多个信号，从而分析生物分析物。
在其他情况下，本文提供一种用于处理生物分析物的方法，包括提供包含固定有生物分析物的阵列的衬底，其中所述衬底可相对于参考轴线移动。所述方法可以包括引导溶液遍及衬底并使溶液在衬底运动期间与生物分析物接触。在一些情况下，运动可以是线性的。在一些情况下，运动可以是非线性的。在一些情况下，运动可以是线性和非线性运动之间的混合。
在其他情况下，本文提供一种用于处理生物分析物的方法，包括提供包含固定有生物分析物的阵列的衬底。在一些情况下，所述方法可以包括将溶液分配到衬底和/或阵列上的两个不同位置。在一些情况下，所述方法可以包括例如使用多个分配器将多种溶液分配到衬底和/或阵列上的单个位置。在一些情况下，所述方法可以包括将多种溶液分配到衬底和/或阵列上的多个位置。在一些情况下，所述方法可以包括将单个溶液分配到单个位置。衬底可以相对于一个或多个分配器进行相对运动。衬底相对于一个或多个分配器可以是静止的。可以在期望的时间框架内进行一个或多个分配操作。例如，分配操作可以在1分钟、50秒、40秒、30秒、20秒、10秒或少于10秒内进行。在一些情况下，可以在1分钟、50秒、40秒、30秒、20秒、10秒或少于10秒等内进行至少两次分配操作。在一些情况下，可以在1分钟、50秒、40秒、30秒、20秒、10秒或少于10秒内进行至少三次分配操作。
可以在期望的时间框架内进行本文公开的一种或多种方法的任何操作或过程。在一些情况下，可以在期望的时间框架内进行本文公开的两个或更多个操作或过程的组合。例如，分配操作和检测方法都可以在1分钟、50秒、40秒、30秒、20秒、10秒或少于10秒内进行。在一些情况下，可以在1分钟、50秒、40秒、30秒、20秒、10秒或少于10秒等内进行至少两次分配和检测操作。在一些情况下，可以在1分钟、50秒、40秒、30秒、20秒、10秒或少于10秒内进行至少三次分配和检测操作。
本文公开的一种或多种方法可以消除对分析物(例如，核酸分子)的条形码化(这可能是耗时且昂贵的)的需要。例如，替代条形码化或除条形码化之外，衬底和/或阵列可被空间索引以识别分析物，如本文别处所述。本文公开的一种或多种方法可以消除对个别分析物(例如，个别核酸分子)的独特条形码化的需要。
生物分析物可以是来自样品的任何分析物。例如，生物分析物可以是大分子，例如核酸分子、碳水化合物、蛋白质、脂质等。生物分析物可以包含多个大分子基团，例如糖蛋白、蛋白聚糖、核酶、脂质体等。生物分析物可以是抗体、抗体片段或其工程化变体、抗原、细胞、肽、多肽等。在一些情况下，生物分析物包括核酸分子。核酸分子可包含至少约10、100、1000、10,000、100,000、1,000,000、10,000,000、100,000,000、1,000,000,000或更多个核苷酸。替代地或另外地，核酸分子可包含至多约1,000,000,000、100,000,000、10,000,000、1,000,000、100,000、10,000、1000、100、10或更少个核苷酸。核酸分子可具有在由前述值中的任意两个限定的范围内的多个核苷酸。在一些情况下，核酸分子还可以包含N-mer可以结合的共同序列。N-mer可以包含1、2、3、4、5或6个核苷酸并且可以结合共同序列。在一些情况下，核酸分子可被扩增以产生附着到衬底或附着于珠子的核酸分子集落，所述珠子可与衬底相关联或固定至衬底。在一些情况下，核酸分子可以附着到珠子并进行核酸反应，例如扩增，以产生附着到珠子的核酸分子的克隆种群。
任何给定核酸样品中的核酸分子可各自包含密钥序列。密钥序列可以是合成序列。在一些情况下，密钥序列的至多可为长度为约6个碱基、长度为5个碱基、长度为4个碱基、长度为3个碱基、长度为2个碱基或长度为1个碱基。替代地，密钥序列的长度可以大于6个碱基。密钥序列可以指示原始样品。例如，密钥序列对于样品可以是唯一的，使得多个样品中的每个样品具有唯一的密钥序列。单个样品中的个别分析物可共享相同的密钥序列。替代地，当加载到衬底上时，每个样品在其紧邻的样品之间可以具有唯一的密钥序列。有利地，在包含不同的密钥序列的两个样品被加载到衬底上的相邻或以其他方式接近的区域的情况下，源自不同样品的核酸分子可以基于不同的密钥序列容易区分，即使在具有相对短的读取序列(例如，其比被配置为区分个别分子的独特条形码序列的读取序列短得多)的区域之间存在交叉污染(例如，由于满溢等而无意加载到邻近区域的外围核酸分子)的情况下。
衬底可以是固体衬底。衬底可以全部或部分包含橡胶、玻璃、硅、金属(诸如铝、铜、钛、铬或钢)、陶瓷(诸如氧化钛或氮化硅)、塑料(诸如聚乙烯(PE)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚乙炔、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚氨酯、聚环氧化物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)、苯酚甲醛(PF)、三聚氰胺甲醛(MF)、脲醛(UF)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺、聚乳酸(PLA)、呋喃、有机硅、聚砜)、前述任何材料的任何混合物或任何其他合适的材料中的一种或多种。衬底可以全部或部分涂覆有一层或多层金属(诸如铝、铜、银或金)、氧化物(诸如硅氧化物(SixOy，其中x、y可以采用任何可能的值))、光致抗蚀剂(诸如SU8)、表面涂层(诸如氨基硅烷或水凝胶)、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺葡聚糖、聚乙二醇(PEG)或前述任何材料的任意组合，或任何其他合适的涂层。衬底可以对可见光完全或部分不透明。在一些情况下，衬底可以至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％、至少99.5％或100％对可见光不透明。衬底可具有在由前述值中的任意两个限定的范围内的不透明度。衬底可以对可见光完全或部分透明。在一些情况下，衬底可以至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％、至少99.5％或100％对可见光透明。衬底可具有在由前述值中的任意两个限定的范围内的透明度。在一些情况下，可以基于衬底的不透明度或透明度来调节照射功率(例如，激光功率)。一个或多个层可以具有至少1纳米(nm)、至少2nm、至少5nm、至少10nm、至少20nm、至少50nm、至少100nm、至少200nm、至少500nm、至少1微米(μm)、至少2μm、至少5μm、至少10μm、至少20μm、至少50μm、至少100μm、至少200μm、至少500μm或至少1毫米(mm)的厚度。一个或多个层可以具有在由前述值中的任何两个限定的范围内的厚度。衬底的表面可以被修饰以包含本文所述的任何粘合剂或接头。衬底的表面可以被修饰以包含活性化学基团，例如胺、酯、羟基、环氧化物等，或其组合。在一些情况下，此类粘合剂、接头、活性化学基团等可以作为附加层或涂层添加到衬底上。
衬底可以具有圆柱体、圆柱壳或圆柱盘、矩形棱柱或任何其他几何结构形式的一般形式。衬底可以具有至少100μm、至少200μm、至少500μm、至少1mm、至少2mm、至少5mm或至少10mm的厚度(例如，最小尺寸)。衬底可以具有在由前述值中的任何两个限定的范围内的厚度。衬底可以具有至少1mm、至少2mm、至少5mm、至少10mm、至少20mm、至少50mm、至少100mm、至少200mm、至少500mm或至少1,000mm的第一横向尺寸(诸如，对于具有矩形棱柱的一般形式的衬底的宽度或对于具有圆柱体的一般形式的衬底的半径)。衬底可以具有在由前述值中的任何两个限定的范围内的第一横向尺寸。衬底可以具有至少1mm、至少2mm、至少5mm、至少10mm、至少20mm、至少50mm、至少100mm、至少200mm、至少500mm或至少1,000mm的第二横向尺寸(诸如，对于具有矩形棱柱的一般形式的衬底的长度)。衬底可以具有在由前述值中的任何两个限定的范围内的第二横向尺寸。
衬底的表面可以是平面的。衬底的表面可以未被覆盖并且可以暴露于大气。替代地或附加地，衬底的表面可以被纹理化或图案化。例如，衬底可以包括凹槽、槽、斜坡和/或柱形物。衬底可以限定一个或多个腔(例如，微米尺度的腔或纳米尺度的腔)。衬底可限定一个或多个通道。衬底可以在衬底的整个表面上具有规则的纹理和/或图案。例如，衬底可以具有在表面的参考水平之上或之下的规则的几何结构(例如，楔形物、长方体、圆柱体、球体、半球等)。替代地，衬底可以在衬底的整个表面上具有不规则的纹理和/或图案。例如，衬底可以具有在衬底的参考水平之上或之下的任何任意结构。在一些情况下，衬底的纹理可以包括具有最大尺寸为衬底或衬底层的总厚度的至多约100％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.1％、0.01％、0.001％、0.0001％、0.00001％的结构。在一些情况下，衬底的纹理和/或图案可以限定衬底上单独可寻址位置的至少一部分。纹理化和/或图案化的衬底可以是基本上平面的。
例如，图37A-图37G示出了衬底的横截面表面轮廓的不同示例。图37A示出了具有完全平坦表面的衬底的横截面表面轮廓。图37B示出了具有半球形槽或凹槽的衬底的横截面表面轮廓。图37C示出了具有柱或替代地或结合有阱的衬底的横截面表面轮廓。图37D示出了具有涂层的衬底的横截面表面轮廓。图37E示出了具有球形颗粒的衬底的横截面表面轮廓。图37F示出了图37B的横截面表面轮廓，其中第一类型的粘合剂接种于相应的凹槽接种或与其相关联。图37G示出了图37B的横截面表面轮廓，其中第二类型的粘合剂接种于相应的凹槽或与其相关联。
衬底可以包括阵列。例如，阵列可以位于衬底的侧表面上。阵列可以是平面阵列。阵列可以具有圆形、环形、矩形或任何其他形状的一般形状。阵列可以包括线性和/或非线性的行。阵列可以被均匀地隔开或分布。阵列可以被任意地隔开或分布。阵列可以具有规则的间距。阵列可以具有不规则的间距。阵列可以是纹理化的阵列。阵列可以是图案化的阵列。阵列可以包括多个单独可寻址位置。单独可寻址位置可以任何方便的图案排列。例如，单独可寻址位置可以在阵列上随机定向。多个单独可寻址位置可以形成围绕盘形衬底的分离的径向区域。多个单独可寻址位置可以形成正方形、矩形、盘形、圆形、环状、五边形、六边形、七边形、八边形、阵列或任何其他图案。可以生成一种或多种类型的单独可寻址位置。一种或多种类型的单独可寻址位置可以形成不同类型的单独可寻址位置的交替区域。一种或多种类型的单独可寻址位置可以形成不同类型的单独可寻址位置的阻塞区域。例如，在当需要两种类型(A和B)的单独可寻址位置时的情况下，单独可寻址位置可以排列为交替的ABABAB、阻塞的AAABBB或随机排列，例如ABBAAB、AABBBA、BABBAA等。单独可寻址位置类型可以任何有用的图案排列，例如正方形、矩形、盘形、环形、五边形、六边形、放射状图案等。在一些情况下，两种类型的单独可寻址位置可能具有不同的化学、物理和/或生物性质(例如，疏水性、电荷、颜色、形貌、大小、尺寸、几何结构等)。例如，第一类型的单独可寻址位置可结合第一类型的生物分析物但不结合第二类型的生物分析物，并且第二类型的单独可寻址位置可结合第二类型的生物分析物但不结合第一类型的生物分析物。
待处理的分析物可以固定至阵列。阵列可以包括一种或多种本文所述的结合剂，诸如与生物分析物偶联的一种或多种物理或化学接头或衔接子。例如，阵列可以包括与核酸分子偶联的接头或衔接子。替代地或附加地，可以将生物分析物与珠子偶联，该珠子固定至阵列。在一些情况下，阵列的子集可能不与样品或分析物偶联。例如，在被配置为围绕中心轴线旋转的衬底中，样品可能不偶联到位于中心轴线附近的阵列的多个单独可寻址位置。在一些情况下，阵列可与样品或分析物偶联，但并非所有阵列都可被处理。例如，衬底可以与样品或分析物(例如，包含核酸分子)偶联，但是接近阵列边界的阵列区域可以不进行进一步处理(例如，检测)。
单独可寻址位置可以包括可触及已进行操纵的分析物或分析物组的位置。操纵可以包括放置、提取、试剂分配、接种、加热、冷却或搅拌。提取可以包括提取单个分析物或分析物组。例如，提取可以包括提取至少2、至少5、至少10、至少20、至少50、至少100、至少200、至少500或至少1,000个分析物或分析物组。替代地或附加地，提取可以包括提取至多1,000、至多500、至多200、至多100、至多50、至多20、至多10、至多5或至多2个分析物或分析物组。可以通过例如与分析物或其周围环境的局部微流体、移液、光、激光、声、磁和/或电磁相互作用来完成操纵。
在一些情况下，可以例如在空间上对单独可寻址位置索引，从而可以识别固定或偶联到每个单独可寻址位置的分析物。在一些实施方案中，通过对衬底的一部分进行分界来索引单独可寻址位置。在一些实施方案中，使用蚀刻来对衬底的表面进行分界。在一些实施方案中，使用表面中的凹口来对衬底的表面进行分界。在一些实施方案中，使用染料或墨水来对衬底的表面进行分界。在一些实施方案中，通过在表面上沉积地形标记来对衬底的表面进行分界。在一些实施方案中，样品，例如对照核酸样品，可用于对衬底的表面进行分界。可以理解，可以使用正分界和负分界(其缺乏)的组合来索引单独可寻址位置。在一些情况下，单个参考点或轴线(例如，单个分界)可用于索引所有单独可寻址位置。在一些实施方案中，每个单独可寻址位置被索引。在一些实施方案中，单独可寻址位置的子集被索引。在一些实施方案中，单独可寻址位置不被索引，并且衬底的不同区域被索引。
单独可寻址位置或包括单独可寻址位置的单独区域可被索引或以其他方式区分。在一些情况下，单独可寻址位置或单独的区域可以仅通过样品加载来区分(例如，没有物理分界)。在一些情况下，可以将单个区域与其他区域区分开来。在一些情况下，可以将单个类型的区域与其他类型的区域区分开来。例如，不同类型的区域可以包括不同类型的分析物或不同组的样品。例如，第一类型的区域(“A”)可以包括第一组样品(或第一类型的样品)，且第二类型的区域(“B”)可以包括第二组样品(或第二类型的样品)。衬底可以包括一组多个区域A’和一组多个区域B’，其中多个区域A’与多个区域B’是可区分的。不同的样品可以预定的空间配置加载到不同类型的区域上以允许这种区分。
在一些情况下，样品上的密钥或条形码序列可用于区分和/或索引空间位置、原始样品或其组合。例如，任何给定核酸样品中的核酸分子可各自包含密钥序列。密钥序列可以是合成序列。密钥序列至多可为长度为约6个碱基、长度为5个碱基、长度为4个碱基、长度为3个碱基、长度为2个碱基或长度为1个碱基。替代地，密钥序列的长度可以大于6个碱基。密钥序列可以指示原始样品。例如，密钥序列对于样品可以是唯一的，使得多个样品中的每个样品具有唯一的密钥序列。单个样品的个别分析物可共享共同的密钥序列。替代地，当加载到衬底上时，每个样品在其紧邻的样品之间可以具有唯一的密钥序列。有利地，在包含不同的密钥序列的两个样品被加载到衬底上的相邻或以其他方式接近的区域的情况下，源自不同样品的核酸分子可以基于不同的密钥序列容易区分，即使在具有相对短的读取序列(例如，其比被配置为区分个别分子的条形码序列的读取序列短得多)的区域之间存在交叉污染(例如，由于满溢等而无意加载到邻近区域的外围核酸分子)的情况下。
在一些情况下，分析物的空间分离可用于增加或替换密钥或条形码序列的使用。例如，图40示出了用于分析单个区域或多个区域(包括7、15和96个区域)中的分析物的方案。例如，如图40所示，分析物可能分布在整个表面(左上，“1-丛”)分布在离散区域，包括7个区域(右上，“7-丛”)、15个区域(左下，“15-丛”)、或96个区域(右下，“96-丛”)。分析物可以分布在约5、约10、约15、约20、约25、约30、约35、约40、约45、约50、约60、约70、约80、约90、约100、约200、约300、约400或约500个区域中。分析物可以分布在5至10、10至15、15至20、20至25、25至30、30至35、35至40、40至45、45至50、50至60，60至70，70至80、80至90、90至100、100至200、200至300、300至400、或400至500个区域中。在一些情况下，每个区域可包含不同的分析物。
在一些情况下，不同类型的区域可用于样品处理。第一类型的区域(“A”)可以包括第一组样品(或第一类型的样品)，且第二类型的区域(“B”)可以包括第二组样品(或第二类型的样品)。如本文别处所述，第一类型的区域和第二类型的区域可以有序方式彼此分开设置。在一些情况下，第一类型的区域和第二类型的区域可以设置在距衬底的参考轴线一定距离处。例如，第一类型的区域可以设置在距衬底的参考轴线至少1微米、10微米、100微米、1毫米、10毫米、100毫米、1厘米、10厘米、100厘米或更远处。类似地，第二类型的区域可以设置在距衬底的参考轴线一定距离处。例如，第一类型的区域可以设置在距衬底的参考轴线至少1微米、10微米、100微米、1毫米、10毫米、100毫米、1厘米、10厘米、100厘米或更远处。两种类型的区域都可以设置在距衬底的参考轴线至少1微米、10微米、100微米、1毫米、10毫米、100毫米、1厘米、10厘米、100厘米或更远处。
例如，图39A-图39B示出了空间加载方案的两个示例。在图39A中，衬底包括两种类型的区域“A”和“B”，它们相对于衬底的中心轴线以径向交替的方式设置。在图39B中，衬底包括以三角形交替方式跨衬底设置的两种类型的区域“A”和“B”。可以通过将第一组样品加载到A区域来确定样品位置，其中第一组样品包括与第一组样品的分析物偶联的多个珠子，并检测多个珠子和/或分析物以及它们在衬底上的位置，然后将第二组样品加载到B区域，其中第二组样品包括与第二组样品的分析物偶联的多个珠子，并且检测多个珠子和/或分析物以及它们在衬底上的位置。第一组样品和第二组样品中的每个样品可以与标记(例如，荧光染料)相关联。即使第一组样品主要加载到A区域，也可能存在一些交叉，其中来自第一组样品的杂散珠子被固定到B区域。即使第二组样品主要加载到B区域，也可能存在一些交叉，其中来自第二组样品的杂散珠子被固定到A区域。可以从第一图像确定第一组样品的分析物的位置，包括交叉珠子。可以从第二图像确定第二组样品的分析物的位置，包括交叉珠子。有利地，在相同类型的荧光染料识别两个不同样品(“P”和“Q”)的分析物，并且“P”沉积在A区域，且“Q”沉积在B区域的情况下，基于其中检测荧光信号的区域类型，可以识别分析物是“P”样品还是“Q”样品。不同的区域可以是交替的。多个区域可以形成任何图案，例如三角形、正方形、矩形、盘形、圆形、环状、五边形、六边形、七边形、八边形、阵列或任何其他图案。多个区域可以形成不规则图案。多个区域可以是未图案化的离散区域。多个区域可以交错、散布、不连续和/或大小不同。
虽然本文的示例描述了两种类型的区域，但是可以有任意数量的区域(例如，交替区域)来实现本文描述的交替空间区别。例如，可以有至少1个、至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个或至少10个区域。
在一些情况下，单独可寻址位置可包括不同的表面化学。不同的表面化学可以区分不同的可寻址位置。不同的表面化学可以区分不同的区域。例如，第一位置对对象(例如，包含固定到其上的核酸分子，例如，扩增子的珠子)具有第一亲和力，并且由于不同的表面化学，第二位置对对象具有第二不同的亲和力。第一位置和第二位置可以位于也可以不位于同一区域。第一位置和第二位置可以或可以不以交替方式设置在表面上。在另一个示例中，由于不同的表面化学性质，第一区域(例如，包括多个单独可寻址位置)对对象具有第一亲和力，且第二区域对对象具有第二不同的亲和力。第一位置类型或区域类型可以包括第一表面化学，且第二位置类型或区域类型可以包括第二表面化学。在一些情况下，第三位置类型或区域类型可以包括第三表面化学。例如，第一位置类型或区域类型可以包括带正电荷的表面化学和/或疏水表面化学，且第二位置类型或区域类型可以包括带负电荷的表面化学和/或亲水表面化学，如图50A中所示。与第二位置类型或区域类型相比，相同的对象(例如，包含固定在其上的核酸分子，例如，扩增子的珠子)可以对第一位置类型或区域类型具有更高的亲和力。同一对象可能被第一位置类型或区域类型吸引而被第二位置类型或区域类型排斥。在其他示例中，包括第一表面化学(例如，带正电的表面化学或带负电的表面化学)的第一位置类型或区域类型可以与第一样品类型(例如，包含固定在其上的核酸分子，例如，扩增子的珠子)相互作用(例如，对其具有亲和力)并排除第二样品类型(例如，缺乏例如，完全或以相当大的体积固定在其上的核酸分子，例如扩增子的珠子)，例如在图50B中所示。在一些情况下，表面化学可以包括胺。在一些情况下，表面化学可以包括硅烷(例如，四甲基硅烷)。在一些情况下，表面化学可包括六甲基二硅氮烷(HMDS)。在一些情况下，表面化学可以包括(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTMS)。在一些情况下，表面化学可以包括表面引物分子或对另一分子具有任何亲和力程度的任何寡核苷酸分子。
多个位置(例如，交替位置)中的单独可寻址位置可具有面积。在一些情况下，位置可具有约0.1平方微米(μm2)、约0.1平方微米(μm2)、约0.2μm2、约0.25μm2、约0.3μm2、约0.4μm2、约0.5μm2、约0.6μm2、约0.7μm2、约0.8μm2、约0.9μm2、约1μm2、约1.1μm2、约1.2μm2、约1.25μm2、约1.3μm2、约1.4μm2、约1.5μm2、约1.6μm2、约1.7μm2、约1.75μm2、约1.8μm2、约1.9μm2、约2μm2、约2.25μm2、约2.5μm2、约2.75μm2、约3μm2、约3.25μm2、约3.5μm2、约3.75μm2、约4μm2、约4.25μm2、约4.5μm2、约4.75μm2、约5μm2、约5.5μm2或约6μm2的面积。位置可具有在由前述值中的任意两个限定的范围内的面积。位置可具有小于约0.1μm2或大于约6μm2的面积。在一些情况下，位置可具有约0.1微米(μm)、约0.2μm、约0.25μm、约0.3μm、约0.4μm、约0.5μm、约0.6μm、约0.7μm、约0.8μm、约0.9μm、约1μm、约1.1μm、约1.2μm、约1.25μm、约1.3μm、约1.4μm、约1.5μm、约1.6μm、约1.7μm、约1.75μm、约1.8μm、约1.9μm、约2μm、约2.25μm、约2.5μm、约2.75μm、约3μm、约3.25μm、约3.5μm、约3.75μm、约4μm、约4.25μm、约4.5μm、约4.75μm、约5μm、约5.5μm或约6μm的宽度。在一些情况下，位置可具有在由前述值中的任意两个限定的范围内的宽度。位置可具有小于约0.1μm或大于约6μm的宽度。位置(例如，相同类型的)可以由第一位置的中心和最近或相邻位置(例如，相同类型的)的中心之间的距离确定的间距分布在衬底上。位置可以约0.1微米(μm)、约0.2μm、约0.25μm、约0.3μm、约0.4μm、约0.5μm、约0.6μm、约0.7μm、约0.8μm、约0.9μm、约1μm、约1.1μm、约1.2μm、约1.25μm、约1.3μm、约1.4μm、约1.5μm、约1.6μm、约1.7μm、约1.75μm、约1.8μm、约1.9μm、约2μm、约2.25μm、约2.5μm、约2.75μm、约3μm、约3.25μm、约3.5μm、约3.75μm、约4μm、约4.25μm、约4.5μm、约4.75μm、约5μm、约5.5μm、约6μm、约6.5μm、约7μm、约7.5μm、约8μm、约8.5μm、约9μm、约9.5μm或约10μm的间距隔开。在一些情况下，位置可以在由前述值中的任意两个限定的范围内的间距定位。位置可以小于约0.1μm或大于约10μm的间距定位。在一些情况下，相同类型的任何两个位置之间的间距可以确定为加载对象(例如，珠子)的尺寸的函数。例如，在加载对象是具有最大直径的珠子的情况下，间距可以为至少约加载对象的最大直径。
虽然本文的实施例通常描述加载两个样品或两组样品，但可以将任何数量的样品或样品组固定到衬底上。例如，衬底可以固定有至少1个、至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个样品、或样品组。在一些情况下，可以固定至少约10、100、1000、10,000、100,000、1,000,000、10,000,000、100,000,000、1,000,000,000或更多样品或样品组。替代地或另外地，衬底可包含至多约1,000,000,000、100,000,000、10,000,000、1,000,000、100,000、10,000、1000、100、10或更少样品或样品组。当样品为核酸样品时，至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9、至少10个核酸样品可以固定在衬底上。在一些情况下，可以固定至少约10、100、1000、10,000、100,000、1,000,000、10,000,000、100,000,000、1,000,000,000或更多的核酸样品。替代地或另外地，衬底可包含至多约1,000,000,000、100,000,000、10,000,000、1,000,000、100,000、10,000、1000、100、10或更少核酸样品。有利地，可以在同一衬底上同时处理多个样品，而无需另外对多个样品进行条形码化(例如，每个样品具有共同的条形码序列)以区分它们。
索引可以使用检测方法进行并且可以在任何方便或有用的步骤中进行。可以对被索引(例如，分界)的衬底进行检测，例如光学成像，以定位被索引的位置、单独可寻址位置和/或生物分析物。可以使用检测单元来进行成像。可以使用一个或多个传感器来进行成像。可能无法使用肉眼进行成像。可在加载生物分析物之前对被索引的衬底进行成像。在将生物分析物加载到单独可寻址位置之后，可以再次对衬底成像，例如以确定占位或确定生物分析物相对于衬底的定位。在一些情况下，如本文别处所述，可在核苷酸添加(或其他探针或其他试剂)的迭代循环之后对衬底成像。衬底的索引和生物分析物的已知初始位置(单独可寻址位置)可以允许分析和识别每个单独可寻址位置和/或定位的序列信息。此外，空间索引可以允许识别可能发生的错误，例如样品污染、样品损失等。
在一些情况下，可以执行索引以识别、处理和/或分析多于一种类型的生物分析物，如上所述。例如，可以将可以被标记的第一类型的生物分析物加载到衬底内的第一组位置上。可以对衬底成像以用于第一类型的生物分析物的第一索引步骤。可以将第二类型的生物分析物加载到衬底内的第二组位置上，并成像以用于第二类型的生物分析物的第二索引步骤。在一些情况下，第二类型的生物分析物可以使得第二类型的生物分析物与第一类型的生物分析物可区分的方式被标记。替代地，第一类型的生物分析物和第二类型的生物分析物可以基本相同的可检测方式(例如，相同染料)被标记，并且第一和第二图像可以被处理以生成差分图像，其中交叠信号归因于第一类型的生物分析物的位置，且不同的信号归因于第二类型的生物分析物的位置。替代地，第一类型的生物分析物和第二类型的生物分析物可以通过可切割的(或以其他方式可去除的)标记或标签(例如，荧光标签)进行标记，并且在每次成像操作后切割标记，使得只有相关的分析物位置在每次成像操作时成像。此后，可以分析衬底并且可以将包含第一生物分析物的所有位置归因于第一生物分析物，并且可以将包含第二生物分析物的所有位置归因于第二分析物。在一些情况下，第一和第二分析物的标记可能不是必需的，并且可以仅基于空间位置来进行针对第一或第二分析物的位置归属。可以对任何数量或类型的生物分析物重复该过程。
阵列可以涂覆有粘合剂。例如，阵列可以随机地涂覆有粘合剂。替代地，阵列可以涂覆有以规则图案(例如，以线性阵列、径向阵列、六边形阵列等)布置的粘合剂。阵列可以在单独可寻址位置的数量或衬底表面积的至少10％、至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％或至少99％上涂覆有粘合剂。阵列可以在部分单独可寻址位置或衬底表面积的一部分上涂覆有粘合剂，该部分在由前述值中的任何两个限定的范围内。粘合剂可以和阵列构成一体。可以将粘合剂添加到阵列。例如，可以将粘合剂作为阵列上的一个或多个涂层添加到阵列。
粘合剂可以通过非特异性相互作用，诸如亲水相互作用、疏水相互作用、静电相互作用、物理相互作用(例如，对柱形物的粘附或在阱内沉降)等中的一种或多种来固定生物分析物。粘合剂可以通过特异性相互作用来固定生物分析物。例如，在生物分析物是核酸分子的情况下，粘合剂可以包括被配置为结合至核酸分子的寡核苷酸衔接子。替代地或附加地，诸如为了结合其他类型的分析物，粘合剂可以包括抗体、寡核苷酸、核酸分子、适体、亲和结合蛋白、脂质、碳水化合物等中的一种或多种。粘合剂可以通过任何可能的相互作用组合来固定生物分析物。例如，粘合剂可以通过物理和化学相互作用的组合，通过蛋白质和核酸相互作用的组合等来固定核酸分子。阵列可以包括至少约10、100、1000、10,000、100,000、1,000,000、10,000,000、100,000,000或更多个粘合剂。替代地或附加地，阵列可以包括至多约100,000,000、10,000,000、1,000,000、100,000、10,000、1000、100、10或更少个粘合剂。阵列可以具有在由前述值中的任何两个限定的范围内的多个粘合剂。在一些情况下，单个粘合剂可以结合单个生物分析物(例如，核酸分子)。在一些情况下，单个粘合剂可以结合多个生物分析物(例如，多个核酸分子)。在一些情况下，多个粘合剂可以结合单个生物分析物。尽管本文的示例描述了粘合剂与核酸分子的相互作用，但是粘合剂可以固定其他分子(诸如蛋白质)、其他颗粒、细胞、病毒、其他生物体等。
在一些情况下，每个位置或这样的位置的子集可能已经固定有分析物(例如，核酸分子、蛋白质分子、碳水化合物分子等)。在其他情况下，多个单独可寻址位置的一部分可能已经固定有分析物。固定至衬底的多个分析物可以是模板分析物的拷贝。例如，多个分析物(例如，核酸分子)可以具有序列同源性。在其他情况下，固定至衬底的多个分析物可以不是拷贝。多个分析物可以是相同类型的分析物(例如，核酸分子)，或者可以是不同类型的分析物的组合(例如，核酸分子、蛋白质分子等)。
在一些情况下，阵列可以包括多种类型的粘合剂。例如，阵列可以包括不同类型的粘合剂以结合不同类型的分析物。例如，阵列可以包括被配置为结合第一类型的分析物(例如，核酸分子)的第一类型的粘合剂(例如，寡核苷酸)和被配置为结合第二类型的分析物(例如，蛋白质)的第二类型的粘合剂(例如，抗体)等。在另一示例中，阵列可以包括结合第一类型的核酸分子的第一类型的粘合剂(例如，第一类型的寡核苷酸分子)和结合第二类型的核酸分子的第二类型的粘合剂(例如，第二类型的寡核苷酸分子)等。例如，衬底可以被配置为通过在衬底的某些部分或特定位置中具有不同类型的粘合剂而在衬底的某些部分或特定位置中结合不同类型的分析物。
可以在多个单独可寻址位置中的给定单独可寻址位置处将生物分析物固定到阵列。阵列可以具有任意数量的单独可寻址位置。例如，阵列可以具有至少1、至少2、至少5、至少10、至少20、至少50、至少100、至少200、至少500、至少1,000、至少2,000、至少5,000、至少10,000、至少20,000、至少50,000、至少100,000、至少200,000、至少500,000、至少1,000,000、至少2,000,000、至少5,000,000、至少10,000,000、至少20,000,000、至少50,000,000、至少100,000,000、至少200,000,000、至少500,000,000、至少1,000,000,000、至少2,000,000,000、至少5,000,000,000、至少10,000,000,000、至少20,000,000,000、至少50,000,000,000或至少100,000,000,000个单独可寻址位置。阵列可以具有由前述值中的任何两个限定的范围内的多个单独可寻址位置。每个单独可寻址位置可以是数字上和/或物理上可接近的(从多个单独可寻址位置)。例如，可以以电子或数字地定位、识别和/或访问每个单独可寻址位置，以用于映射、感测、与装置(例如，检测器、处理器、分配器等)相关联或以其他方式进行处理。如本文别处所述，每个单独可寻址位置可被索引。替代地，可以对衬底进行索引，使得在该过程的至少一个步骤期间可以识别每个单独可寻址位置。替代地或附加地，每个单独可寻址位置可以被物理地定位、识别和/或访问，诸如用于物理操纵或提取位于单独可寻址位置处的分析物、试剂、颗粒或其他组分。
多种生物分析物可以在空间离散的位置固定到阵列。生物分析物的空间分离可以使用掩模或屏障来获得，如本文别处所述。替代地或结合地，可以使用不同的流体组合物来分离生物分析物。在一些情况下，流体组合物可能是不混溶的。例如，第一溶液(例如，油、有机溶液或其他疏水或亲油溶液)可包含第一生物分析物，且第二溶液(例如，亲水、水性、极性或离子溶液)可包含第二生物分析物。第一和第二溶液可以是不混溶的。衬底可以在限定区域中暴露于第一溶液，例如使用掩模(例如，覆盖或屏蔽衬底的其他区域)。在一些情况下，第一生物分析物与限定区域(例如，单独可寻址位置)相关联，并且可从衬底去除第一溶液。然后可将衬底暴露于第二溶液。然后第二生物分析物可以与衬底的未占据位点相关联。替代地，可以对衬底进行预处理，使得生物分析物可以被加载在离散位置。在一个非限制性示例中，衬底可以用可以吸引或排斥生物分析物的子集的离散的疏水和亲水区域(例如，使用光刻、软刻蚀、蚀刻等)图案化。在另一个非限制性示例中，惰性聚合物例如聚乙二醇(PEG)可以在离散区域中被图案化以防止在离散区域中生物分析物附接到衬底。
每个单独可寻址位置可以具有圆形、凹坑、凸起、矩形或任何其他形状或形式的一般形状或形式。每个单独可寻址位置可以具有第一横向尺寸(诸如，对于具有圆形的一般形状的单独可寻址位置的半径或对于具有矩形的一般形状的单独可寻址位置的宽度)。第一横向尺寸可以为至少1纳米(nm)、至少2nm、至少5nm、至少10nm、至少20nm、至少50nm、至少100nm、至少200nm、至少500nm、至少1,000nm、至少2,000nm、至少5,000nm或至少10,000nm。第一横向尺寸可以在由前述值中的任何两个限定的范围内。每个单独可寻址位置可以具有第二横向尺寸(诸如对于具有矩形的一般形状的单独可寻址位置的长度)。第二横向尺寸可以为至少1纳米(nm)、至少2nm、至少5nm、至少10nm、至少20nm、至少50nm、至少100nm、至少200nm、至少500nm、至少1,000nm、至少2,000nm、至少5,000nm或至少10,000nm。第二横向尺寸可以在由前述值中的任何两个限定的范围内。在一些情况下，每个单独可寻址位置可以具有如本文所述的粘合剂或与本文所述的粘合剂偶联，以将分析物与其固定。在一些情况下，单独可寻址位置中只有一部分可以具有粘合剂或与粘合剂偶联。在一些情况下，单独可寻址位置可以具有多个粘合剂或与多个粘合剂偶联，以将分析物与其固定。
可以使用多种方法生成单独可寻址位置。在一个实施方案中，所述方法可以包括使用一个或多个屏障生成单独可寻址位置。在一些实施方案中，可以在任何方便的操作期间去除屏障。例如，可以在将分析物偶联到单独可寻址位置之前或之后去除屏障。可以在加载包含多个探针的溶液之前或之后去除屏障。可以在使分析物经受足以在探针和分析物之间进行反应的条件之前或之后去除屏障。可以在检测来自偶联的探针和分析物的一个或多个信号之前或之后去除屏障。可以在检测偶联的探针和分析物之前或之后去除屏障。可以在重复任何上述过程之前或之后去除屏障。在一些情况下，可以不去除屏障。
屏障可包括物理、化学、生物或任何其他类型的障碍。在一些实施方案中，屏障包括物理障碍。在一个这样的示例中，可以使用模具，其中模具的一部分可以阻碍流体向指定区域的移动。模具可以使用多种方式生成，例如注射成型、机械加工、热处理、纤维纺丝、接合和粘合、铸造、轧制、锻造、3D打印等。在一些实施方案中，屏障可被配置为在任何方便的步骤溶解。屏障可被配置为溶解、蒸发或升华。在一些情况下，屏障可被熔化并被去除。在一些情况下，可以使用气刀实现去除屏障或屏障的一部分。在一些情况下，屏障包括化学障碍。在一些情况下，屏障包含聚合物。屏障可以包括聚乙二醇(PEG)。在一些情况下，屏障可包括溶液。溶液可以是粘性的。溶液可具有随温度变化的粘度。溶液可以是非牛顿流体。溶液可以是幂律流体，例如剪切稀化(例如，触变)或剪切稠化流体。溶液可以是牛顿流体。在一些实施方案中，屏障包括与加载溶液不混溶的流体。在一些情况下，屏障是衬底上的疏水区域。
可以另外地或替代地使用掩模来防止样品和/或生物分析物与衬底区域的偶联。替代地或结合地，可以屏蔽包含生物分析物的单独可寻址位置的子集，例如，以防止探针与生物分析物偶联。掩模可包括屏障，例如物理、化学或生物屏障。掩模可以包括具有去除部分的膜。在一些情况下，掩模可以在引入生物分析物之前与衬底交界。在这种情况下，生物分析物的引入可以允许生物分析物偶联到掩模-衬底界面的暴露区域，而非暴露区域可以保持没有生物分析物。在任何方便的工艺中，衬底都可以不加掩模。可以使用掩模的任何组合。例如，第一掩模可用于将第一生物分析物加载到期望区域。随后，可以去除第一掩模，并且可以使用第二掩模将第二生物分析物加载到期望区域。第一和第二区域可具有交叠区域或可保持空间不同。屏障和掩模可以结合使用或单独使用。
结合到单独可寻址位置的分析物可包括但不限于分子、细胞、生物体、核酸分子、核酸集落、珠子、簇、聚合酶克隆、DNA纳米球或其任何组合(例如，附接有一种或多种核酸分子，例如一种或多种核酸分子的克隆种群的珠子)。结合的分析物可以规则的、图案化的、周期性的、随机的或伪随机的配置或任何其他空间排列固定到阵列上。在一些实施方案中，分析物与珠子(多个)结合，珠子然后可以与衬底或衬底区域(例如，单独可寻址位置)相关联或固定到其上。在一些实施方案中，分析物包括一个珠子或多个珠子。在一些情况下，珠子或多个珠子可以包含另一种分析物(例如，核酸分子)或其他分析物的克隆种群(例如，已经在珠子上扩增的核酸分子)。此类其他分析物可以附接或以其他方式偶联到珠子上。例如，分析物可包含多个珠子，每个珠子具有附接到其上的核酸分子的克隆种群。在一些情况下，珠子是磁性的，并且可以使用磁场的施加或使用磁体来将分析物或包含分析物的珠子引导至单独可寻址位置。在一些情况下，可使用流体将分析物引导至单独可寻址位置。流体可以是铁磁流体，并且可以使用磁体将流体引导到单独可寻址位置。单独可寻址位置可以替代地或结合地包括对刺激敏感的材料，刺激例如热、化学或电或磁刺激。例如，单独可寻址位置可以包括当暴露于电磁辐射时被激活的光敏聚合物或试剂。在一些情况下，可以使用笼锁分子来揭示衬底上的结合(例如，生物素)部分。随后暴露于特定波长的光可导致结合部分的解笼锁。然后，包含分析物的珠子，例如具有链霉亲和素的珠子可以与解笼锁的结合部分相关联。在一些情况下，单独可寻址位置的子集可以不包含珠子。在这种情况下，可以将空白珠子添加到衬底。然后空白珠子可以占据未被分析物占据的区域。在一些情况下，与包含分析物的珠子相比，空白珠子对单独可寻址位置具有更高的结合亲和力或亲合力。在一些情况下，未被占据的位置可能被破坏。在一些情况下，可以对未占据的位置进行处理以去除任何未结合的分析物，例如抽吸、洗涤、鼓风等。在一些情况下，可以使用装置将包含生物分析物的样品加载到衬底上，所述装置例如，微流体装置、封闭流动池等。然后加载的生物分析物可以与衬底或衬底的单独可寻址位置相关联或固定到其上。在这种情况下，可以在加载样品后去除装置。
生物分析物可以与任意数量的珠子结合。不同的生物分析物可以与任意数量的珠子结合。珠子可以是独特的(即，彼此不同)。可以使用任意数量的独特珠子。例如，可以使用至少约10、100、1000、10,000、100,000、1,000,000、10,000,000、100,000,000或更多个不同的珠子。替代地或另外地，可使用至多约100,000,000、10,000,000、1,000,000、100,000、10,000、1000、100、10或更少个不同珠子。许多不同的珠子可以在由前述值中的任意两个限定的范围内。使用珠子的特性，例如颜色、反射率、各向异性、亮度、荧光等，可以将珠子彼此区分开。
样品可以被稀释，从而控制单独可寻址位置的近似占用率。样品可以至少稀释到1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:20、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70、1:80、1:90、1:100、1:200、1:300、1:400、1:500、1:600、1:700、1:800、1:900、1:1000、1:10000、1:100000、1:1000000、1:10000000、1:100000000的稀释度。替代地，样品至多可以稀释到1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:20、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70、1:80、1:90、1:100、1:200、1:300、1:400、1:500、1:600、1:700、1:800、1:900、1:1000、1:10000、1:100000、1:1000000、1:10000000、1:100000000的稀释度。也可以使用任何这些稀释值之间的稀释度。
在一些情况下，样品可以包括珠子。珠子可以任何图案或随机地分散在表面上。珠子可以分散在表面的一个或多个区域(例如，具有特定表面化学的区域)上。在一些情况下，珠子可以六边形晶格分散在表面或表面区域上，如图49所示，其在右侧分图中示出了表面的一部分的缩小图像，并且在左侧分图中示出了表面部分的一部分的放大图像。在一些情况下，包含珠子的样品可分散在包含通过表面化学区分的不同位置/区域的表面上(例如，如图50A和图50B所示)。例如，可以将包含珠子的样品分配在包含带正电的位置/区域和/或疏水位置/区域的表面上。珠子可以对第一位置类型或区域类型(例如，带正电荷)具有高亲和力。珠子可以对第二位置类型或区域类型(例如，疏水的)具有低亲和力。位置可包括每个位置不超过1、不超过2、不超过3、不超过4、不超过5、不超过6、不超过7、不超过8、不超过9，或不超过10个珠子。在一些实施方案中，珠子可在单独可寻址位置内基本上居中。位置可具有是珠子直径(例如，最大直径)的高达约0.5倍、高达约0.6倍、高达约0.7倍、高达约0.8倍、高达约0.9倍、高达约1倍、高达约1.1倍、高达约1.2倍、高达约1.3倍、高达约1.4倍、高达约1.5倍、高达约1.6倍、高达约1.7倍、高达约1.8倍、高达约1.9倍、高达约2倍、高达约2.1倍、高达约2.2倍、高达约2.3倍、高达约2.4倍、高达约2.5倍、高达约2.6倍、高达约2.7倍、高达约2.8倍、高达约2.9倍或高达约3倍的宽度。在一些实施方案中，区域可以由第一位置的中心和相同类型的最近或相邻位置的中心之间的距离确定的间距隔开。位置可以是珠子的直径(例如，最大直径)的至少约1倍、至少约1.2倍、至少约1.4倍、至少约1.6倍、至少约1.8倍、至少约2倍、至少约2.2倍、至少约2.4倍、至少约2.6倍、至少约2.8倍、至少约3倍、至少约3.2倍、至少约3.4倍、至少约3.6倍、至少约3.8倍、至少约4倍、至少约4.2倍、至少约4.4倍、至少约4.6倍、至少约4.8倍或至少约5倍的间距隔开。在一些情况下，可以调节位置尺寸、位置间距、珠子亲和力、位置表面化学中的一个或多个以减少珠子接触点与区域中心的偏差。
包括多个单独可寻址位置的表面可以加载有珠子。珠子可以由相同位置类型的位置总数中的包括至少一个珠子的给定位置类型的位置数量确定的占用率加载到表面上。包括多个位置的表面可具有至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约85％、至少约86％、至少约87％、至少约88％、至少约89％、至少约90％、至少约91％、至少约92％、至少约93％、至少约94％、至少约95％、至少约96％、至少约97％、至少约98％、至少约99.5％或高达约100％的占有率。例如，表面可具有至少约90％的加载有至少一个珠子的给定位置类型的位置。珠子可以降落在表面上，其降落效率由分配在表面上的珠子总数中的与表面结合的珠子的数量决定。珠子可以至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约90％、高达约100％的降落效率分配到表面上。在一些实施方案中，可以调节温度、温育时间、表面活性剂或包含珠子的溶液的盐浓度中的一种或多种以增加珠子占有率。在一些实施方案中，可以调节温度、温育时间、表面活性剂或包含珠子的溶液的盐浓度中的一种或多种以增加珠子加载效率。
在一些情况下，衬底的可用表面积的至少约5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％可被配置为接受珠子。在可用表面积的小于100％在其上加载珠子的情况下(例如，使珠子固定在其上)，负空间(例如，其中没有珠子的位置)可用作识别和/或索引正空间的不同的单独可寻址位置(例如，其中有珠子的位置)的参考。在一个示例中，在负空间中作用的单个单独可寻址位置足以索引整个衬底。在这样的示例中，在成像期间，例如在测序期间，单个单独可寻址位置将始终保持“暗”，这与将在不同时间点点亮(例如，发荧光)的正空间中的其他单独可寻址位置相反，使得总是“暗”的单个单独可寻址位置可以作为对所有其他单独可寻址位置的参考。在其他示例中，在负空间中作用的多个单独可寻址位置可以促进衬底的索引。替代地或另外地，始终“明亮”(例如，无论时间点如何始终发荧光)的参考珠子可用作识别和/或索引正空间的不同单独可寻址位置的参考。在这种情况下，即使可用表面积的100％或基本上100％加载有珠子包括参考珠子，也可以识别和/或索引不同的单独可寻址位置。
可以将包含珠子的样品分配在表面上。在一些情况下，珠子可以基本螺旋图案分配在表面上。例如，可以使用图48所示的系统和/或图51所示的方法以螺旋图案分配珠子。在一些情况下，珠子可以朝向表面的旋转轴线径向向内移动的螺旋图案分散。在一些情况下，珠子可以从表面的旋转轴线径向向外移动的螺旋图案分散。如图48所示，样品(例如，包含珠子的样品)可以从分配探针4801(例如，喷嘴)分配到衬底4803(例如，晶片)以形成层4805。分配探针可以定位在衬底上方的固定高度(“Z”)处。在示出的示例中，珠子通过静电保留被保留在层4805中，并且可以固定到衬底上。一组珠子可以各自包含固定在其上的扩增产物种群(例如，核酸分子)，这些扩增产物在珠子上积聚成负电荷，对正电荷具有亲和力。衬底包含可区分位置之间的交替表面化学，其中第一位置类型包含携带正电荷且对扩增珠子(例如，包含固定在其上的扩增产物的珠子，并且与不包含扩增产物的负珠子不同)的负电荷具有亲和力的APTMS，并且第二位置类型包含具有较低亲和力和/或排斥扩增的珠子的HMDS。在包括分配的样品的层4805内，扩增的珠子可以成功地降落在第一位置类型的第一位置上(如在4807中)。在示出的示例中，位置尺寸为1微米，相同位置类型(例如，第一位置类型)的不同位置之间的间距为2微米，并且层具有15微米的深度。为了获得基本螺旋图案，衬底和/或分配探针可相对于彼此具有角速度和/或线速度。
样品可以如图所示分配到如图51所示的开放表面上。在一些情况下，衬底可以相对于分配探针旋转。在一些情况下，分配探针可以相对于衬底的旋转轴线相对于衬底径向移动。在一些情况下，衬底可以相对于分配探针线性移动。在一些情况下，衬底可以相对于分配探针旋转，同时相对于分配探针线性移动，从而以螺旋图案分配样品。在一些情况下，当分配探针相对于衬底的旋转轴线相对于衬底径向移动时，衬底可以相对于分配探针旋转，从而以螺旋图案分配样品。衬底和分配探针可以任何配置相对于彼此移动以实现基本螺旋图案。衬底可以不超过60rpm、不超过50rpm、不超过40rpm、不超过30rpm、不超过25rpm、不超过20rpm、不超过15rpm、不超过14rpm、不超过13rpm、不超过12rpm、不超过11rpm、不超过10rpm、不超过9rpm、不超过8rpm、不超过7rpm、不超过6rpm、不超过5rpm、不超过4rpm、不超过3rpm、不超过2rpm或不超过1rpm的旋转频率旋转。在一些情况下，旋转频率可以在由前述值中的任意两个限定的范围内。在一些情况下，衬底可以约5rpm的旋转频率旋转。
螺旋分配图案可以具有由在表面的单次旋转期间分配的流体涂覆的区域的宽度确定的路径宽度。螺旋分配图案可以具有由在衬底旋转一次之后在第一位置处的流体分配路径的中心和第二位置处的流体分配路径的中心之间的距离确定的路径间距。在一些情况下，路径宽度可以大于路径间距。例如，在衬底旋转期间沿路径分配的流体可与在先前衬底旋转期间沿路径分配的流体交叠。在一些情况下，路径间距可以大于路径宽度。例如，在衬底旋转期间沿着路径分配的流体可与在先前衬底旋转期间沿着路径分配的流体分离。在一些情况下，路径宽度可以类似于路径间距。例如，在衬底旋转期间沿路径分配的流体基本上不与在先前衬底旋转期间沿路径分配的流体分离，并且在衬底旋转期间沿路径分配的流体可以基本上不与在先前衬底旋转期间沿路径分配的流体交叠。
衬底可以被配置为关于轴线旋转。在一些情况下，本文所述的系统、装置和设备还可以包括被配置为旋转衬底的旋转单元。旋转单元可以包括电机和/或转子以旋转衬底。这样的电机和/或转子可以直接或间接地经由中间组件(例如，齿轮、平台、致动器、盘、滑轮等)机械地连接至衬底。旋转单元可以是自动化的。替代地或附加地，旋转单元可以接收手动输入。旋转轴线可以是穿过衬底中心的轴线(例如：附图33所示)。该轴线可以是偏心轴线。例如，可以将衬底固定于旋涂设备的卡盘(诸如真空卡盘)。衬底可以被配置为以至少每分钟1转(rpm)、至少2rpm、至少5rpm、至少10rpm、至少20rpm、至少50rpm、至少100rpm、至少200rpm、至少500rpm、至少1,000rpm、至少2,000rpm、至少5,000rpm或至少10,000rpm的旋转速度旋转。衬底可以被配置为以在由前述值中的任何两个限定的范围内的旋转速度旋转。衬底可以被配置为在本文所述的不同操作期间以不同的旋转速度旋转。衬底可以被配置为以根据时间依赖性函数(诸如斜坡函数、正弦函数、脉冲函数或其他函数或函数的组合)变化的旋转速度旋转。随时间变化的函数可以是周期性的或非周期性的。
衬底可被配置为相对于参考点以任何矢量移动。在一些情况下，本文所述的系统、装置和设备还可包括被配置为移动衬底的运动单元。运动单元可以包括任何机械组件，例如电机、转子、致动器、线性台、转鼓、辊子、滑轮等，以移动衬底。这些组件可以通过中间组件(例如，齿轮、平台、致动器、盘形物、滑轮等)直接或间接地机械连接到衬底。运动单元可以是自动化的。替代地或另外地，运动单元可以接收手动输入。衬底可被配置为以任何速度移动。在一些情况下，衬底可被配置为在本文所述的不同操作期间以不同速度移动。衬底可被配置为以根据时间依赖性函数(例如斜坡函数、正弦函数、脉冲函数或其他函数或函数的组合)而变化的速度移动。时变函数可以是周期性的或非周期性的。
可以在衬底旋转(或其他运动)之前或期间向衬底提供溶液，以将溶液离心地(或以其他方式惯性地)引导遍及阵列。在一些情况下，可以在衬底以脉冲方式旋转期间将溶液提供到平面阵列，从而生成溶液径向向外移动的环形波。在一些情况下，可以在衬底以脉冲方式进行其他运动期间将溶液提供到平面阵列，从而产生沿特定方向移动的溶液波。脉冲可以具有周期性或非周期性(例如，任意)的间隔。一系列脉冲可以包括产生表面-试剂交换的一系列波。表面-试剂交换可以包括洗涤，其中每一个随后的脉冲包括降低浓度的表面试剂。溶液可以具有不同于衬底的温度，从而向衬底或位于衬底上的分析物提供热能的来源或储库。热能可以为衬底或分析物提供温度变化。温度变化可能是暂时的。温度变化可以使化学反应(诸如要对分析物进行的化学反应)能够发生、使其不能发生、使其增强或受抑制。例如，化学反应可以包括核酸分子的变性、杂交或退火。化学反应可以包括在聚合酶链反应(PCR)、桥扩增或其他核酸扩增反应中的步骤。温度变化可以调制、增加或减少从分析物检测到的信号。
阵列可以与(流体通道的)至少一个样品入口流体连通。阵列可以经由非固体间隙例如气隙与样品入口流体连通。在一些情况下，阵列可以附加地与至少一个样品出口流体连通。阵列可以经由气隙与样品出口流体连通。样品入口可以被配置为将溶液引导至阵列。样品出口可以被配置为从阵列接收溶液。可以使用一个或多个分配喷嘴将溶液引导至阵列。例如，可以使用至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9、至少10、至少11、至少12、至少13、至少14、至少15、至少16、至少17、至少18、至少19或至少20个分配喷嘴将溶液引导至阵列。可以使用在由前述值中的任何两个限定的范围内的多个喷嘴将溶液引导至阵列。在一些情况下，可以经由不同的喷嘴分配不同的试剂(例如，不同类型的核苷酸溶液、不同的探针、洗涤溶液等)，诸如以防止污染。每个喷嘴可以连接至专用的流体管线或流体阀，这可以进一步防止污染。可以经由一个或多个喷嘴分配一种试剂类型。可以将一个或多个喷嘴引导至衬底的中心或靠近衬底的中心。或者，可以将一个或多个喷嘴引导至除衬底中心之外的位置或靠近衬底上除衬底中心之外的位置。替代地或组合地，一个或多个喷嘴可以被引导至比一个或多个其他喷嘴更靠近衬底的中心。例如，用于分配洗涤试剂的一个或多个喷嘴可以被引导至比用于分配活性试剂的一个或多个喷嘴更靠近衬底的中心。可以将一个或多个喷嘴布置在离衬底中心不同距离的半径处。可以对两个或更多个喷嘴进行组合操作，以将流体更有效地递送到衬底。一个或多个喷嘴可以被配置为以射流、喷雾(或其他分散的流体)和/或液滴的形式将流体递送至衬底。在递送到衬底之前，可以对一个或多个喷嘴进行操作以雾化流体。例如，流体可以作为气溶胶颗粒输送。
可以在衬底静止时将溶液分配在衬底上；然后，在分配溶液之后，可以使衬底经受旋转(或其他运动)。或者，可以在分配溶液之前使衬底经受旋转(或其他运动)；然后可以在衬底旋转(或以其他方式移动)时将溶液分配在衬底上。
衬底的旋转可以对溶液产生离心力(或远离轴线指向的惯性力)，导致溶液在阵列上径向向外流动。以这种方式，衬底的旋转可以引导溶液遍及阵列。衬底在一段时间内的连续旋转可以分配遍及阵列的几乎恒定厚度的流体膜。可以选择衬底的旋转速度以获得在衬底上的溶液膜的期望厚度。膜厚度可以通过等式(1)与转速相关：
(1)
Figure BDA0003354849540000611
此处，h(t)为时间t时的流体膜的厚度，μ是流体的粘度，ω是旋转速度，并且C是常数。
替代地或组合地，可以选择溶液的粘度以获得在衬底上的溶液膜的期望厚度。例如，可以选择衬底的旋转速度或溶液的粘度以获得至少10纳米(nm)、至少20nm、至少50nm、至少100nm、至少200nm、至少500nm、至少1微米(μm)、至少2μm、至少5μm、至少10μm、至少20μm、至少50μm、至少100μm、至少200μm、至少500μm或至少1mm的膜厚度。可以选择衬底的旋转速度和/或溶液的粘度以获得在由前述值中的任何两个限定的范围内的膜厚度。溶液的粘度可以通过控制溶液的温度来控制。膜的厚度可以被测量或监测。可以将膜的厚度的测量或监测并入到反馈系统中以更好地控制膜厚度。膜的厚度可以通过多种技术来测量或监测。例如，膜的厚度可以使用诸如纤维光谱仪等薄膜光谱仪通过薄膜光谱法来测量或监测。
在一些情况下，一个或多个因素例如衬底的旋转速度、衬底的加速度(例如，速度变化率)、溶液的粘度、溶液的分配角度(例如，试剂流的接触角)、溶液分配的径向坐标(例如，在中心上、偏离中心等)、衬底温度、溶液温度以及其他因素可以被调节和/或以其他方式优化以获得衬底上期望的润湿性和/或衬底上的膜厚度，以促进衬底的均匀涂覆。在一些情况下，可以将表面活性剂添加到溶液中，或者可以将表面活性剂添加到表面以促进均匀涂覆或促进样品加载效率。这种优化可以防止溶液沿着相对集中的流或行进路径离开衬底，使得流体仅在部分表面积(而不是整个表面积)接触衬底-在这种情况下，试剂的显著更大的体积可能必须被分配以实现衬底的均匀和完全涂覆。这种优化还可以防止溶液在接触和干扰表面流体时散射或以其他方式反射或反弹离开衬底。替代地或结合地，可以使用机械、电、物理或其他机制来调节溶液的厚度。例如，可以将溶液分配到衬底上并随后使用例如物理刮刀例如刮板进行整平，以获得跨衬底的期望厚度的均匀性。
在一些情况下，衬底的旋转可以足够慢，以免对溶液产生显着的离心力(或偏离轴线指向的惯性力)。有利地，分配到衬底上的一种或多种试剂可以基本上保持在着陆位置的局部，例如，没有显著和/或预先相对于旋转轴线向外行进，例如以侵入开放衬底上的另一个反应空间。衬底可以不超过60rpm、不超过50rpm、不超过40rpm、不超过30rpm、不超过25rpm、不超过20rpm、不超过15rpm、不超过14rpm、不超过13rpm、不超过12rpm、不超过11rpm、不超过10rpm、不超过9rpm、不超过8rpm、不超过7rpm、不超过6rpm、不超过5rpm、不超过4rpm、不超过3rpm、不超过2rpm或不超过1rpm的旋转频率旋转。在一些情况下，旋转频率可以在由前述值中的任意两个限定的范围内。在一些情况下，衬底可以约5rpm的旋转频率旋转。在一些情况下，溶液可以螺旋图案分配在表面上。例如，溶液可以使用图48或图51所示的系统以螺旋图案分配。如图48所示，溶液(例如，样品或洗涤溶液)可以从分配探针(例如，喷嘴)分配。在一些实施方案中，可以从多个分配探针分配溶液。例如，溶液中的第一试剂可以从第一分配探针分配，溶液中的第二试剂可以从第二分配探针分配，并且溶液中的第三试剂可以从第三分配探针分配。从不同分配探针分配的试剂可以在衬底上结合以形成均质溶液。分配探针可以定位在衬底(例如，晶片)上方的固定高度处。试剂可以被分配到开放表面上，如图51所示。在一些情况下，衬底可以相对于分配探针旋转。在一些情况下，分配探针可以相对于衬底的旋转轴线相对于衬底径向移动。在一些情况下，衬底可以相对于分配探针线性移动。在一些情况下，衬底可以相对于分配探针旋转，同时相对于分配探针线性移动，从而以螺旋图案分配样品。在一些情况下，当分配探针相对于衬底的旋转轴线相对于衬底径向移动时，衬底可以相对于分配探针旋转，从而以螺旋图案分配样品。可以选择衬底的旋转速度、溶液的流速或溶液的粘度以获得至少10纳米(nm)、至少20nm、至少50nm、至少100nm，至少200nm，至少500nm，至少1微米(μm)，至少2μm，至少5μm，至少10μm，至少20μm，至少50μm，至少100μm、至少200μm、至少500μm或至少1mm的膜厚度。
在一些情况下，可以在分配到衬底上之前加热溶液。溶液可以处于比环境温度更高的温度。在分配之前，可将溶液加热至约25℃、约26℃、约27℃、约28℃、约29℃、约30℃、约31℃、约32℃、约33℃、约34℃、约35℃、约36℃、约37℃、约38℃、约39℃、约40℃、约45℃、约50℃、约55℃、约60℃、约65℃、约70℃、约75℃、约80℃、约85℃、约90℃、约95℃。在一些情况下，可以将溶液加热到由前述值中的任意两个限定的范围内的温度。
在一些情况下，衬底可以可变角速度旋转。衬底的角速度可以变化，使得衬底相对于分配探针的线速度随着分配探针与衬底旋转轴线的径向距离变化而基本保持。例如，衬底的角速度可以随着分配探针在相对于衬底的旋转轴线向外行进的螺旋路径中分配流体而降低。在另一个示例中，衬底的角速度可以随着分配探针在相对于衬底的旋转轴线向内行进的螺旋路径中分配流体而增加。在一些情况下，分配探针可以可变流速分配流体。分配探针的流速可以变化，从而基本保持衬底的每单位面积分配的流体量。例如，分配探针的流速可以随着分配探针在相对于衬底的旋转轴线向外行进的螺旋路径中分配流体而增加。在另一个示例中，分配探针的流速可以随着分配探针在相对于衬底的旋转轴线向内行进的螺旋路径中分配流体而降低。
分配在表面上的一种或多种溶液可在表面上发生反应。例如，分配在表面上的第一溶液(例如，包含反应物)可以与分配在表面上的在第一溶液顶部的第二溶液(例如，包含酶)反应。分配在表面上的一种或多种溶液可以使化学反应失活或淬灭。例如，猝灭溶液(例如，包含EDTA或酸)可以在反应顶部加入到衬底以猝灭反应。溶液(例如，包含反应物的溶液、包含酶的溶液或猝灭溶液)可以图案(例如，螺旋图案)分配在表面上。在一些实施方案中，猝灭溶液以与包含反应物的溶液相同的图案分配在表面上，从而在溶液分配到的表面上的每个点处保持基本恒定的反应时间。在一些实施方案中，猝灭溶液以与包含酶的溶液相同的图案分配在表面上，从而在溶液分配到的表面上的每个点处保持基本恒定的反应时间。例如，可以将包含反应物的溶液以螺旋路径分配到表面上，该螺旋路径向内指向衬底的旋转轴线。可以恒定速率分配包含反应物的溶液，并且可以可变速率旋转衬底，使得每单位面积分配的体积基本恒定。包含酶的溶液可以沿着与包含试剂的溶液相同的螺旋路径分配。包含酶的溶液可以恒定速率分配，并且衬底可以可变速率旋转，使得在分配包含反应物的溶液和包含酶的溶液之间的时间在沿着螺旋路径的任何点基本上相同。猝灭溶液可以沿着与包含酶的溶液相同的螺旋路径分配。猝灭溶液可以恒定速率分配，并且衬底可以可变速率旋转，使得在分配包含酶的溶液和猝灭溶液之间的时间在沿着螺旋路径的任何点基本上相同。替代地或另外地，类似地，分配在表面上的一种或多种溶液可以活化或催化化学反应。例如，活化溶液(例如，包含催化剂)可以在反应的顶部(例如，以相同的分配图案)添加到衬底以活化或催化反应。
可以采用多种方法将一种或多种溶液分配到衬底上以确保跨越与一种或多种溶液接触的衬底区域的反应时间基本相似。在一些实施方案中，可以通过在旋转衬底的旋转轴线处或附近分配溶液将溶液旋涂到表面上，使得旋转衬底的离心力促进溶液远离旋转轴线的向外散步。旋涂可以非常适合分配一种或多种溶液，该溶液引发或猝灭在相对于分配时间较慢的时间尺度上发生的反应。在一些实施方案中，一种或多种溶液可以被直接递送至反应位点，而该一种或多种溶液不会从递送点大量位移。将溶液直接递送至反应位点的方法可包括溶液的气雾式递送、使用涂布器涂布溶液、幕涂溶液、狭缝模头涂覆、从平移分配探针分配溶液、从分配探针阵列分配溶液、将衬底浸入溶液中、或将衬底与包含溶液的片材接触。
气雾式递送可包括通过使用压力喷嘴或超声喷嘴将溶液引导至衬底而将溶液以气雾剂形式递送至衬底。使用涂布器涂布溶液可以包括使衬底与包含溶液的涂布器接触并且相对于衬底平移涂布器。例如，使用涂布器涂布溶液可包括将衬底漆涂。可以通过平移涂布器、旋转衬底、平移衬底或其组合来以图案涂布溶液。图案可以是螺旋图案。图案可以是圆形图案。幕涂可以包括以连续流(例如，幕帘或平板)将溶液从分配探针分配到衬底上并且相对于衬底平移分配探针。可以通过平移分配探针、旋转衬底、平移衬底或其组合以图案对溶液进行幕涂。图案可以是螺旋图案。图案可以是圆形图案。狭缝模头涂覆可包括从位于衬底附近的分配探针分配溶液，使得溶液在衬底和分配探针之间形成弯液面，并且相对于衬底平移分配探针。可以通过平移分配探针、旋转衬底、平移衬底或其组合而以图案对溶液进行狭缝模头涂覆。图案可以是螺旋图案。图案可以是圆形图案。从平移分配探针分配溶液可包括以图案(例如，螺旋图案、圆形图案、线性图案、条纹图案、交叉影线图案或对角线图案)相对于衬底平移分配探针。从分配探针阵列分配溶液可以包括从位于衬底上方的喷嘴阵列(例如，喷头)分配溶液，使得溶液基本上同时分配遍及衬底区域。将衬底浸入溶液中可包括将衬底浸入包含溶液的储器中。在一些实施方案中，储器可以是浅储器以减少涂覆衬底所需的溶液体积。使衬底与包含溶液的片材接触可包括使衬底与渗透有溶液的材料片材(例如，多孔片材或纤维片材)接触。可以将溶液转移到衬底上。在一些实施方案中，材料片材可以是一次性片材。在一些实施方案中，材料片材可以是可重复使用的片材。在一些实施方案中，可以使用图51所示的方法将溶液分配到衬底上。如图51所示，溶液射流可以从喷嘴分配到旋转衬底。喷嘴可以相对于旋转衬底径向平移，从而以螺旋图案将溶液分配到衬底上。
可以通过本文公开的任何递送方法将一种或多种溶液或试剂递送到衬底。在一些实施方案中，使用相同的递送方法将两种或更多种溶液或试剂递送到衬底。在一些实施方案中，将两种或更多种溶液递送到衬底，使得接触溶液或试剂和随后的溶液或试剂之间的时间对于与一种或多种溶液或试剂接触的衬底的每个区域基本相似。在一些实施方案中，溶液或试剂可以单一混合物形式递送。在一些实施方案中，溶液或试剂可以在两种或更多种组分溶液中分配。例如，可以从不同的喷嘴分配两种或更多种组分溶液的每种组分。不同的喷嘴可以将两种或更多种组分溶液基本上同时分配到衬底的基本上相同的区域，从而在衬底上形成均匀的溶液。在一些实施方案中，两种或更多种组分中的每个组分的分配可以在时间上分开。可以使用相同的方法进行每个组分的分配。例如，使用相同的方法以基本上相同的速率和基本上相同的图案将第一组分和第二组分分配到衬底上，使得接触第一组分和第二组分之间的时间对于与第一组分和第二组分接触的衬底的每个区域基本相似。在一些实施方案中，第一溶液可在衬底上开始反应(例如，包含镁的溶液)。在一些实施方案中，第二溶液可以终止在衬底上的反应(例如，包含乙二胺四乙酸(EDTA)的溶液)。在一些实施方案中，在与第一溶液和第二溶液接触的衬底的每个区域，开始反应和停止反应之间的时间可以基本相同。第一溶液在递送至衬底时可形成基本上均匀的膜。第二溶液可包含快速扩散组分，其在与第一溶液接触时可快速扩散。在一些实施方案中，快速扩散组分可以开始反应，或者快速扩散组分可以停止反应。
在一些实施方案中，溶液或试剂的直接递送可以与旋涂相结合。例如，可以使用本文公开的任何直接递送方法以螺旋图案直接递送第一溶液。螺旋图案可以向内朝向衬底的旋转轴线。第一溶液可开始反应。可以与第一溶液相同的图案递送第二溶液。第二溶液可停止反应。第二溶液可洗掉第一溶液。可以分配第一溶液和第二溶液，使得反应在衬底的每个空间区域进行基本上固定的时间。
可以在衬底上温育溶液。在一些实施方案中，可以在保持表面上的流体层的条件下在衬底上温育溶液。可以将溶液温育至少约5分钟、多达约10分钟、多达约15分钟、多达约20分钟、多达约25分钟、多达约30分钟、多达约35分钟、多达约40分钟、多达约45分钟、多达约50分钟、多达约55分钟、多达约60分钟、多达约65分钟、多达约70分钟、多达约75分钟、多达约80分钟分钟、多达约85分钟、或多达约90分钟。在一些情况下，温育时间可以在由前述值中的任意两个限定的范围内。在一些情况下，温育可以持续超过90分钟。在一些情况下，在温育期间流体层可以保持至少10纳米(nm)、至少20nm、至少50nm、至少100nm，至少200nm，至少500nm，至少1微米(μm)，至少2μm，至少5μm，至少10μm，至少20μm，至少50μm，至少100μm、至少200μm、至少500μm或至少1mm的膜厚度。可以调节腔室的温度、腔室的湿度、衬底的旋转或流体的组成中的一个或多个，使得在温育期间保持流体层。在一些情况下，衬底可以不超过60rpm、不超过50rpm、不超过40rpm、不超过30rpm、不超过25rpm、不超过20rpm、不超过15rpm、不超过14rpm、不超过13rpm、不超过12rpm、不超过11rpm、不超过10rpm、不超过9rpm、不超过8rpm、不超过7rpm、不超过6rpm、不超过5rpm、不超过4rpm、不超过3rpm、不超过2rpm或不超过1rpm的旋转频率旋转。在一些情况下，旋转频率可以在由前述值中的任意两个限定的范围内。在一些情况下，衬底可以约5rpm的旋转频率旋转。
衬底或其表面可包含有助于溶液或试剂保留在衬底上或溶液或试剂在衬底上的厚度均匀性的其他特征。在一些情况下，表面可包括可用于将溶液保持在表面上的凸起边缘(例如，边沿)。表面可以包括靠近表面外边缘的边沿，从而减少流过外边缘的溶液的量。
该溶液可以是包括多种组分的反应混合物。例如，溶液可以包括被配置为与分析物相互作用的多个探针。例如，探针可以对分析物具有结合特异性。在另一个示例中，探针可以对分析物不具有结合特异性。探针可以被配置为永久性地偶联至分析物。探针可以被配置为与分析物瞬时偶联。例如，可以将核苷酸探针永久地并入与核酸分子分析物杂交的生长链中。或者，可以将核苷酸探针瞬时结合至核酸分子分析物。随后可以将瞬时偶联的探针从分析物去除。随后从分析物去除瞬时偶联的探针可能会或可能不会在分析物上留下残留物(例如化学残留物)。溶液中探针的类型可能取决于分析物的类型。探针可以包括被配置为执行特定功能的官能团或部分。例如，探针可以包括标记(例如，染料)。探针可以被配置为在与分析物偶联或以其他方式相互作用时生成可检测信号(例如，光信号)，诸如经由标记。在一些情况下，探针可以被配置为在激活(例如，施加刺激)时生成可检测信号。在另一个示例中，核苷酸探针可以包括被配置为终止聚合酶反应(直到去封闭)的可逆终止子(例如，封闭基团)。溶液可以包含其他组分(例如，酶、催化剂、缓冲剂、盐水溶液、螯合剂、还原剂、其他试剂等)以辅助、加速或减速探针与分析物之间的反应。在一些情况下，溶液可以是洗涤溶液。在一些情况下，可以在反应混合物溶液中的试剂(例如，探针)与固定在阵列上的分析物之间的反应或相互作用之后，将洗涤溶液引导至衬底以使洗涤溶液与阵列接触。洗涤溶液可以洗去来自先前的反应混合物溶液的任何游离试剂。
当溶液中的探针与分析物之间进行反应时，可以生成可检测的信号，诸如光信号(例如，荧光信号)。例如，信号可以源自探针和/或分析物。可检测的信号可以指示探针与分析物之间的反应或相互作用。可检测信号可以是非光信号。例如，可检测信号可以是电信号。可检测信号可以由一个或多个传感器检测。例如，可以在本文其他地方所述的光学检测方案中，经由一个或多个光学检测器检测光信号。可以在衬底旋转期间检测信号。可以在旋转终止后检测信号。可以在分析物与溶液流体接触时检测信号。可以在洗涤溶液后检测信号。在一些情况下，在检测之后，可以使信号消除，诸如通过从探针和/或分析物上切割标记，和/或修饰探针和/或分析物。这样的切割和/或修饰可以受到一种或多种刺激，诸如暴露于化学物质、酶、光(例如，紫外线)或温度变化(例如，热)的影响。在一些情况下，通过停用或改变一个或多个传感器的模式(例如，检测波长)，或者终止或逆转信号的激发，信号可能会变得不可检测。在一些情况下，信号的检测可以包括捕获图像或生成数字输出(例如，在不同图像之间)。
将溶液引导至衬底和检测指示溶液中的探针与阵列中的分析物之间的反应的一个或多个信号的操作可以重复一次或多次。这样的操作可以以迭代的方式重复。例如，固定在阵列中的给定位置的相同分析物可以在多个重复循环中与多种溶液相互作用。对于每次迭代，检测到的其他信号可以在处理期间提供有关分析物的增量或最终数据。例如，在分析物是核酸分子并且处理是测序的情况下，在每次迭代中检测到的其他信号可以指示该核酸分子的核酸序列中的碱基。操作可以重复至少1、至少2、至少5、至少10、至少20、至少50、至少100、至少200、至少500、至少1,000、至少2,000、至少5,000、至少10,000、至少20,000、至少50,000、至少100,000、至少200,000、至少500,000、至少1,000,000、至少2,000,000、至少5,000,000、至少10,000,000、至少20,000,000、至少50,000,000、至少100,000,000、至少200,000,000、至少500,000,000或至少1,000,000,000个循环来处理分析物。在一些情况下，对于每个循环，可以将不同的溶液引导至衬底。例如，可以将至少1、至少2、至少5、至少10、至少20、至少50、至少100、至少200、至少500、至少1,000、至少2,000、至少5,000、至少10,000、至少20,000、至少50,000、至少100,000、至少200,000、至少500,000、至少1,000,000、至少2,000,000、至少5,000,000、至少10,000,000、至少20,000,000、至少50,000,000、至少100,000,000、至少200,000,000、至少500,000,000或至少1,000,000,000种溶液引导至衬底。
在一些情况下，可以在每个循环之间(或者在每个循环期间至少一次地)将洗涤溶液引导至衬底。例如，在将每种类型的反应混合物溶液引导至衬底之后，可以将洗涤溶液引导至衬底。洗涤溶液可以是不同的。洗涤溶液可以是相同的。洗涤溶液可以在旋转期间以脉冲式分配，从而生成如本文所述的环形波。可以在旋转期间以连续流分配洗涤溶液，同时该流相对于衬底的旋转轴线径向移动，从而以螺旋图案分配洗涤溶液。在一些情况下，洗涤溶液可以相对于衬底的旋转轴线向外行进的螺旋图案分配。在一些情况下，洗涤溶液可以相对于衬底的旋转轴线向内行进的螺旋图案分配。例如，可以将至少1、至少2、至少5、至少10、至少20、至少50、至少100、至少200、至少500、至少1,000、至少2,000、至少5,000、至少10,000、至少20,000、至少50,000、至少100,000、至少200,000、至少500,000、至少1,000,000、至少2,000,000、至少5,000,000、至少10,000,000、至少20,000,000、至少50,000,000、至少100,000,000、至少200,000,000、至少500,000,000或至少1,000,000,000种洗涤溶液引导至衬底。
在一些情况下，可以在溶液已经与衬底接触之后回收溶液的一部分或全部。回收可以包括收集、过滤和重新使用溶液的子集或全部。过滤可以是分子过滤。
使用旋转阵列的核酸测序
在一些情况下，测序方法可以采用合成方案测序，其中通过引物延伸反应对核酸分子进行逐碱基测序。例如，用于对核酸分子进行测序的方法可以包括提供包括阵列的衬底，该阵列固定有核酸分子。阵列可以是平面阵列。衬底可以被配置为关于轴线旋转。所述方法可以包括在衬底旋转之前或期间引导包括多个核苷酸的溶液遍及平面阵列。衬底的旋转可以促进溶液对衬底表面的涂覆。可以在足以将多个核苷酸中的至少一个核苷酸并入或特异性结合到与核酸分子互补的生长链的条件下使核酸分子经受引物延伸反应。可以检测指示至少一个核苷酸的并入或结合的信号，从而对核酸分子进行测序。
在一些情况下，所述方法可以包括，在提供已经固定有核酸分子的衬底之前，将核酸分子固定至该衬底。例如，可以在衬底旋转之前、期间或之后将包括多个核酸分子(包括所述核酸分子)的溶液引导至衬底，并且可以使衬底经受足以将多个核酸分子的至少一个子集作为阵列固定在衬底上的条件。
图2示出了用于对核酸分子进行测序的方法200的示例的流程图。在第一操作210中，所述方法可以包括提供如本文其他地方所述的衬底。衬底可以包括多个单独可寻址位置的阵列。阵列可以是平面阵列。阵列可以是纹理化的阵列。阵列可以是图案化的阵列。例如，阵列可以限定具有阱和/或柱形物的单独可寻址位置。可以是或可以不是相同核酸分子的拷贝的多个核酸分子可以固定到阵列。可以将多个核酸分子中的每个核酸分子在多个单独可寻址位置中的给定单独可寻址位置处固定到阵列。
衬底可以被配置为关于轴线旋转。该轴线可以是穿过衬底的中心或基本上中心的轴线。该轴线可以是偏心轴线。例如，可以将衬底固定于旋涂设备的卡盘(诸如真空卡盘)。衬底可以被配置为以至少每分钟1转(rpm)、至少2rpm、至少5rpm、至少10rpm、至少20rpm、至少50rpm、至少100rpm、至少200rpm、至少500rpm、至少1,000rpm、至少2,000rpm、至少5,000rpm或至少10,000rpm的旋转速度旋转。衬底可以被配置为以在由前述值中的任何两个限定的范围内的旋转速度旋转。衬底可以被配置为在本文所述的不同操作期间以不同的旋转速度旋转。衬底可以被配置为以根据时间依赖性函数(诸如斜坡函数、正弦函数、脉冲函数或其他函数或函数的组合)变化的旋转速度旋转。随时间变化性函数可以是周期性的或非周期性的。
在第二操作220中，所述方法可以包括在衬底旋转之前或期间将溶液引导遍及阵列。可以将溶液离心地引导遍及阵列。在一些情况下，可以在衬底以脉冲式旋转期间将溶液引导至阵列，从而生成溶液径向向外移动的环形波。在一些情况下，可以在衬底旋转期间以连续流将溶液引导至阵列，同时该流相对于衬底的旋转轴线径向移动，从而以螺旋图案将溶液引导至阵列。在一些情况下，衬底可以被配置为以不超过60rpm、不超过50rpm、不超过40rpm、不超过30rpm、不超过25rpm、不超过20rpm、不超过15rpm、不超过14rpm、不超过13rpm、不超过12rpm、不超过11rpm、不超过10rpm、不超过9rpm、不超过8rpm、不超过7rpm、不超过6rpm、不超过5rpm、不超过4rpm、不超过3rpm、不超过2rpm或不超过1rpm的速度旋转。在一些情况下，旋转频率可以在由前述值中的任意两个限定的范围内。溶液可以具有不同于衬底的温度的温度，从而向衬底或位于衬底上的核酸分子提供热能的来源或储库。热能可以为衬底或核酸分子提供温度变化。温度变化可以是暂时的。温度变化可以使化学反应能够发生、不能发生、使其增强或受抑制，诸如要对核酸分子进行的化学反应。例如，化学反应可以包括对多个核酸分子的变性、杂交或退火。化学反应可以包括在聚合酶链反应(PCR)、桥扩增或其他核酸扩增反应中的步骤。温度变化可以调节、增加或减少从核酸分子(或从溶液中的探针)检测到的信号。
在一些情况下，溶液可包含珠子。珠子可以被待测序的核酸分子包被。可以使用本文所述的方法将包含珠子的溶液分配到衬底上。例如，可以将包含珠子的溶液以螺旋图案分配到衬底上，如图48或图51所示。在一些情况下，珠子可以优先与衬底的第一区域类型(例如，带正电的区域)相互作用，如图50A所示。在一些情况下，珠子可以不与衬底的第二区域类型(例如，疏水区域)相互作用。在一些情况下，被核酸分子包被的珠子可以与衬底的第一区域(例如，带正电荷的区域)相互作用，且未被核酸分子包被的珠子可以不与衬底的第一区域类型相互作用，如图50B所示。
在一些情况下，溶液可以包含被配置为与核酸分子相互作用的探针。例如，在一些情况下，诸如对于进行合成测序，溶液可以包含多个核苷酸(以单个碱基的形式)。多个核苷酸可以包括核苷酸类似物、天然存在的核苷酸和/或非天然存在的核苷酸，在本文中统称为“核苷酸”。多个核苷酸可以是或可以不是相同类型的碱基(例如，A、T、G、C等)。例如，溶液可以包含或可以不包括仅一种类型的碱基。溶液可以包括至少1种类型的碱基或至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10种类型的碱基。例如，溶液可以包含A、T、C和G的任何可能的混合物。在一些情况下，溶液可以包含多个天然核苷酸和非天然核苷酸。多个天然核苷酸和非天然核苷酸可以是或可以不是相同类型的碱基(例如，A、T、G、C)。在一些情况下，溶液可包含寡聚探针(例如，寡核苷酸引物)。例如，在一些情况下，例如为了通过合成进行测序，溶液可以包含多个核酸分子，例如引物，其包含1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100或更多个核苷酸碱基。多个核酸分子可包含核苷酸类似物、天然存在的核苷酸和/或非天然存在的核苷酸，在本文中统称为“核苷酸”。多个核苷酸可以是或可以不是相同类型的碱基(例如，A、T、G、C等)。例如，溶液可以包含或不包含仅一种类型的碱基。溶液可以包含至少一种类型的碱基或至少2种、至少3种、至少4种、至少5种、至少6种、至少7种、至少8种、至少9种或至少10种类型的碱基。例如，溶液可以包含A、T、C和G的任何可能的混合物。在一些情况下，溶液可以包含多种天然核苷酸和非天然核苷酸。多个天然核苷酸和非天然核苷酸可以是或可以不是相同类型的碱基(例如，A、T、G、C)。
多个核苷酸中的一个或多个核苷酸可以被终止(例如，可逆地终止)。例如，核苷酸可以包含可逆终止子，或能够可逆地终止引物延伸的部分。包含可逆终止子的核苷酸可以被聚合酶所接受，并且以类似于不可逆地终止的核苷酸的方式并入正在生长的核酸序列中。聚合酶可以是聚合酶的任何天然存在的(即，天然或野生型)或工程化变体(例如，DNA聚合酶、Taq聚合酶等)。在将包含可逆终止子的核苷酸类似物并入核酸链之后，可以去除可逆终止子以允许核酸链的进一步延伸。可逆终止子可以包含与核苷酸或核苷酸类似物的糖部分(例如，戊糖)的3'-氧原子附接的封闭基团或加帽基团。这样的部分被称为3'-O-封闭的可逆终止子。3'-O-封闭的可逆终止子的示例包括，例如3’-ONH2可逆终止子、3′-O-烯丙基可逆终止子和3'-O-偶氮基甲基(aziomethyl)可逆终止子。或者，可逆终止子可以在核苷酸类似物的接头(例如，可切割的接头)和/或染料部分中包含封闭基团。3'-未封闭的可逆终止子可以附接到核苷酸类似物的碱基以及荧光基团(例如，如本文所述的标记)。3'-未封闭的可逆终止子的示例包括，例如，由Helicos BioSciences Corp.开发的“虚拟终止子(virtual terminator)”和由Michael L.Metzker等人开发的“闪电终止子(lightningterminator)”。可逆终止子的切割可以通过例如照射包含可逆终止子的核酸分子来实现。在一些情况下，多个核苷酸可以不包含终止的核苷酸。
可以用染料、荧光团或量子点来标记多个核苷酸中的一个或多个核苷酸。例如，溶液可以包含标记的核苷酸。在另一个示例中，溶液可以包含未标记的核苷酸。在另一个示例中，溶液可以包含标记的核苷酸和未标记的核苷酸的混合物。染料的非限制性示例包括SYBR绿、SYBR蓝、DAPI、碘化丙锭、Hoeste、SYBR金、溴化乙锭、吖啶、原黄素、吖啶橙、吖啶黄素、荧光香豆素(fluorcoumanin)、椭圆玫瑰树碱、道诺霉素、氯喹、偏端霉素D、色霉素、乙菲啶(homidium)、光神霉素、多吡啶钌、氨茴霉素、菲啶和吖啶、溴化乙锭、碘化丙锭、碘化己锭、二氢乙锭、乙锭同型二聚体-1和乙锭同型二聚体-2、单叠氮化乙锭和ACMA、Hoechst33258、Hoechst 33342、Hoechst 34580、DAPI、吖啶橙、7-AAD、放线菌素D、LDS751、羟脒替(hydroxystilbamidine)、SYTOX Blue、SYTOX Green、SYTOX Orange、POPO-1、POPO-3、YOYO-1、YOYO-3、TOTO-1、TOTO-3、JOJO-1、LOLO-1、BOBO-1、BOBO-3、PO-PRO-1、PO-PRO-3、BO-PRO-1、BO-PRO-3、TO-PRO-1、TO-PRO-3、TO-PRO-5、JO-PRO-1、LO-PRO-1、YO-PRO-1、YO-PRO-3、PicoGreen、OliGreen、RiboGreen、SYBR Gold、SYBR Green I、SYBR Green II、SYBR DX、SYTO-40、SYTO-41、SYTO-42、SYTO-43、SYTO-44、SYTO-45(蓝色)、SYTO-13、SYTO-16、SYTO-24、SYTO-21、SYTO-23、SYTO-12、SYTO-11、SYTO-20、SYTO-22、SYTO-15、SYTO-14、SYTO-25(绿色)、SYTO-81、SYTO-80、SYTO-82、SYTO-83、SYTO-84、SYTO-85(橙色)、SYTO-64、SYTO-17、SYTO-59、SYTO-61、SYTO-62、SYTO-60、SYTO-63(红色)、荧光素、异硫氰酸荧光素(FITC)、四甲基异硫氰酸罗丹明(TRITC)、罗丹明、四甲基罗丹明、R-藻红蛋白、Cy-2、Cy-3、Cy-3.5、Cy-5、Cy5.5、Cy-7、德克萨斯红(Texas Red)、Phar-Red、别藻蓝蛋白(APC)、Sybr Green I、SybrGreen II、Sybr Gold、CellTracker Green、7-AAD、乙锭同型二聚体I、乙锭同型二聚体II、乙锭同型二聚体III、溴化乙锭、伞形酮、曙红、绿色荧光蛋白、赤藓红、香豆素、甲基香豆素、芘、孔雀绿、茋、萤光黄、级联蓝(cascade blue)、二氯三嗪胺荧光素、丹磺酰氯、荧光镧系络合物(如包含铕和铽的那些络合物)、羧基四氯荧光素、5-羧基荧光素和/或6-羧基荧光素(FAM)、VIC、5-碘乙酰胺基荧光素或6-碘乙酰胺基荧光素、5-{[2-5-(乙酰基巯基)-琥珀酰基]氨基}荧光素和5-{[3-5-(乙酰基巯基)-琥珀酰基]氨基}荧光素(SAMSA-荧光素)、丽丝胺罗丹明B磺酰氯、5-羧基罗丹明和/或6-羧基罗丹明(ROX)、7-氨基-甲基-香豆素、7-氨基-4-甲基香豆素-3-乙酸(AMCA)、BODIPY荧光团、8-甲氧基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐、3,6-二磺酸-4-氨基-萘二甲酰亚胺、藻胆蛋白、Atto 390、Atto 425、Atto 465、Atto 488、Atto 495、Atto 532、Atto 565、Atto 594、Atto 633、Atto 647、Atto 647N、Atto 665、Atto 680和Atto 700染料、AlexaFluor 350、AlexaFluor 405、AlexaFluor 430、AlexaFluor 488、AlexaFluor 532、AlexaFluor 546、AlexaFluor 555、AlexaFluor 568、AlexaFluor 594、AlexaFluor 610、AlexaFluor 633、AlexaFluor 635、AlexaFluor 647、AlexaFluor 660、AlexaFluor 680、AlexaFluor 700、AlexaFluor 750和AlexaFluor 790染料、DyLight 350、DyLight 405、DyLight 488、DyLight 550、DyLight 594、DyLight 633、DyLight 650、DyLight 680、DyLight 755和DyLight 800染料，或者其他荧光团、Black Hole猝灭剂染料(Biosearch Technologies)，诸如BH1-0、BHQ-1、BHQ-3、BHQ-10；QSY染料荧光猝灭剂(来自分子探针/Invitrogen)，诸如QSY7、QSY9、QSY21、QSY35和其他猝灭剂诸如Dabcyl和Dabsyl；Cy5Q和Cy7Q以及暗花菁染料(GE Healthcare)；Dy-猝灭剂(Dyomics)，诸如DYQ-660和DYQ-661；以及ATTO荧光猝灭剂(ATTO-TEC GmbH)，诸如ATTO 540Q、580Q、612Q。在一些情况下，标记可以是带有接头的标记。例如，标记可以具有附接至该标记的二硫键接头。这样的标记的非限制性示例包括Cy5-叠氮化物、Cy-2-叠氮化物、Cy-3-叠氮化物、Cy-3.5叠氮化物、Cy5.5-叠氮化物和Cy-7-叠氮化物。在一些情况下，接头可以是可切割的接头。在一些情况下，标记可以是不自淬灭且不表现邻近淬灭的类型。不自淬灭且不表现邻近猝灭的标记类型的非限制性示例包括双满(Bimane)衍生物，诸如溴代双满。或者，标记可以是自淬灭或表现邻近淬灭的类型。这样的标记的非限制性示例包括Cy5-叠氮化物、Cy-2-叠氮化物、Cy-3-叠氮化物、Cy-3.5叠氮化物、Cy5.5-叠氮化物和Cy-7-叠氮化物。在一些情况下，可逆终止子的封闭基团可以包括染料。
可以使用一个或多个喷嘴将溶液引导至阵列。在一些情况下，可以经由不同的喷嘴分配不同的试剂(例如，不同类型的核苷酸溶液、洗涤溶液等)，诸如以防止污染。每个喷嘴可以连接到专用的流体管线或流体阀，这可以进一步防止污染。可以经由一个或多个喷嘴分配一种类型试剂。可以将一个或多个喷嘴引导至衬底的中心或靠近衬底的中心。或者，可以将一个或多个喷嘴引导至衬底上的除衬底中心之外的位置或靠近除衬底中心之外的位置。可以组合操作两个或更多个喷嘴，以将流体更有效地递送到衬底。
可以在衬底静止时将溶液分配在衬底上；然后，在分配溶液之后，可以使衬底经受旋转。或者，可以在分配溶液之前使衬底经受旋转；然后可以在衬底旋转时将溶液分配在衬底上。衬底的旋转可以对溶液产生离心力(或远离轴线的惯性力)，导致溶液在阵列上径向向外流动。
在第三操作230中，所述方法可以包括使核酸分子经受引物延伸反应。引物延伸反应可以在足以将多个核苷酸中的至少一个核苷酸并入与核酸分子互补的生长链的条件下进行。并入的核苷酸可以标记也可以不标记。
在一些情况下，操作230还可以包括修饰至少一个核苷酸。修饰核苷酸可以包括标记核苷酸。例如，核苷酸可以诸如用染料、荧光团或量子点标记。核苷酸可以被可切割地标记。在一些情况下，修饰核苷酸可以包括激活(例如，刺激)核苷酸的标记。
在第四操作240中，所述方法可以包括检测指示至少一个核苷酸的并入的信号。该信号可以是光信号。该信号可以是荧光信号。可以在衬底旋转期间检测信号。可以在旋转终止后检测信号。可以在待测序的核酸分子与溶液流体接触时检测信号。可以在核酸分子与溶液流体接触之后检测信号。操作240还可以包括修饰至少一个核苷酸的标记。例如，操作240还可以包括切割核苷酸的标记(例如，在检测之后)。可以通过一种或多种刺激，诸如暴露于化学物质、酶、光(例如紫外光)或热来切割核苷酸。一旦标记被切割，可能无法用一个或多个检测器检测到指示并入的核苷酸的信号。
方法200还可以包括重复操作220、230和/或240一次或多次，以鉴定指示并入一种或多种附加核苷酸的一个或多个附加信号，从而对核酸分子进行测序。方法200可以包括以迭代的方式重复操作220、230和/或240。对于每次迭代，附加信号可以指示附加核苷酸的并入。附加核苷酸可以是与在先前迭代中检测到的核苷酸相同的核苷酸。附加核苷酸可以是与在先前迭代中检测到的核苷酸不同的核苷酸。在一些情况下，在操作220、230或240的每次迭代之间可以修饰(例如，标记和/或切割)至少一个核苷酸。例如，所述方法可以包括重复操作220、230和/或240至少1、至少2、至少5、至少10、至少20、至少50、至少100、至少200、至少500、至少1,000、至少2,000、至少5,000、至少10,000、至少20,000、至少50,000、至少100,000、至少200,000、至少500,000、至少1,000,000、至少2,000,000、至少5,000,000、至少10,000,000、至少20,000,000、至少50,000,000、至少100,000,000、至少200,000,000、至少500,000,000或至少1,000,000,000次。方法可以包括多次重复操作220、230和/或240，该多次在由前述值先中的任何两个限定的范围内。因此，方法200可以导致任何大小的核酸分子的测序。
所述方法可以包括在衬底旋转期间以循环的方式将不同的溶液引导至阵列。例如，所述方法可以包括将包含第一类型核苷酸(例如，以多个第一类型的核苷酸的形式)的第一溶液引导至阵列，随后将包含第二类型核苷酸的第二溶液、随后将第三类型核苷酸、随后将第四类型核苷酸等引导至阵列。在另一示例中，不同的溶液可以包含核苷酸类型的不同组合。例如，第一溶液可以包括第一规范类型的核苷酸(例如，A)和第二规范类型的核苷酸(例如，C)，并且第二溶液可以包括第一规范类型的核苷酸(例如，A)和第三规范类型的核苷酸(例如，T)，并且第三溶液可以包括第一规范类型的核苷酸、第二规范类型的核苷酸、第三规范类型的核苷酸和第四规范类型的核苷酸(例如，G)。在另一个示例中，第一溶液可以包括标记的核苷酸，并且第二溶液可以包括未标记的核苷酸，并且第三溶液可以包括标记的和未标记的核苷酸的混合物。所述方法可以包括将至少1、至少2、至少5、至少10、至少20、至少50、至少100、至少200、至少500、至少1,000、至少2,000、至少5,000、至少10,000、至少20,000、至少50,000、至少100,000、至少200,000、至少500,000、至少1,000,000、至少2,000,000、至少5,000,000、至少10,000,000、至少20,000,000、至少50,000,000、至少100,000,000、至少200,000,000、至少500,000,000或至少1,000,000,000个溶液引导至阵列。所述方法可以包括将在由前述值中的任何两个限定的范围内的多个溶液引导至阵列。溶液可以是不同的。溶液可以是相同的。
所述方法可以包括将至少1、至少2、至少5、至少10、至少20、至少50、至少100、至少200、至少500、至少1,000、至少2,000、至少5,000、至少10,000、至少20,000、至少50,000、至少100,000、至少200,000、至少500,000、至少1,000,000、至少2,000,000、至少5,000,000、至少10,000,000、至少20,000,000、至少50,000,000、至少100,000,000、至少200,000,000、至少500,000,000或至少1,000,000,000个洗涤溶液引导至衬底。例如，在将每种类型的核酸引导至衬底之后，可以将洗涤溶液引导至衬底。洗涤溶液可以是不同的。洗涤溶液可以是相同的。洗涤溶液可以在旋转期间以脉冲式分配，从而生成如本文所述的环形波。可以在旋转期间以连续流分配洗涤溶液，同时该流相对于衬底的旋转轴线径向移动，从而以螺旋图案分配洗涤溶液。
所述方法还可以包括在溶液已经接触衬底之后回收该溶液的子集或全部。回收可以包括收集、过滤和重新使用溶液的子集或全部。过滤可以是分子过滤。
操作220和230可以发生在第一位置处，并且操作240可以发生在第二位置处。第一位置和第二位置可以分别包括如本文所述(例如，关于图23H)的第一处理间和第二处理间。第一位置和第二位置可以分别包括如本文所述(例如，关于图24)的第一旋转心轴和第二旋转心轴。第一旋转心轴可以在第二旋转心轴的外部或内部。第一旋转心轴和第二旋转心轴可以被配置为以不同的角速度旋转。或者，操作220可以发生在第一位置处，并且操作230和操作240可以发生在第二位置处。
所述方法还可以包括在第一位置与第二位置之间转移衬底。操作220和操作230可以在衬底以第一角速度旋转时发生，并且操作240可以在衬底以第二角速度旋转时发生。第一角速度可以小于第二角速度。第一角速度可以在约0rpm至约100rpm之间。第二角速度可以在约100rpm至约1,000rpm之间。或者，操作220可以在衬底以第一角速度旋转时发生，并且操作230和操作240可以在衬底以第二角速度旋转时发生。
基于本文提供的方法200的许多变型、变化和适应是可能的。例如，可以改变方法200的操作顺序，去除一些操作，重复一些操作，并且适当地增加附加的操作。一些操作可以连续进行。一些操作可以并行进行。一些操作可以进行一次。一些操作可以进行多于一次。一些操作可以包括子操作。一些操作可以是自动化的。一些操作可以是手动的。一些操作可以单独进行，例如在不同位置或在不同步骤和/或过程期间进行。例如，将包含多个探针的溶液引导至衬底可以与反应和检测过程分开发生。
例如，在一些情况下，在第三操作230中，可以使核酸分子经受允许多个核苷酸中的核苷酸瞬时结合至核酸分子的条件，而不是促进引物延伸反应的条件。可以标记瞬时结合的核苷酸。可以诸如在检测之后去除瞬时结合的核苷酸(例如，参见操作240)。然后，可以将第二种溶液引导至衬底，这次是在促进引物延伸反应的条件下进行，使得第二种溶液的核苷酸被并入(例如，并入与核酸分子杂交的生长链中)。并入的核苷酸可以是未标记的。洗涤后且未检测时，可以将另一种经标记核苷酸的溶液引导至衬底，诸如用于另一个瞬时结合循环。
在一些情况下，诸如为了进行连接测序，溶液可以包括不同的探针。例如，溶液可以包括多个寡核苷酸分子。例如，寡核苷酸分子可以具有约2个碱基、3个碱基、4个碱基、5个碱基、6个碱基、7个碱基、8个碱基、9个碱基、10个碱基或更多个碱基的长度。寡核苷酸分子可以用如本文其他地方所述的染料(例如，荧光染料)标记。在一些情况下，诸如为了检测核酸分子中的重复序列，诸如均聚物重复序列、二核苷酸重复序列和三核苷酸重复序列，溶液可以包括被配置为与重复序列结合的靶向探针(例如，均聚物探针)。溶液可以包括一种类型的探针(例如，核苷酸)。溶液可以包括不同类型的探针(例如，核苷酸、寡核苷酸分子等)。溶液可以包括不同类型的探针(例如，寡核苷酸分子、抗体等)，用于与不同类型的分析物(例如，核酸分子、蛋白质等)相互作用。可以将包括不同类型的探针的不同溶液任意次数地引导至衬底，其中在连续循环之间进行或不进行检测(例如，可以在一些连续循环之间进行检测，而在其他一些循环之间不进行检测)，以对核酸分子进行测序或以其他方式处理核酸分子，这取决于处理类型。
图3示出了用于对核酸分子测序或处理分析物的系统300。该系统可以被配置为实现方法200或1400。尽管是针对处理核酸分子描述了系统(例如，300、400、500a、500b等)，但是如本文所述，系统可以用于处理任何其他类型的生物分析物。
系统可以包括衬底310。衬底可以包括本文所述的任何衬底，诸如关于图2所描述的任何衬底。衬底可以包括阵列。衬底可以是开放性的。阵列可以包括被配置为固定一个或多个核酸分子或分析物的一个或多个位置320。该阵列可以包括本文所述的任何阵列，诸如本文关于方法200描述的任何阵列。例如，阵列可以包括多个单独可寻址位置。阵列可以包括与待测序的核酸分子偶联的接头(例如，本文所述的任何结合剂)。替代地或组合地，待测序的核酸分子可以与珠子偶联；珠子可以固定至阵列。阵列可以被纹理化。阵列可以是图案化的阵列。阵列可以是平面的。
衬底可以被配置为关于轴线305旋转。轴线可以是穿过衬底中心的轴线。该轴线可以是偏心轴线。衬底可以被配置为以本文所述的任何旋转速度，诸如本文关于方法200或1400所述的任何旋转速度旋转。
衬底可以被配置为经历关于第一纵向轴线315或第二纵向轴线325的相对位置的改变。例如，衬底沿着第一纵向轴线和/或第二纵向轴线可以是可平移的(如图3所示)。或者，衬底沿着第一纵向轴线和/或第二纵向轴线是可以静止的。替代地或组合地，衬底沿着轴线可以是可平移的(如图4所示)。替代地或组合地，衬底沿着轴线可以是静止的。衬底的相对位置可以被配置为在各位置之间交替。衬底的相对位置可以被配置为在相对于一个或多个纵向轴线的各位置之间交替。衬底的相对位置可以被配置为在相对于本文所述的任何流体通道的各位置之间交替。例如，衬底的相对位置可以被配置为在第一位置与第二位置之间交替。衬底的相对位置可以被配置为在至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9、至少10、至少11、至少12、至少13、至少14、至少15、至少16、至少17、至少18、至少19或至少20个位置之间交替。衬底的相对位置可以被配置为在由前述值中的任何两个限定的范围内的多个位置之间交替。第一纵向轴线或第二纵向轴线可以基本上垂直于所述轴线。第一纵向轴线或第二纵向轴线可以基本上平行于所述轴线。第一纵向轴线或第二纵向轴线可以与所述轴线重合。
系统可以包括第一流体通道330。第一流体通道可以包括第一流体出口端口335。第一流体出口端口可以被配置为将第一流体分配到阵列。第一流体出口端口可以被配置为分配本文所述的任何流体，诸如本文所述的任何溶液。第一流体出口端口可以在衬底的外部。第一流体出口端口可以不接触衬底。第一流体出口端口可以是喷嘴。第一流体出口端口可以具有与所述轴线基本上重合的轴线。第一流体出口端口可以具有基本平行于所述轴线的轴线。
系统可以包括第二流体通道340。第二流体通道可以包括第二流体出口端口345。第二流体出口端口可以被配置为将第二流体分配到阵列。第二流体出口端口可以被配置为分配本文所述的任何流体，诸如本文所述的任何溶液。第二流体出口端口可以在衬底的外部。第二流体出口端口可以不接触衬底。第二流体出口端口可以是喷嘴。第二流体出口端口可以具有与所述轴线基本上重合的轴线。第二流体出口端口可以具有基本平行于所述轴线的轴线。
第一流体和第二流体可以包括不同类型的试剂。例如，第一流体可以包括第一类型的核苷酸，诸如本文所述的任何核苷酸，或核苷酸混合物。第二流体可以包括第二类型的核苷酸，诸如本文所述的任何核苷酸，或核苷酸混合物。或者，第一流体和第二流体可以包括相同类型的试剂(例如，通过多个流体出口端口(例如，喷嘴)分配相同类型的流体以增加涂覆速度)。替代地或组合地，第一流体或第二流体可以包括洗涤试剂。第一流体通道330和第二流体通道340可以被流体地隔离。有利地，在第一流体和第二流体包括不同类型的试剂的情况下，在分配期间，每个不同的试剂可以保持不受其他试剂的污染。
第一流体出口端口可以被配置为在衬底旋转期间分配第一流体。第二流体出口端口可以被配置为在衬底旋转期间分配第二流体。第一流体出口端口和第二流体出口端口可以被配置为在非交叠时间分配。或者，第一流体出口端口和第二流体出口端口可以被配置为在交叠时间分配(诸如当第一流体和第二流体包括相同类型的试剂时)。当第一出口端口和第二出口端口分配时，衬底可以被配置为以不同的速度或不同的圈数旋转。或者，当第一出口端口和第二出口端口分配时，衬底可以被配置为以相同的速度和圈数旋转。在旋转期间，阵列可以被配置为沿基本上径向方向引导第一流体远离轴线。第一流体出口端口可以被配置在衬底完全旋转至少1、至少2、至少5、至少10、至少20、至少50、至少100、至少200、至少500、至少1,000、至少2,000、至少5,000、至少10,000、至少20,000、至少50,000、至少100,000、至少200,000、至少500,000或至少1,000,000圈期间将第一流体引导至阵列。第一流体出口端口可以被配置为在完全旋转由前述值中的任何两个限定的范围内的多个圈数期间将第一流体引导至阵列。
系统可以包括包含被配置为分配第三流体的第三流体出口端口355的第三流体通道350。系统可以包括包含被配置为分配第四流体的第四流体出口端口365的第四流体通道360。第三流体通道和第四流体通道可以类似于本文所述的第一流体通道和第二流体通道。第三流体和第四流体可以是与第一流体和/或第二流体相同或不同的流体。在一些情况下，可以采用至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20或更多种流体(或试剂)。例如，可以采用5-10种流体(或试剂)。
虽然图3示出了衬底的位置变化，替代地或附加地，第一、第二、第三和第四流体通道中的一个或多个也可以被配置为经历位置变化。例如，第一、第二、第三或第四流体通道中的任何一个均可以沿第一和/或第二纵向轴线是可平移的。替代地，第一、第二、第三或第四流体通道中的任何一个均可以沿第一和/或第二纵向轴线是静止的。替代地或附加地，第一、第二、第三或第四流体通道中的任何一个均可以沿所述轴线是可平移的。替代地或附加地，第一、第二、第三或第四流体通道中的任何一个均可以沿所述轴线是静止的。
第一、第二、第三和第四流体通道中的一个或多个的相对位置可以被配置为在相对于一个或多个纵向轴线或所述轴线的各位置之间交替。例如，第一、第二、第三或第四流体通道中的任何一个的相对位置可以被配置为在第一位置与第二位置之间交替(例如，通过移动这样的通道、通过移动衬底或者通过移动通道和衬底)。第一、第二、第三或第四流体通道中的任何一个的相对位置可以被配置为在至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9、至少10、至少11、至少12、至少13、至少14、至少15、至少16、至少17、至少18、至少19、至少20个或更多个位置之间交替。第一、第二、第三或第四流体通道中的任何一个的相对位置可以被配置为在由前述值中的任何两个限定的范围内的多个位置之间交替。第一纵向轴线或第二纵向轴线可以基本上垂直于所述轴线。第一纵向轴线或第二纵向轴线可以基本上平行于所述轴线。第一纵向轴线或第二纵向轴线可以与所述轴线重合。
在一些情况下，系统可以包括用于从衬底接收流体的一个或多个流体通道(未在图3中示出)。参照图4A-图4B，第五流体通道430可以包括第一流体入口端口435。第一流体入口端口可以位于轴线的第一水平处(如图4所示)。在一些情况下，第一流体入口端口可以(例如，圆形地)围绕衬底310的外周。当衬底处于诸如关于轴线的第一位置时，第一流体入口端口可以在衬底310的下游并且与衬底310流体连通。第五流体通道可以与第一流体通道330流体连通。例如，第一流体入口端口可以被配置为接收从第一流体出口端口到达衬底并随后离开衬底(例如，由于衬底旋转期间的惯性力)的溶液。例如，第一流体入口端口可以被配置为在回收过程(诸如本文关于方法200或1400所描述的回收过程)中接收溶液。在一些情况下，由第五流体通道经由第一流体入口端口接收的溶液可以被回馈(例如，在过滤之后)至第一流体通道，以经由第一流体出口端口分配至衬底。第五流体通道和第一流体通道可以限定第一循环流体流动路径的至少一部分。第一循环流体流动路径可以包括过滤器，诸如本文关于方法200或1400所描述的过滤器。过滤器可以是分子过滤器。在其他情况下，由第五流体通道接收的溶液可以被回馈(例如，在过滤之后)到不同的流体通道(除了第一流体通道之外)，以经由不同的流体出口端口分配。
系统可以包括第六流体通道440。第六流体通道可以包括第二流体入口端口445。第二流体入口端口可以位于轴线的第二水平处(如图4所示)。在一些情况下，第二流体入口端口可以围绕衬底310的外周。当衬底处于诸如关于轴线的第二位置时，第二流体入口端口可以在衬底310的下游并且与衬底310流体连通。第六流体通道可以与第二流体通道340流体连通。例如，第二流体入口端口可以被配置为接收从第二流体出口端口到达衬底并随后离开衬底的溶液。例如，第二流体入口端口可以被配置为在回收过程(诸如本文关于方法200或1400所描述的回收过程)中接收溶液。在一些情况下，由第六流体通道经由第二流体入口端口接收的溶液可以被回馈(例如，在过滤之后)至第二流体通道，以经由第二流体出口端口被分配至衬底。第六流体通道和第二流体通道可以限定第二循环流体流动路径的至少一部分。第二循环流体流动路径可以包括过滤器，诸如本文关于方法200或1400所描述的过滤器。过滤器可以是分子过滤器。
系统可以包括当衬底处于第一位置时阻止衬底与第二流体入口端口之间流体连通以及当衬底处于第二位置时阻止衬底与第一流体入口端口之间流体连通的屏蔽物(未示出)。
系统还可以包括一个或多个检测器370。检测器可以是光学检测器，诸如一个或多个光电检测器、一个或多个光电二极管、一个或多个雪崩光电二极管、一个或多个光电倍增器、一个或多个光电二极管阵列、一个或多个雪崩光电二极管阵列、一个或多个相机、一个或多个电荷耦合器件(CCD)相机或一个或多个互补金属氧化物半导体(CMOS)相机。相机可以是本文所述的TDI或其他连续区域扫描检测器。包括例如，TDI线扫描相机。检测器可以是荧光检测器。检测器可以与阵列感测通信。例如，检测器可以被配置为检测来自阵列的信号。信号可以是光信号。信号可以是荧光信号。检测器可以被配置为在衬底旋转期间检测来自衬底的信号。检测器可以被配置为当衬底不旋转时检测来自衬底的信号。检测器可以被配置为在衬底旋转终止之后检测来自衬底的信号。图3示出了光学地映射到检测器的衬底上的示例区域375。
系统可以包括被配置为将电磁辐射递送至衬底的一个或多个源(未在图3中示出)。源可以包括一个或多个光源(例如，照射源)。源可以包括一个或多个非相干光源或相干光源。源可以包括一个或多个窄带宽光源或宽带光源。源可以被配置为发射具有至多1赫兹(Hz)、至多2Hz、至多5Hz、至多10Hz、至多20Hz、至多50Hz、至多100Hz、至多200Hz、至多500Hz、至多1千赫兹(kHz)、至多2kHz、至多5kHz、至多10kHz、至多20kHz、至多50kHz、至多100kHz、至多200kHz、至多500kHz、至多1兆赫兹(MHz)、至多2MHz、至多5MHz、至多10MHz、至多20MHz、至多50MHz、至多100MHz、至多200MHz、至多500MHz、至多1吉赫兹(GHz)、至多2GHz、至多5GHz、至多10GHz、至多20GHz、至多50GHz、至多100GHz的宽带或在由前述值中的任何两个限定的范围内的宽带的光辐射。源可以包括一个或多个发光二极管(LED)。源可以包括一个或多个激光器。源可以包括一个或多个单模激光源。源可以包括一个或多个多模激光源。源可以包括一个或多个激光二极管。激光器可以是连续波激光器或脉冲激光器。由激光器发射的光束可以是高斯光束或近似高斯光束，该光束可以使用一个或多个光学元件(例如，反射镜、透镜、棱镜、波片等)来操纵。例如，光束可以被准直。在一些情况下，可以操纵光束以提供激光线(例如，使用一个或多个鲍威尔透镜或柱面透镜)。图11A示出了使用柱面透镜来提供激光线的光束整形的示例。半径为r0的准直光束入射到焦距为f的柱面平凹透镜上。光束将以等于r0/f的半角θ扩展。在距透镜距离为z处，激光线的厚度为约2r0，且长度L为约2(r0/f)(z+f)。在一些实施方案中，光束厚度可以沿单个轴线(例如y轴)扩展，而光束厚度沿第二轴线(例如x轴)保持基本不变，如图11B所示。可以使用柱面透镜(例如沿扩展轴线焦距为f的平凹柱面透镜)实现沿单个轴线的扩展。光束整形透镜可以是线整形器元件的一部分，如图11C所示。线整形器元件可以包括一个或多个光学元件，其被配置为沿着单个轴线扩展光束。线整形器元件还可以包括一个或多个光学元件以准直扩展光束，例如第二柱面透镜。在一些实施方案中，第二柱面透镜是平凸柱面透镜。扩展的光束可导致激光线，如图11B所示。激光线可以直接撞击在衬底上或者可以投影到衬底上，使得其大致垂直于中心轴线，开放衬底可以围绕该中心轴线旋转。
系统的源(例如，光源或照射源)可以被配置为发射包括电磁光谱的紫外(约100nm至约400nm)、可见(约400nm至约700nm)或红外(约700nm至约10,000nm)区域或其任意组合中的一个或多个波长的光。例如，源可以发射包括在600nm至700nm范围内的一个或多个波长的辐射。源可以单独地或组合地发射具有至少0.05瓦(W)、至少0.1W、至少0.2W、至少0.5W、至少1W、至少2W、至少5W、至少10W或由前述值中的任何两个限定的范围内的光功率的辐射。源可以被配置为与衬底上的分子相互作用以生成可以由光检测器检测到的可检测光信号。例如，源可以被配置为生成光吸收、光反射率、散射、磷光、荧光或本文所述的任何其他光信号。
系统可以包括第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四、第十五、第十六、第十七、第十八、第十九或第二十流体通道。每个流体通道可以包括与衬底流体连通的流体出口端口或流体入口端口。例如，第九、第十、第十三、第十四、第十七或第十八流体通道可以包括流体出口端口。第七、第八、第十一、第十二、第十五、第十六、第十九或第二十流体通道可以包括流体入口端口。或者，系统可以包括包含流体出口端口或流体入口端口的多于二十个流体通道。
因此，系统可以包括第五、第六、第七、第八、第九或第十流体出口端口。第五、第六、第七、第八、第九或第十流体出口端口可以被配置为将第五、第六、第七、第八、第九或第十流体分配至阵列。第五、第六、第七、第八、第九或第十个流体出口端口可以配置为分配本文所述的任何流体，诸如本文所述的任何溶液。第五、第六、第七、第八、第九或第十流体出口端口可以类似于本文所述的第一、第二、第三或第四流体出口端口。或者，系统可以包括多于十个的流体出口端口。
流体通道可以彼此流体隔离。例如，流体通道可以在第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十流体出口端口的上游流体隔离。第五、第六、第七、第八、第九或第十流体出口端口可以在衬底的外部。第五、第六、第七、第八、第九或第十流体出口端口可以不与衬底接触。第五、第六、第七、第八、第九或第十流体出口端口可以是喷嘴。
系统可以包括第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十流体入口端口。当衬底处于(例如，关于轴线的)第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十位置时，第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十流体入口端口可以分别与衬底流体连通。或者，系统可以包括多于十个流体入口端口。
第九、第十、第十三、第十四、第十七或第十八流体通道可以分别与第七、第八、第十一、第十二、第十五或第十六流体通道流体连通；每对流体通道可以分别限定第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十循环流体流动路径的至少一部分。每个循环流体流动路径可以被配置为类似于本文所述的第一或第二循环流体流动路径，其中循环流体流动路径的流体入口端口被配置为接收从循环流体流动路径的流体出口端口到衬底的溶液。每个循环流体流动路径可以被配置为在如本文所述的回收过程中接收溶液。每个循环流体流动路径可以包括如本文所述的过滤器。
第五、第六、第七、第八、第九或第十流体可以包括不同类型的试剂。例如，第五、第六、第七、第八、第九或第十流体可以分别包括第五、第六、第七、第八、第九或第十种类型的核苷酸，诸如本文所述的任何核苷酸。替代地或组合地、第五、第六、第七、第八、第九或第十流体可以包括洗涤试剂。
第五、第六、第七、第八、第九或第十流体出口端口可以被配置为在衬底旋转期间分别分配第五、第六、第七、第八、第九或第十流体。第五、第六、第七、第八、第九或第十流体出口端口可以被配置为在交叠或不交叠的时间进行分配。
图4A示出了用于在第一竖直水平上对核酸分子进行测序的系统400。系统可以基本上类似于本文所述的系统300，或者可以在其一个或多个元件的布置上与系统300不同。系统400可以包括本文所述的衬底310。系统400可以利用平行于轴线305的竖直运动以将衬底310暴露(例如，使流体连通)于不同的流体通道中。系统可以包括本文所述的第一流体通道330和第一流体出口端口335。系统可以包括本文所述的第二流体通道340和第二流体出口端口345。系统可以包括本文所述的第三流体通道350和第三流体出口端口355。系统可以包括本文所述的第四流体通道360和第四流体出口端口365。系统可以包括本文所述的检测器370。检测器可以与所示区域光学通信。系统可以包括本文所述的任何光源(未在图4A中中示出)。
第五流体通道430和第一流体入口端口435可以沿竖直轴线布置在第一水平处，如图4A和图4B所示。第六流体通道440和第二流体入口端口445可以沿竖直轴线布置在第二水平处。以这种方式，系统可以被视为包括第一流体流动路径和第二流体流动路径，其中每个流体流动路径位于不同的竖直水平处。衬底310可以在第一水平与第二水平之间、从第一水平到第二水平以及从第二水平到第一水平竖直移动。作为替代，衬底可以竖直固定，但是水平可以关于衬底310竖直移动。作为另一种替代，衬底和水平可以竖直移动。
系统400可以包括多个水平。这些水平可以相对于竖直定向。系统可以包括至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、100或更多个水平。每一水平可以包括一个或多个子水平(例如，任何两个水平之间的增量水平)。每个水平可以用于分配和/或回收不同的流体(或试剂)。一些水平可以用于分配相同的流体(或试剂)。
当处于第一竖直水平时，衬底可以与第五流体通道和第一流体入口端口流体连通，但不与第六流体通道和第二流体入口端口流体连通。衬底可以通过如本文所述的屏蔽物(未示出)与第六流体通道和第二流体入口端口隔开。当衬底处于第一竖直水平时，本文所述的第一流体或第一溶液可以被分配到衬底。例如，当衬底处于第一竖直水平时，第一流体入口端口可以接收从衬底上甩下的任何过量的第一溶液。在另一示例中，当衬底处于第一竖直水平时，第一流体入口端口可以接收与一些第一流体一起从衬底上甩下的一些洗涤溶液(例如，从不同于第一流体的流体出口端口分配)。然后可以通过竖直移动衬底将衬底移动到第二竖直水平。或者，可以竖直地移动第五流体通道或第六流体通道。替代地或附加地，衬底和一个或多个流体通道可以相对于另一个(例如，沿轴线)移动。
图4B示出了用于在第二竖直水平上对核酸分子进行测序的系统400。当处于第二竖直水平时，衬底可以与第六流体通道和第二流体入口端口流体连通，但不与第五流体通道和第一流体入口端口流体连通。衬底可以通过如本文所述的屏蔽物(未示出)与第五流体通道和第一流体入口端口隔离。当衬底处于第二竖直水平时，本文所述的第二流体或第二溶液可以被分配到衬底。或者，可以在衬底处于第二垂直位置时去除第一溶液。在一些情况下，可以在衬底处于第二垂直位置时回收第一溶液。然后，通过竖直移动衬底，可以将衬底移回到本文所述的第一竖直水平或另一竖直水平。或者，可以竖直地移动第五流体通道或第六流体通道。替代地或附加地，衬底和一个或多个流体通道可以相对于另一个(例如，沿轴线)移动。
第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十流体入口端口可以分别位于第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十竖直水平。可以通过竖直移动衬底或通过竖直移动第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四、第十五、第十六、第十七、第十八、第十九或第二十流体流动通道以将衬底移动到第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十竖直水平。在第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十或更多个竖直水平中的任一水平处，可以将本文所述的任何流体溶液分配到衬底。在第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十或更多个竖直水平中的任一水平处，可以将本文所述的任何流体溶液从衬底上去除。在第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十或更多个竖直水平中的任一水平处，可以从衬底上回收本文所述的任何流体溶液。
图5A示出了用于使用流体流动通道的阵列对核酸分子进行测序的系统500a的第一示例。该系统可以与本文所述的系统300或系统400基本上相似，并且可以在其一个或多个元件的布置上与系统300或400不同。系统500a可以利用多个流体流动通道的几何布置以使衬底暴露于不同的流体。系统500a可以包括本文所述的衬底310。系统可以包括本文所述的第一流体通道330和第一流体出口端口335。系统可以包括本文所述的第二流体通道340和第二流体出口端口345。系统可以包括本文所述的第五流体通道430和第一流体入口端口435(未在图5A中示出)。系统可以包括本文所述的第六流体通道440和第二流体入口端口445(未在图5A中示出)。系统可以包括本文所述的检测器370(未在图5A中示出)。系统可以包括本文所述的任何照射源(未在图5A中示出)。
第一流体通道和第一流体出口端口可以布置在第一位置处，如图5A所示。第二流体通道和第二流体出口端口可以布置在第二位置处。系统可以被配置为从第一流体出口端口分配第一流体并且从第二流体出口端口分配第二流体。
系统可以包括本文所述的第三、第四、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四、第十五、第十六、第十七、第十八、第十九或第二十流体通道中的任何一个。系统可以包括本文所述的第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十流体出口端口中的任何一个。系统可以包括本文所述的第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十流体入口端口中的任何一个。
第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十流体出口端口可以分别位于第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十位置上。系统可以被配置为分别从第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十流体出口端口分配第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十流体。
第一、第二、第三、第四、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四、第十五、第十六、第十七、第十八、第十九、第二十或更多个流体通道中的任何两个或更多个流体通道可以形成流体流动通道的阵列。流体流动通道的阵列可以是可移动的。或者，流体流动通道的阵列可以相对于衬底处于固定位置。流体流动通道的阵列中的每个流体流动通道可以被定位成使得流体流动通道的纵向轴线与衬底的旋转轴线形成角度。该角度可以具有至少0度、至少5度、至少10度、至少15度、至少20度、至少25度、至少30度、至少35度、至少40度、至少45度、至少50度、至少55度、至少60度、至少65度、至少70度、至少75度、至少80度、至少85度或至少90度的值。该角度可以具有在由前述值中的任何两个所限定的范围内的值。流体通道的阵列中的每个流体通道可以与衬底形成相似的角度。或者，一个或多个流体通道可以与衬底形成不同的角度。
图5B示出了用于使用流体流动通道的阵列对核酸分子进行测序的系统500b的第二示例。
该系统可以与本文所述的系统300或系统400基本上相似，并且可以在其一个或多个元件的布置上与系统300或系统400不同。系统500b可以利用被配置为相对于衬底移动以将衬底暴露于不同流体的多个流体流动通道。系统500b可以包括本文所述的衬底310。系统可以包括本文所述的第一流体通道330和第一流体出口端口335。系统可以包括本文所述的第二流体通道340和第二流体出口端口345。系统可以包括本文所述的第五流体通道430和第一流体入口端口435(未在图5B中示出)。系统可以包括本文所述的第六流体通道440和第二流体入口端口445(未在图5B中示出)。系统可以包括本文所述的检测器370(未在图5B中示出)。系统可以包括本文所述的任何光源(未在图5B中示出)。
第一流体通道和第一流体出口端口可以附接到流体分配器510。流体分配器可以是可移动的流体分配器，诸如包括可移动的机架臂，如图5B所示。作为替代，流体分配器可以是固定的或静止的。流体分配器可以被配置为移动到第一位置以从第一流体出口端口分配第一流体。第二流体通道和第二流体出口端口也可以附接到流体分配器。流体分配器可以被配置为移动到第二位置以从第二流体出口端口分配第二流体。
系统可以包括本文所述的第三、第四、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四、第十五、第十六、第十七、第十八、第十九或第二十流体通道中的任何一个。系统可以包括本文所述的第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十流体出口端口中的任何一个。系统可以包括本文所述的第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十流体入口端口中的任何一个。
第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十流体出口端口可以附接到流体分配器。流体分配器可以被配置为移动到第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十位置，以分别从第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十流体出口端口分配第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十流体。或者，流体分配器可以保持静止，并且可以将衬底310移动到不同的位置以接收不同的流体。
图6示出了用于对核酸分子进行测序的计算机化系统600。系统可以包括衬底310，诸如本文关于方法200或1400或系统300所描述的衬底。系统还可以包括流体流动单元610。流体流动单元可以包括与本文所述的流体流动相关的任何元件，诸如本文关于系统300、400、500a或500b所描述的元件330、335、340、345、350、355、360、365、430、435、440、445和370中的任何一个或全部。流体流动单元可以被配置为在衬底旋转之前或期间将包括本文所述的多个核苷酸的溶液引导至衬底的阵列。流体流动单元可以被配置为在衬底旋转之前或期间将本文所述的洗涤溶液引导至衬底的阵列。在一些情况下，流体流动单元可以包括泵、压缩机和/或致动器，以将流体流动从第一位置引导至第二位置。关于方法1400，流体流动系统可以被配置为将任何溶液引导至衬底310。关于方法1400，流体流动系统可以被配置为从衬底310收集任何溶液。系统还可以包括检测器370，诸如本文关于系统300或400所描述的任何检测器。检测器可以与衬底的阵列感测通信。
系统还可以包括一个或多个计算机处理器620。一个或多个处理器可以被单独地或共同地编程以实现本文所述的任何方法。例如，一个或多个处理器可以被单独地或共同地编程以实现本公开内容的方法(诸如方法200或方法1400)的任何或所有操作。特别地，一个或多个处理器可以被单独地或共同地编程为：(i)在衬底旋转期间或之前，引导流体流动单元将包含多个核苷酸的溶液引导遍及阵列；(ii)在足以将来自多个核苷酸的至少一个核苷酸并入与核酸分子互补的生长链的条件下，使核酸分子经受引物延伸反应；以及(iii)使用检测器检测指示至少一个核苷酸的并入的信号，从而对核酸分子进行测序。
尽管已针对测序应用描述了旋转系统，但是这种旋转方案也可以用于其他应用(例如，预测序应用、样品制备等)，诸如模板接种和表面扩增过程。例如，在衬底旋转期间或之前分配的试剂可以针对其他应用定制。尽管已针对核苷酸描述了在旋转系统中分配至衬底的试剂，但也可以在旋转之前、期间或之后将可以与固定至衬底的核酸分子(或任何其他分子或细胞)反应的任何试剂(诸如探针、衔接子、酶和标记试剂)分配至衬底，以实现用分配的试剂高速涂覆衬底。
可以对本文所述的系统(诸如系统300、400、500a或500b中的任何一个或本文所述的任何其他系统)或其任何元件进行环境控制。例如，系统可以保持在指定的温度或湿度下。系统(或其任何元件)可以保持在至少20摄氏度(℃)、至少25℃、至少30℃、至少35℃、至少40℃、至少45℃、至少50℃、至少55℃、至少60℃、至少65℃、至少70℃、至少75℃、至少80℃、至少85℃、至少90℃、至少95℃、至少100℃、至多100℃、至多95℃、至多90℃、至多85℃、至多80℃、至多75℃、至多70℃、至多65℃、至多60℃、至多55℃、至多50℃、至多45℃、至多40℃、至多35℃、至多30℃、至多25℃、至多20℃的温度或在由前述值中的任何两个限定的范围内的温度。
系统的不同元件可以保持在不同温度下或不同温度范围内，诸如本文所述的温度或温度范围。可以将系统元件的温度设置在高于露点的温度，以防止冷凝。可以将系统的元件设置在低于露点的温度，以收集冷凝水。
图7示出了在开放衬底系统中具有不同环境条件的系统。开放衬底系统可以包括衬底3502和封闭衬底的容器3504。衬底3502可以是本文所述的任何衬底。容器3504可以限定衬底3502的周围环境。在一些情况下，周围环境可以被限制和/或封闭。在一些情况下，周围环境可能是密封的(例如，气密密封、摩擦密封、气动密封等)。在一些情况下，可以使用压差(例如，气动压力、机械压力等)来密封周围环境。开放衬底系统可以包括至少两个非交叠区域，第一区域3522和第二区域3524，其具有不同的环境条件。在一些情况下，接触或接近衬底3502的表面，例如包含如本文所述的一种或多种分析物的表面的第一区域3522可以保持在第一组温度和第一组湿度下。在一些情况下，接触或接近容器3504的顶部部分(或本文中另外称为盖子或盖)的第二区域3524可以保持在第二组温度和第二组湿度下。可以控制第一组温度和第一组湿度以防止或最小化一种或多种试剂在衬底表面上的蒸发。例如，第一组温度和第一组湿度可被配置为防止小于80％、小于70％、小于60％、小于50％、小于40％、小于30％、小于20％、小于10％、小于5％、小于4％、小于3％、小于2％或小于1％的分配在未覆盖表面上的溶液层的体积的蒸发。还可以控制第二组温度和第二组湿度以增强或限制冷凝。例如，第一组温度可以是开放衬底系统的周围环境内的最低温度。例如，第二组温度可以是开放衬底系统的周围环境内的最高温度。在一些情况下，不同区域的环境条件可以通过控制外壳的温度来实现。在一些情况下，不同区域的环境条件可以通过控制容器的选定部分或整体的温度来实现。在一些情况下，不同区域的环境条件可以通过控制衬底的选定部分或整体的温度来实现。在一些情况下，不同区域的环境条件可以通过控制分配到衬底的试剂的温度来实现。可以使用其任意组合来控制不同区域的环境条件。热传递可以通过任何方法实现，包括例如传导、对流和辐射方法。例如，第一区域3522可以通过控制衬底3502的温度而保持在较冷的温度，并且第二区域3524可以通过经由传导控制容器3504的顶部部分的温度而保持在较热的温度。
该系统还可包括位于衬底3522下方的储器(图7中未示出)。储器可被配置为容纳流体。储器可被配置为从其他表面，例如从衬底3522或容器3504的顶部部分收集流体、沉淀或冷凝物。可以从储器中去除流体。在一些情况下，可以按体积从储器中去除流体。例如，可以按体积从储器中去除流体以平衡添加到系统中的流体量。在一些情况下，流体被连续地添加到系统中，且流体被连续地从储器中去除。添加的流体量可以等于去除的流体量。在一些情况下，储器中的流体体积保持恒定。可以基于系统的相对湿度来确定储器中的流体体积。系统的相对湿度可取决于储器中的流体体积、系统中的流体量、系统的温度或其任何组合。
本公开的开放衬底系统可包括被配置为保持流体屏障的屏障系统。图47A示出了保持流体屏障4713的屏障系统4700的局部横截面视图。图47B示出了屏障系统4700的腔室4715的透视图。屏障系统4700和/或其相应的组件可以对应于图7所示的具有不同环境条件的系统，和/或其各自的组件。例如在图15-图24中所示的衬底310可以定位在屏障系统4700内。
屏障系统4700包括由板4703、腔室4715和流体屏障4713限定的样品环境4705。腔室4715和板4703可以通过物理间隙分开。样品环境4705可以与外部环境4707隔离(和/或隔绝)。
流体屏障4713可以充当样品环境4705和外部环境4707之间的过渡区域。衬底(例如，如图15-图24所示的衬底310)可以定位在样品环境4705内。流体屏障4713可以包括来自样品环境4705、外部环境4707或两者的流体(例如，空气)。流体屏障4713可以是低压区域。流体屏障4713可以具有比样品环境、外部环境或两者更低的压力。流体屏障4713可以通过流体流动单元来保持，例如压力改变设备4711。流体屏障4713可以包括处于相干运动或牵连运动的流体。
压力改变设备4711可以与腔室4715集成。例如，如图47A和图47B所示，压力改变设备可被集成为腔室4715的壁中的流体通道4720。例如，可以通过流体通道4720施加吸力以从外部环境4707或样品环境4705或两者吸入流体，以产生局部真空幕(例如，以相干运动、牵连运动等)，从而形成流体屏障4713。否则，流体可能会受到负压。流体排放物可在流体通道的另一端排出。替代地或另外地，该设备可以不是与腔室4715集成。流体流动单元和/或压力改变设备4711可以通过一个或多个压缩机(例如，以生成负压)、泵(例如，以生成正压)、抽吸设备和/或其他装置来操作以提供过渡区域中的较低压力。腔室4715可包括用于实现本公开的流体屏障的一个或多个流体通道4720。
虽然在图47A和图47B中示出了两个压力改变设备4711，但应当理解可以有任意数量的此类设备。例如，可以有至少约2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50或更多个此类设备。替代地或另外地，可以有至多约50、40、30、20、10、9、8、7、6、5、4、3或2个此类设备。在一些情况下，一个或多个压力改变设备4711可以实现为围绕样品环境区域的环形流体通道，或沿样品环境区域的周边或边界的其他流体通道。在一些情况下，一个或多个额外的流体流动通道(例如，4733)可以设置在腔室底部附近以从样品环境区域抽吸过量的流体(例如，液体、气体)。
有利地，流体屏障4713可以在样品环境4705和外部环境4707之间提供低摩擦或零摩擦密封。在一些情况下，通过流体屏障4713的流体流速可以是至少约5升/分钟(L/min)、5.5L/min、6L/min、6.5L/min、7L/min、7.5L/min、8L/min、8.5L/min、9L/min、9.5L/min、10L/min、10.5L/min、11L、11.5L/min、12L/min、12.5L/min、13L/min、13.5L/min、14L/min、14.5L/min、15L/min或更大。替代地或另外地，流体流速可以是至多约15L/min、14.5L/min、14L/min、13.5L/min、13L/min、12.5L/min、12L/min、11.5L/min、11L/min、10.5L/min、10L/min、9.5L/min、9L/min、8.5L/min、8L/min、7.5L/min、7L/min、6.5L/min、6L/min、5.5L/min、5L/min或更小。应当理解，流体流速可随不同参数(例如，板与腔室之间的最小距离、压力、温度等)而变化。在一些示例中，对于板4703和腔室4715之间约500微米的间隙，沿着约0.42米/秒(m/s)的周向速度，流体流速可为约10L/min或约13毫升/分钟(mL/min)/毫米(mm)。可用于本公开的开放衬底系统的屏障系统、方法和设备在美国专利第10,512,911号和2019年12月6日提交的国际专利申请第PCT/US19/64916号中描述，其各自的全部内容通过引用并入本文。
该系统可以是温度控制的。在一些情况下，系统的元件可以保持在不同的温度下。系统中各个元件的温差可以控制系统各个元件上冷凝或沉淀的积累。容器3504的顶部部分可以保持在与衬底3502、物镜(例如，如图15所示)、或储器不同的温度下。替代地或另外地，衬底可以保持在与容器的顶部部分、物镜或储器不同的温度下。替代地或另外地，储器可以保持在与容器的顶部部分、物镜或衬底不同的温度下。替代地或另外地，物镜可以保持在与容器的顶部部分、储器或衬底不同的温度下。在一些情况下，容器的顶部部分保持在比系统中的至少一个其他元件更高的温度下以防止冷凝物在容器的顶部表面上积累。在示例性配置中，容器的顶部部分保持在最高温度，衬底保持在最低温度，并且储器和物镜保持在中间温度，从而防止在容器的顶部部分形成冷凝物或防止冷凝物形成或滴落到物镜上。在另一个示例中，物镜保持在最高温度，容器顶部部分保持在中间温度，且衬底和储器保持在低于容器顶部部分的温度，从而防止在容器的顶部部分上形成冷凝物或防止冷凝物形成或滴落到物镜上。在一些情况下，物镜可以完全或部分被密封件包围。密封件可被配置为防止来自围绕衬底的容器的水分(例如，如图7所示)到达系统中的其他光学组件(例如，如关于图41所描述的)。密封件可包括柔性材料。柔性密封件可被配置为允许系统的各个元件的相对运动同时保持密封。在一些实施方案中，柔性密封件可以拉伸、膨胀或收缩。例如，柔性密封件可被配置为允许两个或更多个成像头的独立运动，如关于图29F-图29G所描述。替代地或另外地，密封件可包括防水材料。例如，密封件可以是橡胶、有机硅、乳胶、塑料、特氟隆、腈、弹性蛋白、弹性体或聚合物。密封件可围绕物镜并接触容器的顶部部分。在一些情况下，包括前透镜的物镜的一部分未被密封件覆盖。物镜的前透镜可以暴露于围绕衬底的容器。在一些情况下，物镜的前透镜可与衬底流体接触。
系统(或其任何元件)可以保持在至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、至少100％、至多100％、至多95％、至多90％、至多85％、至多80％、至多75％、至多70％、至多65％、至多60％、至多55％、至多50％、至多45％、至多40％、至多35％、至多30％、至多25％、至多20％、至多15％、至多10％、至多5％的相对湿度或在由前述值中的任何两个限定的范围内的相对湿度。系统(或其任何元件)可以被配置为使得小于80％、小于70％、小于60％、小于50％、小于40％、小于30％、小于20％、小于10％、小于5％、小于4％、小于3％、小于2％或小于1％的分配在未覆盖表面上的溶液层的体积蒸发。
系统(或其任何元件)可以被包含在使该系统(或其任何元件)与外部环境隔绝的密封的容器、壳体或腔室内，从而允许控制温度或湿度。环境单元(例如，加湿器、加热器、热交换器、压缩机等)可以被配置为调节每个环境中的一个或多个操作条件。在一些情况下，每个环境都可由独立的环境单元调节。在一些情况下，单个环境单元可以调节多个环境。在一些情况下，多个环境单元可以单独地或共同地调节不同的环境。环境单元可以使用主动方法或被动方法来调节操作条件。例如，可以使用加热或冷却元件来控制温度。可以使用加湿器或除湿器来控制湿度。在一些情况下，可以从内部环境的其他部分来进一步控制容器或腔室内的内部环境的一部分。不同的部分可以具有不同的局部温度、压力和/或湿度。例如，内部环境可以包括由密封件隔开的第一内部环境和第二内部环境。
替代地或结合地，本文所述的系统或方法可包括包含可减少蒸发的试剂的溶液。例如，溶液可包含甘油，其可防止溶液蒸发。
在一些情况下，密封件可以包括浸没式物镜，其在本文别处更详细地描述。例如，浸没式物镜可以是密封件的一部分，该密封件将容器中的内部环境分为具有100％(或基本上100％)湿度的第一内部环境和具有环境温度、环境压力或环境湿度中的一个或多个的第二内部环境。浸没式物镜可以与检测器和成像透镜中的一个或多个接触。
衬底制备和抗污染衬底
如上所述，衬底可包括表面，该表面包括与其偶联的多种粘合剂。在一些情况下，多种粘合剂可包含多个核酸分子(例如，直接偶联至表面或经由多个接头间接偶联至表面的多个核酸分子，如本文所述)。寡核苷酸(例如，核酸分子)包被的表面(例如，基本平面的衬底和/或颗粒，包括具有固定在其上的多个颗粒的衬底)可用于各种应用，包括用于捕获核酸分子的特定序列以用于，例如，通过杂交捕获(基因阵列)进行基因表达分析，单核苷酸多态性(SNP)基因分型，捕获测序文库的子集(例如，靶向捕获或外显子组测序)，通过寡-dT捕获从mRNA合成cDNA，以及用于下游分析例如下一代测序的核酸分子的表面上扩增。寡核苷酸包被的表面可以在其用于任何此类应用之前制备并且可以在其产生和最终使用之间储存(例如，在从制造地点到操作地点的运输、样品处理和制备等期间)。寡核苷酸包被的表面可以储存至少1小时，在一些情况下可以储存数月甚至数年。在储存期间，寡核苷酸包被的表面可能会与一种或多种溶液或其他可能含有核酸分子的材料接触，这些核酸分子可被认为是污染物。污染物核酸分子可能与偶联到表面的寡核苷酸杂交，导致下游分析的效率降低(例如，在用于诸如本文所述的那些的应用期间)和/或下游分析中的错误结果。例如，准备用于测序分析的寡核苷酸包被的表面在其用于测序分析之前的表面处理期间(例如，在将包含该表面的衬底放置在测序仪器中或扩增过程例如克隆扩增过程的开始之前)可能被不相关的测序文库污染。
可以通过用包含与附接到表面的寡核苷酸的序列完全或部分互补的序列的寡核苷酸封闭附接到表面的寡核苷酸(例如结合的寡核苷酸)来减少偶联到衬底表面的寡核苷酸(例如，粘合剂)的非相关相互作用。封闭寡核苷酸可以在溶液中提供并且可以被认为是“游离”寡核苷酸。例如，封闭寡核苷酸可以与偶联到衬底表面的寡核苷酸的全部或子集完全或部分地杂交，从而提供包含结合的寡核苷酸和封闭寡核苷酸的部分双链核酸分子。这种部分双链的核酸分子可以抵抗对与表面可能接触的核酸分子的杂交，包括可能与任何最终分析如最终核酸测序无关的潜在污染物核酸分子。可以从寡核苷酸包被的表面去除封闭寡核苷酸(例如，通过施加适当的刺激，例如化学或热刺激，或通过酶促降解)以提供可准备用于分析过程的寡核苷酸包被的表面(例如，如本文所述)。表面可以经历一个或多个洗涤过程(例如，一个或多个洗涤流)以去除封闭寡核苷酸。去除封闭寡核苷酸可以提供作为可以参与各种反应的游离寡核苷酸偶联到表面的寡核苷酸，包括感兴趣的互补或部分互补的核酸分子的捕获。
寡核苷酸包被的表面可以储存持续任何有用的时间量。例如，寡核苷酸包被的表面可以储存至少1小时，例如至少2小时、6小时、12小时、24小时、36小时、2天、3天、4天、5天、6天、1周、1个月、2个月、3个月、4个月、5个月、6个月、1年或更长时间。寡核苷酸包被的表面可以在任何有用的条件下储存。例如，寡核苷酸包被的表面可以在标准温度和压力条件(例如，室温)下储存，例如在约18℃至约30℃之间，例如在约20℃至约25℃之间，和约1个大气压下储存。寡核苷酸包被的表面可以储存在干燥环境中(例如，在空气中或富含氮气或氩气的环境中)或溶液中(例如，缓冲溶液，如盐水柠檬酸钠)。
寡核苷酸包被的表面可以储存在包装或容器中，该包装或容器可以包含一个或多个这样的寡核苷酸包被的表面。例如，可以在给定的包装或容器中提供多个寡核苷酸包被的表面。包含一个或多个寡核苷酸包被的表面的包装或容器可以是刚性包装或容器或柔性包装或容器。例如，一个或多个寡核苷酸包被的表面，例如包含一个或多个寡核苷酸包被的表面的一个或多个基本上平坦的衬底，可以被提供在柔性包装中。包装或容器可包含例如玻璃、塑料聚合物、金属(例如，金属箔)或任何其他材料或由其形成。包含一个或多个寡核苷酸包被的表面的包装或容器可以被密封(例如，气密密封)。包含一个或多个寡核苷酸包被的表面的包装或容器在打开后可以重新密封。例如，第一寡核苷酸包被的表面可以从包装或容器中去除，且第二寡核苷酸包被的表面可以保留在包装或容器内。寡核苷酸包被的表面还可以被配置用于在包装或容器外部储存一段时间，例如至少约1小时、2小时、6小时或更长时间(例如，如本文所述)。
寡核苷酸包被的表面可以在制造和/或运输场所制备。替代地，寡核苷酸包被的表面可由用户制备，例如测序仪器的用户。在一些情况下，可以在制造和/或运输场所制备寡核苷酸包被的表面，该表面包含多个封闭寡核苷酸，该多个封闭寡核苷酸与偶联到寡核苷酸包被的表面的多个寡核苷酸偶联(例如，杂交)。替代地，可以由用户例如测序仪器的用户制备寡核苷酸包被的表面，该表面包含多个封闭寡核苷酸，该多个封闭寡核苷酸与偶联到寡核苷酸包被的表面的多个寡核苷酸偶联(例如，杂交)。可以由用户去除与偶联到寡核苷酸包被的表面的多个寡核苷酸偶联的多个封闭寡核苷酸。例如，在用户使用寡核苷酸包被的表面之前不久，可由用户去除与偶联到寡核苷酸包被的表面的多个寡核苷酸偶联的多个封闭寡核苷酸(例如，如本文所述，例如用于测序应用)。
对于一种或多种应用，寡核苷酸包被的表面可以使用一次或多次。例如，寡核苷酸包被的表面可以配置用于一次使用。替代地，寡核苷酸包被的表面可以配置为多次使用，用于相同和/或不同的应用。例如，偶联到表面的寡核苷酸可以“再补给”以用于后续应用，或者可以将表面清洗干净并且新的寡核苷酸可以偶联到表面以用于后续应用。在另一个示例中，寡核苷酸包被的表面可以包含一个或多个不同的区域，该区域包含与其偶联的一种或多种不同的寡核苷酸(例如，粘合剂)(例如，如本文所述)。一种或多种不同的寡核苷酸可被配置用于一种或多种不同的应用。在一个示例中，寡核苷酸包被的表面包含与第一区域偶联的第一多个寡核苷酸和与第二区域偶联的第二多个寡核苷酸，其中第一多个寡核苷酸和第二多个寡核苷酸具有不同的核酸序列。第一多个寡核苷酸可被配置为至少部分地与第一多个封闭寡核苷酸杂交，而第二多个寡核苷酸可被配置为至少部分地与第二多个封闭寡核苷酸杂交，其中第一多个封闭寡核苷酸和第二多个封闭寡核苷酸具有不同的核酸序列。与偶联到表面的第一多个寡核苷酸杂交的第一多个封闭寡核苷酸在施加第一刺激(例如，如本文所述)后可去除，且与偶联到表面的第二多个寡核苷酸杂交的第二多个封闭寡核苷酸在施加第二刺激后可去除，第二刺激与第一刺激不同。因此，可以将第一和第二多个封闭寡核苷酸提供给寡核苷酸包被的表面(例如，在相同或不同的时间)以提供经双重经处理的表面。与偶联到表面的第一多个寡核苷酸中的寡核苷酸杂交的第一多个封闭寡核苷酸可以通过施加第一刺激去除(例如，在第一储存时间段之后)以提供偶联到第一区域的第一多个寡核苷酸自由参与第一应用，例如第一测序测定。第一刺激的施加可以不影响与偶联到第二区域的第二多个寡核苷酸偶联的第二多个封闭寡核苷酸。因此，与偶联到表面的第二多个寡核苷酸中的寡核苷酸杂交的第二多个封闭寡核苷酸可以在第一应用的持续时间期间保留。与偶联到表面的第二多个寡核苷酸中的寡核苷酸杂交的第二多个封闭寡核苷酸可以通过施加第二刺激去除(例如，在第二储存时间段之后)以提供偶联到第二区域的第二多个寡核苷酸自由参与第二应用，例如第二测序测定。
寡核苷酸可以通过任何有用的机制与寡核苷酸包被的表面偶联，所述有用的机制包括例如非特异性相互作用(例如，亲水相互作用、疏水相互作用、静电相互作用、物理相互作用(例如，粘附到柱子或在阱内沉降)等中的一种或多种)或特定的相互作用(例如，如本文所述)。
寡核苷酸可以随机或半随机地与寡核苷酸包被的表面偶联。替代地，寡核苷酸可以预定模式(例如，如本文所述)偶联到寡核苷酸包被的表面。在一些情况下，包含寡核苷酸包被的表面的衬底可包含一种或多种不同的粘合剂(例如，分散有多个寡核苷酸或设置在衬底的不同区域上)。例如，包含寡核苷酸包被的表面的衬底可包含偶联至表面的第一组寡核苷酸和偶联至表面的第二组寡核苷酸，其中第一组寡核苷酸中的寡核苷酸具有不同于第二组寡核苷酸中的寡核苷酸的核酸序列。在一个示例中，第一组寡核苷酸中的寡核苷酸可包含第一核酸序列，且第二组寡核苷酸中的寡核苷酸可包含不同于第一核酸序列的第二核酸序列。在一些情况下，第一组寡核苷酸中的寡核苷酸和第二组寡核苷酸中的寡核苷酸可以包含共同的第三核酸序列，例如聚(T)序列。
寡核苷酸可以与固定在衬底表面上的一种或多种颗粒偶联。例如，衬底的表面可包含固定在其上(例如，如本文所述)的多个颗粒(例如珠子)，该多个颗粒包含与其偶联的多个寡核苷酸。在一些情况下，每个颗粒包含与其偶联的不同的多个寡核苷酸(例如，多个寡核苷酸包含的核酸序列不同于偶联至不同颗粒的另一多个寡核苷酸的核酸序列)。例如，衬底表面的多个颗粒中的每个颗粒可以包含与其偶联的多个寡核苷酸，其中偶联到给定颗粒的所有寡核苷酸都包含共同的条形码序列，并且其中偶联到多个颗粒中的每个不同的颗粒的每个多个寡核苷酸包含不同的条形码序列(例如，如本文所述)。
寡核苷酸包被的表面可以包含与其偶联的任何有用数量的寡核苷酸(例如，如本文所述)。例如，寡核苷酸包被的表面可包含至少10、100、1,000、10,000、100,000、1,000,000、10,000,000、100,000,000或更多寡核苷酸。在一些情况下，寡核苷酸包被的表面包括包含多种不同多个寡核苷酸的多个区域，这些不同多个寡核苷酸可以具有相同或不同的核酸序列并且可以包含相同或不同数量的寡核苷酸。例如，寡核苷酸包被的表面可以包括包含第一多个寡核苷酸的第一区域和包含第二多个寡核苷酸的第二区域，其中第一多个寡核苷酸和/或第二多个寡核苷酸包含至少10、100、1000、10,000、100,000、1,000,000、10,000,000、100,000,000或更多寡核苷酸。与表面区域偶联的寡核苷酸的密度可以是例如，至少约1,000个分子/mm2，例如至少约10,000个分子/mm2、100,000个分子/mm2、1,000,000个分子/mm2、10,000,000个分子/mm2、或更高。与表面偶联的寡核苷酸的密度可能因区域而异。例如，表面可以包括包含与其偶联的第一密度的寡核苷酸的第一区域和包含与其偶联的第二密度的寡核苷酸的第二区域，其中第一密度高于第二密度。
与衬底表面偶联的寡核苷酸可包含一种或多种不同的核酸序列。例如，与衬底表面偶联的寡核苷酸可包含条形码序列、衔接子序列、引物序列(例如，通用引物序列)、聚(T)序列、随机N-mer序列、流细胞衔接子序列、测序引物、唯一的分子标识符、密钥序列、索引序列或任何其他有用的序列。与表面偶联的寡核苷酸的一个或多个序列可被配置为捕获特定的样品分子或其群体。在一些情况下，寡核苷酸包被的表面可包含与其偶联的多个寡核苷酸，其中多个寡核苷酸中的每个寡核苷酸包含至少一个共同或共享序列。例如，与寡核苷酸包被的表面或其给定区域偶联的多个寡核苷酸中的每个寡核苷酸可包含共同的条形码序列。替代地或另外地，与寡核苷酸包被的表面或其给定区域偶联的多个寡核苷酸中的每个寡核苷酸可包含聚(T)序列(例如，用于捕获包含聚(A)序列的样品核酸分子，如mRNA分子)或另一种特定的捕获序列。在一些情况下，与寡核苷酸包被的表面或其区域偶联的多个寡核苷酸中的每个寡核苷酸可包含一个或多个共同序列(例如，如本文所述)和不同的唯一分子标识符或密钥序列。
与衬底表面偶联的寡核苷酸可以具有任何有用的长度。例如，与衬底表面偶联的寡核苷酸可包含至少6个碱基，例如7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、30、35或更多个碱基。在一些情况下，与衬底表面偶联的寡核苷酸的仅有一部分碱基可被封闭寡核苷酸或其他寡核苷酸触及。例如，与衬底表面偶联的寡核苷酸中的一个或多个核苷酸可以包含封闭部分和/或可以与其他部分偶联，例如将寡核苷酸固定到表面的部分。在一些情况下，与衬底表面偶联的寡核苷酸可包含一种或多种可逆终止子。
类似地，封闭寡核苷酸可以具有任何有用的长度。例如，封闭寡核苷酸可包含至少6个碱基，例如7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、30、35或更多个碱基。在一些情况下，可能只有封闭寡核苷酸的一部分碱基可用于与偶联到寡核苷酸包被的表面的寡核苷酸杂交。例如，封闭寡核苷酸的一个或多个核苷酸可以包含封闭部分和/或可以与其他部分偶联。在一些情况下，封闭寡核苷酸可包含一个或多个基本上呈惰性或无反应性的基团(例如，在缓冲溶液中)。在一些情况下，封闭寡核苷酸可包含一个或多个可逆终止子。
与衬底表面偶联的寡核苷酸可具有任何有用的组成。与表面偶联的寡核苷酸可包含核苷酸、核苷酸类似物、非标准核苷酸和/或修饰的类似物(例如，如本文所述)。例如，与表面偶联的寡核苷酸可包含DNA核苷酸、RNA核苷酸和/或其混合物。类似地，偶联至表面的封闭寡核苷酸可具有任何有用的组成，条件是封闭寡核苷酸包含与偶联至衬底表面的寡核苷酸完全或部分互补的核酸序列。封闭寡核苷酸可以包含DNA核苷酸、RNA核苷酸和/或其混合物。在一个示例中，偶联到表面的寡核苷酸包含DNA核苷酸，并且被配置为与偶联到表面的寡核苷酸部分或完全杂交的封闭寡核苷酸包含DNA核苷酸。在另一个示例中，偶联到表面的寡核苷酸包含RNA核苷酸，并且被配置为与偶联到表面的寡核苷酸部分或完全杂交的封闭寡核苷酸包含RNA核苷酸。
与表面偶联的寡核苷酸可包含衔接子或其互补物。例如，寡核苷酸可包含与偶联至样品核酸分子(例如，单链样品核酸分子，例如单链样品RNA分子)的衔接子的序列互补的序列。衔接子可以是单链衔接子并且可以具有任何有用的组成。例如，衔接子可包含DNA核苷酸、RNA核苷酸或其组合。衔接子可能具有任何有用的长度和其他属性。衔接子可以设置在寡核苷酸的末端，其远离寡核苷酸所偶联到的表面。衔接子可以包含条形码序列(例如，如本文所述)。
与表面偶联的寡核苷酸和/或封闭寡核苷酸可包含功能特征，例如终止子(例如，可逆终止子)、封闭部分或标记或报告基因部分。例如，封闭寡核苷酸可以包含标记部分，例如荧光标记(例如，染料，如本文所述)。标记部分或其他功能特征可以通过接头部分与寡核苷酸的核苷酸连接。例如，封闭寡核苷酸的核苷酸可包含通过接头部分连接到核苷酸碱基的标记部分(例如，染料)。核苷酸可设置在封闭寡核苷酸的末端。替代地或另外地，封闭寡核苷酸的核苷酸可包含终止子(例如，可逆终止子)。终止子可以通过接头部分与核苷酸的糖连接。核苷酸可设置在封闭寡核苷酸的末端。此类功能特征可有助于控制封闭寡核苷酸与偶联至衬底表面的寡核苷酸之间的相互作用和/或提供用于识别封闭寡核苷酸在何处与偶联至表面的寡核苷酸杂交的机制。替代地或另外地，与表面偶联的寡核苷酸可包含标记或报告基因部分，当寡核苷酸未偶联时，该标记或报告基因部分可发出第一信号，而当寡核苷酸与封闭寡核苷酸偶联时，其可发出第二信号。例如，相对于第一信号，第二信号可以被衰减、降低、猝灭或放大。在一些情况下，当偶联到表面的寡核苷酸与封闭寡核苷酸杂交时，标记或报告基因部分可以不发出可检测的信号。以这种方式，可以监测偶联到表面的寡核苷酸和封闭寡核苷酸之间的偶联(例如，以衡量封闭寡核苷酸的封闭效率)。例如，偶联表面的寡核苷酸可各自包含在寡核苷酸“游离”时发出信号的染料，当寡核苷酸被“封闭”(例如，与封闭寡核苷酸杂交)时，该信号被严重减弱。通过在提供封闭寡核苷酸之前和之后对表面进行光学询问，可以衡量封闭寡核苷酸的封闭效率(因此衡量经处理的表面的抗污染性)。在一些情况下，不同的荧光染料可用于表面的不同区域(例如，用于可与表面的不同区域偶联的具有不同核酸序列的寡核苷酸)。
包含固定在其上的多个寡核苷酸和与该多个寡核苷酸的寡核苷酸偶联的多个封闭寡核苷酸的经处理的表面可以具有任何程度的“抗污染性”。与多个封闭寡核苷酸中的封闭寡核苷酸偶联的多个寡核苷酸中的寡核苷酸的百分比可以指示经处理的表面对污染的抗性。在一些情况下，多个寡核苷酸中的至少50％的寡核苷酸可以与封闭寡核苷酸偶联。例如，多个寡核苷酸中的至少55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％或更多的寡核苷酸可以与封闭寡核苷酸偶联。偶联到表面的寡核苷酸和封闭寡核苷酸之间的偶联可以通过光学检测(例如，如本文所述)或任何其他有用的方法进行监测。
图38A-图38D示出了封闭寡核苷酸方案。在图38A中，提供了包含结合的寡核苷酸的衬底。在图38B中，使用封闭寡核苷酸(例如，如本文所述)封闭结合的寡核苷酸。如图38C所示，当封闭寡核苷酸与结合的寡核苷酸偶联时，污染物核酸分子不能与结合的寡核苷酸结合。图38D显示了使用各种机制去除封闭寡核苷酸，包括热变性、化学变性、化学降解和酶促降解。在去除封闭寡核苷酸后，相关的靶核酸分子(例如，来自用于各种应用例如测序的样品)可以能够与衬底结合的寡核苷酸(例如，衬底结合的寡核苷酸包含至少部分与靶核酸分子互补的序列，如本文所述)结合。
一方面，本公开提供了一种用于储存包含核酸分子包被的表面的衬底的方法。可以提供具有包含固定在其上的第一组核酸分子的表面的衬底。第一组核酸分子的核酸分子可被配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品(例如，用于测序的核酸样品)的样品核酸分子。在足以产生其中至少70％(例如，至少75％、80％、85％、90％或更多)的第一组核酸分子的核酸分子可以与第二组核酸分子的核酸分子杂交的处理表面的条件下，可以使包含有包含第一组核酸分子的表面的衬底与第二组核酸分子接触，其中第二组核酸分子不是样品核酸分子。可以洗掉第二组核酸分子的过量核酸分子。具有经处理的表面的衬底可储存一段时间，例如至少1小时、6小时、12小时、24小时、2天或更长。经处理的表面可以储存在任何有用的条件下(例如，如本文所述)。在经处理的表面的储存期间，与第二组核酸分子的核酸分子杂交的第一组核酸分子的每个核酸分子可以不与另一核酸分子杂交。
第二组核酸分子可以在溶液中提供到衬底表面。第二组核酸分子的每个核酸分子可包含与第一组核酸分子的序列基本互补的序列。第一组核酸分子的序列可包含至少6个碱基，例如至少10个碱基、20个碱基或更多。第一组核酸分子的每个核酸分子可包含至少6个碱基，例如至少10个碱基、20个碱基或更多。第一组核酸分子和/或第二组核酸分子可包含DNA核苷酸、RNA核苷酸或其组合。第一组核酸分子的每个核酸分子可以包含相同的核酸序列。在一些情况下，第一组核酸分子可包含一个或多个不同的核酸序列。第一组核酸分子可以包括包含第一核酸序列的核酸分子的第一子集和包含第二核酸序列的核酸分子的第二子集，其中第一和第二核酸序列是不同的。核酸分子的第一子集和核酸分子的第二子集都可以包含第三核酸序列。第三核酸序列可包含聚(T)序列。
第一组核酸分子的核酸分子可以在独立可寻址的位置固定到表面。独立可寻址的位置可以基本上是平面的并且可以包括一个或多个阱。第一组核酸分子中的核酸分子可以根据预定的图案固定到衬底的表面。表面上第一组核酸分子的密度可为至少10,000个分子/mm2，例如至少100,000、1,000,000、10,000,000或更多个分子/mm2。衬底的表面可以是基本上平坦的。衬底可包括固定在其上的一种或多种颗粒。
所述方法还可以包括，在经处理的表面储存一段时间之后，从经处理的表面去除第二组核酸分子的核酸分子。核酸分子可以通过例如，酶促降解或通过化学或热刺激(例如，应用化学刺激物例如氢氧化钠)的变性来去除。在去除这些核酸分子后，固定在表面的第一组核酸分子可用于例如杂交捕获、单核苷酸多态性(SNP)基因分型、测序文库捕获、核酸分子合成、表面上扩增、核酸分子或其衍生物的下游加工或分析或其组合。
在另一方面，本公开提供了一种用于制备用于核酸处理的具有经处理的表面的衬底的方法。可以提供具有经处理的表面的衬底，该衬底包含固定在其上的第一组核酸分子。第一组核酸分子的至少70％(例如，至少80％、85％、90％、95％或更多)的核酸分子可以与第二组核酸分子的核酸分子杂交。第一组核酸分子的核酸分子可被配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子。第二组核酸分子不同于样品核酸分子。具有处理的衬底的衬底可以已经储存至少1小时，例如至少6小时、12小时、24小时、2天或更长时间的时间段。经处理的表面可以已经储存在任何有用的条件下(例如，如本文所述)。在经处理的表面的储存期间，与第二组核酸分子的核酸分子杂交的第一组核酸分子的每个核酸分子可以不与另一核酸分子杂交。
可以从经处理的表面去除第二组核酸分子的核酸分子(例如，如本文所述)。例如，核酸分子可以通过酶促降解或通过化学或热刺激(例如，应用化学刺激物例如氢氧化钠)的变性从经处理的表面去除。在去除这些核酸分子后，固定在表面的第一组核酸分子可用于例如杂交捕获、单核苷酸多态性(SNP)基因分型、测序文库捕获、核酸分子合成、表面上扩增、核酸分子或其衍生物的下游加工或分析或其组合。
第二组核酸分子的每个核酸分子可包含与第一组核酸分子的序列基本互补的序列。第一组核酸分子的序列可包含至少6个碱基，例如至少10个碱基、20个碱基或更多。第一组核酸分子的每个核酸分子可包含至少6个碱基，例如至少10个碱基、20个碱基或更多。第一组核酸分子和/或第二组核酸分子可包含DNA核苷酸、RNA核苷酸或其组合。第一组核酸分子的每个核酸分子可以包含相同的核酸序列。在一些情况下，第一组核酸分子可包含一个或多个不同的核酸序列。第一组核酸分子可以包括包含第一核酸序列的核酸分子的第一子集和包含第二核酸序列的核酸分子的第二子集，其中第一和第二核酸序列是不同的。核酸分子的第一子集和核酸分子的第二子集都可以包含第三核酸序列。第三核酸序列可包含聚(T)序列。
第一组核酸分子的核酸分子可以在独立可寻址的位置固定到表面。独立可寻址的位置可以基本上是平面的并且可以包括一个或多个阱。第一组核酸分子的核酸分子可以根据预定的图案固定到衬底的表面。表面上第一组核酸分子的密度可为至少10,000个分子/mm2，例如至少100,000、1,000,000、10,000,000或更多个分子/mm2。衬底的表面可以是基本上平坦的。衬底可包括固定在其上的一种或多种颗粒。
在另一方面，本公开提供了一种用于储存包含核酸分子包被的表面的衬底的方法，包括提供具有包含固定到其上的第一组核酸分子的表面的衬底。第一组核酸分子的核酸分子可被配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子。第一组核酸分子的核酸分子中的每个核酸分子可包含第一核酸序列。还可以提供第二组核酸分子，其中第二组核酸分子的每个核酸分子包含可以与第一核酸序列基本互补的第二核酸序列。第二组核酸分子可不同于样品核酸分子。可以使包含第一组核酸分子的表面与第二组核酸分子接触以产生其中至少70％(例如，至少75％、80％、85％、90％、95％或更多)的第一组核酸分子的核酸分子可以与第二组核酸分子的核酸分子杂交的经处理的表面。对于与第二组核酸分子的核酸分子杂交的第一组核酸分子的每个核酸分子，第一核酸序列可以与第二核酸序列杂交。与第二核酸序列杂交的第一核酸序列可以在约40℃至60℃，例如约50℃至60℃至少部分地变性。然后可以将经处理的表面储存一段时间，例如至少1小时、2小时、6小时、12小时、24小时、2天或更长时间。经处理的表面可以储存在任何有用的条件下(例如，如本文所述)。在经处理的表面的储存期间，与第二组核酸分子的核酸分子杂交的第一组核酸分子的每个核酸分子可以不与另一个核酸分子杂交。
第二组核酸分子可以在溶液中提供到衬底表面。第一核酸序列和第二核酸序列可各自包含至少6个碱基，例如至少10个碱基、20个碱基或更多。第二组核酸分子的每个核酸分子可包含至少6个碱基，例如至少10个碱基、20个碱基或更多。类似地，第一组核酸分子的每个核酸分子可包含至少6个碱基，例如至少10个碱基、20个碱基或更多。第一组核酸分子的给定核酸分子和第二组核酸分子的给定核酸分子可包含相同数量的核苷酸。替代地，第一组核酸分子的给定核酸分子和第二组核酸分子的给定核酸分子可包含不同数量的核苷酸。第一组核酸分子和/或第二组核酸分子可包含DNA核苷酸、RNA核苷酸或其组合。在一些情况下，第一组核酸分子可包含一个或多个不同的核酸序列。第一组核酸分子可以包括包含第一核酸序列的核酸分子的第一子集和包含第三核酸序列的核酸分子的第二子集，其中第一和第三核酸序列是不同的。核酸分子的第一子集和核酸分子的第二子集都可以包含第四核酸序列。第四核酸序列可包含聚(T)序列。
第一组核酸分子的核酸分子可以在独立可寻址的位置固定到表面。独立可寻址的位置可以基本上是平面的并且可以包括一个或多个阱。第一组核酸分子中的核酸分子可以根据预定的图案固定到衬底的表面。表面上第一组核酸分子的密度可为至少10,000个分子/mm2，例如至少100,000、1,000,000、10,000,000或更多个分子/mm2。衬底的表面可以基本上是平面的并且可以包括多个阱。衬底可包括固定在其上的一种或多种颗粒。
所述方法还可以包括，在经处理的表面储存一段时间之后，从经处理的表面去除第二组核酸分子的核酸分子。核酸分子可以通过例如，酶促降解或通过化学或热刺激(例如，应用化学刺激物例如氢氧化钠)的变性来去除。通过使与第二核酸序列杂交的所述第一核酸序列变性，例如通过将经处理的表面或与经处理的表面接触的溶液到加热约40℃至60℃，可以从所述经处理的表面去除第二组核酸分子的核酸分子。在去除这些核酸分子后，固定在表面的第一组核酸分子可用于例如杂交捕获、单核苷酸多态性(SNP)基因分型、测序文库捕获、核酸分子合成、表面上扩增、核酸分子或其衍生物的下游加工或分析或其组合。
在一些情况下，单个核酸分子可以起到偶联到表面的核酸分子和封闭核酸分子两者的作用。例如，偶联到表面的核酸分子可以包含第一序列和第二序列，该第二序列可以与第一序列互补。第二序列可以与第一序列杂交以提供固定到表面的发夹分子。这样的方案可以提供更高的封闭效率并因此提供更高的抗污染性。包含第二序列的核酸分子的部分可以与包含第一序列的核酸分子的固定部分分离(例如，通过在设置在第一和第二序列之间的切割位点处切割分子)，并且包含第二序列的核酸分子可以被去除(例如，通过变性或酶促降解)并洗掉。
因此，在另一方面，本公开可以提供一种用于储存包含核酸分子包被的表面的衬底的方法，包括提供具有包含固定到其上的第一组核酸分子的表面的衬底，其中第一组核酸分子的核酸分子可被配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子。第一组核酸分子的每个核酸分子可包含第一核酸序列和第二核酸序列，该第二核酸序列与第一核酸序列基本互补。第一序列和第二序列可各自包含至少6个碱基，例如至少10个碱基、12个碱基、15个碱基、20个碱基或更多。可通过使表面经受足以将第一组核酸分子的核酸分子的第一核酸序列与核酸分子的第二核酸序列结合以提供固定的发夹分子的条件来产生经处理的表面。然后可以将具有经处理的表面的衬底储存至少1小时，例如至少2小时、6小时、12小时、24小时、2天或更长时间的时间段。经处理的表面可以储存在任何有用的条件下(例如，如本文所述)。在经处理的表面的储存期间，第一组核酸分子的每个核酸分子可以不与另一核酸分子杂交。第一组核酸分子的至少70％(例如，至少75％、80％、85％、90％、95％或更多)的核酸分子在经处理的表面的储存期间可以作为固定的发夹分子存在。
第一组核酸分子的核酸分子可以在独立可寻址的位置固定到表面。独立可寻址的位置可以基本上是平面的并且可以包括一个或多个阱。第一组核酸分子中的核酸分子可以根据预定的图案固定到衬底的表面。表面上第一组核酸分子的密度可为至少10,000个分子/mm2，例如至少100,000、1,000,000、10,000,000或更多个分子/mm2。衬底的表面可以基本上是平面的，和/或可以包括多个阱。衬底可包括固定在其上的一种或多种颗粒。
第一组核酸分子可包含一个或多个不同的核酸序列。例如，第一组核酸分子可以包括包含第一核酸序列和第二核酸序列的核酸分子的第一子集，以及包含第三核酸序列和第四核酸序列的核酸分子的第二子集。第三核酸序列可以与第四核酸序列基本互补。第一核酸序列可以不同于第三和第四核酸序列。核酸分子的第一子集和核酸分子的第二子集都可以包含第五核酸序列，该第五核酸序列可以包含聚(T)序列。
所述方法还可以包括，在经处理的表面储存一段时间之后，将第二序列从固定的发夹分子的第一序列分离。分离第一和第二序列可以通过酶促降解或使用化学或热刺激(例如，诸如氢氧化钠的化学刺激)的变性来实现。在分离这些序列之后，固定在表面的第一组核酸分子可用于例如杂交捕获、单核苷酸多态性(SNP)基因分型、测序文库捕获、核酸分子合成、表面上扩增、核酸分子或其衍生物的下游加工或分析或其组合。第一组核酸分子的每个核酸分子可包含可切割碱基。可切割碱基可设置在核酸分子的第一和第二序列之间。在分离固定的发夹分子的第一和第二序列之后，可以在可切割碱基处切割核酸分子，从而从表面去除核酸分子的第二序列。
本公开还提供了包括经处理的表面的试剂盒和用于制备经处理的表面的试剂盒。试剂盒可包括包含经处理的表面和一种或多种用于对经处理的表面进行处理的试剂(例如，用于从经处理的表面去除封闭寡核苷酸并制备用于后续应用的表面)的衬底。试剂盒可包括包含表面的衬底和用于偶联到该衬底的多个寡核苷酸。试剂盒还可包括被配置为与多个寡核苷酸杂交的多个封闭寡核苷酸，以及用于去除封闭寡核苷酸和/或制备用于后续应用的表面的试剂。本文提供的试剂盒还可包含用于后续应用的试剂，和/或用于储存、制备、解封或以其他方式利用衬底表面的说明。
在一个方面，本公开提供了一种试剂盒，其包括包含经处理的表面的衬底，其中经处理的表面包含多对结合的核酸分子，其中多对中的每一对包含至少部分地与第二组核酸分子中的第二核酸分子杂交的第一组核酸分子的第一核酸分子。第一组核酸分子可以固定在表面上。第一组核酸分子的至少70％(例如，75％、80％、85％、90％、95％或更多)的核酸分子可以与第二组核酸分子的核酸分子配对。第一组核酸分子的核酸分子可被配置为当第一组核酸分子的核酸分子不与第二组核酸分子的核酸分子配对时捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子。
经处理的表面可以储存一段时间，例如至少6小时、12小时、24小时、2天或更长时间。经处理的表面可以储存在任何有用的条件下(例如，如本文所述)。在经处理的表面的储存期间，多对中的每一对中的第一组核酸分子的每个核酸分子可以不与另一核酸分子(例如，样品核酸分子)杂交。
试剂盒可包含一种或多种用于处理核酸分子的试剂。例如，试剂盒可以包括还包含化学刺激物(例如，氢氧化钠)的试剂盒，该化学刺激物被配置为从经处理的表面去除第二核酸分子。
衬底的表面可以基本上是平面的，和/或可以包括多个阱。在一些情况下，衬底可包含固定在其上的一种或多种颗粒(例如，珠子)。第一组核酸分子的核酸分子可以在独立可寻址的位置固定到表面。独立可寻址的位置可以基本上是平面的，和/或可以包括一个或多个阱。在一些情况下，表面上第一组核酸分子的密度可为至少10,000个分子/mm2，例如至少100,000、1,000,000、10,000,000或更多个分子/mm2。第一组核酸分子的核酸分子可以根据预定的图案固定在表面上，或可以随机分布在表面上。
第二核酸分子可包含与第一核酸分子的序列基本互补的序列。第一核酸分子和/或第二核酸分子的序列可以包含至少6个碱基，例如至少10、12、16、20或更多个碱基。在一些情况下，第一核酸分子和第二核酸分子可包含相同数量的核苷酸。替代地，第一核酸分子和第二核酸分子可包含不同数量的核苷酸。第二组核酸分子的每个核酸分子可包含至少6个碱基。第一组和/或第二组核酸分子可包含DNA核苷酸、RNA核苷酸或其混合物。
第一组核酸分子的每个核酸分子可以包含相同的核酸序列。替代地，第一组核酸分子可包含一个或多个不同的核酸序列。例如，第一组核酸分子可以包括包含第一核酸序列的核酸分子的第一子集和包含第二核酸序列的核酸分子的第二子集。第一和第二核酸序列可以不同。核酸分子的第一子集和第二子集均可包含第三核酸序列，该第三核酸序列可包含聚(T)序列。
在另一方面，本公开提供了一种试剂盒，其包括包含固定在其上的第一组核酸分子的表面的衬底，其中第一组核酸分子包含一个或多个第一核酸分子。一个或多个第一核酸分子可被配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子。试剂盒还可包括包含第二组核酸分子的溶液，其中第二组核酸分子包含一个或多个第二核酸分子，该一个或多个第二核酸分子不是所述样品核酸分子。可以选择第二组核酸分子，使得在使溶液与表面接触时，一个或多个第一核酸分子的至少70％(例如，至少75％、80％、85％、90％、90％或更多)与第二组核酸分子的第二核酸分子结合以产生一对或多对结合的核酸分子。一对或多对中的每一对可以包含(i)第一组核酸分子的第一核酸分子和第二组核酸分子的第二核酸分子，以及(ii)一段基本上互补的序列。一对或多对中的每一对中的第一组核酸分子的每个核酸分子可以不与另一核酸分子杂交(例如，在经处理的表面的储存期间)。例如，配对的核酸分子可以不与样品核酸分子杂交。
经处理的表面可以储存一段时间，例如至少6小时、12小时、24小时、2天或更长时间。经处理的表面可以储存在任何有用的条件下(例如，如本文所述)。
试剂盒可包含一种或多种用于处理核酸分子的试剂。例如，试剂盒可以包括还包含化学刺激物(例如，氢氧化钠)的试剂盒，该化学刺激物被配置为从经处理的表面去除第二核酸分子。
衬底的表面可以基本上是平面的，和/或可以包括多个阱。在一些情况下，衬底可包含固定在其上的一种或多种颗粒(例如，珠子)。第一组核酸分子的核酸分子可以在独立可寻址的位置固定到表面。独立可寻址的位置可以基本上是平面的，和/或可以包括一个或多个阱。在一些情况下，表面上第一组核酸分子的密度可为至少10,000个分子/mm2，例如至少100,000、1,000,000、10,000,000或更多个分子/mm2。第一组核酸分子的核酸分子可以根据预定的图案固定在表面上，并且可以随机分布在表面上。
一对或多对中的每一对的基本互补序列的部分可包含一个或多个第一核酸分子的第一核酸分子的第一序列和一个或多个第二核酸分子的第二核酸分子的第二序列。第一序列可以与第二序列基本互补。第一和第二序列可各自包含相同数量的碱基。在一些情况下，第一和第二序列可各自包含约6-20个碱基。一个或多个第一核酸分子中的第一核酸分子和一个或多个第二核酸分子中的第二核酸分子可包含相同数量的核苷酸。替代地，一个或多个第一核酸分子中的第一核酸分子和一个或多个第二核酸分子中的第二核酸分子可包含不同数量的核苷酸。第二组核酸分子的每个核酸分子可包含至少6个碱基。第一组和/或第二组核酸分子可包含DNA核苷酸、RNA核苷酸或其混合物。第一核酸分子的核酸分子和/或第二核酸分子的核酸分子的序列可包含至少6个碱基，例如至少10、12、16、20或更多个碱基。
第一组核酸分子的每个核酸分子可以包含相同的核酸序列。替代地，第一组核酸分子可包含一个或多个不同的核酸序列。例如，第一组核酸分子可以包括包含第一核酸序列的核酸分子的第一子集和包含第二核酸序列的核酸分子的第二子集。第一和第二核酸序列可以不同。核酸分子的第一子集和第二子集均可包含第三核酸序列，该第三核酸序列可包含聚(T)序列。
用于对旋转衬底成像的光学系统
对于表现出平滑、稳定的旋转运动的衬底，使用旋转运动系统而不是直线运动系统对衬底进行成像可以更简单或更节省成本。如本文所用的，旋转运动通常可以指在包括角度分量
Figure BDA0003354849540001161
和径向分量r的极坐标系中主要沿角度方向
Figure BDA0003354849540001162
为主的运动。现有的光学成像系统已经利用时间延迟积分(TDI)相机来实现高占空比和每个场点的最大积分时间。TDI相机(例如TDI线扫描相机)可以利用类似于电荷耦合器件(CCD)相机的检测原理。与CCD相机相比，TDI相机可以以与图像横穿相机焦平面的速率相同的速率在传感器上逐行移动电荷。以这种方式，TDI相机可以允许更长的图像积分时间，同时减少否则可能与长图像曝光时间相关联的伪影，诸如模糊。与以串行方式执行这些功能的相机相比，TDI相机可以在读出的同时进行积分，因此可以具有更高的占空比。对于高通量荧光样品，使用TDI相机来延长积分时间可能是重要的，因为荧光样品的信号产生可能会受荧光寿命的限制。例如，在高通量系统中可能无法使用诸如点扫描的替代成像技术，因为由于染料分子的荧光寿命所造成的限制，在高速所需的有限积分时间内，可能无法从某一点获得足够数量的光子。
图8A-图8D示出了用于线扫描相机的示例性方案。如图8A所示，TDI线扫描相机可包括两行或更多行垂直排列的像素(例如，3、4、5、6、7、8、9、10、24、36、48、50、60、72、84、96、100、108、120、128、132、150、200、256、512、1024、2000、2048、4000、4096、8000、8192、12000、16000、16384或更多像素)。在相机的操作过程中(例如，相机相对于开放衬底的运动)，来自给定行中的每个像素的光电子可以通过移位像素行之间的累积电荷被汇总到给定行下方的行中(例如，在相对的对象运动的方向上)。图8B和图8C示出了用于彩色线扫描相机的像素方案。这种照相机可以包括具有不同滤色器的像素行以检测和/或阻挡不同波长的光。例如，图8B显示了包括红色、绿色和蓝色滤光器的行的三线性像素方案。这种三线性像素方案可以复制一次或多次以促进TDI应用。图8C显示了包含一行交替的红色和蓝色滤光器和一行绿色滤光器的双线性像素方案。图8D显示了包括多个贝尔图案的替代双线性像素方案(例如，2x2像素阵列包括交替的蓝色和绿色像素的第一行和交替的绿色和红色像素的第二行)。与三线性方案一样，双线性图案可以复制一次或多次以促进TDI应用。图8B-图8D中描绘的彩色线扫描方案可替换为替代颜色组合，包括青色、黄色、绿色和洋红色；红色、绿色、蓝色和祖母绿；青色、洋红色、黄色和白色；或任何其他颜色组合，以任何排列形式(例如，交替、非交替)。
先前的TDI检测方案的适用性在对旋转系统诸如本文所述的旋转核酸测序系统的成像方面可能受限制。当扫描弯曲的路径(诸如由本文所述的旋转系统生成的弯曲的路径)时，TDI传感器可能只能针对单个速度以正确的速率移动电荷(通常称为计时或线触发)。例如，TDI传感器可能只能以正确的速率沿距旋转中心特定距离的弧线计时。距旋转中心较小距离的位置可能计时太快，而距旋转中心较小距离的位置可能计时太慢。在任一种情况下，旋转系统的转速与TDI传感器的计时速率之间的错配都可能导致模糊，该模糊随位置距旋转系统中心的距离而变化。该效应可以称为切向速度模糊。切向速度模糊可以产生由等式(2)定义的大小为σ的图像畸变：
Figure BDA0003354849540001181
此处，h、w和A分别是投影到对象平面的TDI传感器的有效高度、宽度和面积。可以使用多个光学元件之一(例如，透镜、棱镜、反射镜等)来调节这些值。R是场中心到旋转系统中心的距离。传感器的有效高度、宽度和面积分别是产生信号的高度、宽度和面积。在荧光成像的情况下，传感器的有效高度、宽度和面积可以分别是对应于样品上的照射区域的高度、宽度和面积。除切向速度模糊效应之外，等式(2)意味着增加传感器面积，这可能是许多成像系统的目标，可能会为旋转系统的TDI成像引入成像复杂性。因此，现有的TDI系统可能需要小的图像传感器来对旋转系统进行成像，因此可能不适合同时进行这样的系统的高灵敏度和高通量成像。
本文描述的是可以解决至少上述问题的用于对旋转系统进行成像的系统和方法。本文所述的系统和方法可以受益于更高的效率，诸如受益于更快的成像时间。
图9示出了在衬底旋转运动期间用于对衬底进行连续区域扫描的光学系统700。如本文所用，术语“连续区域扫描(CAS)”通常是指这样的方法，其中通过以补偿对象在检测平面(焦平面)中的运动的速度重复地、电子地或计算地推进(计时或触发)阵列传感器而对相对运动中的对象进行成像。CAS可以产生扫描尺寸大于光学系统的场的图像。TDI扫描可以是CAS的一个示例，其中计时需要在信号积分期间移动区域传感器上的光电电荷。对于TDI传感器，在每个计时步骤中，电荷可以移动一行，其中最后一行被读出并数字化。其他模态可以通过高速区域成像和数字数据的共同添加以合成连续或逐步连续扫描来实现类似功能。
光学系统可以包括一个或多个传感器710。如图所示，在图9中，传感器可以检测从样品光学地投影的图像。光学系统可以包括一个或多个光学元件，诸如在图8的情况中描述的光学元件810。光学元件可以是例如透镜、棱镜、反射镜、波片、滤光器、衰减器、光栅、光阑、分束器、漫射器、偏振器、消偏振器、回射器、空间光调制器或任何其他光学元件。系统可以包括多个传感器，诸如至少2、至少5、至少10、至少20、至少50、至少100、至少200、至少500或至少1,000个传感器。系统可以包括至少2、至少4、至少8、至少16、至少32、至少64、至少128、至少256、至少512或至少1,024个传感器。多个传感器可以是相同类型的传感器或不同类型的传感器。或者，系统可以包括至多约1000、500、200、100、50、20、10、5、2或更少个传感器。或者，系统可以包括至多约1024、512、256、128、64、32、16、8、4、2或更少个传感器。系统可以包括在由前述值中的任何两个限定的范围内的多个传感器。传感器可以包括图像传感器。传感器可以包括CCD相机。传感器可以包括CMOS相机。传感器可以包括TDI相机(例如，TDI线扫描相机)。传感器可以包括伪TDI快速帧速率传感器。传感器可以包括CMOS TDI相机或混合相机。传感器可以被一起集成在单个包装中。传感器可以被一起集成在单个半导体衬底中。系统还可以包括本文所述的任何光源(未在图9中示出)。
传感器可以被配置为在衬底的旋转运动期间从衬底(诸如本文所述的衬底310)检测图像。旋转运动可以关于衬底的轴线。轴线可以是穿过衬底中心的轴线。轴线可以是偏心轴线。衬底可以被配置为以本文所述的任何旋转速度旋转。旋转运动可以包括复合运动。复合运动可以包括旋转和径向运动的附加分量。复合运动可以是螺旋的(或基本上螺旋的)。复合运动可以是环形的(或基本上环形的)。.
每个传感器可以位于相对于衬底的共轭焦平面处。每个传感器可以与衬底光学通信。共轭焦平面可以是成像系统(例如，CAS传感器)中衬底区域的图像形成所在的近似平面。传感器可以位于与包括衬底的平面(例如，图像平面)共轭的平面处。共轭焦平面可以被分成多个区域，诸如至少2、至少5、至少10、至少20、至少50、至少100、至少200、至少500或至少1000个区域。共轭焦平面可以被分成至少2、至少4、至少8、至少16、至少32、至少64、至少128、至少256、至少512或至少1,024个区域。共轭焦平面可以被分成在由前述值中的任何两个限定的范围内的多个区域。共轭焦平面可以沿基本上垂直于旋转运动的投影方向的轴线被分成多个区域。轴线与旋转运动的投影方向之间的角度可以与法线成不超过1度、不超过2度、不超过3度、不超过4度、不超过5度、不超过6度、不超过7度、不超过8度、不超过9度、不超过10度、不超过11度、不超过12度、不超过13度、不超过14度或不超过15度，或者是成在由前述值中的任何两个限定的范围内的角度。共轭焦平面可以沿平行于旋转运动的投影方向的轴线被分成多个区域。共轭焦平面可以在空间上被分割。例如，可以通过在单个焦平面中邻接或以其他方式布置多个传感器并且对每个传感器独立计时来对焦平面进行分割。
替代地或组合地，可以通过将共轭焦平面光学地拆分成多个分离的路径来分割共轭焦平面，每个路径可以在多个传感器中的独立传感器上形成子图像并且可以被独立计时。可以使用一个或多个光学元件(诸如透镜阵列、反射镜或棱镜)光学地拆分焦路径。多个传感器中的每个传感器可以与旋转衬底的不同区域光学通信。例如，每个传感器可以对旋转衬底的不同区域进行成像。多个传感器中的每个传感器可以以适合于由传感器成像的旋转衬底区域的速率计时，该速率可以基于该区域到旋转衬底中心的距离或该区域的切向速度。例如，通过被定位成离旋转衬底的旋转轴线更远的第一物镜对第一区域成像的第一传感器(例如，线扫描相机)可以比通过被定位成更靠近旋转衬底的旋转轴线的第二物镜对第二区域成像的第二传感器更快的速率计时。
一个或多个传感器可以被配置为与共轭焦平面中的多个区域中的至少两个光学通信。一个或多个传感器可以包括多个区段。多个区段中的每个区段可以与多个区域中的区域光学通信。多个区段中的每个区段可以被独立计时。区段的独立计时可以与焦平面的相关区域中的图像的速度相关联。独立计时可以包括TDI线速率或伪TDI帧速率。
该系统还可以包括控制器(未示出)。控制器可以可操作地耦合到一个或多个传感器。控制器可以被编程为处理来自旋转衬底的每个区域的光信号。例如，控制器可以被编程为在旋转运动期间以独立计时来处理来自每个区域的光信号。独立计时可以至少部分地基于每个区域距轴线投影的距离和/或旋转运动的切向速度。独立计时可以至少部分地基于旋转运动的角速度。尽管已经描述的是单个控制器，但是多个控制器可以被配置为单独地或共同地执行本文所述的操作。
图10A示出了使用定制的光学畸变在衬底旋转运动期间对衬底成像的光学系统800。光学系统可以包括一个或多个传感器710。一个或多个传感器可以包括本文所述的任何传感器。光学系统可以包括本文所述的任何光源(未在图10A中示出)。图10B显示了使用定制的光学畸变在衬底的旋转运动期间对衬底成像的光学系统801。光学系统可以包括一个或多个传感器710。一个或多个传感器可包括本文所述的任何传感器。光学系统可以包括本文描述的任何光源(图10B中未示出)。光学系统可以包括透镜810，例如平凸透镜。在一些实施方案中，衬底310相对于透镜810和检测器710倾斜。在一些实施方案中，透镜810相对于检测器710倾斜，从而产生来自衬底的光(例如，荧光或散射光)的变形放大。变形放大可以导致来自衬底820的第一区域和衬底830的第二区域的光的微分放大。来自衬底的第一区域的光可以在检测器825上的第一位置被放大第一量，并且来自衬底的第二区域的光可以在检测器835上的第二位置被放大第二量。在一些实施方案中，变形放大可以沿单个轴线发生。在一些实施方案中，柱面透镜可用于产生沿单个轴线的变形放大。
传感器可以被配置为在衬底的旋转运动期间从衬底(诸如，本文所述的衬底310)检测图像。旋转运动可以关于衬底的轴线。轴线可以是穿过衬底中心的轴线。轴线可以是偏心轴线。如本文所述，衬底可以被配置为以本文所述的任何旋转速度旋转。
系统800还可以包括光学元件810。光学元件可以与传感器光学通信。光学元件可以被配置为将光信号从衬底引导至传感器。光学元件可以产生跨传感器的光学放大率梯度。光学元件和传感器中的至少一个可以是可调节的。例如，光学元件和传感器中的至少一个可以是可调节的，以产生跨传感器的光学放大率梯度。光学放大率梯度可以沿基本上垂直于衬底旋转运动的投影方向的方向。光学元件可以被配置为旋转、倾斜或以其他方式定位以设计光学放大率梯度。光学元件可以产生放大率，该放大率与距衬底轴线的距离的倒数大致成比例。可以通过选择衬底、光学元件和传感器的相对定向来产生放大率梯度。例如，可以通过倾斜对象和图像平面来产生放大率梯度，如图10A和图10B所示。放大率梯度可以显示几何性质。例如，在距衬底中心最大距离处的第一区域820的第一光学放大率与距衬底中心最小距离处的第二区域830的第二光学放大率的比率可以基本上等于最大距离与最小距离的比率。以这种方式，第一光学放大率和第二光学放大率可以与它们各自的样品区域的半径具有相同的比率。尽管所示的系统800和系统801包括单个光学元件810，但是系统800或系统801可以包括多个光学元件，诸如至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、100或更多个光学元件。可以采用光学元件的各种布置或配置。例如，系统800可以包括用于引导光的透镜和反射镜。
光学元件可以是透镜。该透镜可以是场透镜。该透镜可以是柱面透镜(例如，如图10C所示)。柱面透镜可以是平柱面透镜。透镜可以是平凹的或平凸的。柱面透镜可以具有正曲率或负曲率。柱面透镜的曲率可以变化。柱面透镜的曲率可以在垂直于旋转运动的投影方向的方向上变化。透镜表面的形状可以是圆锥形的。透镜可以关于传感器倾斜，从而产生变形放大率梯度。透镜的倾斜可以是可调节的，从而产生可调节的变形放大率梯度。
图10C示出了使用柱面透镜引起的定制的光学畸变的示例。如图10C所示，柱面透镜可以具有第一侧面A和第二侧面B。第一侧面A可以定位成比第二侧面B更靠近图像传感器(诸如本文所述的TDI相机传感器)。这样的配置可以通过使柱面透镜相对于图像传感器倾斜来实现。以这种方式，柱面透镜可以将光引导至图像传感器上的不同位置，其中穿过侧面B的光比穿过侧面A的光被更发散地引导。如图10C所示，以这种方式，柱面透镜可以提供跨整个图像传感器的变形放大率梯度。
透镜的倾斜可以提供跨整个传感器的变形放大率梯度。倾斜以及因此产生的变形梯度可以在基本上垂直于传感器上的图像运动的方向上。透镜的倾斜可以是可调节的。可以通过使用控制器来自动进行调节。调节可以被耦合到相对于衬底旋转轴线的被扫描的衬底区域的半径。最小变形放大率与最大变形放大率的比率可以恰好或近似为相对于衬底旋转轴线的最小投影半径与最大投影半径的比率。
替代地或组合地，透镜的曲率半径中的梯度可以提供跨传感器的变形放大率梯度。曲率梯度可以在基本上垂直于传感器上的图像运动的方向上。
该系统还可以包括控制器(未示出)。控制器可以可操作地耦合到传感器和光学元件。控制器可以被编程为引导传感器和光学元件中的至少一个的调节，以生成跨传感器的光学放大率梯度。可以沿基本上垂直于旋转运动的投影方向的方向生成放大率梯度。控制器可以被编程为引导传感器和/或光学元件的调节，以产生变形的光学放大率梯度。光学放大率梯度可以在基本上垂直于旋转运动的投影方向的方向上跨传感器。
控制器可以被编程为引导光学元件的旋转或倾斜。控制器可以被编程为引导放大率梯度的调节。例如，控制器可以被编程为至少部分地在相对于围绕衬底轴线的投影的场尺寸的径向范围上引导放大率梯度的调节。
控制器可以被编程为使衬底经受旋转运动。尽管已经描述的是单个控制器，但是多个控制器可以被配置为单独地或共同地执行本文所述的操作。
本文所述的光学系统可以利用多个扫描头。多个扫描头可以沿不同的成像路径并行地操作。例如，可以操作扫描头以产生交错的螺旋扫描、嵌套的螺旋扫描、交错的环形扫描、嵌套的环形扫描或其组合。扫描头可以包括一个或多个检测器元件，例如相机(例如，TDI线扫描相机)、照射源(例如，如本文所述)和一个或多个光学元件(例如，如本文所述)。
图13A示出了交错螺旋成像扫描的第一示例。可以沿第一螺旋路径910a操作扫描头的第一区域。可以沿第二螺旋路径920a操作扫描头的第二区域。可以沿第三螺旋路径930a操作扫描头的第三区域。第一、第二和第三区域中的每一个均可以独立地计时。扫描头可以包括本文所述的任何光学系统。多个成像扫描路径的使用可以通过提高成像速率来提高成像通量。
图13B示出了交错螺旋成像扫描的第二个示例。可以沿第一螺旋路径910b操作第一扫描头。可以沿第二螺旋路径920b操作第二扫描头。可以沿第三螺旋路径930b操作第三扫描头。第一、第二和第三扫描头中的每一个可以独立地计时或一致地计时。第一、第二和第三扫描头中的每一个可以包括本文所述的任何光学系统。多个成像扫描路径的使用可以通过增加净成像速率来增加成像通量。光学系统的通量可以通过并行操作具有场宽的多个扫描头来倍增。例如，可以相对于衬底旋转中心以不同角度来固定每个扫描头。
图13C示出了嵌套螺旋成像扫描的示例。可以沿第一螺旋路径910c操作第一扫描头。可以沿第二螺旋路径920c操作第二扫描头。可以沿第三螺旋路径930c操作第三扫描头。第一、第二和第三扫描头中的每一个可以独立地计时。第一、第二和第三扫描头中的每一个可以包括本文所述的任何光学系统。多个成像扫描路径的使用可以通过提高成像速率来提高成像通量。扫描头可沿径向方向一起移动。光学系统的通量可以通过并行操作具有场宽的多个扫描头来倍增。例如，每个扫描头可以以不同的角度固定。扫描可以是离散的环形，而不是螺旋形。
虽然图13A至图13C示出了三个成像路径，但可以有任意数量的成像路径和任意数量的扫描头。例如，可以存在至少约2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个成像路径或扫描头。或者，可以存在至多约10、9、8、7、6、5、4、3、2个或更少个成像路径或扫描头。每个扫描头可以被配置为接收具有在给定波长范围内的波长的光。例如，第一扫描头可以被配置为接收具有在第一波长范围内的波长的第一光。第二扫描头可以被配置为接收具有在第二波长范围内的波长的第二光。第三扫描头可以被配置为接收具有在第三波长范围内的波长的第三光。类似地，第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十扫描头可以被配置为分别接收第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十光，第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十光中的每一个分别具有在第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十范围内的波长。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十波长范围可以是相同的。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十波长范围可以部分交叠。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十波长范围中的任意2、3、4、5、6、7、8、9或10个可以是不同的。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十波长范围可以在电磁光谱的紫外、可见或近红外区域中。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十波长范围中的每一个可以包括由本文所述的荧光团、染料或量子点发射的波长。以这种方式，系统可以被配置为检测来自多个荧光团、染料或量子点的光信号。
扫描表面可以包括检测表面相对于检测器的焦点。在一些实施方案中，扫描表面包括相对于检测器调节表面的焦点。本公开的光学系统还可包括一个或多个自动聚焦系统以检测表面相对于物镜的位置，如本文别处所述。自动聚焦系统可以包括自动聚焦照射源。自动聚焦系统可以检测表面何时相对于检测器移出焦点之外。自动聚焦系统可被配置为向聚焦系统发送信号以调节表面相对于物镜的位置，从而使表面返回到相对于检测器的聚焦位置。在一些实施方案中，自动聚焦系统可以在扫描表面以生成表面的自动聚焦图谱之前映射表面的部分或全部。表面的自动聚焦图谱可以包括可能影响聚焦的表面纹理、不规则性或倾斜。表面的自动聚焦图谱可用于预测表面的焦点位置并调节表面相对于物镜的位置以针对表面纹理、不规则性或倾斜进行校正。在一些实施方案中，自动聚焦系统可以在扫描表面的第一部分之前映射表面的第一部分(例如，第一环)。表面的第一部分的图谱可用于在扫描表面的第一部分时预测和调节表面的焦点。表面的第一部分的图谱可用于在扫描表面的第二部分(例如，第二环)时预测表面的焦点。表面的第二部分可以靠近表面的第一部分，使得表面的第一部分的图谱可以近似于表面的第二部分的图谱。自动聚焦系统可以在扫描表面的第二部分的同时映射表面的第二部分。表面的第二部分的图谱可用于在扫描表面的第三部分(例如，第三环)时预测和调节表面的焦点。在一些实施方案中，在扫描表面的第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二或更多部分时生成的图谱可用于在分别扫描表面的第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第三十或更多部分时预测和调节表面的焦点。连续的表面部分可以靠近在一起定位，使得表面的前一部分的图谱可以近似于表面的后一部分的图谱。在一些实施方案中，自动聚焦系统可以在扫描之前映射整个表面。在一些实施方案中，自动聚焦系统在不生成图谱的情况下在扫描的同时调节焦点。
图14示出了嵌套的圆形成像扫描。可以沿第一近似圆形的路径1010操作第一扫描头1005。可以沿第二近似圆形的路径1020操作第二扫描头1015。可以沿第三近似圆形的路径1030操作第三扫描头1025。可以沿第四近似圆形的路径1040操作第四扫描头1035。可以沿第五近似圆形的路径1050操作第五扫描头1045。可以沿第六近似圆形的路径1060操作第六扫描头1055。第一、第二、第三、第四、第五和第六扫描头中的每一个可以独立计时。第一、第二、第三、第四、第五和第六扫描头中的每一个可以包括本文所述的任何光学系统。第一、第二、第三、第四、第五和第六扫描头中的每一个可以被配置为在衬底的扫描期间保持在固定位置。或者，第一、第二、第三、第四、第五和第六扫描头中的一个或多个可以被配置为在衬底的扫描期间移动。沿近似圆形的成像路径成像的多个扫描头的使用可以大大提高成像通量。例如，图14中描绘的扫描头的配置可以允许在衬底的单次旋转期间对待成像的衬底上的所有可寻址位置进行成像。这样的配置可以具有通过仅需要一次扫描运动(例如，衬底的旋转)而简化成像系统的机械复杂性的额外优点。
尽管图14示出了六个成像路径和六个扫描头，但是可以存在任何数量的成像路径和任何数量的扫描头。例如，可以存在至少约2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个成像路径或扫描头。或者，可以存在至多约10、9、8、7、6、5、4、3、2个或更少个成像路径或扫描头。每个扫描头可以被配置为接收具有在给定波长范围内的波长的光。例如，第一扫描头可以被配置为接收具有在第一波长范围内的波长的第一光。第二扫描头可以被配置为接收具有在第二波长范围内的波长的第二光。第三扫描头可以被配置为接收具有在第三波长范围内的波长的第三光。第四扫描头可以被配置为接收具有在第四波长范围内的波长的第四光。第五扫描头可以被配置为接收具有在第五波长范围内的波长的第五光。第六扫描头可以被配置为接收具有在第六波长范围内的波长的第六光。类似地，第七、第八、第九或第十扫描头可以被配置为分别接收第七、第八、第九或第十光，第七、第八、第九或第十光中的每一个分别具有在第七、第八、第九或第十波长范围内的波长。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十波长范围可以是相同的。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十波长范围可以部分交叠。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十波长范围中的任意2、3、4、5、6、7、8、9或10个可以是不同的。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十波长范围可以在电磁光谱的紫外、可见或近红外区域中。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十波长范围中的每一个可以包括由本文所述的荧光团、染料或量子点发射的波长。以这种方式，系统可以被配置为检测来自多个荧光团、染料或量子点的光信号。
图29A-图29D、图30A-图30D和图31A-图31B显示了涉及多个成像头的成像方案的附加示例。例如，图31B示出了由于衬底的非径向运动导致的多个成像头的旋转扫描方向。
图15示出了浸没式光学系统1100的横截面图。系统1100可以用于对本文所述的衬底进行光学成像。系统1100可以与本文所述的任何其他光学系统或用于核酸测序的系统(诸如系统300、400、500a、500b、700或800中的任何系统)或其任何元件集成在一起。系统可以包括光学成像物镜1110。光学成像物镜可以是浸没式光学成像物镜。光学成像物镜可以被配置为与衬底(诸如本文所述的衬底310)光学通信。光学成像物镜可以被配置为与本文所述的任何其他光学元件光学通信。光学成像物镜可以被外壳1120部分或完全包围。外壳可以部分或完全包围光学成像物镜的面向样品的端部。外壳和流体可以包括在与衬底接触的气氛与环境气氛之间的界面。与衬底接触的气氛和环境气氛的相对湿度、温度和/或压力可以不同。外壳可以具有大致杯状的形状或形式。外壳可以是任何容器。外壳可以被配置为容纳流体或浸没流体1140(诸如水或水溶液或有机溶液)，光学成像物镜将会浸入其中。外壳可以被配置为在衬底与外壳之间保持最小距离1150，以避免在衬底旋转期间外壳与衬底之间的接触。在某些情况下，可以使用空气或压力差来保持最小距离。最小距离可以是至少100nm、至少200nm、至少500nm、至少1μm、至少2μm、至少5μm、至少10μm、至少20μm、至少50μm、至少100μm、至少200μm、至少500μm、至少1mm，或者是在由前述值中的任何两个限定的范围内的距离。即使有该最小距离，由于表面张力的影响，外壳仍可以容纳流体。系统可以包括被配置为将流体递送到外壳的内部的流体流动管1130。流体流动管可以通过适配器1135连接到外壳。适配器可以包括螺纹适配器、压缩适配器或任何其他适配器。电场施加单元(未示出)可以被配置为调节容器的一个或多个表面的疏水性，以诸如通过施加电场来保留与浸没式物镜和开放衬底接触的流体的至少一部分。
如本文所用，接触浸没物镜的流体可被称为“浸没流体”或“流体”。浸没流体可以包括用于成像的任何合适的浸没介质。例如，浸没介质可以包括水溶液。水性浸没流体的非限制性示例包括水。在一些情况下，水溶液可包含盐、表面活性剂、油和/或可用于成像的任何其他化学品或试剂。在一些情况下，浸没介质包括有机溶液。有机浸没流体的非限制性示例包括油、全氟化聚醚、全氟化碳和氢氟碳。在一些情况下，浸没流体可与洗涤缓冲液(如本文别处所述)基本相同，或与本文所述过程中使用的任何缓冲液基本相同。浸没流体可以基于本文描述的系统和方法的光学要求调节。例如，在需要高数值孔径(NA)的情况下，可以使用适当的浸没流体(例如油)进行成像。在一些情况下，可以选择浸没流体以匹配衬底(例如，缓冲液)、表面(例如，盖玻片或衬底)或光学组件(例如，物镜)上的溶液的折射率。
光学成像物镜可以与开放衬底流体接触。开放衬底可包括覆盖衬底表面的流体层。光学成像物镜可被配置为扫描包括流体层的表面。表面上的流体层可以包括与浸没流体相同的流体。表面上的流体层可以包括与浸没流体不同的流体。表面上的流体层可以与浸没流体混溶，或者表面上的流体层可以与浸没流体不混溶。在一些情况下，流体层在它接触光学成像物镜之处比在表面上的其他点处更深。流体层的一部分可以附着到光学成像物镜上。在一些情况下，流体层的一部分可以在扫描期间随着光学成像物镜相对于衬底移动。在扫描期间，光学成像物镜可以保持与衬底流体接触。光学成像物镜可被配置为在相对于衬底的竖直方向上具有长行进距离。在一些情况下，光学成像物镜可被配置为从衬底升离，使得光学成像物镜不再与衬底流体接触。例如，当流体被分配在衬底上时，光学成像物镜可以被升离衬底。当流体层、浸没流体的一部分或两者离开与衬底的流体接触时，它可以附着到光学成像物镜。当光学成像物镜重新进入与衬底的流体接触时，附着到光学成像物镜的流体层的部分可以防止气泡在衬底和光学成像物镜之间形成或积聚。
光学成像物镜可以被配置为扫描衬底的不包括流体层的一侧。例如，光学成像物镜可被配置为扫描衬底的底面。在一些情况下，光学成像物镜可以不与衬底流体接触。例如，光学成像物镜可以是空气物镜。
流体可以与衬底接触。光学成像物镜和外壳可以被配置为在进行化学处理操作的第一位置与进行检测操作的第二位置之间提供物理屏障。以这种方式，可以在独立的操作条件下执行化学处理操作和检测操作，并且可以避免检测器的污染。第一位置和第二位置可以具有不同的湿度、温度、压力或气氛混合物。
本公开内容的系统可以被包含在容器或其他封闭的环境中。例如，容器可以将内部环境1160与外部环境1170隔开。如本文其他地方所描述的，可以控制内部环境1160，诸如使温度、压力和/或湿度局部化。在一些情况下，可以控制外部环境1170。在一些情况下，内部环境1160可以诸如经由或借助于外壳1120被进一步划分，以分别控制内部环境的各个部分(例如，用于化学处理操作的第一内部环境、用于检测操作的第二内部环境等)。内部环境的不同部分可以经由密封件隔开。例如，密封件可以包括本文所述的浸没式物镜。
本公开的系统可被配置为使用固定检测器系统分析动态(例如，旋转或以其他方式移动)开放衬底(例如，如本文所述)。替代地或另外地，检测器系统的一个或多个组件可以处于运动中。例如，检测器系统可以包括传感器(例如，相机)和照射源。传感器可以处于运动中，而光学元件(例如，棱镜)保持静止。照射源可以与传感器串联移动。例如，传感器可以是线扫描相机(例如，TDI线扫描相机)，且照射源可以是LED线灯或激光器(例如，光束扩展为线的激光器)，并且照射源可以照射被传感器检测的区域。传感器(以及任选的照射源)可以与开放衬底相同或不同的速率旋转。在一些情况下，传感器(以及任选的照射源)可以预定义的图案(例如，螺旋图案)在开放衬底上平移。替代地，传感器(以及任选的照射源)可以在开放衬底上径向平移。在一些情况下，传感器(以及任选的照射源)可以保持在相同的物理位置，但可以围绕检测器系统或其组件(多个)的中心轴线旋转。在其他情况下，照射源可以照射开放衬底的区域，该区域可能大于在给定扫描或扫描集合中传感器可检测的区域。然而，在开放衬底的宽幅上照射可促进可设置在开放衬底上的珠子和/或荧光团的漂白。因此，照射源可被配置为在给定时间仅照射开放衬底的有限区域(例如，可以是至少部分地与传感器可检测的区域交叠或在传感器可检测区域内的区域)。
在另一示例中，检测器系统可以包括传感器(例如，相机)、照射源和一个或多个光学元件(例如，透镜、反射镜、棱镜等)，并且传感器和照射源可以保持静止而光学元件(例如，棱镜)处于运动中。例如，光学元件可以与开放衬底相同的速率旋转，或者光学元件可以在开放衬底上平移(例如，径向地或以预定图案，例如螺旋图案)。在一些情况下，光学元件可以保持在相同的物理位置，但可以围绕中心轴线(例如，光学元件或检测器系统的中心轴线)旋转。检测器系统的光学元件相对于运动中的开放衬底的运动可以具有在开放衬底的一个或多个不同区域处实现检测的效果。例如，检测器系统的一个或多个光学元件的移动可以导致开放衬底的不同区域的照射，以允许检测与开放衬底的不同区域相关联的信号。可以通过后续处理(例如，使用处理器，如本文所述)来补偿照射(例如，激光)的失真和开放衬底的不同区域上的检测灵敏度的变化。
替代地，本公开的系统可被配置为使用包括一个或多个动态组件的检测器系统来分析固定的开放衬底。例如，检测器系统可以包括传感器(例如，相机)和照射源。传感器可以处于运动中，而光学元件(例如，棱镜)保持静止。照射源可以与传感器串联移动。例如，传感器可以是线扫描相机(例如，TDI线扫描相机)，且照射源可以是LED线灯或激光器(例如，光束扩展为线的激光器)，并且照射源可以照射被传感器检测的区域。传感器(以及任选的照射源)可以旋转(例如，围绕开放衬底的中心轴线)。在一些情况下，传感器(以及任选的照射源)可以预定义的图案(例如，螺旋图案)在开放衬底上平移。替代地，传感器(以及任选的照射源)可以在开放衬底上径向平移。在一些情况下，传感器(以及任选的照射源)可以保持在相同的物理位置，但可以围绕检测器系统或其组件(多个)的中心轴线旋转。
在另一示例中，检测器系统可以包括传感器(例如，相机)、照射源和一个或多个光学元件(例如，透镜、反射镜、棱镜等)，并且传感器和照射源可以保持静止而光学元件(例如，棱镜)处于运动中。例如，光学元件可以旋转(例如，围绕开放衬底的中心轴线或围绕光学元件或检测器系统的中心轴线)或在开放衬底上平移(例如，径向或以预定图案，例如螺旋图案)。检测器系统的光学元件相对于静止的开放衬底的运动可以具有在开放衬底的一个或多个不同区域处实现检测的效果。例如，检测器系统的一个或多个光学元件的移动可以导致开放衬底的不同区域的照射，以允许检测与开放衬底的不同区域相关联的信号。可以通过后续处理(例如，使用处理器，如本文所述)来补偿照射(例如，激光)的失真和开放衬底的不同区域上的检测灵敏度的变化。
可以校准系统(例如，使用不包含分析物或包含已知分析物或其集合的开放衬底)以促进本文提供的任何检测方案。
在前述示例中的任一个中，可以使用多个传感器和/或照射源(例如，以检测开放衬底的不同区域，如本文所述)。在检测过程期间，多个传感器和/或照射源可全部保持静止或可全部处于运动中。在其他情况下，在检测过程期间，某些传感器和/或照射源可以处于运动中，而其他传感器和/或照射源可以处于静止。一些或所有传感器可以分析衬底。例如，只有运动中的传感器或只有静止的传感器可以检测来自开放衬底的信号。
一个或多个检测器系统(例如，成像头)的扫描方向可由于检测器系统相对于衬底的非径向运动而旋转。例如，检测器系统可以具有相对于衬底的不同切向速度矢量，同时沿着衬底在不同径向位置追踪不同的成像路径，这些切向速度矢量可以指向基本不同的方向。当第一检测器系统追踪第一组成像路径或当第二检测器系统追踪第二组成像路径时，这种效应可以表现为成像场的旋转(参见例如，图31A和图31B)。
本公开提供了一种设备，其中在相同环境中进行开放衬底上的分析物的处理和与分析物相关联的信号的检测。例如，在分析物的处理和与被处理的分析物相关联的信号的后续检测期间，开放衬底可以保持在相同或近似相同的物理位置。对于其中检测器系统或其组件在检测期间处于运动中的系统，该设备可以包括被配置为影响检测器系统或其组件的运动的机械组件。
本公开还提供了一种设备，其中在不同环境中进行开放衬底上的分析物的处理和与分析物相关联的信号的检测。例如，在分析物的处理期间开放衬底可保持在第一物理位置并且在与被处理的分析物相关联的信号的检测期间可以保持在第二物理位置。开放衬底可以通过例如机械组件在各种物理位置之间转移。在一些情况下，可以使用机械臂、升降机机构或其他机构在各种物理位置之间转移开放衬底。第一物理位置可以设置在例如，第二物理位置的上方、下方、相邻处或对面。例如，第一物理位置可以设置在第二物理位置上方，并且开放衬底可以在分析物处理和检测之间在这些位置之间转移。在另一示例中，第一物理位置可以设置与第二物理位置相邻，并且开放衬底可以在分析物处理和检测之间在这些位置之间转移。第一和第二物理位置可以由屏障，例如可伸缩屏障分开。
图12A-图12C示出了各种检测方案。图12A示出了涉及系统3900的方案，其中在检测期间开放衬底3910旋转并且检测器系统3920保持静止。检测器系统3920可以包括线扫描相机(例如，TDI线扫描相机)3930和照射源3940。图12B示出了涉及系统3900的替代方案，其中在检测期间开放衬底3910保持静止并且检测器系统3920旋转。图12C示出了涉及包括第一系统3950的设备的方案，其中开放衬底3910经受分析物处理。如图3所示，第一系统3950可以包括多个流体通道3960、3970、3980和3990，该多个流体通道可以包括多个流体出口端口3965、3975、3985和3995。该设备可被配置为将开放衬底3910转移到第二系统3900，其中在检测期间开放衬底3910被配置为保持静止并且检测器系统3920被配置为旋转。虽然本文描述的示例提供了衬底和/或检测器系统的相对旋转运动，但衬底和/或检测器系统可以替代地或附加地经历相对非旋转运动，例如相对线性运动、相对非线性运动(例如，弯曲的、弓形的、成角度的等)，以及任何其他类型的相对运动。
在一个方面，本公开提供了一种用于分析物检测或分析的方法，包括提供包含中心轴线(例如，如本文所述)的开放衬底。开放衬底可以是例如晶片或盘形物，例如具有一种或多种图案化其表面的物质的晶片或盘形物。开放衬底可以是基本上平面的。开放衬底可以在其上具有固定的分析物阵列(例如，如本文所述)。固定的分析物可以通过一种或多种粘合剂固定在阵列上。该阵列可包含至少100,000个这样的粘合剂。在一些情况下，固定的分析物中的一个固定的分析物可以偶联到珠子上，并且珠子可以固定到阵列上。固定的分析物可包含核酸分子。
可将具有多个探针的溶液递送(例如，如本文所述)至靠近中心轴线的区域以将溶液引入开放衬底。溶液可以分散在开放衬底上，使得多个探针中的至少一个探针可以与固定的分析物中的至少一个固定的分析物结合以形成结合探针。多个探针可以包含多个寡核苷酸分子。替代地，多个探针可包含多个核苷酸或核苷酸类似物。多个核苷酸或核苷酸类似物的全部或子集可以被荧光标记。在一个示例中，固定的分析物可以包含核酸分子并且多个探针可以包含荧光标记的核苷酸，使得荧光标记的核苷酸中的至少一种荧光标记的核苷酸通过核苷酸互补结合结合到核酸分子的至少一个核酸分子上。多个核苷酸或核苷酸类似物的全部或一个子集可以包含相同的碱基(例如，相同的规范核碱基，例如A、T、C或G)。类似地，多个核苷酸或核苷酸类似物的全部或子集可以可逆地终止。可逆终止子以及在一些情况下荧光部分例如染料可以使用切割剂被从核苷酸上切割(例如，在它们并入正在生长核酸链之后)，该切割剂可以包含在提供给开放衬底(例如，如本文所述)的另一种溶液中。还可以向开放衬底提供洗涤溶液以去除过量的探针和其他试剂，该洗涤溶液可以分散在开放衬底上(例如，在至少使用离心力旋转开放衬底期间，如本文所述)。
在产生结合探针后，可使用检测器系统检测来自结合探针的至少一种信号。检测器系统可以包括线扫描相机(例如，TDI线扫描相机)和照射源(例如，LED线灯或激光器，例如连续波激光器)。在一些情况下，照射源可以包括激光器并且检测器系统可以包括光学元件(例如柱面透镜)，该光学元件被配置为改变由激光器(例如，本文所述的)发射的光束(例如，高斯光束)的形状。开放衬底可以包括第一区域和第二区域，其中第一区域和第二区域包括固定的分析物的阵列的子集，位于开放衬底相对于中心轴线的不同径向位置，并且可被检测器系统在空间上可分辨。结合探针可以设置在开放衬底的第一区域中。检测器系统可以进行开放衬底的非线性扫描。照射源和检测器系统关于图41更详细地描述。
在散布和递送过程期间，开放衬底可以旋转(例如，在第一物理位置)。在这些过程中，检测器系统(例如，传感器和照射源)可以是静止的。
在检测过期间，开放衬底可以是静止的。在检测期间，检测器系统的传感器和/或照射源可以处于运动中。例如，传感器和照射源可以在检测期间旋转，任选地以相同的速率旋转。传感器和/或照射源可以围绕开放衬底的中心轴线旋转。替代地，传感器和/或照射源可以围绕检测器系统或其部件的中心轴线旋转并保持在相同的物理位置。传感器和/或照射源可以预定图案例如螺旋图案相对于开放衬底平移。替代地，线扫描相机和/或照射源可以在开放衬底上平移(例如，径向平移)。检测器系统还可以包括棱镜(例如，道威棱镜(Doveprism))，该棱镜可以在检测过程中旋转(例如，围绕开放衬底的中心轴线或围绕检测器系统或其组件的中心轴线，同时保持在同一物理位置)。在一个示例中，棱镜可以相对于开放衬底旋转或以其他方式平移，而传感器和照射源保持静止。这种棱镜可用于向和从开放衬底分散光，例如，将来自照射源的光分散到开放衬底并检测来自开放衬底的光信号，例如荧光。
检测器系统可被配置为使用照射源照射开放衬底的区域并且随后使用传感器(例如，线扫描相机)检测来自该区域的信号。例如，照射源可以在开放衬底被传感器检测之前照射开放衬底(例如，静止的开放衬底)的区域。在这种情况下，传感器和照射源可以相对于开放衬底串联地移动。一个或多个光学元件，例如一个或多个透镜、反射镜、滤光器或其他光学元件，可以与检测器系统的这些其他组件串联地移动(例如，以操纵提供给开放衬底或从开放衬底检测到的光)。
在分散和/或递送过程中，可以形成附加探针，该附加结合探针可以设置在开放衬底的第二区域中。在检测过程中，至少一种信号可以与来自结合探针的至少一种信号同时地从附加结合探针检测到。可以不同的灵敏度检测这些信号。
检测器系统可以补偿在扫描区域内阵列相对于中心轴线在不同径向位置处的速度差异。检测器系统可以包括光学成像系统，该光学成像系统具有基本上横切于沿着开放衬底的扫描方向的变形放大梯度，其中变形放大梯度可以至少部分地补偿基本上垂直于扫描方向的切向速度差。检测可以包括分别以两种或更多种不同的扫描速率读取开放衬底上的两个或更多个区域，以至少部分地补偿两个或更多个区域中的切向速度差。检测还可以包括使用与检测器系统和开放衬底光学通信的浸没物镜来检测至少一个信号(例如，如本文所述)。浸没物镜可以与流体接触，该流体与开放衬底接触。流体可以在容器中，并且可以使用电场来调节容器的一个或多个表面的疏水性以保持流体的至少一部分接触浸没物镜和开放衬底。
递送和/或散布过程可以在具有第一操作条件的第一环境中进行，检测过程可以在具有不同于第一操作条件的第二操作条件的第二环境中进行。第一和第二环境可以设置在相同的物理位置。例如，递送和/或散布过程可以在第一组条件下进行，同时开放衬底被保持在第一物理位置，并且检测过程可以在第二组条件下进行，同时开放衬底被保持在同一物理位置。替代地，第一环境可以包括第一物理位置，在该第一物理位置，在递送和/或散布过程中，开放衬底可触及旋转单元，该旋转单元被配置为旋转开放衬底。第二环境可以包括其中开放衬底可触及检测器系统的第二物理位置。如上所述，检测器系统和/或开放衬底的一个或多个组件可以在检测过程期间处于运动中。第二物理位置可以包括用于支撑开放衬底同时将其保持在静止状态的机构以及用于相对于开放衬底移动检测器系统或其组件(例如，如本文所述)的机构(例如，旋转单元)。第一和第二环境可以在物理上彼此接近。在一个示例中，第一环境可以设置在设备的第一物理位置，其位于作为第二环境的一部分的设备的第二物理位置上方。在另一示例中，第一环境可被设置在设备的第一物理位置，其与作为第二环境的一部分的设备的第二物理位置相邻或稍微相邻定位。第一和第二环境可以由一个或多个屏障分开。在一个示例中，诸如滑动门的可伸缩屏障将第一和第二环境分开。可伸缩屏障可在递送和/或散布过程期间保持关闭状态，然后可缩回以允许开放衬底从第一环境平移到第二环境以用于后续检测。在检测过程中，可伸缩屏障可以保持在关闭状态。开放衬底可以保持在容器中，该容器与开放衬底一起在第一和第二环境之间转移。
第一和第二环境可以包括一个或多个不同的操作条件。例如，第一环境可以包括第一温度、湿度和压力，且第二环境可以包括第二温度、湿度和压力，其中温度、湿度和压力中的至少一个在第一和第二环境之间不同。给定的环境可以包括多个温度、湿度和/或压力区域，并且一个或多个这样的区域在第一和第二环境中可以不同。
本公开还提供了用于实现本文提供的方法的设备和计算机可读介质。例如，本公开提供了一种包括存储在其上的非暂时性指令的计算机可读介质，该非暂时性指令在被执行时导致一个或多个计算机处理器实现本文提供的方法。本公开还提供了一种用于分析物检测或分析的设备，其包括配置为接收其上具有固定的分析物的阵列的开放衬底(例如，如本文所述)的壳体。该设备可包括一个或多个分配器，该一个或多个分配器被配置为将具有多个探针的溶液递送到靠近开放衬底的中心轴线的区域。该设备还可以包括旋转单元，该旋转单元被配置为围绕中心轴线旋转开放衬底以至少通过离心力将溶液分散遍及开放衬底，使得多个探针中的至少一个探针结合固定的分析物中的至少一种固定的分析物以形成结合探针。旋转单元可以设置在设备的第一区域中，该第一区域不同于设备的第二区域。该设备还可包括检测器系统，该检测器系统可包括传感器(例如，线扫描相机)和照射源(例如，如本文所述)。检测器系统可以设置在设备的第二区域中。替代地，检测器系统可以设置在设备的第一区域中。开放衬底可以包括第一区域和第二区域，其中第一区域和第二区域包括固定的分析物的阵列的子集，位于开放衬底相对于中心轴线的不同径向位置，并且被检测器系统在空间上分辨。结合探针可以设置在开放衬底的第一区域中，并且检测器系统可以被编程为对开放衬底进行非线性扫描并在开放衬底的第一区域检测来自结合探针的至少一个信号。该设备可以包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置为例如指示将一种或多种溶液分散和递送至开放衬底或指示检测器系统检测来自开放衬底的一个或多个信号。处理器可被编程以指示检测器系统补偿在扫描区域内阵列相对于开放衬底的中心轴线的不同径向位置处的速度差。例如，处理器可被编程以指示检测器系统分别以两种或更多种不同的扫描速率扫描开放衬底的两个或更多个区域，以至少部分地补偿两个或更多个区域中的切向速度差。该设备还可包括一个或多个光学器件，例如，如下一个或多个光学器件：其被配置为产生例如基本上横切于沿着开放衬底的扫描方向的变形放大梯度(例如，如本文所述)。处理器可被编程以调节梯度以针对相对于开放衬底的中心轴线的不同成像径向位置进行补偿。
用于高通量处理的系统架构
本文所述的核酸测序系统和光学系统(或其任何元件)可以组合成多种架构。
图23A示出了包括静止衬底以及移动流体和光学器件的系统1200a的架构。系统1200a可以包括本文所述的衬底310。如本文所述，衬底可以被配置为旋转。如本文所述，可以将衬底贴附或以其他方式固定于卡盘(未在图23A中示出)。系统还可以包括本文所述的流体通道330和流体出口端口335，和/或本文所述的任何其他流体通道和流体出口端口。流体通道和流体出口端口可以被配置为分配本文所述的任何溶液。流体通道和流体出口端口可以被配置为相对于衬底移动1215a。例如，流体通道和流体出口端口可以被配置为在流体通道和流体出口端口正在分配溶液的时间段期间移动到衬底上方(诸如靠近其中心)的位置。流体通道和流体出口端口可以被配置为在流体通道和流体出口端口不分配溶液的时间段期间移动到远离衬底的位置。或者，反之也可适用。系统还可以包括本文所述的光学成像物镜1110。光学成像物镜可以被配置为相对于衬底移动1210a。例如，光学成像物镜可以被配置为在对衬底进行成像的时间段期间移动到衬底上方(诸如靠近其中心)的位置。光学成像物镜可以被配置为在不对衬底进行成像的时间段期间移动到远离衬底的位置。系统可以在溶液分配与成像之间交替，从而允许使用本文所述的系统和方法对附接于衬底的核酸进行快速测序。
图23B示出了包括移动衬底以及静止流体和光学器件的系统1200b的架构。系统1200b可以包括本文所述的衬底310。如本文所述，衬底可以被配置为旋转。如本文所述，可以将衬底贴附或以其他方式固定于卡盘(未在图23B中示出)。系统还可以包括本文所述的流体通道330和流体出口端口335，或本文所述的任何其他流体通道和流体出口端口。流体通道和流体出口端口可以被配置为分配本文所述的任何溶液。系统还可以包括本文所述的光学成像物镜1110。流体通道、流体出口端口和光学成像物镜可以是静止的。衬底可以被配置为相对于流体通道、流体出口端口和光学成像物镜移动1210b。例如，衬底可以被配置为在流体通道和流体出口端口正在分配流体的时间段期间移动到使得流体通道和流体出口端口在衬底上方(诸如靠近其中心)的位置。衬底可以被配置为在流体通道和流体出口端口不分配溶液的时间段期间移动到远离流体通道和流体出口端口的位置。衬底可以被配置为在对衬底成像的时间段期间在衬底上方径向扫描物镜。衬底可以被配置为在不对衬底成像的时间段期间移动到远离光学成像物镜的位置。系统可以在溶液分配与成像之间交替，从而允许使用本文所述的系统和方法对附接于衬底的核酸进行快速测序。
图23C示出了包括多个静止衬底以及移动流体和光学器件的系统1200c的架构。系统1200c可以包括第一衬底310a和第二衬底310b。第一衬底和第二衬底可以类似于本文所述的衬底310。如本文所述，第一衬底和第二衬底可以被配置为旋转。如本文所述，第一衬底和第二衬底可以贴附或以其他方式固定于第一卡盘和第二卡盘(未在图23C中示出)。系统还可以包括第一流体通道330a和第一流体出口端口335a。第一流体通道330a可以类似于本文所述的流体通道330或本文所述的任何其他流体通道。第一流体出口端口335a可以类似于本文所述的流体出口端口335或本文所述的任何其他流体出口端口。系统还可以包括第二流体通道330b和第二流体出口端口335b。第二流体通道330b可以类似于本文所述的流体通道330或本文所述的任何其他流体通道。第二流体出口端口335a可以类似于本文所述的流体出口端口335或本文所述的任何其他流体出口端口。第一流体通道和第一流体出口端口可以被配置为分配本文所述的任何溶液。第二流体通道和第二流体出口端口可以被配置为分配本文所述的任何溶液。
系统还可以包括光学成像物镜1110。光学成像物镜1110可以被配置为相对于第一衬底和第二衬底移动1210c。例如，光学成像物镜可以被配置为在第一流体通道和第一流体出口端口不分配溶液至第二衬底的时间段期间(并且在此期间要对第一衬底进行成像)移动到第一衬底上方(诸如靠近其中心或径向扫描)的位置。光学成像物镜可以被配置为在第一流体通道和第一流体出口端口分配溶液的时间段期间移动到远离第一衬底的位置。光学成像物镜可以被配置为在第二流体通道和第二流体出口端口不分配溶液至第二衬底的时间段期间(并且在此期间要对第二衬底进行成像)移动到第二衬底上方(诸如靠近其中心或径向扫描)的位置。光学成像物镜可以被配置为在第二流体通道和第二流体出口端口分配溶液的时间段期间移动到远离第二衬底的位置。
溶液的分配和衬底的成像时间可以同步。例如，可以在对第二衬底进行成像的时间段期间将溶液分配到第一衬底。一旦溶液已经分配到第一衬底并且第二衬底已经被成像，就可以将光学成像物镜从第二衬底移动到第一衬底。随后可以在对第一衬底进行成像的时间段期间将溶液分配到第二衬底。可以重复这种交替模式的分配和成像，从而允许使用本文所述的系统和方法对附接于第一衬底和第二衬底的核酸进行快速测序。分配和成像的交替模式可以通过增加成像过程或溶液分配过程的占空比来加快测序速度。
尽管在图23C中被描绘为包括两个衬底、两个流体通道、两个流体出口端口和一个光学成像物镜，但系统1200c可以包括任意数量的衬底、流体通道、流体出口端口和光学成像物镜中的每一个。例如，系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个衬底。如本文所述，每个衬底可以贴附或以其他方式固定于卡盘。系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个流体通道和/或至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个流体出口端口。每个流体通道和流体出口端口可以被配置为如本文所述分配溶液。系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个光学成像物镜。如本文所述，每个光学成像物镜可以如本文所述在衬底之间移动。
图23D示出了包括旋转台上的多个移动衬底以及静止流体和光学器件的系统1200d的架构。系统1200d可以包括第一衬底310a和第二衬底310b。第一衬底和第二衬底可以类似于本文所述的衬底310。如本文所述，第一衬底和第二衬底可以被配置为旋转。如本文所述，第一衬底和第二衬底可以贴附或以其他方式固定于第一卡盘和第二卡盘(未在图23D中示出)。第一衬底和第二衬底可以固定于旋转台1220d(诸如大约在旋转台的相对端)。旋转台可以被配置为绕轴线旋转。轴线可以是穿过衬底中心的轴线。轴线可以是偏心轴线。旋转台可以近似扫描衬底310b的半径。系统还可以包括流体通道330和流体出口端口335。流体通道和流体出口端口可以被配置为分配本文所述的任何溶液。系统还可以包括光学成像物镜1110。成像物镜1110的纵向轴线可以与第二衬底310b的中心轴线不重合(尽管这在图23D中难以区分)。成像物镜1110可以定位在距第二衬底310b中心的一定距离处。
旋转台可以被配置为改变第一衬底和第二衬底的相对位置以执行不同的测序操作。例如，旋转台可以被配置为旋转，使得在流体通道和流体出口端口不分配溶液到第一衬底的时间段期间(并且在此期间要对第一衬底进行成像)，光学成像物镜位于第一衬底上方的位置或与第一衬底光学通信。旋转台可以被配置为旋转，使得在流体通道和流体出口端口将溶液分配溶液到第一衬底的时间段期间，光学成像物镜远离第一衬底。旋转台可以被配置为旋转，使得在流体通道和流体出口端口不分配溶液到第二衬底的时间段期间(并且在此期间要对第二衬底进行成像)，光学成像物镜位于第二衬底上方的位置或与第二衬底光学通信。旋转台可以被配置为旋转，使得在流体通道和流体出口端口将溶液分配到第二衬底的时间段期间，光学成像物镜远离第二衬底。
溶液的分配和衬底的成像时间可以同步。例如，可以在对第二衬底进行成像的时间段期间将溶液分配到第一衬底。一旦溶液已经分配到第一衬底并且第二衬底已经成像，就可以使旋转台旋转，使得在对第一衬底进行成像的时间段期间可以将溶液分配到第二衬底。可以重复这种交替模式的分配和成像，从而允许使用本文所述的系统和方法对附接于第一衬底和第二衬底的核酸进行快速测序。分配和成像的交替模式可以通过增加成像过程或溶液分配过程的占空比来加快测序速度。
尽管在图23D中被描绘为包括两个衬底、一个流体通道、一个流体出口端口和一个光学成像物镜，但系统1200d可以包括任意数量的衬底、流体通道、流体出口端口和光学成像物镜中的每一个。例如，系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个衬底。如本文所述，每个衬底可以贴附或以其他方式固定于卡盘。系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个流体通道和至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个流体出口端口。每个流体通道和流体出口端口可以被配置为如本文所述分配溶液。系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个光学成像物镜。旋转台可以随时旋转以将任意衬底放置在任意流体通道、流体出口端口或光学成像物镜的下方。
图23E示出了包括多个静止衬底和移动光学器件的系统1200e的架构；系统1200d可以包括第一衬底310a和第二衬底310b。第一衬底和第二衬底可以类似于本文所述的衬底310。如本文所述，第一衬底和第二衬底可以被配置为旋转。如本文所述，第一衬底和第二衬底可以贴附或以其他方式固定于第一卡盘和第二卡盘(未在图23E中示出)。系统还可以包括第一流体通道330a和第一流体出口端口335a。第一流体通道330a可以类似于本文所述的流体通道330或本文所述的任何其他流体通道。第一流体出口端口335a可以类似于本文所述的流体出口端口335或本文所述的任何其他流体出口端口。第一流体通道和第一流体出口端口可以被配置为分配本文所述的任何溶液。系统还可以包括第二流体通道330b和第二流体出口端口335b。第二流体通道330b可以类似于本文所述的流体通道330或本文所述的任何其他流体通道。第二流体出口端口335b可以类似于本文所述的流体出口端口335或本文所述的任何其他流体出口端口。第二流体通道和第二流体出口端口可以被配置为分配本文所述的任何溶液。
系统还可以包括光学成像物镜1110。光学成像物镜可以附接到成像臂1230e。光学成像物镜可以被配置为沿光学成像臂移动1220e以对第一衬底或第二衬底的整个区域成像。光学成像臂可以被配置为旋转1210e。光学成像臂可以被配置为旋转，使得在第一流体通道和第一流体出口端口不分配溶液到第一衬底的时间段期间(并且在此期间要对第一衬底进行成像)，光学成像物镜位于第一衬底上方的位置或与第一衬底光学通信。光学成像臂可以被配置为旋转，使得在第一流体通道和第一流体出口端口将溶液分配到第一衬底的时间段期间，光学成像物镜远离第一衬底。光学成像臂可以被配置为旋转，使得在第二流体通道和第二流体出口端口不分配溶液到第二衬底的时间段期间(并且在此期间要对第二衬底进行成像)，光学成像物镜位于第二衬底上方的位置或与第二衬底光学通信。光学成像臂可以被配置为旋转，使得在第二流体通道和第二流体出口端口将溶液分配到第二衬底的时间段期间，光学成像物镜远离第二衬底。
溶液的分配和衬底的成像时间可以同步。例如，可以在对第二衬底进行成像的时间段期间将溶液分配到第一衬底。一旦溶液已经分配到第一衬底并且第二衬底已经成像，就可以旋转光学成像臂，使得在对第一衬底进行成像的时间段期间可以将溶液分配到第二衬底。可以重复这种交替模式的分配和成像，从而允许使用本文所述的系统和方法对附接于第一衬底和第二衬底的核酸进行快速测序。分配和成像的交替模式可以通过增加成像过程或溶液分配过程的占空比来加快测序速度。
尽管在图23E中被描绘为包括两个衬底、两个流体通道、两个流体出口端口和一个光学成像物镜，但系统1200e可以包括任意数量的衬底、流体通道、流体出口端口和光学成像物镜中的每一个。例如，系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个衬底。如本文所述，每个衬底可以贴附或以其他方式固定于卡盘。系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个流体通道和至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个流体出口端口。每个流体通道和流体出口端口可以被配置为如本文所述分配溶液。系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个光学成像物镜。光学成像臂可以随时旋转以将任意衬底放置在任意流体通道、流体出口端口或光学成像物镜的下方。
图23F示出了用于包括多个移动衬底以及静止流体和光学器件的系统1200f的架构。系统1200f可以包括第一衬底310a和第二衬底310b。第一衬底和第二衬底可以类似于本文所述的衬底310。如本文所述，第一衬底和第二衬底可以被配置为旋转。如本文所述，第一衬底和第二衬底可以贴附或以其他方式固定于第一卡盘和第二卡盘(未在图23F中示出)。第一衬底和第二衬底可以固定于移动台1220f的相对端。移动台可以被配置为移动1210f。系统还可以包括第一流体通道330a和第一流体出口端口335a。第一流体通道330a可以类似于本文所述的流体通道330或本文所述的任何其他流体通道。第一流体出口端口335a可以类似于本文所述的流体出口端口335或本文所述的任何其他流体出口端口。第一流体通道和第一流体出口端口可以被配置为分配本文所述的任何溶液。系统还可以包括第二流体通道330b和第二流体出口端口335b。第二流体通道330b可以类似于本文所述的流体通道330或本文所述的任何其他流体通道。第二流体出口端口335b可以类似于本文所述的流体出口端口335或本文所述的任何其他流体出口端口。第二流体通道和第二流体出口端口可以被配置为分配本文所述的任何溶液。系统还可以包括光学成像物镜1110。
移动台可以被配置为移动，使得在第一流体通道和第一流体出口端口不分配溶液到第一衬底的时间段期间(并且在此期间要对第一衬底进行成像)，光学成像物镜位于第一衬底上方的位置或与第一衬底光学通信。移动台可以被配置为移动，使得在第一流体通道和第一流体出口端口将溶液分配到第一衬底的时间段期间，光学成像物镜远离第一衬底。移动台可以被配置为移动，使得在第二流体通道和第二流体出口端口不分配溶液到第二衬底的时间段期间(并且在此期间要对第二衬底进行成像)，光学成像物镜位于第二衬底上方的位置或与第二衬底光学通信。移动台可以被配置为移动，使得在第二流体通道和第二流体出口端口将溶液分配到第二衬底的时间段期间，光学成像物镜远离第二衬底。
溶液的分配和衬底的成像时间可以同步。例如，可以在对第二衬底进行成像的时间段期间将溶液分配到第一衬底。一旦溶液已经分配到第一衬底并且第二衬底已经成像，就可以移动移动台，使得在对第一衬底进行成像的时间段期间可以将溶液分配到第二衬底。可以重复这种交替模式的分配和成像，从而允许使用本文所述的系统和方法对附接于第一衬底和第二衬底的核酸进行快速测序。分配和成像的交替模式可以通过增加成像过程或溶液分配过程的占空比来加快测序速度。
尽管在图23F中被描绘为包括两个衬底、两个流体通道、两个流体出口端口和一个光学成像物镜，但系统1200f可以包括任意数量的衬底、流体通道、流体出口端口和光学成像物镜中的每一个。例如，系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个衬底。如本文所述，每个衬底可以贴附或以其他方式固定于卡盘。系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个流体通道和至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个流体出口端口。每个流体通道和流体出口端口可以被配置为如本文所述分配溶液。系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个光学成像物镜。移动台可以随时移动以将任意衬底放置在任意流体通道、流体出口端口或光学成像物镜的下方。
图23G示出了包括多个移动衬底和固定流体和光学器件的系统2300g的架构。系统2300g可以包括第一衬底310a和第二衬底310b。第一和第二衬底可以类似于本文所述的衬底310。第一和第二衬底可被配置为旋转，如本文所述。第一和第二衬底可以贴附或以其他方式固定于第一和第二卡盘(图23G中未示出)，如本文所述。第一衬底和第二衬底可被配置为沿着固定台2320g平移。第一和第二衬底可被配置为在包括第一流体通道330a和第一流体出口端口335a的第一流体站、包括第二流体通道330b和第二流体出口端口335b的第二流体站以及包括光学成像物镜1110的成像站之间移动。图23G示出了其中第一衬底位于第一流体站并且第二衬底位于成像站的配置。在另一配置中，第一和第二衬底可以相对于光学头进行相对平移，使得第一衬底定位在成像站且第二衬底定位在第二流体站。第一和第二平移衬底可被配置为移动，使得在其中第一流体通道和第一流体出口端口不分配溶液到第一衬底(以及在此期间要对第一衬底成像)的时间段期间，光学成像物镜处于第一衬底上方的位置或与第一衬底光学通信。第一和第二平移衬底可被配置为移动，使得在其中第一流体通道和第一流体出口端口向第一衬底分配溶液期间光学成像物镜远离第一衬底。第一和第二平移衬底可被配置为移动，使得在其中第二流体通道和第二流体出口端口不分配溶液到第二衬底(以及在此期间要对第二衬底成像)的时间段期间，光学成像物镜处于第二衬底上方的位置或与第二衬底光学通信。第一和第二平移衬底可被配置为移动，使得在其中第二流体通道和第二流体出口端口向第二衬底分配溶液期间光学成像物镜远离第二衬底。
溶液的分配和衬底成像的时间可以同步。例如，可以在其中对第二衬底进行成像的时间段期间将溶液分配到第一衬底。一旦溶液已经分配到第一衬底并且第二衬底已经成像，移动台可以移动，使得可以在其中对第一衬底进行成像的时间段期间将溶液分配到第二衬底。可以重复这种交替模式的分配和成像，从而允许使用本文所述的系统和方法对附接到第一和第二衬底的核酸进行快速测序。分配和成像的交替模式可以通过增加成像过程或溶液分配过程的占空比来加速测序速度。
尽管在图23G中被描绘为包括两个衬底、两个流体通道、两个流体出口端口和一个光学成像物镜，但系统2300g可以包括任意数目的衬底、流体通道、流体出口端口和光学成像物镜中的每一个。例如，该系统可以包括至少1个、至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个或至少10个衬底。如本文所述，每个衬底可以贴附或以其他方式固定于卡盘。该系统可以包括至少1个、至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个或至少10个流体通道和至少1个、至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个或至少10个流体出口端口。每个流体通道和流体出口端口可被配置为如本文所述分配溶液。该系统可以包括至少1个、至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个或至少10个光学成像物镜。平移衬底可以随时移动以将任何衬底放置在任何流体通道、流体出口端口或光学成像物镜下方。
图23H示出了包括在多个处理间之间移动的多个衬底的系统1200g的架构。系统1200g可以分别包括第一衬底310a、第二衬底310b、第三衬底310c和第四衬底310d和310e。第一、第二、第三、第四和第五衬底可以类似于本文所述的衬底310。如本文所述，第一、第二、第三、第四和第五衬底可以被配置为旋转。如本文所述，第一、第二、第三、第四和第五衬底可以分别贴附或其他方式固定于第一、第二、第三、第四和第五卡盘(未在图23H中示出)。
系统还可以包括第一流体通道330a和第一流体出口端口335a。第一流体通道330a可以类似于本文所述的流体通道330或本文所述的任何其他流体通道。第一流体出口端口335a可以类似于本文所述的流体出口端口335或本文所述的任何其他流体出口端口。第一流体通道和第一流体出口端口可以被配置为分配本文所述的任何溶液。第一流体通道和第一流体出口端口可以被视为第一处理间。第一处理间可以被配置为执行第一处理操作，诸如将第一溶液分配到第一、第二、第三、第四或第五衬底中的任何一个上。
系统还可以包括第二流体通道330b和第二流体出口端口335b。第二流体通道330b可以类似于本文所述的流体通道330或本文所述的任何其他流体通道。第二流体出口端口335b可以类似于本文所述的流体出口端口335或本文所述的任何其他流体出口端口。第二流体通道和第二流体出口端口可以被配置为分配本文所述的任何溶液。第二流体通道和第二流体出口端口可以被视为第二处理间或第二处理站。第二处理间可以被配置为执行第二处理操作，诸如将第二溶液分配到第一、第二、第三、第四或第五衬底中的任何一个上。
系统还可以包括第三流体通道330c和第三流体出口端口335c。第三流体通道330c可以类似于本文所述的流体通道330或本文所述的任何其他流体通道。第三流体出口端口335c可以类似于本文所述的流体出口端口335或本文所述的任何其他流体出口端口。第三流体通道和第三流体出口端口可以被配置为分配本文所述的任何溶液。第三流体通道和第三流体出口端口可以被视为第三处理间或第三处理站。第三处理间可以被配置为执行第三处理操作，诸如将第三溶液分配到第一、第二、第三、第四或第五衬底中的任何一个上。
系统还可以包括第四流体通道330d和第四流体出口端口335d。第四流体通道330b可以类似于本文所述的流体通道330或本文所述的任何其他流体通道。第四流体出口端口335d可以类似于本文所述的流体出口端口335或本文所述的任何其他流体出口端口。第四流体通道和第四流体出口端口可以被配置为分配本文所述的任何溶液。第四流体通道和第四流体出口端口可以被视为第四处理间或第四处理站。第四处理间可以被配置为进行第四处理操作，诸如将第四溶液分配到第一、第二、第三、第四或第五衬底中的任何一个上。
系统还可以包括扫描光学成像物镜1110。光学成像物镜可以被视为第五处理间或第五处理站。
系统还可以包括移动臂1220g。移动臂可以被配置为横向移动1210g或旋转1215g。移动臂可以被配置为在不同处理站之间移动第一、第二、第三、第四或第五衬底中的任何一个(诸如通过拾取衬底并将其移动到新位置)。例如，在第一时间点，第一衬底可以在第一处理间经历第一操作(诸如分配第一溶液)，第二衬底可以在第二处理间经历第二操作(诸如分配第二溶液)，第三衬底可以在第一处理间经历第三操作(诸如分配第三溶液)，第四衬底可以在第四处理间经历第四操作(诸如分配第四溶液)并且可以在第五处理间对第五衬底成像。在完成第一、第二、第三或第四操作或成像中的一个或多个之后，移动臂可以将第一、第二、第三、第四或第五衬底中的一个或多个移动到第一、第二、第三、第四或第五个处理间中的一个或多个，在其中可以完成另一操作。可以重复完成一个或多个操作且将一个或多个衬底移动到另一处理间以完成另一操作的模式，从而允许使用本文所述的系统和方法对附接于第一、第二、第三、第四和第五衬底的核酸进行快速测序。分配和成像的交替模式可以通过增加成像过程或溶液分配过程的占空比来加快测序速度。
尽管在图23H中被描绘为包括五个衬底、四个流体通道、四个流体出口端口和一个光学成像物镜，但系统1200g可以包括任意数量的衬底、流体通道、流体出口端口和光学成像物镜中的每一个。例如，系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个衬底。如本文所述，每个衬底可以贴附或以其他方式固定于卡盘。系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个流体通道和至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个流体出口端口。每个流体通道和流体出口端口可以被配置为如本文所述分配溶液。系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个光学成像物镜。移动臂可以随时移动以将任意衬底放置在任意流体通道、流体出口端口或光学成像物镜的下方。
图23I示出了包括多个成像头的系统1200h的架构，这些成像头以共享的平移和旋转轴线进行扫描并且独立地对场进行旋转。系统可以包括分别被配置为对衬底310进行成像的第一读取头1005和第二读取头1015。第一读取头和第二读取头可以类似于本文所述(诸如关于图14)的任何读取头。在特定时间点，第一读取头和第二读取头可以被配置为分别对第一路径1010和第二路径1020成像。第一路径和第二路径可以类似于本文所述(诸如关于图14)的任何路径。第一读取头和第二读取头可以被配置为在旋转的衬底上方沿基本上径向方向移动1210h，从而对衬底进行扫描。在第一读取头或第二读取头没有精确地径向移动的情况下，读取头的成像场或传感器可以旋转以维持基本上切向的扫描方向。如关于图34所描述的，可以使用旋转棱镜来完成场旋转。替代地或附加地，可以使用反射镜或其他光学元件。
尽管在图23I中被描绘为包括两个读取头和两个成像路径，但是系统1200h可以包括任何数量的读取头或成像路径。例如，系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个读取头。系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个成像路径。
图23J示出了包括使用共享平移和旋转轴线以及独立旋转场进行扫描的多个成像头的系统2300j的架构。该系统可以包括第一读取头1005、第二读取头1015、第三读取头1025和第四读取头1035，其分别被配置为对衬底310成像。第一、第二、第三和第四读取头可以类似于本文中描述的任何读取头(例如关于图14)。在特定时间点，第一、第二、第三和第四读取头可被配置为分别对第一路径1010、第二路径1020、第三路径1030和第四路径1040进行成像。第一、第二、第三和第四路径可以类似于本文中描述的任何路径(例如关于图14)。第一、第二、第三和第四读取头可被配置为在旋转衬底上方沿基本径向方向移动1210h，从而扫描衬底。在第一、第二、第三和第四读取头没有精确径向移动的情况下，读取头的成像场或传感器可以旋转以保持基本切线的扫描方向。场旋转可以使用旋转棱镜来完成。替代地或另外地，可以使用反射镜或其他光学元件。
尽管在图23J中被描绘为包括四个读取头和四个成像路径，系统2300j可以包括任意数目的读取头或成像路径。例如，该系统可以包括至少1个、至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个或至少10个读取头。该系统可以包括至少1个、至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个或至少10个成像路径。
图23K示出了包括多个心轴的系统1200i的架构，其以共享的光学检测系统进行扫描。系统可以分别包括第一衬底310a和第二衬底310b。第一衬底和第二衬底可以类似于本文所述的衬底310。第一衬底和第二衬底可以分别固定于第一心轴和第二心轴。第一心轴和第二心轴可以分别对第一衬底和第二衬底赋予旋转运动。系统可以包括第一光学成像物镜1110a和第二光学成像物镜1110b。第一光学成像物镜和第二光学成像物镜可以类似于本文所述的光学成像物镜1110。第一光学成像物镜和第二光学成像物镜可以被配置为分别收集来自第一衬底和第二衬底的光。第一光学成像物镜和第二光学成像物镜可以分别将从第一衬底和第二衬底收集的光传递到第一反射镜1280a和第二反射镜1280b。在一些情况下，第一光学成像物镜和第二光学成像物镜中只有一个会及时地收集特定情况下的光。
第一反射镜和第二反射镜可以将光传递到共享的可移动反射镜。当处于第一配置1285a时，共享的可移动反射镜可以将来自第一衬底的光引导至分束器1295。分束器可以包括二向色镜。例如，如图23K所示，例如，分束器可被配置为将来自激发光源1290的激发光反射向衬底并将来自衬底的光向检测器370传输。在替代配置中(图23K中未示出)，分束器可被配置为将来自激发光源1290的激发光向衬底传输并且将来自衬底的光向检测器370反射。分束器可以使光通向或反射到检测器370，从而使第一衬底成像。第一衬底可以被配置为平移1210i，从而允许对第一衬底上的不同位置进行成像。
当处于第二配置1285b时，共享的可移动反射镜可以将光从第二衬底引导至分束器1295。分束器可以将光传递到或反射到检测器370，从而使第二衬底成像。第二衬底可以被配置为平移1210i，从而允许对第二衬底上的不同位置进行成像。因此，通过移动可移动反射镜，第一衬底和第二衬底可以通过共享的光学系统成像。
系统还可以包括激发光源1290。光源可以被配置为向第一衬底或第二衬底提供激发光(诸如用于荧光成像)。可以使用可移动反射镜以与本文所述的用于检测相似的方式将激发光选择性地递送到第一衬底或第二衬底。
尽管在图23K中被描绘为包括两个衬底、两个成像光学物镜和两个反射镜，但系统1200i可以包括任何数量的衬底、成像光学物镜或反射镜。例如，系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个衬底。系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个成像光学物镜。系统可以包括至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或至少10个反射镜。
图23I示出了包括多个成像头的系统的架构，这些成像头以共享的平移和旋转轴线以及独立的旋转场进行扫描。
图23K示出了包括多个心轴的系统的架构，其以共享的光学检测系统进行扫描。
图24示出了包括多个旋转心轴的系统1300的架构。系统1300可以包括本文所述的衬底310。如本文所述，衬底可以被配置为旋转。系统还可以包括本文所述的流体通道330和流体出口端口335，或本文所述的任何其他流体通道和流体出口端口。流体通道和流体出口端口可以被配置为分配本文所述的任何溶液。流体通道和流体出口端口可以被配置为相对于衬底移动1315a。例如，流体通道和流体出口端口可以被配置为在流体通道和流体出口端口正在分配溶液的时间段期间移动到衬底上方(诸如靠近其中心)的位置。流体通道和流体出口端口可以被配置为在流体通道和流体出口端口不分配溶液的时间段期间移动到远离衬底的位置。系统还可以包括本文所述的光学成像物镜1110。光学成像物镜可以被配置为相对于衬底移动1310a。例如，光学成像物镜可以被配置为在对衬底进行成像的时间段期间移动到衬底上方(诸如靠近其中心或径向扫描)的位置。光学成像物镜可以被配置为在不对衬底进行成像的时间段期间移动到远离衬底的位置。
系统还可以包括第一心轴1305a和第二心轴1305b。第一心轴可以在第二心轴的内部。第一心轴可以在第二心轴的外部。第二心轴可以在第一心轴的内部。第二心轴可以在第一心轴的外部。第一心轴和第二心轴可以各自被配置为彼此独立地旋转。第一心轴和第二心轴可以被配置为以不同的角速度旋转。例如，第一心轴可以配置为以第一角速度旋转，而第二心轴可以配置为以第二角速度旋转。第一角速度可以小于第二角速度。第一心轴可以被配置为在溶液正被分配到衬底的时间段期间以相对低的角速度(诸如在约0rpm至约100rpm之间的角速度)旋转。第二心轴可以被配置为在对衬底进行成像的期间以相对高的角速度(诸如在约100rpm至约1,000rpm之间的角速度)旋转。或者，反之也可适用。可以在第一心轴与第二心轴之间转移衬底，以完成每个分配和成像操作。
系统可以包括任何数量的心轴。例如，系统可以包括至少约2、3、4、5、6、7、8、9、10、20或更多个心轴。替代地或附加地，系统可以包括至多约20、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1个心轴。给定的心轴可以相对于系统中的一个或多个其他心轴在内部或外部。在一些情况下，每个心轴可以彼此独立地旋转。在一些情况下，心轴的至少一个子集可以彼此独立地旋转。在一些情况下，心轴的至一少个子集可以彼此依赖地旋转(例如，以相同的角速度同时旋转)。心轴可以关于相同轴线或不同轴线旋转。在一些情况下，每个心轴可以以不同的角速度旋转。在一些情况下，心轴的至一少个子集可以以不同的角速度旋转。
尽管在图24中被描绘为利用移动的流体通道和光学成像物镜，但是系统1300可以以本文所述的其他方式配置。例如，系统可以被配置为使得流体通道和光学成像物镜是静止的，并且衬底被配置为移动。系统可以以本文所述的任何其他方式配置。
核酸扩增和测序应用
本文描述的方法和系统可以应用于多种测序及应用技术和方法。本文公开的开放衬底系统、溶液分配方法、旋转阵列系统、衬底系统、衬底制备方法、光学系统、扫描系统或扫描方法或其任何组合可以应用于多种测序方法，例如包括非终止测序、可逆终止子测序、滚环扩增测序、DNA纳米球测序、大规模平行测序。本文公开的衬底可包含一种或多种适于结合或扩增核酸的测序组分(例如，衔接子、引物、珠子、抗体、DNA纳米球、核酸模板、聚合酶、核苷酸、荧光核苷酸、终止核苷酸或可逆终止核苷酸)。测序组分可以固定到衬底上。在一些情况下，测序组分可被图案化到衬底上。在一些情况下，测序组分可以固定到衬底上而没有图案化。衬底可以包括如下图案：所述图案包括通过表面化学区分的离散区域。例如，衬底可以包括如下图案：所述图案包括一个或多个募集一种或多种测序组分的区域和一个或多个不包含一种或多种测序组分的区域。在一些情况下，可将第一测序组分募集至衬底，且可将第二测序组分募集至第一测序组分。可以募集另外的测序组分，从而对核酸进行测序。
可以使用本文公开的溶液分配方法将一种或多种测序组分分配到衬底上。例如，测序组分可以包括样品、经处理的样品、支持物或颗粒(例如珠子等)、扩增试剂和/或测序试剂(例如洗涤溶液、缓冲剂、引物、酶、催化剂、淬灭剂、核苷酸或其类似物、染料、探针、标签、标记等)、流体组分(例如表面活性剂、缓冲剂等)和/或光学组分(例如参比珠子、染料等)。例如，可以将包含测序组分的溶液以螺旋图案分配到衬底上。在一些情况下，可以将包含测序组分的溶液以圆形路径、椭圆形路径、线性路径或非线性路径分配。测序组分可以分配到旋转衬底上。如本文所公开的，测序组分可以以一图案分配在衬底上，以确保在与测序组分接触的衬底的每个区域处的反应时间一致。替代地，测序组分可以任何方式分配，包括随机或半随机分配。可以使用本文公开的扫描系统扫描包含测序组分的衬底。可以使用本文公开的光学系统对包含测序组分、例如荧光组分(例如，荧光核苷酸或荧光抗体)的衬底进行成像。可以在衬底旋转的同时扫描包含测序组分的衬底。在一些情况下，可以使用包括一个或多个物镜的光学系统扫描衬底。如本文所公开的，所述一个或多个物镜可以被配置成能够有效地扫描衬底。
可逆终止子测序
本文公开的系统和方法可以与可逆终止子测序方法兼容。在一些情况下，可逆终止子测序方法可以包括将多个衔接子附着到衬底。衔接子可以与DNA模板或DNA模板片段结合。衔接子可以固定到图案化的衬底。衔接子可以固定到衬底上而没有图案化。图案化的衬底可包括一个或多个募集衔接子的区域和一个或多个不包含衔接子的区域。可以将带有或不带有DNA模板或DNA模板片段的衔接子递送至衬底。例如，可以将包含DNA模板或其片段的衔接子递送至图案化的衬底或没有图案的衬底。在另一个示例中，可以将缺少DNA模板或其片段的衔接子递送至图案化的衬底或没有图案的衬底。可以将包含DNA模板或DNA模板片段的溶液分配到包含衔接子的衬底，并且所述DNA模板或DNA模板片段可以附着到衔接子上。可以使用本文公开的任何分配方法或图案将包含DNA模板或DNA模板片段的溶液分配到衬底上。例如，可以将包含DNA模板或DNA片段的溶液局部分配到衬底的目标区域。在另一个示例中，包含DNA模板或DNA片段的溶液可以被局部分配并广泛分散遍及衬底(例如，旋涂)。在另一个示例中，可以将包含DNA模板或DNA片段的溶液以一图案(例如，螺旋图案、圆形图案、椭圆形图案、线性图案或非线性图案)分配到衬底上。可以在衬底旋转的同时分配包含DNA模板或DNA片段的溶液。
在一些情况下，可逆终止子测序方法可以包括将多个引物附着到衬底上。在一些情况下，引物可附着到衔接子。引物可以与DNA模板或DNA模板片段结合。引物可以固定至图案化的衬底。引物可以固定至衬底而没有图案化。图案化的衬底可包含一个或多个募集引物的区域和一个或多个不包含引物的区域。可以使用本文公开的任何分配方法或图案将包含DNA模板或DNA模板片段的溶液分配到包含引物的衬底上。可以将DNA模板或DNA模板片段募集到衬底上(例如，通过与引物或衔接子结合)。DNA模板或DNA模板片段可以在衬底上扩增。在一些情况下，可以将DNA模板或DNA模板片段分配到衬底上，使得DNA与区域结合的速率比该区域中的扩增倍增速率(amplification doubling rate)慢。例如，DNA模板或DNA模板片段的扩增倍增速率可为DNA模板或DNA模板片段到衬底的区域的到达速率(arrivalrate)的约2、约3、约4、约5、约6、约7、约8、约9或约10倍。这可以确保在另一个DNA模板或DNA模板片段到达同一区域之前，DNA模板或DNA模板片段充分地扩增。
可以将包含DNA分子的溶液分配到衬底(例如，本文公开的任何衬底或图案化的衬底)上，其中接种效率由分配到衬底上的DNA分子附着至衬底的分数确定。在一些情况下，包含DNA分子的溶液可以以约5％、约6％、约7％、约8％、约9％、约10％、约11％、约12％、约13％、约14％、约15％、约20％或约25％的接种效率分配。在一些情况下，DNA分子可以以如下密度粘附到衬底上：每平方毫米约10,000个DNA分子、每平方毫米约20,000个DNA分子、每平方毫米约30,000个DNA分子、每平方毫米约40,000个DNA分子、每平方毫米约50,000个DNA分子、每平方毫米约100,000个DNA分子，每平方毫米约200,000个DNA分子、每平方毫米约300,000个DNA分子、每平方毫米约400,000个DNA分子、每平方毫米约500,000个DNA分子、每平方毫米约1,000,000个DNA分子、每平方毫米约2,000,000个DNA分子、每平方毫米约3,000,000个DNA分子、每平方毫米约4,000,000个DNA分子、每平方毫米约5,000,000个DNA分子、每平方毫米约6,000,000个DNA分子、每平方毫米约7,000,000个DNA分子、每平方毫米约8,000,000个DNA分子、每平方毫米约9,000,000个DNA分子、或每平方毫米约10,000,000个DNA分子。
附着至衬底的DNA分子可以单克隆扩增。在一些情况下，至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％、至少约98％或至少约99％的附着至衬底的DNA分子可以扩增。
一种或多种DNA分子(例如，一种或多种DNA模板或一种或多种DNA模板片段)可以扩增。当DNA分子附着至衬底时，可发生扩增。当DNA分子分配到衬底上时，可发生扩增。DNA分子可以使用多种扩增方法进行扩增，包括但不限于聚合酶链反应(PCR)、重组酶聚合酶扩增(RPA)、桥扩增、基于核酸序列的扩增(NASBA)、环介导的等温扩增(LAMP)、解旋酶依赖性扩增(HDA)、滚环扩增(RCA)或多重置换扩增(MDA)。可以使用包含可逆终止子的核酸来扩增DNA分子。在一些情况下，核酸可包含碱基、与碱基共价连接的可切割接头和通过可切割接头与碱基共价连接的荧光分子。在一些情况下，核酸可包含与核酸(例如，在3’羟基处)共价连接的可逆终止基团。可逆终止子可以包括3'-O-叠氮基甲基可逆终止子、3'-ONH2可逆终止子、3'-ONH2可逆终止子或3'-OH未封闭的可逆终止子(例如，虚拟终止子或发光终止子)。
可以使用本文公开的光学系统或扫描方法对扩增的DNA分子(例如，包含荧光分子)进行成像。在一些情况下，成像可以包括对多个光学可分辨点进行成像。点可以包含DNA分子(例如，包含荧光分子的DNA分子)。在一些情况下，至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％、至少约98％或至少约99％的包含DNA分子的点包含单一种类的DNA(例如，单克隆的)。
大规模平行测序
本文公开的系统和方法可以与大规模平行测序方法兼容。可以扩增一种或多种DNA分子(例如，一种或多种DNA模板或一种或多种DNA模板片段)。当DNA分子附着至衬底时，可发生扩增。当DNA分子分配到衬底上时，可发生扩增。DNA分子可以使用多种扩增方法进行扩增，包括但不限于聚合酶链反应(PCR)、重组酶聚合酶扩增(RCA)、桥扩增、基于核酸序列的扩增(NASBA)、环介导的等温扩增(LAMP)、解旋酶依赖性扩增(HDA)、滚环扩增(RPA)或多重置换扩增(MDA)。在一些情况下，大规模平行测序可以包括用抗体(例如荧光标记的抗体)标记扩增的DNA分子(例如DNA模板或DNA模板片段)。抗体可以结合终止的核苷酸。例如，抗体可以结合本文公开的任何可逆地终止的核苷酸。抗体可以选择性地结合终止的核苷酸序列(例如终止的A、终止的T、终止的C或终止的G)。在一些情况下，抗体可包含多个荧光分子。
可以使用本文公开的任何方法或系统将DNA分子分配到衬底上。DNA分子可以分配到本文公开的任何衬底上(例如，图案化的衬底或没有图案的衬底)。抗体可以以本文公开的任何图案(例如，螺旋图案、圆形图案、椭圆形图案、线性图案或非线性图案)分配到衬底上。可以使用本文公开的任何方法或系统将抗体分配到衬底上。可以将抗体分配到本文公开的任何衬底(例如，图案化的衬底或没有图案的衬底)上。可以以本文公开的任何图案(例如，螺旋图案、圆形图案、椭圆形图案、线性图案或非线性图案)将抗体分配到衬底上。
可以使用本文公开的光学系统或扫描方法对包含DNA分子和抗体的衬底进行成像。在一些情况下，成像可以包括对多个光学可分辨点进行成像。点可以包含DNA分子。点可以包含抗体(例如，包含荧光分子的抗体)。在一些情况下，至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％、至少约98％或至少约99％的包含DNA分子的点包含单一荧光抗体。
DNA纳米球测序
本文公开的系统和方法可以与DNA纳米球测序方法兼容。DNA纳米球测序方法可以包括使用滚环复制来扩增DNA模板或DNA模板片段。DNA模板片段(例如，包含约100个碱基对至约350个碱基对的片段)可以与衔接子序列连接。衔接子序列可以与所述片段连接，从而使片段环化。可以使用滚环扩增来扩增环状片段。在一些方面，连接的片段的滚环扩增可产生片段的单链拷贝。包含串联的(concatenated)扩增片段的扩增核酸分子可压缩成DNA纳米球。
可以使用本文公开的任何方法或系统将DNA片段分配到衬底上。DNA片段可以分配到本文公开的任何衬底(例如，图案化的衬底或没有图案的衬底)上。可以使用本文公开的任何方法或系统将DNA纳米球分配到衬底上。DNA纳米球可以分配到本文公开的任何衬底(例如，图案化的衬底或没有图案的衬底)上。在一些情况下，可以在附着至衬底的同时扩增DNA片段。
可以使用本文公开的光学系统或扫描方法对包含DNA片段或DNA纳米球的衬底进行成像。在一些情况下，成像可以包括对多个光学可分辨点进行成像。点可以包括DNA纳米球。点可以包括DNA片段。在一些情况下，至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％、至少约98％或至少约99％的包含DNA纳米球或DNA片段的点可以包含单一荧光种类的DNA纳米球或DNA片段。
本文提供的系统和方法可适用于任何测序或扩增方案，例如本文所描述的那些。对于任何测序方案或扩增，一种或多种操作可在衬底外进行和/或一种或多种操作可在衬底上进行。例如，在一个测序方案中，在衬底外进行进行扩增，随后将扩增产物(例如，附接在支持物上)沉积在衬底上用于测序。例如，在一个扩增方案中，在衬底外进行文库构建并且将模板核酸分子的文库沉积在衬底上用于扩增。在另一个示例中，扩增和随后的测序均在衬底上进行。如本文别处所描述的，任何测序组分可以加载到衬底上、固定到衬底上和/或分配到固定至衬底的对象上。
应用于其他分析物
尽管本文描述了对核酸测序有用，但是本文描述的系统和方法可以应用于其他分析物和/或处理此类分析物的其他应用。图25示出了用于处理分析物的方法1400的示例的流程图。
在第一操作1410中，所述方法可以包括提供包括固定有分析物的平面阵列的衬底，其中衬底被配置为关于轴线旋转。轴线可以是穿过衬底中心的轴线。轴线可以是偏心轴线。衬底可以是本文所述的任何衬底。在一些情况下，平面阵列可以包含单一类型的分析物。在其他情况下，平面阵列可以包含两种或更多种类型的分析物。两种或更多种类型的分析物可以随机布置。两种或更多种类型的分析物可以以规则的图案布置。例如，两种类型的分析物可以以径向交替图案布置。分析物可以是本文所述的任何生物样品或其衍生物。例如，分析物可以是单细胞分析物。分析物可以是核酸分子。分析物可以是蛋白质分子。分析物可以是单个细胞。分析物可以是颗粒。分析物可以是生物体。分析物可以是集落的一部分。在一些情况下，分析物可以是非生物样品或衍生自非生物样品。可以将分析物固定在平面阵列上的单独可寻址位置。可以经由被配置为结合到分析物的接头将分析物固定至衬底。例如，接头可以包括碳水化合物分子。接头可以包括亲和结合蛋白。接头可以是亲水的。接头可以是疏水的。接头可以是静电的。接头可以被标记。接头可以与衬底成一体。接头可以是衬底上的独立层。
在第二操作1420中，所述方法可以包括在衬底旋转期间引导包含多个反应物的溶液遍及平面阵列。溶液可以包括本文所述的任何溶液或试剂。多个反应物可被配置为与固定至平面阵列的分析物相互作用。例如，在分析物是核酸分子的情况下，多个反应物可以包括多个探针。多个探针中的给定探针可以包含随机序列或靶向序列，诸如均聚物序列或二碱基或三碱基重复序列。在一些情况下，探针可以是双碱基探针。在一些情况下，探针的长度可以是约1至10个碱基。在一些情况下，探针的长度可以是约10至20个碱基。在一些情况下，探针可以是至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、30、40、50或更多个碱基。替代地或组合地，探针可以是至多约50、40、30、20、19、18、17、16、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1个碱基。在另一示例中，在分析物是蛋白质分子的情况下，多个反应物可以包括多个抗体。多个抗体中的给定抗体可以对一种或多种类型的蛋白质具有结合特异性。在其他情况下，多个反应物可以包括多个寡核苷酸分子、碳水化合物分子、脂质分子、亲和结合蛋白、适体、抗体、酶或其他试剂的任意组合。多个反应物可以是亲水的。多个反应物可以是疏水的。多个反应物可以是静电的。多个反应物可以被标记。多个反应物可以包括标记组分和未标记组分的混合物。在一些情况下，多个反应物可以不被标记。
在操作1430中，所述方法可以包括使分析物经受足以引起分析物与多个反应物之间的反应或相互作用的条件。在操作1440中，所述方法可以包括检测指示分析物和多个反应物之间的反应的信号，从而分析分析物。在一些情况下，反应物可与分析物发生反应。替代地或另外地，反应物可与分析物结合或相互作用。在与分析物相互作用时，一个或多个分析物或反应物可经历构象变化、化学变化、状态变化或其任何组合。
所述方法还可以包括，在操作1410之前，引导分析物遍及包含接头的衬底。例如，在分配分析物之前或期间，可以旋转衬底以用分析物涂覆衬底表面和/或平面阵列。在一些情况下，分析物可以与珠子偶联，所述珠子固定至平面阵列。
如本文其他地方所述，所述方法还可以包括回收已经接触衬底的溶液的子集。回收可以包括收集、过滤和重复使用溶液的子集。过滤可以包括分子过滤。分子过滤可以包括特异性核酸过滤(即，对特定核酸的过滤)。核酸过滤可以包括使溶液暴露于寡核苷酸延伸化合物的阵列，该寡核苷酸延伸化合物可以与污染物核苷酸或核酸特异性结合。
信号可以是光信号。信号可以是荧光信号。信号可以是光吸收信号。信号可以是光散射信号。信号可以是发光信号。信号可以是磷光信号。信号可以是电信号。信号可以是声信号。信号可以是磁信号。信号可以是任何可检测的信号。作为本文所述的光学传感器的替代或补充，该系统可以包括被配置为检测可检测信号的一个或多个其他检测器(例如，声学检测器等)。
在一些情况下，所述方法还可以包括在操作1420之前，使衬底关于中心轴线旋转。
在一些情况下，所述方法还可以包括在操作1440中在检测信号之前终止衬底的旋转。在其他情况下，可以在衬底旋转的同时在操作1440中检测信号。
可以通过标记与分析物的结合而生成信号。标记可以与分子、颗粒、细胞或生物体结合。在操作1410之前，标记可以与分子、颗粒、细胞或生物体结合。在操作1410之后，标记可以与分子、颗粒、细胞或生物体结合。可以通过经由化学反应形成可检测产物而生成信号。反应可以包括酶促反应。可以通过经由物理缔合形成可检测产物而生成信号。可以通过经由邻近缔合形成可检测产物而生成信号。通过邻近缔合生成的信号可以包括福斯特共振能量转移(FRET)。邻近缔合可以包括与互补酶的缔合。可以通过单个反应生成信号。可以通过多个反应生成信号。多个反应可以串联发生。多个反应可以并行发生。多个反应可以包括反应的一个或多个重复。例如，反应可以包括杂交反应或连接反应。反应可以包括杂交反应和连接反应。
方法还可以包括重复操作1420、1430和1440一次或多次。在衬底旋转连续个周期的期间，可以将不同的溶液引导至平面阵列。
基于本文提供的方法1400的许多变型、变化和适应是可能的。例如，可以改变方法1400的操作顺序，去除一些操作，重复一些操作，并且适当地增加附加的操作。一些操作可以连续进行。一些操作可以并行进行。一些操作可以进行一次。一些操作可以进行多于一次。一些操作可以包括子操作。一些操作可以是自动化的。一些操作可以是手动的。
图26示出了用于分离分析物的系统1500的第一示例。系统可以包括多个接头1510a、1510b、1510c和1510d。多个接头可以贴附或以其他方式固定于本文所述的衬底310。例如，每个接头可以结合到本文所述的多个单独可寻址位置中的特定单独可寻址位置。接头1510a、1510b、1510c和1510d可以包括本文所述的任何接头。接头1510a、1510b、1510c和1510d中的一些或全部可以是相同的。接头1510a、1510b、1510c和1510d中的一些或全部可以是不同的。接头可配置为与分析物1520a和1520b相互作用。例如，接头可配置为通过本文所述的任何相互作用结合至分析物1520a和1520b。分析物1520a和1520b可以包括本文所述的任何分析物。分析物1520a和1520b可以是相同的。分析物1520a和1520b可以是不同的。接头可配置为与特定的分析物和/或其类型特异性地相互作用。例如，接头1510b可配置为与分析物1520a特异性地相互作用。接头1510d可配置为与分析物1520b特异性地相互作用。可以将任何接头配置为与任何分析物相互作用。以这种方式，特定的分析物可以结合到衬底上的特定位置。尽管在图26中被示出为包括四个接头和两个分析物，但是系统1500可以包括任何数量的接头和分析物。例如，系统1500可以包括至少1、至少2、至少5、至少10、至少20、至少50、至少100、至少200、至少500、至少1,000、至少2,000、至少5,000、至少10,000、至少20,000、至少50,000、至少100,000、至少200,000、至少500,000、至少1,000,000、至少2,000,000、至少5,000,000、至少10,000,000、至少20,000,000、至少50,000,000、至少100,000,000、至少200,000,000、至少500,000,000、至少1,000,000,000个接头，或在由前述值中的任何两个限定的范围内的多个接头。系统1500可以包括至少1、至少2、至少5、至少10、至少20、至少50、至少100、至少200、至少500、至少1,000、至少2,000、至少5,000、至少10,000、至少20,000、至少50,000、至少100,000、至少200,000、至少500,000、至少1,000,000、至少2,000,000、至少5,000,000、至少10,000,000、至少20,000,000、至少50,000,000、至少100,000,000、至少200,000,000、至少500,000,000、至少1,000,000,000个分析物，或在由前述值中的任何两个限定的范围内的多个分析物。
图27示出了用于分离分析物的系统1600的第二示例。系统可以包括被配置为物理地捕获颗粒的阱。阱可以包括本文所述的多个单独可寻址位置中的单独可寻址位置。阱可配置为捕获分析物。例如，阱可配置为捕获血滴1630。例如，血滴可以包括白细胞1640、红细胞1650和循环肿瘤细胞1660。阱可配置为捕获本文所述的任何其他分析物。可以使用微加工材料和技术来构造成层的阱。例如，阱可以包括基层1605。基层可以包含硅。阱可以包括氧化物层1610。氧化物层可以包含二氧化硅。阱可以包括金属层1615。金属层可以包含镍或铝。阱可以包括纳米管层1620。纳米管层可以包括一个或多个碳纳米管。阱可以包括限制层1625。限制层可以包括含光致抗蚀剂。光致抗蚀剂可以包括SU-8。纳米管层和限制层可配置为一起捕获细胞。
图28示出了在扫描期间补偿速度梯度的控制系统的示例。这样的控制系统可以在算法上补偿速度梯度。控制系统可以预测或自适应地补偿切向速度梯度。在图28的左侧图示的第一控制系统中，控制系统可以基于对旋转衬底的扫描来测量扫描期间的残余的(未校正的)速度误差，计算补偿校正因子，并使用补偿校正因子来设置(或调节)补偿因子以减少后续扫描结果的速度误差。第一控制系统可以是消除(或者以其他方式减少)速度误差的闭环控制系统。在图28的右侧图示的第二控制系统中，控制系统可以基于对几何结构和相对于衬底的扫描相对位置的认知，直接计算(或预测)期望的速度梯度，并且设置(或调节)系统以消除期望的梯度。
使用共同线性运动的多头成像
本文所述的系统和方法可以利用多个成像头(例如，检测器系统，这种检测器系统包括传感器和照射源)，其中每个成像头负责对本文所述的衬底上的不同位置进行成像。例如，如本文所述，第一成像头可以沿第一成像路径对衬底进行成像。第一成像路径可以包括第一系列(一个或多个)环、第一系列(一个或多个)螺旋或不同的第一成像路径。第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十成像头可以沿第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十成像路径对衬底进行成像。第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十成像路径可以包括第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十系列环，第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十螺旋或不同的第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九或第十成像路径。成像路径或扫描路径可以是衬底或样品上的成像路径或扫描路径。
这样的多头成像系统和方法可以增加对衬底的成像速率并且/或者减少对衬底进行成像所需的时间量。在一些情况下，多个成像头可以相对于衬底独立地移动，诸如通过独立地控制每个成像头的运动。在一些情况下，第一传感器可以以第一速率对衬底的第一区域成像，并且第二传感器可以以第二速率对衬底的第二区域成像。传感器的成像速率可以基于被成像区域相对于包括传感器的成像头的线速度来确定。例如，与对更靠近衬底的旋转轴线的第二区域进行成像的第二传感器相比，第一传感器可以更快的速率对远离衬底的旋转轴线的第一区域进行成像。
如本文所述，在衬底或其区域的检测(例如，成像)期间，衬底可以是静止的，并且一个或多个检测器系统或其组件可以处于运动中(例如，旋转)。例如，在检测期间，衬底可以是静止的，并且检测器系统的传感器(例如，线扫描相机)和照射源均可以处于运动中(例如，旋转)。替代地，衬底可以处于运动中(例如，旋转)，并且一个或多个检测器系统或其组件可以是静止的。在一些情况下，衬底和检测器系统或其组件可以处于运动中。例如，衬底可旋转，并且检测器系统的传感器和照射源可以处于运动中。例如，传感器和照射源可以平移(例如，径向平移)遍及衬底，或传感器和照射源可以保持设置在相同的物理位置但可以绕检测器系统的中心轴线旋转。
可以通过相对于每个成像头移动衬底来减少成像头所需的运动，使得每个成像头关于衬底共享单个线性运动。可以通过将每个扫描头定位在距衬底中心不同的初始距离(例如，径向距离)处，并以不同的扫描速率操作每个扫描头来实现这样的改进，所述扫描速率取决于扫描头距衬底中心的初始距离。单个共享的线性运动可以沿线性向量。例如，单个共享的线性运动可以导致一个或多个扫描头的径向运动(例如，引导穿过旋转轴线)或非径向运动(例如，未引导穿过旋转轴线)。在一些情况下，成像头可配置为在包括径向分量r和角分量
Figure BDA0003354849540001651
的极坐标系中在径向方向r上相对于衬底移动。在一些情况下，成像头可配置为在相对于衬底的不完全径向的线性方向上移动，例如在同时包括r和
Figure BDA0003354849540001652
分量的方向上移动。可以在衬底的旋转轴线的相同侧或在衬底的旋转轴线的相对侧上操作成像头。在一个或多个头的非径向线性运动的情况下，由于相对于旋转轴线的角度变化，每个成像头的扫描方向可能会旋转。可以通过反向旋转(例如，使用棱镜)来补偿这样的旋转，以允许每个成像头有固定的扫描方向。
图29A示出了衬底相对于位于该衬底的旋转轴线的同一侧上的两个成像头的运动。衬底310可以是本文所述的任何衬底。第一成像头1005可以类似于本文所述的任何第一成像头。第二成像头1015可以类似于本文所述的任何第二成像头。在第一时刻，第一成像头1005和第二成像头1015可以位于衬底的旋转轴线305的同一侧，使得第一成像头1005在衬底旋转期间追踪第一成像路径1010，且第二成像头1015在衬底旋转期间追踪第二成像路径1020。衬底可配置为相对于第一成像头和第二成像头在线性径向方向1810上移动。例如，衬底可配置为在包括径向分量r和角分量
Figure BDA0003354849540001661
的极坐标系中在径向方向r上移动。在一些情况下，衬底可配置为在不完全径向的线性方向上移动，例如在同时包括r和
Figure BDA0003354849540001662
分量的方向上移动。因此，第一成像路径和第二成像路径的位置可以随时程相对于衬底变化。每个成像头可以与成像场光学通信。例如，第一和第二成像头可以分别与第一和第二成像场光学通信。如本文别处所述，第一和第二成像场中的每一个可配置为相对于衬底旋转。第一和第二成像场的旋转可以是独立的，或第一、第二、第三或第四成像场的旋转可以是协同的。
图29B示出了衬底相对于位于该衬底的旋转轴线的相对侧上的两个成像头的运动。与图29A比较，在第一时刻，第一成像头1005和第二成像头1015可以位于衬底的旋转轴线305的相对侧，使得第一成像头1005在衬底旋转期间追踪第一成像路径1010，且第二成像头1015在衬底旋转期间追踪第二成像路径1020。衬底可配置为相对于第一成像头和第二成像头在线性径向方向1810上移动。因此，第一成像路径和第二成像路径的位置可以随时程相对于衬底变化。每个成像头可以与成像场光学通信。例如，第一和第二成像头可以分别与第一和第二成像场光学通信。如本文别处所述，第一和第二成像场中的每一个可配置为相对于衬底旋转。第一和第二成像场的旋转可以是独立的，或第一、第二、第三或第四成像场的旋转可以是协同的。
图29C示出了衬底相对于三个成像头的运动。第三成像头1025可以类似于本文所述的任何第三成像头。在第一时刻，第一成像头1005可以相对于包含旋转轴线的平面位于衬底的旋转轴线305的一侧，且第二成像头1015和第三成像头1025可以位于衬底的旋转轴线的相对侧，使得第一成像头1005在衬底旋转期间追踪第一成像路径1010，第二成像头1015在衬底旋转期间追踪第二成像路径1020，且第三成像头1025在衬底旋转期间追踪第三成像路径1030。衬底可配置为相对于第一、第二和第三成像头在线性径向方向1810上移动。因此，第一成像路径、第二成像路径和第三成像路径的位置可以随时程相对于衬底变化。每个成像头可以与成像场光学通信。例如，第一、第二和第三成像头可以分别与第一、第二和第三成像场光学通信。如本文别处所述，第一、第二和第三成像场中的每一个可配置为相对于衬底旋转。第一、第二和第三成像场的旋转可以是独立的，或第一、第二和第三成像场的旋转可以是协同的。
图29D示出了衬底相对于四个成像头的运动。第四成像头1035可以类似于本文所述的任何第四成像头。在第一时刻，第一成像头1005和第四成像头1035可以相对于包含旋转轴线的平面位于衬底的旋转轴线305的一侧，且第二成像头1015和第三成像头1025可以位于衬底的旋转轴线的相对侧，使得第一成像头1005在衬底旋转期间追踪第一成像路径1010，第二成像头1015在衬底旋转期间追踪第二成像路径1020，第三成像头1025在衬底旋转期间追踪第三成像路径1030，且第四成像头1025在衬底旋转期间追踪第四成像路径1030。衬底可配置为相对于第一、第二、第三和第四成像头在线性径向方向1810上移动。因此，第一、第二、第三和第四成像路径的位置可以随时程相对于衬底变化。每个成像头可以与成像场光学通信。例如，第一、第二、第三和第四成像头可以分别与第一、第二、第三和第四成像场光学通信。如本文别处所述，第一、第二、第三和第四成像场中的每一个可配置为相对于衬底旋转。第一、第二、第三和第四成像场的旋转可以是独立的，或第一、第二、第三和第四成像场的旋转可以是协同的。
图29E示出了衬底相对于四个成像头的运动的另一个实施方案。第一成像头1005、第二成像头1015、第三成像头1025和第四成像头1035分别可以类似于本文所述的任何成像头。在第一时刻，第一成像头1005和第二成像头1015可以相对于包含旋转轴线的平面位于衬底的旋转轴线305的一侧，第三成像头1025和第四成像头1035可以位于衬底旋转轴线的相对侧，使得第一成像头1015和第四成像头1035在衬底310旋转期间分别追踪第一成像路径1010的第一半部和第二半部，第二成像头1015和第三成像头1025在衬底310旋转期间分别追踪第二成像路径1020的第一半部和第二半部。衬底可配置为相对于第一、第二、第三和第四成像头在线性、径向方向1810上移动。因此，第一、第二、第三和第四成像头可以随后追踪第三成像路径1030和第四成像路径1040的第一半部和第二半部。第一、第二、第三和第四成像路径可以随时程相对于衬底的位置发生变化。每个成像头可以与成像场光学通信。例如，第一、第二、第三和第四成像头可以分别与第一、第二、第三和第四成像场光学通信。如本文别处所述，第一、第二、第三和第四成像场中的每一个可配置为相对于衬底旋转。第一、第二、第三或第四成像场的旋转可以是独立的，或第一、第二、第三或第四成像场的旋转可以是协同的。
图29F示出了衬底相对于四个成像头的运动的另一个实施方案。第一成像头1005、第二成像头1015、第三成像头1025和第四成像头1035分别可以类似于本文所述的任何成像头。在第一时刻，第一成像头1005和第二成像头1015可以相对于包含旋转轴线的平面位于衬底的旋转轴线305的一侧，第三成像头1025和第四成像头1035可以位于衬底的旋转轴线的相对侧，使得在衬底旋转期间第一成像头1005追踪第一成像路径1010，第二成像头1015追踪第二成像路径1020，第三成像头1025追踪第三成像路径1030，并且第四成像头1035追踪第四成像路径1040。成像头可配置为在线性方向上平移。平移可以是径向的，或平移可以不是径向的。第一、第二、第三或第四成像头中的一个或多个的平移可以耦合。替代地或另外地，第一、第二、第三或第四成像头的平移可以是独立的。在一些实施方案中，可以耦合第一和第二成像头的平移，并且可以耦合第三和第四成像头的平移。因此，第一、第二、第三和第四成像路径可以随时程相对于衬底的位置发生变化。每个成像头可以与成像场光学通信。例如，第一、第二、第三和第四成像头可以分别与第一、第二、第三和第四成像场光学通信。如本文别处所述，第一、第二、第三和第四成像场中的每一个可配置为相对于衬底旋转。第一、第二、第三或第四成像场的旋转可以是独立的，或第一、第二、第三或第四成像场的旋转可以是协同的。
图29G示出了衬底相对于四个成像头的运动的另一个实施方案。第一成像头1005、第二成像头1015、第三成像头1025和第四成像头1035分别可以类似于本文所述的任何成像头。在第一时刻，第一成像头1005、第二成像头1015、第三成像头1025和第四成像头1035可以相对于包含旋转轴线的平面位于衬底的旋转轴线305的同一侧，。在衬底旋转期间，第一成像头1005可以追踪第一成像路径1010，第二成像头1015可以追踪第二成像路径1020，第三成像头1025可以追踪第三成像路径1030，第四成像头1035可以追踪第四成像路径1040。成像头可配置为在线性方向上平移。平移可以是径向的，或平移可以不是径向的。第一、第二、第三或第四成像头的平移可以是独立的。因此，第一、第二、第三和第四成像路径可随时程相对于衬底的位置发生变化。每个成像头可以与成像场光学通信。例如，第一、第二、第三和第四成像头可以分别与第一、第二、第三和第四成像场光学通信。如本文别处所述，第一、第二、第三和第四成像场中的每一个可配置为相对于衬底旋转。第一、第二、第三或第四成像场的旋转可以是独立的，或第一、第二、第三或第四成像场的旋转可以是协同的。
图30A示出了位于衬底旋转轴线的同一侧的两个成像头的连串环形路径。在第一时刻，第一成像头(未在图30A中描绘)和第二成像头(未在图30A中描绘)可以位于衬底310的旋转轴线305的同一侧，使得第一成像头在衬底旋转期间在第一时间点追踪第一成像路径1010a，且第二成像头在衬底旋转期间在第一时间点追踪第二成像路径1020a。例如，两个成像头可以与图29A中一样地定位和配置。当衬底相对于第一成像头和第二成像头在线性径向方向1810上移动时，第一成像头和第二成像头可以在衬底旋转期间追踪一系列成像路径。例如，如果第一成像头和第二成像头位于衬底的旋转轴线的同一侧，则第一成像头可以在第二时间点追踪成像路径1010b，在第三时间点追踪成像路径1010c，并且在第四时间点追踪成像路径1010d，而第二成像路径可以第二时间点追踪成像路径1020b，在第三时间点追踪成像路径1020c并且在第四时间点追踪成像路径1020d。当第一成像头和第二成像头位于旋转轴线的同一侧时，连串的成像路径{1010a、1010b、1010c、1010d}和{1020a、1020b、1020c、1020d}可以关于衬底沿相同方向行进。例如，如图30A所描绘的，连串的成像路径{1010a、1010b、1010c、1010d}和{1020a、1020b、1020c、020d}都可以在朝向衬底中心的方向上行进。
图30B示出了位于衬底旋转轴线的相对侧的两个成像头的连串环形路径。与图30A比较，在第一时刻，第一成像头(未在图30B中描绘)和第二成像头(未在图30B中描绘)可以位于衬底的旋转轴线305的相对侧，使得第一成像头在衬底旋转期间在第一时间点追踪第一成像路径1010a，且第二成像头在衬底旋转期间在第一时间点追踪第二成像路径1020a。例如，两个成像头可以与图29B一样地定位和配置。当衬底相对于第一成像头和第二成像头在线性径向方向1810上移动时，一个成像头朝向中心轴线移动，而另一个成像头远离中心轴线移动，第一成像头和第二成像头在衬底旋转期间各自跟踪一系列成像路径。例如，如果第一成像头和第二成像头位于衬底的旋转轴线的相对侧，则第一成像头可以在第二时间点追踪成像路径1010b，在第三时间点追踪成像路径1010c，并且在第四时间点追踪成像路径1010d，而第二成像路径可以第二时间点追踪成像路径1020b，在第三时间点追踪成像路径1020c并且在第四时间点追踪成像路径1020d。当第一成像头和第二成像头位于旋转轴线的相对侧时，连串的成像路径{1010a、1010b、1010c、1010d}和{1020a、1020b、1020c、1020d}可以关于衬底沿相反方向行进。例如，如图30B所描绘，连串的成像路径{1010a、1010b、1010c、1010d}可以沿朝向衬底中心的方向行进，而连串的成像路径{1020a、1020b、1020c、1020d}可以沿远离衬底中心的方向行进。
图30C示出了位于衬底旋转轴线的同一侧的两个成像头的交错环形路径。在第一时刻，第一成像头(未在图30C中描绘)和第二成像头(未在图30C中描绘)可以位于衬底310的旋转轴线305的同一侧，使得第一成像头在衬底旋转期间在第一时间点追踪第一成像路径1010a，且第二成像头在衬底旋转期间在第一时间点追踪第二成像路径1020a。当衬底相对于第一成像头和第二成像头在线性径向方向1810上移动时，第一成像头和第二成像头可以在衬底旋转期间追踪一系列成像路径。例如，如果第一成像头和第二成像头位于衬底的旋转轴线的同一侧，则第一成像头可以在第二时间点追踪成像路径1010b，在第三时间点追踪成像路径1010c，并且在第四时间点追踪成像路径1010d，而第二成像路径可以第二时间点追踪成像路径1020b，在第三时间点追踪成像路径1020c并且在第四时间点追踪成像路径1020d。连串的成像路径{1010a、1010b、1010c、1010d}和{1020a、1020b、1020c、1020d}可以是交错的，使得通过交替的成像头来追踪朝向或远离衬底中心的连串的成像路径。当第一成像头和第二成像头位于旋转轴线的同一侧时，连串的成像路径{1010a、1010b、1010c、1010d}和{1020a、1020b、1020c、1020d}可以关于衬底沿相同方向行进。例如，如图30C所描绘的，连串的成像路径{1010a、1010b、1010c、1010d}和{1020a、1020b、1020c、1020d}都可以在朝向衬底中心的方向上行进。
图30D示出了位于衬底旋转轴线的相对侧的两个成像头的交错环形路径。在第一时刻，第一成像头(未在图30D中描绘)和第二成像头(未在图30D中描绘)可以位于衬底310的旋转轴线305的相对侧，使得第一成像头在衬底旋转期间在第一时间点追踪第一成像路径1010a，且第二成像头在衬底旋转期间在第一时间点追踪第二成像路径1020a。当衬底相对于第一成像头和第二成像头在线性径向方向1810上移动时，一个成像头朝向中心轴线移动，而另一个成像头远离中心轴线移动，第一成像头和第二成像头在衬底旋转期间各自跟踪一系列成像路径。例如，如果第一成像头和第二成像头位于衬底的旋转轴线的相对侧，则第一成像头可以在第二时间点追踪成像路径1010b，在第三时间点追踪成像路径1010c，并且在第四时间点追踪成像路径1010d，而第二成像路径可以第二时间点追踪成像路径1020b，在第三时间点追踪成像路径1020c并且在第四时间点追踪成像路径1020d。连串的成像路径{1010a、1010b、1010c、1010d}和{1020a、1020b、1020c、1020d}可以是交错的，使得通过交替的成像头来追踪朝向或远离衬底中心的连串的成像路径。当第一成像头和第二成像头位于旋转轴线的相对侧时，连串的成像路径{1010a、1010b、1010c、1010d}和{1020a、1020b、1020c、1020d}可以关于衬底沿相反方向行进。例如，如图30D所描绘，连串的成像路径{1010a、1010b、1010c、1010d}可以沿朝向衬底中心的方向行进，而连串的成像路径{1020a、1020b、1020c、1020d}可以沿远离衬底中心的方向行进。
图31A-31B示出了由于成像头相对于衬底的非径向运动(例如，在极坐标系中同时包含r和
Figure BDA0003354849540001721
分量的运动)而造成的成像头的旋转扫描方向。例如(如图31A中所示)，成像头可以相对于衬底沿方向316移动，该方向不穿过中心轴线。在第一时间点，第一成像头(未在图31A中示出)或第二成像头(未在图31A中示出)可以位于远离衬底310的纵向轴线315的离轴位置。在这样的情况下，第一成像头或第二成像头可以具有相对于衬底的切向速度，该切向速度在衬底相对于第一成像头或第二成像头移动时改变方向。例如，如图31A所描绘的，第二成像头在追踪成像路径1020a时可以具有相对于衬底的切向速度向量2020a，而在追踪成像路径1020c时可以具有相对于衬底的切向速度向量2020b。如图31所示，切向速度向量2020a和切向速度向量2020b可以指向基本上不同的方向。当第一成像头追踪连串的成像路径{1010a、1010b、1010c、1010d}或第二成像头跟踪连串的成像路径{1020a、1020b、1020c、1020d}时，这样的效应可以表现为成像场的旋转。
图31B示出了由于成像头相对于衬底的非径向运动而导致的成像视场的旋转扫描方向。例如，对第一视场3101进行成像的第一成像头(图31B中未示出)和对第三视场3103进行成像的第三成像头(图31B中未示出)可以相对于衬底310分别在不通过中心轴线的方向3111和3113上平移。在第一时间点，第一成像场3101或第三成像场3103可以位于远离衬底310的纵向轴线315的离轴位置。在这种情况下，当衬底相对于第一或第二成像头移动时，第一或第三成像场可以具有相对于衬底在方向上改变的切向速度。在非径向平移之后，第一和第三成像场可不再垂直于衬底的切向运动定位(由灰色矩形表示)。在一些实施方案中，第一和第三成像场可以在非径向平移之后相对于衬底进行反向旋转，使得第一和第三成像场可以垂直于衬底的切向运动定位(由虚线矩形表示)。可以使用本文公开的任何方法来实现反向旋转，例如关于图34A-图34C描述的那些。
图34A-图34C示出了用于旋转成像场的示例性光学系统。可以通过反向旋转成像场来补偿成像场的这种旋转。例如，可以使用棱镜系统(诸如δ旋转棱镜、Schmidt旋转器或道威棱镜)使成像场反向旋转。图34B中示出了使用道威棱镜反向旋转成像场的示例性光学系统。替代地或附加地，可以通过使用如本文所述的一个或多个反射镜或其他光学元件(例如，分束器(例如，二向色镜))来实现补偿。替代地或附加地，可以通过旋转光学头中的一个或多个传感器来实现补偿。例如，可以通过旋转检测器(例如，线扫描相机)和线整形元件(例如，柱面透镜)来实现补偿。用于旋转检测器和线整形元件的示例性光学系统在图34A和图34C中示出。可以使成像场围绕旋转轴线旋转，该旋转轴线可以与表面的旋转轴线相反，以补偿可能不与表面的旋转轴线和成像场相交的相对平移运动，如图33所示。
图35A-图35C示出了包括成像头的光学系统3500的示例性光路轨迹。两个成像头3501和3502(每个都包括物镜)可以定位成对衬底3503的相应区域成像，如图35A所示。成像头可以定位在径向线3504的相对侧。在一些实施方案中，两个成像头可以定位在距径向线不同的距离处。与径向线的距离可由物镜的直径和成像头的光路轨迹确定。衬底可配置为围绕旋转轴线3505旋转并且相对于成像头沿着平移轴线3506平移。衬底可绕旋转轴线旋转，使得两个成像头追踪圆形光路轨迹。在图35A-图35C中用实线勾勒出理想的光路轨迹，其中表面的整个外部区域被扫描而没有交叠。在图35A-图35C中用虚线勾勒出由两个成像头的协同运动产生的光路轨迹，其中光路轨迹部分交叠。为了清楚起见，在图35A-图35C中仅示出了成像头3501和3502的初始位置。
第一成像头3501的第一光路3511可以与第二成像头3502的第一光路3521同轴，如图35C所示。当衬底沿平移轴线平移时，第一和第二成像头可以移动到第二光路3512和3522、第三光路3513和3523、第三光路、第四光路3514和3524、第五光路3515和3525，第六光路3516和3526，第七光路3517和3527，或更多光路。在一些实施方案中，两个成像头的光路轨迹部分交叠，其中对于更靠近衬底的旋转轴线的光路，交叠量增加。可以优化光路轨迹和成像头距径向线的距离，使两个成像头的光路轨迹的交叠最小化，如图35B所示。光路轨迹可交叠不超过0.10％、不超过0.20％、不超过0.50％、不超过1％、不超过2％、不超过3％、不超过4％、不超过5％、不超过6％、不超过7％、不超过8％、不超过9％、不超过10％、不超过15％、不超过20％、不超过30％，不超过40％，或不超过50％。
在一些实施方案中，两个成像头的光路轨迹基本上不交叠。在一些实施方案中，两个成像头的光路轨迹是部分分离的，其中对于更靠近衬底的旋转轴线的光路，分离量减小。可以优化光路轨迹和成像头距径向线的距离，以减少未被扫描的衬底的量，而两个成像头的光路轨迹基本上没有交叠(图32中未示出)。在一些情况下，衬底的未扫描部分可占总衬底表面的不超过0.10％、不超过0.20％、不超过0.50％、不超过1％、不超过2％、不超过3％、不超过4％、不超过5％、不超过6％、不超过7％、不超过8％、不超过9％、不超过10％、不超过15％、不超过20％、不超过30％、不超过40％或不超过50％。在一些情况下，两个成像头的光路轨迹可配置为减少交叠量，以减少对衬底或衬底上的试剂的光损伤量。
本文描述的衬底运动，例如关于图29-图31描述的那些，可用于扫描包含分析物的表面。在一些情况下，扫描表面可以包括检测表面上的分析物。图32示出了用于分析物检测或分析的方法2100的示例的流程图。在第一操作2110中，方法2100可以包括使开放衬底绕中心轴线旋转，开放衬底上在其上具有固定的分析物的阵列。
在第二操作2120中，方法2100可以包括将具有多个探针的溶液递送到靠近中心轴线的区域，以将溶液引到开放衬底。
在第三操作2130中，方法2100可以包括将所述溶液分散遍及开放衬底(例如，至少通过离心力)，使得多个探针中的至少一个与固定的分析物中的至少一个结合以形成结合探针。
在第四操作2140中，方法2100可以包括在开放衬底旋转期间，使用第一检测器沿一个或多个扫描路径的第一集合进行开放衬底的第一扫描，同时使用第二检测器沿一个或多个扫描路径的第二集合进行开放衬底的第二扫描。一个或多个扫描路径的第一集合和一个或多个扫描路径的第二集合可以不同。第一检测器或第二检测器可以检测来自结合探针的至少一个信号。第一检测器可以设置在相对于中心轴线的第一径向位置处。第二检测器可以设置在相对于中心轴线的第二径向位置处。第一检测器和第二检测器可以沿相同的线性向量关于中心轴线经历相对运动，以分别生成一个或多个扫描路径的第一集合和一个或多个扫描路径的第二集合。
第一检测器和第二检测器可以以不同的扫描速率操作。例如，第一检测器和第二检测器的不同扫描速率可以分别是第一径向位置和第二径向位置的函数。或者，检测器可以以固定的线速率运行。例如，算法处理可以解决位于内部径向位置的光学头的过采样。
一个或多个扫描路径的第一集合可以包括具有不同半径的一个或多个圆形扫描路径。例如，一个或多个扫描路径的第一集合可以包括至少约1、至少约2、至少约3、至少约4、至少约5、至少约6、至少约7、至少约8、至少约9、至少约10、至少约20、至少约30、至少约40、至少约50、至少约60、至少约70、至少约80、至少约90、至少约100或更多个圆形扫描路径、至多约100、至多约90、至多约80、至多约70、至多约60、至多约50、至多约40、至多约30、至多约20、至多约10、至多约9、至多约8、至多约7、至多约6、至多约5、至多约4、至多约3、至多约2或至多约1个圆形扫描路径，或在由前述值中的任何两个限定的范围内的多个圆形扫描路径。
一个或多个扫描路径的第二集合可以包括具有不同半径的一个或多个圆形扫描路径。例如，一个或多个扫描路径的第二集合可以包括至少约1、至少约2、至少约3、至少约4、至少约5、至少约6、至少约7、至少约8、至少约9、至少约10、至少约20、至少约30、至少约40、至少约50、至少约60、至少约70、至少约80、至少约90、至少约100或更多个圆形扫描路径、至多约100、至多约90、至多约80、至多约70、至多约60、至多约50、至多约40、至多约30、至多约20、至多约10、至多约9、至多约8、至多约7、至多约6、至多约5、至多约4、至多约3、至多约2或至多约1个圆形扫描路径，或在由前述值中的任何两个限定的范围内的多个圆形扫描路径。
一个或多个扫描路径的第一集合可以包括一个或多个螺旋扫描路径。例如，一个或多个扫描路径的第一集合可以包括至少约1、至少约2、至少约3、至少约4、至少约5、至少约6、至少约7、至少约8、至少约9、至少约10、至少约20、至少约30、至少约40、至少约50、至少约60、至少约70、至少约80、至少约90、至少约100或更多个螺旋扫描路径、至多约100、至多约90、至多约80、至多约70、至多约60、至多约50、至多约40、至多约30、至多约20、至多约10、至多约9、至多约8、至多约7、至多约6、至多约5、至多约4、至多约3、至多约2或至多约1个螺旋扫描路径，或在由前述值中的任何两个限定的范围内的多个螺旋扫描路径。
一个或多个扫描路径的第二集合可以包括一个或多个螺旋扫描路径。例如，一个或多个扫描路径的第二集合可以包括至少约1、至少约2、至少约3、至少约4、至少约5、至少约6、至少约7、至少约8、至少约9、至少约10、至少约20、至少约30、至少约40、至少约50、至少约60、至少约70、至少约80、至少约90、至少约100或更多个螺旋扫描路径、至多约100、至多约90、至多约80、至多约70、至多约60、至多约50、至多约40、至多约30、至多约20、至多约10、至多约9、至多约8、至多约7、至多约6、至多约5、至多约4、至多约3、至多约2或至多约1个螺旋扫描路径，或在由前述值中的任何两个限定的范围内的多个螺旋扫描路径。
相同的线性向量可以在穿过中心轴线的径向方向上。相同的线性向量可以不在径向方向上(例如，不穿过中心轴线)。所述方法还可以包括补偿在关于中心轴线的不同径向位置处的不同区域的速度差(诸如如本文中关于图31所描述的切向速度差)。一个或多个扫描路径的第一集合中的给定扫描路径可以包括不同区域。一个或多个扫描路径的第二集合中的给定扫描路径可以包括不同区域。补偿可以包括使用一个或多个棱镜，诸如一个或多个δ旋转棱镜、Schmidt旋转器或道威棱镜。
第一检测器和第二检测器在相对运动期间可以是基本上静止的。开放衬底在相对运动期间可以经历旋转和平移运动。第一检测器和第二检测器在相对运动期间可以经历运动。开放衬底可以相对于第一检测器和第二检测器经历旋转运动，并且第一检测器和第二检测器可以相对于中心轴线经历线性运动。在开放衬底旋转期间，第一检测器可以经历相对运动。在开放衬底旋转期间，第二检测器可以经历相对运动。当开放衬底基本上静止时，第一检测器可以经历相对运动。当开放衬底基本上静止时，第二检测器可以经历相对运动。
一个或多个扫描路径的第一集合中的给定扫描路径可以包括在相对运动期间扫描的区域。一个或多个扫描路径的第二集合中的给定扫描路径可以包括在相对运动期间扫描的区域。一个或多个扫描路径的第一集合中的给定扫描路径可以不包括在相对运动期间扫描的区域。一个或多个扫描路径的第二集合中的给定扫描路径可以不包括在相对运动期间扫描的区域。
第一检测器和第二检测器可以相对于中心轴线具有相同的角位置。第一检测器和第二检测器可以相对于中心轴线具有不同的角度位置。第一检测器和第二检测器可以相对于中心轴线具有相反的角位置(例如，具有180度的间隔)。
第一检测器可以具有相对于中心轴线至少约1度、至少约2度、至少约3度、至少约4度、至少约5度、至少约6度、至少约7度、至少约8度、至少约9度、至少约10度、至少约15度、至少约20度、至少约25度、至少约30度、至少约35度、至少约40度、至少约45度、至少约50度、至少约55度、至少约60度、至少约65度、至少约70度、至少约75度、至少约80度、至少约81度、至少约82度、至少约83度、至少约84度、至少约85度、至少约86度、至少约87度、至少约88度、至少约89度或更大的角位置，相对于中心轴线至多约89度、至多约88度、至多约87度、至多约86度、至多约85度、至多约84度、至多约83度、至多约82度、至多约81度、至多约80度、至多约75度、至多约70度、至多约65度、至多约60度、至多约55度、至多约50度、至多约45度、至多约40度、至多约35度、至多约30度、至多约25度、至多约20度、至多约15度、至多约10度、至多约9度、至多约8度、至多约7度、至多约6度、至多约5度、至多约4度、至多约3度、至多约2度、至多约1度或更小的角位置，或者相对于中心轴线在由前述值中的任何两个限定的范围内的角位置。
第二检测器可以具有相对于中心轴线至少约1度、至少约2度、至少约3度、至少约4度、至少约5度、至少约6度、至少约7度、至少约8度、至少约9度、至少约10度、至少约15度、至少约20度、至少约25度、至少约30度、至少约35度、至少约40度、至少约45度、至少约50度、至少约55度、至少约60度、至少约65度、至少约70度、至少约75度、至少约80度、至少约81度、至少约82度、至少约83度、至少约84度、至少约85度、至少约86度、至少约87度、至少约88度、至少约89度或更大的角位置，相对于中心轴线至多约89度、至多约88度、至多约87度、至多约86度、至多约85度、至多约84度、至多约83度、至多约82度、至多约81度、至多约80度、至多约75度、至多约70度、至多约65度、至多约60度、至多约55度、至多约50度、至多约45度、至多约40度、至多约35度、至多约30度、至多约25度、至多约20度、至多约15度、至多约10度、至多约9度、至多约8度、至多约7度、至多约6度、至多约5度、至多约4度、至多约3度、至多约2度、至多约1度或更小的角位置，或者相对于中心轴线在由前述值中的任何两个限定的范围内的角位置。
一个或多个扫描路径的第一集合中的给定扫描路径可以包括第一区域和第二区域。该第一区域和第二区域可以相对于中心轴线在开放衬底的不同径向位置处。第一区域和第二区域可以由第一检测器在空间上分辨。一个或多个扫描路径的第二集合中的给定扫描路径可以包括第一区域和第二区域。该第一区域和第二区域可以相对于中心轴线在开放衬底的不同径向位置处。第一区域和第二区域可以由第二检测器在空间上分辨。
生物分析物的卷轴到卷轴处理
在一些情况下，本公开内容的开放衬底系统可以包括基本上柔性的衬底。例如，所述基本上柔性的衬底可以包括膜。所述基本上柔性的衬底可以具有任何程度的变形性。在一些情况下，本公开内容的开放衬底系统可以通过与试剂储器或浴槽接触来实现分配。在一些情况下，基本上柔性的衬底可以与试剂储器或浴槽一起使用。在一些情况下，基本上刚性的衬底可以与试剂储器或浴槽一起使用。在一些情况下，基本上柔性的衬底可以与本文所述的其他分配机构(例如，喷嘴)一起使用。在一些情况下，基本上刚性的衬底可以与本文所述的其他分配机构(例如，喷嘴)一起使用。
在一个方面，本文提供了用于处理生物分析物的方法，其包括(a)提供柔性衬底，所述柔性衬底包括固定有生物分析物的阵列，其中所述柔性衬底能够移动通过卷轴；(b)使柔性衬底与包含溶液的储器接触，所述溶液包含多个探针；(c)使生物分析物经受足以使多个探针中的至少一个探针与生物分析物之间进行反应的条件，以将至少一个探针与生物分析物偶联；和(d)检测来自与生物分析物偶联的至少一个探针的一个或多个信号，从而分析生物分析物。
在一些实施方案中，所述方法进一步包括使用再循环罐。
在一些情况下，柔性衬底的尺寸为成像方法的视场宽度。
在一些实施方案中，使柔性衬底与储器接触的方法和/或使生物分析物经受足以进行反应的条件的方法在柔性衬底移动通过卷轴的同时进行。
在一些实施方案中，柔性衬底移动通过卷轴，以使溶液与生物分析物接触。在一些实施方案中，柔性衬底进一步移动通过第二卷轴，以使柔性衬底与包含第二溶液的第二储器接触。在一些情况下，第二溶液包含洗涤缓冲液。在一些情况下，第二溶液包含多个探针，其中所述溶液与第二溶液不同。
在一些实施方案中，使柔性衬底与储器接触、使生物分析物经受足以进行反应的条件以及检测的过程可以重复任意次数，例如足够完成测定(例如，测定核酸分子的序列)的次数。
在一些实施方案中，所述方法还包括重复以下过程：使柔性衬底与储器接触，使生物分析物经受足以进行反应的条件，以及用不同于所述多个探针的另外的多个探针进行检测。在一些情况下，多个探针可以包括本文别处描述的任何探针。例如，探针可以包括具有任何长度的寡核苷酸分子。例如，探针可包含长度为1至10个碱基的寡核苷酸。给定的探针可为二碱基探针。给定的探针的长度可为10至20个碱基。在一些情况下，可以标记多个探针。
在一些实施方案中，生物分析物是核酸分子，并且分析生物分析物包括鉴定所述核酸分子的序列。在一些实施方案中，多个探针是多个核苷酸。在一些实施方案中，多个探针是多个寡核苷酸分子。在一些情况下，使生物分析物经受足以进行反应的条件包括使核酸分子在足以将来自多个核苷酸的至少一个核苷酸引入与该核酸分子互补的生长链中的条件下经受引物延伸反应。在一些实施方案中，一个或多个信号指示至少一个核苷酸的引入。在一些实施方案中，多个核苷酸包括核苷酸类似物。在一些实施方案中，所述方法还包括重复使柔性衬底与储器接触以及使生物分析物经受足以与具有第二规范碱基类型的另外的多个核苷酸进行反应的条件的过程，其中所述第二规范碱基类型不同于第一规范碱基类型。在一些实施方案中，多个探针是多个寡核苷酸分子。在一些实施方案中，生物分析物是核酸分子，并且在检测中，所述经受包括在至少一个探针和核酸分子之间进行互补结合反应，以鉴定至少一个探针和生物分析物之间存在同源性。
在一些实施方案中，使用连续扫描阵列的传感器进行检测。在一些实施方案中，使用线性扫描阵列的传感器进行检测。在一些情况下，使用本文所述的任何传感器或感测机构进行检测。
在一些实施方案中，所述方法还包括使用牵拉机构来移动柔性衬底通过卷轴并与使其储器接触，从而将溶液分配到柔性衬底上。可以使用任何其他运动单元或机构来致动柔性衬底。
在一些实施方案中，选择溶液的流体粘度或柔性衬底的速度以产生与阵列相邻的预定厚度的溶液层。在一些实施方案中，衬底附近的刮板(squeegee)可用于产生预定厚度的层。在一些实施方案中，柔性衬底被纹理化或图案化。在一些实施方案中，柔性衬底为基本上平面的。
在一些实施方案中，柔性衬底包括阵列，所述阵列包括多个单独可寻址位置，并且其中生物分析物设置在多个单独可寻址位置中的给定单独可寻址位置处。在一些实施方案中，阵列已固定有一个或多个另外的生物分析物。
在一些实施方案中，使柔性衬底与储器接触包括在柔性衬底和储器之间的接触区域处实现接触。在一些实施方案中，使柔性衬底与储器接触包括沿衬底与储器之间的接触线实现接触。
在一些情况下，生物分析物可以包括本文别处描述的任何分析物。分析物可以是单细胞分析物。分析物可以是核酸分子或核酸克隆种群。所述分析物可以是蛋白质分子。所述分析物可以是单个细胞。所述分析物可以是颗粒。所述分析物可以是生物体。所述分析物可以是种群的一部分。可以将所述分析物固定在所述平面阵列上的单独可寻址位置。柔性衬底上的阵列可以包含两个或更多个分析物。两个或更多个分析物可以随机布置。两个或更多个分析物可以以规则图案布置。
在一些情况下，分析物可以通过接头固定到柔性衬底上。柔性衬底可包括与分析物偶联的接头。接头可以是本文所述的任何接头。接头可包含碳水化合物分子。接头可包含亲和结合蛋白。接头可以是亲水的。接头可以是疏水的。接头可以是静电的。接头可以被标记。接头可以与衬底成整体。接头可以是衬底上的独立层。在一些实施方案中，生物分析物与珠子偶联，该珠子固定在柔性衬底上。所述方法还可包括，在提供柔性衬底之前，将生物分析物引导遍及包含接头的柔性衬底。生物分析物可以与珠子偶联，该珠子被固定在衬底上。在一些情况下，例如，可以使包含接头的柔性衬底与包含有包含生物分析物的溶液的储器接触。替代地或另外地，可根据本文所述的任何其他分配机构将生物分析物分配到柔性衬底上。
所述方法还可包括再循环已经接触衬底的溶液的子集。再循环可以包括收集、过滤和再利用溶液的子集。过滤可以是分子过滤。例如，储器中的溶液(在衬底已经通过之后)可以循环使用。
所述信号可以是光信号。所述信号可以是荧光信号。所述信号可以是光吸收信号。所述信号可以是光散射信号。所述信号可以是发光信号。所述信号可以是磷光信号。所述信号可以是电信号。所述信号可以是声信号。所述信号可以是磁信号。可以通过标记与所述分析物的结合而生成所述信号。所述标记可以与分子、颗粒、细胞或生物体结合。标记可在沉积在衬底上之前与分析物(例如，分子、颗粒、细胞或生物体)结合。标记可以在沉积在衬底上之后与分析物结合。可以通过经由化学反应形成可检测产物来而生成信号。反应可以包括酶促反应。可以通过经由物理缔合形成可检测产物而生成信号。可以通过经由邻近缔合形成可检测产物而生成信号。经由邻近缔合生成的信号可以包括福斯特共振能量转移(FRET)。邻近缔合可以包括与互补酶的缔合。可以通过单个反应生成信号。可以通过多个反应生成信号。多个反应可以串联发生。多个反应可以并行发生。多个反应可以包括反应的一个或多个重复。例如，反应可以包括杂交反应或连接反应。反应可以包括杂交反应和连接反应。
可以以连续方式重复本文所述方法的一个或多个过程。本文所述的一种或多种方法可提供更高的试剂使用效率。本文所述的一种或多种方法可允许同时检测沿阵列的多个位置处的一个或多个信号。在一些情况下，可以通过改变柔性衬底的尺寸来改变产量。例如，柔性衬底可以是矩形膜，其中更宽的膜使得产量增加。在另一个示例中，可以改变卷轴的长度以匹配检测方法。
图36A-图36B示意性地示出了用于处理生物分析物的方法，如图36A和图36B所示。诸如膜2710的柔性衬底已将生物分析物固定到其上。在一些情况下，生物分析物以阵列化图案固定在膜上的单独可寻址位置。在其他实施方案中，生物分析物以随机取向固定至膜。包含固定在其上的生物分析物的膜2710能够移动通过卷轴或一系列卷轴。在过程2712中，包含固定在其上的生物分析物的膜2710移动通过卷轴，并与包含多个探针(例如多个标记的探针)的储器2730接触。在一些情况下，标记的探针是荧光标记的核苷酸。标记的探针可以，例如基于序列互补性与包含生物分析物的单独可寻址位置的子集偶联。在过程2714中，然后将膜移动通过第二卷轴并使其与包含洗涤缓冲液的储器2740接触。洗涤缓冲液可允许去除未偶联的探针，例如未结合或未杂交至膜的探针。可以对来自与生物分析物偶联的至少一个探针的一个或多个信号进行检测。在过程2715中，可以使用传感器(例如成像器2750，在其中拍摄膜的图像)进行检测。在一些情况下，图像的视场是膜的尺寸之一(例如，宽度)。在一些情况下，在处理期间可进行多次检测。例如，如图36A所示，可以在用探针(例如，dATP、dCTP、dTTP、dGTP或dUTP)处理后的一个或多个洗涤步骤之后进行检测。在一些情况下，可以在用探针处理之前对表面进行成像，如图36B所示。在过程2716中，膜2710移动通过第三卷轴，并与包含多个探针(例如多个标记的探针)的储器2760接触。储器2760中的标记的探针可以不同于储器2730中的标记的探针。如在过程2712中，储器2760中的标记的探针可以，例如基于序列互补性与包含生物分析物的单独可寻址位置的子集偶联。然后可以重复过程2714、2715。在一些情况下，可以迭代地执行一个或多个过程。
在一些情况下，生物分析物是核酸分子或核酸分子的克隆种群，并且膜2710移动通过第一卷轴，以使膜与包含多个腺嘌呤(例如，荧光标记的腺嘌呤)分子的第一储器接触。然后腺嘌呤分子可以与生物分析物中的胸腺嘧啶分子杂交。然后可以将膜移动通过卷轴，以使膜与洗涤储器接触以去除未杂交的探针。可以对杂交分子进行检测。由于探针分子的序列是已知的，一个或多个信号的检测可以得到生物分析物序列的信息。随后，可以使膜与包含标记的胞嘧啶、标记的鸟嘌呤或标记的胸腺嘧啶等的储器接触。同样地，由于探针的每个序列是已知的，一个或多个信号的检测可以得到生物分析物序列的信息。如将理解的，添加到每个储器中的特定核苷酸可以不同；例如，第一储器可以包含腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤、胸腺嘧啶等，而下一个储器可以包含腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤、胸腺嘧啶等。
如将理解的，本文描述的方法内的任何过程可以在任何方便的步骤发生。例如，柔性衬底可以首先与第一储器接触，随后与洗涤储器接触，随后与第二储器接触，然后进行检测。在其他示例中，可以使柔性衬底与包含探针的多个储器接触，然后进行检测。在其他示例中，可以在柔性衬底与任意数量的储器接触之前或之后使柔性衬底与检测器接触。此外，可以使用任意数量的卷轴。例如，可期望使用单个卷轴进行操作。在一些情况下，可以使用多于一个卷轴。例如可以使用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个或更多个卷轴。
在一些情况下，检测方法可以包括多通道成像。
浸没光学
在某些实施方案中，本文公开了使用光学传感器(例如光学成像物镜)的系统。本公开内容提供了用于调制和管理本公开内容的一种或多种系统或方法的温度的系统。在本文描述的一种或多种系统和方法的一些实施方案中，在检测方法期间使用光学成像物镜。在一些情况下，光学成像物镜浸入与衬底接触的流体中，并且光学成像物镜与检测器光学通信。在一些实施方案中，衬底在非环境温度(例如，约50摄氏度)下最佳地操作。在一些情况下，光学成像物镜可接近环境温度。在这种情况下，在较高温度(例如约50摄氏度)下操作的衬底可与在环境温度(约20摄氏度)下操作的物镜接触，从而在衬底和光学成像物镜之间产生温度梯度。在一些情况下，可需要控制温度梯度位置和温度梯度的大小。因此，本文提供了用于温度调制的方法和系统。
图16示意性地示出了可出现在光学成像物镜和衬底之间的示例性温度梯度。光学成像物镜1110(例如，如关于图15所描述的)可以包括第一元件2810、第二元件2830、第三元件2840，并且在一些情况下，一个或多个间隔件2820。例如，第一元件2810可以包括前透镜或弯月透镜，第二元件2830可以包括诸如三合透镜组的第一透镜组，并且第三元件2840可以包括诸如双合透镜组的第二透镜组。替代地或另外地，第一元件2810可以包括平凸透镜，第二元件2830可以包括弯月透镜，并且第三元件2840可以包括消色差透镜。光学成像物镜1110可以处于环境温度。衬底310可以是本文所述的衬底并且可以包含生物分析物。在一些情况下，将衬底310加热到高于环境温度的温度。在一些情况下，衬底310与光学成像物镜1110之间的温度差可产生温度梯度2850。温度梯度2850可导致衬底与光学成像物镜1110以及周围环境之间的热传递。在一些情况下，可需要调制或调节系统或衬底的温度，以使衬底保持恒定温度。
图17A-图17E示意性地示出了调节衬底温度的示例方法。图17A示出了系统的这种温度调节方法的一个实施方案。该系统可以包括衬底310，其可以是本文所述的任何衬底；本文所述的光学成像物镜1110和浸没流体1140。在一些实施方案中，需要将衬底310保持在高温(例如，50摄氏度)下，同时将系统的其他组件(例如，2830、2840、2820)保持在环境温度下。在一些情况下，热量2920可以施加到衬底310上。热量可以传递到系统的其他组件，例如浸没流体1140和光学成像物镜1110的一部分。在一些情况下，光学成像物镜1110的第一元件2810对于大的温度梯度可为稳健的，并且可对光路或检测方法不是关键的。在一个非限制性示例中，第一元件2810可以是基本上平坦(例如，平面的)的表面。在这种情况下，第一元件2810对于大的温度梯度可为稳健的并且可以不影响衬底或其上布置的内容物的光路、检测或放大。在一些情况下，施加至衬底310的热量2920可以传导地传递离开光学成像物镜1110。例如，施加至衬底310的热量2920可以传递至浸没流体1140，至第一元件2810，至一个或多个间隔件2820，然后朝向光学成像物镜的外层2930传递。然后，传递的热量可以对流地传送离开光学成像物镜1110。在一些情况下，热量可以传递离开光学成像物镜，并且可以从衬底310传送至浸没流体1140，至第一元件2810。热量可以对流传送至第二元件2830和一个或多个间隔件2820，并且可以对流地传送离开光学成像物镜1110。在一些实施方案中，可以调制光学成像物镜1110的一个或多个组件的热阻。例如，成像光学成像物镜1110的外层2930可配置为最佳地散热(例如，使用黄铜或低电阻率材料，设计薄层等)。
在一些实施方案中，所述方法可以包括加热浸没流体。在一些情况下，浸没流体1140可以被预热并施加至衬底310，使得衬底保持在高温(例如，50摄氏度)下。可以连续补充浸没流体。例如，系统可以包括流体流动管(例如，图15中的1130)，其配置为在封闭系统中输送浸没流体。在这种情况下，可以通过对流和传导将热量传递离开光学成像物镜。在一些情况下，可以使用冷却元件2910a(例如风扇)将额外的热量传递离开光学成像物镜，冷却元件2910a可以将热量引导(例如，对流地)离开光学成像物镜1110并降低光学成像物镜1110的组件的温度。
图17B示意性地示出了系统的温度调节方法的另一个实施方案。该系统可包括如本文所述的衬底310、如本文所述的光学成像物镜1110和浸没流体1140。在一些实施方案中，可加热浸没流体1140。在一些实施方案中，将热量2920施加至衬底310。在一些实施方案中，该系统包括绝热间隔件2935，其可配置为产生绝热区域2940，该绝热区域2940包括第二元件2830和第三元件2840，其隔绝高温区域(例如，第一元件2810、浸没流体1140和衬底310)。在这种情况下，最大的温度梯度可出现在第一元件2810和第二元件2830之间的空间中。在一些情况下，绝热间隔件2935可以具有比玻璃更高的热阻。在一些实施方案中，冷却元件2910a可以用于进一步冷却光学成像物镜1110。在一些实施方案中，第一元件2810可配置为快速散热(例如，可以是薄的)。在一些实施方案中，绝热间隔件2935可以具有比第一元件2810更高的热阻，这可以减少向第二元件2830和第三元件2840的热传递。替代绝热间隔件或除绝热间隔件之外，在第一元件2810和物镜1110的其余部分之间可以存在间隙(例如，气隙)。在一些实施方案中，第一元件2810可以具有对温度不敏感的光学特性。在一些实施方案中，第一元件2810可以具有零光功率或非常低的光功率，例如，可为窗口或基本平坦的(例如，平面的)元件，从而降低第一元件2810对温度或热引起的尺寸波动的敏感性。
图17C示意性地示出了系统的温度调节方法的另一个实施方案。该系统可包括如本文所述的衬底310、如本文所述的光学成像物镜1110、浸没流体1140和加热元件2910b。在一些实施方案中，光学成像物镜1110可被加热至所需温度(例如，50摄氏度)或加热至匹配衬底310的所需温度的温度。在一些情况下，电阻加热器可用于光学成像物镜。光学成像物镜的加热可导致热量传递至衬底310。在一些情况下，热量2920也可施加至衬底310。在一些实施方案中，加热元件2910b可用于例如通过对流将热量施加至光学成像物镜。
图17D示意性地示出了系统的温度调节方法的另一个实施方案。该系统可包括如本文所述的衬底310、如本文所述的光学成像物镜1110和浸没流体1140。在一些实施方案中，可冷却光学成像物镜1110。例如，冷却的浸没流体1140可以在光学成像物镜1110和衬底310之间连续循环。在一些情况下，浸没流体1140可以循环以使试剂使用最小化，如本文别处所述。在一些实施方案中，热量2920可施加至衬底310。
图17E示意性地示出了系统的温度调节方法的另一个实施方案。该系统可包括如本文所述的衬底310、如本文所述的光学成像物镜1110和浸没流体1140。在一些实施方案中，可在加热衬底310的同时冷却光学成像物镜1110。例如，冷却的浸没流体1140可以在光学成像物镜1110和衬底310之间连续循环。在一些情况下，可以控制浸没流体1140的流速，使得温度梯度2850主要存在于浸没流体1140中，并且靠近衬底的浸没流体1140处于高温，而靠近光学成像物镜1110的浸没流体1140被冷却。在一些情况下，浸没流体1140可以循环以使试剂使用最小化，如本文别处所述。
如将理解的，可以使用用于温度调节和/或调制的机制的任何组合。例如，光学成像物镜可以包括(i)可以从光学成像物镜传导出热量的外层，和(ii)具有零光功率或低光功率的平坦的或平面的第一元件，其对温度是稳健的。在一些情况下，除了使用具有传导外层和/或平坦的第一元件的光学成像物镜之外或替代使用具有传导外层和/或平坦的第一元件的光学成像物镜，可以加热浸没流体。类似地，冷却元件可以用任何所描述的方法和系统来实现。温度调制方法的任何合适的组合可以与本文描述的系统和方法结合使用。
在某些实施方案中，本文还公开了用于光学检测系统中的流体和气泡控制的方法。在一些实施方案中，在检测方法期间使用光学成像物镜。在一些情况下，光学成像物镜浸入与衬底接触的流体中，并且光学成像物镜与检测器光学通信。在一些情况下，光学成像物镜可包括相机或可与相机连接。在一些情况下，相机或包括相机的光学成像物镜可以与衬底流体连通。在一些实施方案中，光学成像物镜或相机位于距衬底合适的工作距离处。在一些情况下，光学成像物镜可以浸入流体中。在一些实施方案中，光学成像物镜或相机包括适配器，该适配器配置为在光学成像物镜或相机的出口周围保持充有流体的腔。在一些情况下，适配器可以允许在更大的工作距离处对衬底(或其未覆盖的表面)进行成像。适配器可以附接至或包围光学成像物镜或相机。在一些情况下，适配器包括疏水区域，例如与浸没流体交界的区域。疏水区域可以允许流体被引导向光学成像物镜的成像区域或停留在光学成像物镜的成像区域附近。例如，疏水区域可配置为在光学成像物镜或相机与衬底的成像区域(或其未覆盖的表面)之间保留一定体积的流体。在一些情况下，适配器包括亲水区域，例如与浸没流体交界的区域。亲水区域可以允许流体被引导向光学成像物镜的成像区域或停留在光学成像物镜的成像区域附近。例如，亲水区域可配置为在光学成像物镜或相机与衬底的成像区域(或其未覆盖的表面)之间保留一定体积的流体。在一些情况下，适配器包括亲水区域和疏水区域，其可以允许流体被引导向光学成像物镜或相机的成像区域或停留在光学成像物镜或相机的成像区域附近。
图19示意性地示出了可以附接至或包围光学成像物镜的示例性适配器。适配器3100可以允许在更大的工作距离(例如，大于500微米)处对衬底进行成像。在一些情况下，适配器通过在光学成像物镜1110周围形成充有流体的腔来模拟更短的工作距离。在一些实施方案中，适配器3100包括一个或多个入口端口3110，其可以分配浸没流体。在一些实施方案中，适配器3100还包括一个或多个其他端口3120(例如，出口端口、另外的入口端口等)。流体可以被引导至围绕光学成像物镜1110的腔3130。在一些情况下，流体可以是浸没流体并且可以分配在衬底310上。在一些情况下，适配器3100例如，通过表面张力在适配器和衬底310之间保留一定体积的浸没流体。适配器的使用可以允许更大的工作距离，同时保持光学成像物镜1110浸没在浸没流体中。在一些情况下，适配器可以包括疏水区域，其允许浸没流体保持在或被引导向光学成像物镜1110的成像路径。
光学成像物镜和衬底之间的合适的工作距离可以是用于对衬底成像的任何合适的距离。在一些情况下，100至500微米(μm)的工作距离是合适的。例如，合适的工作距离可为100、150、200、250、300、350、400、450、500微米。在一些情况下，工作距离可小于100微米。例如，工作距离可为1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90或95微米。在一些情况下，工作距离可大于500微米。例如，合适的工作距离可为550、600、650、700、750、800、850、900、950或1000或更多微米。在一些情况下，合适的工作距离可大于1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500或更多微米。在一些情况下，光学成像物镜可为长的工作距离物镜。例如，光学成像物镜可具有大于5、6、7、8、9、10、15、20、25或更多毫米(mm)的工作距离。
在一些情况下，工作距离可以足够小，使得浸没流体可以保留(例如，通过表面张力)在光学成像物镜和衬底之间。在一些情况下，工作距离可更大，使得浸没流体不接触光学成像物镜或衬底。在一些情况下，可以将适配器添加至物镜，该适配器可以在物镜周围形成充有流体的腔，从而可以将浸没流体保留(例如，通过表面张力)在光学成像物镜和/或适配器与衬底之间。
在一些实施方案中，可能在浸没流体中形成气泡，这可影响系统的光学和/或检测性能。例如，在光学成像物镜的光路中可能形成气泡，这可降低成像、聚焦和光路(例如，激光、LED、透射光等)的性能。在一些情况下，需要防止气泡形成和/或从光路中去除气泡。因此，本文提供了用于防止气泡形成和用于从光路中去除气泡的方法和系统。
图18示意性地示出了浸没流体中的气泡形成。如本文所述，光学成像物镜1110可定位在衬底310(例如可旋转衬底、平面衬底和/或本文所述的任何衬底)上方。在光学成像物镜1110和衬底310之间设置有浸没流体1140，如本文所述。在一些情况下，浸没流体可包含气泡3010。气泡3010可沿着光学成像物镜1110的光路产生，这可降低检测方法的成像性能。
在一些实施方案中，所述方法可包括对衬底改性以防止气泡形成。在一些情况下，所述方法包括在浸没流体用于成像之前对其进行脱气。在一些情况下，衬底改性可以包括浸没式光刻。在一些情况下，可以将疏水材料(例如抗蚀剂)沉积到衬底的表面上。增加衬底的疏水性可以增加流体在衬底表面上的接触角并减少气泡形成。
在一些情况下，例如在浸没式光刻中，可需要使浸没流体对衬底的暴露最小化。因此，所述方法可以包括使浸没流体与衬底接触的面积和持续时间最小化的方法。在一些实施方案中，所述方法包括分别将浸没流体分配到衬底上和从衬底去除浸没流体的分配端口和回收端口。流体的回收可以通过多种方式获得，例如施加压力或吸力、重力、离心力、毛细作用力、电力、磁力等。在一些情况下，分配和回收部件可用于使试剂(例如，浸没流体)的使用最小化。在这种情况下，浸没流体可以再循环，如本文别处所述。
图21示意性地示出了用于将浸没流体分配到衬底上和去除浸没流体的方法。衬底310可以是本文所述的任何衬底。浸没流体1140可以包括成像缓冲液。在一些情况下，期望使浸没流体的量最小化，或期望使衬底310对于浸没流体1140的暴露最小化。在一些实施方案中，所述方法包括通过分配端口3210分配浸没流体1140和通过回收端口3220回收浸没流体1140。在一些情况下，分配端口靠近光学成像物镜1110定位。在一些情况下，回收端口位于光学成像物镜1110和分配端口3210的外侧，即径向向外。在一些情况下，可以使用多个分配和回收部件。如将理解的，可以使用任何数量的分配和去除端口。例如，可以使用1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100或更多个分配端口或去除端口。在一些实施方案中，所使用的分配端口的数量可不等于所使用的去除端口的数量。在一些情况下，可以使用比去除端口更多的分配端口。在其他情况下，使用比分配端口更多的去除端口。在一些实施方案中，分配端口和移除端口可以是适配器3100的一部分(见图19)。
在一些实施方案中，气泡的产生可以通过控制浸没流体的流速来最小化。在一些情况下，例如在浸没式光刻中，可以优化流体分配的流速。例如，流体分配的流速可以是1皮升/分钟、10皮升/分钟、100皮升/分钟、1纳升/分钟、10纳升/分钟、100纳升/分钟、1微升/分钟、10微升/分钟、100微升/分钟、1毫升/分钟、10毫升/分钟、100毫升/分钟或最多达1升/分钟。流体分配的流速可以在任何这些流速之间。替代地，流体分配的流速可至多为这些流速的任一个。流速可以足够低，使得气泡产生最小化。在一些实施方案中，流速可以允许空气或气泡上升至物镜上方并远离光路。
在一些实施方案中，所述方法可以包括在衬底上分配流体，然后使用光学成像物镜来排出气泡。图20A-图20B示意性地示出了排出气泡的方法。在图20A中，可已向衬底310分配浸没流体1140，如本文所述。浸没流体1140可以包含气泡3010。在图20B中，可以使光学成像物镜1110与浸没流体1140接触，从而排出气泡3010。在一些实施方案中，光学成像物镜1110可已附接到适配器3100(未示出)。在一些情况下，适配器3100可以包括多个分配和回收端口。在这种情况下，分配端口或回收端口可用于将流体(例如，通过压差、毛细作用力等)移入适配器，从而远离光学成像物镜。
在一些实施方案中，所述方法可以包括使用适配器来防止气泡形成，或捕捉或捕获气泡。如本文所述，适配器可以附接到光学成像物镜。在一些情况下，适配器可以与浸没流体交界。在一些情况下，适配器包括可以将浸没流体分配到衬底上的分配端口。在一些实施方案中，与浸没流体交界的适配器的表面可以是平坦的。在一些情况下，可以在光学成像物镜和衬底之间放置一层玻璃薄层，以形成封闭的腔，以使气泡形成最小化。在这样的实施方案中，玻璃薄层可以放置在物镜和晶片之间以形成封闭的腔。封闭的腔可以填充有不含气泡的浸没液体。在玻璃薄层的另一端，流体可以被引入玻璃薄层和衬底之间。
在一些实施方案中，适配器可用于从浸没流体中去除气泡。在一些情况下，适配器包括一个或多个分配和/或回收端口。在一些实施方案中，分配端口可用于将浸没流体快速冲流至衬底上，从而将较大的气泡破裂或破碎成较小的气泡，这些气泡可由单独的机构清除，或可破裂。高速冲洗也可将气泡推出适配器或远离光学成像物镜。
在一些实施方案中，适配器可包括可用于去除气泡的端口。例如，可以将抽吸(即，负压)端口放置在可以附接到光学成像物镜的适配器中。在一些实施方案中，抽吸端口可用于去除临近的气泡。在其他情况下，适配器可包括分配端口，该分配端口将流体快速分配到衬底上以将气泡移向衬底的另一区域。在一些情况下，适配器还可以包括抽吸口以吸入气泡。应理解的是，可以使用适配器的特征(例如，分配端口、回收端口、抽吸端口)的任何组合。
在一些实施方案中，适配器可以相对于其中适配器与浸没流体交界的平面是平坦的，例如如图22A所示。在一些实施方案中，适配器可以沿着与浸没流体交界的平面或区域是凸面的，例如如图22B所示。在一些情况下，适配器的底面可以与浸没流体交界并且可以部分成角度，例如呈锥形。成角度的形状可以减少浸没流体和适配器之间的接触面积。在一些情况下，成角度的形状可以将流体指引或引导至光路。在一些情况下，光学成像物镜可以是最接近衬底和/或浸没流体的部件。在一些实施方案中，适配器的形状可以是不对称的，以减少适配器与浸没流体的接触面积。
在适配器成角度的一些实施方案中，适配器和浸没流体之间的角度可以是任何合适的角度。角度可为例如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、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60度。在一些情况下，角度可为至多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、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60度。在一些情况下，角度可为至少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、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60度。在一些情况下，该角度可为非整数角度。
在一些实施方案中，适配器可以包括可以从光路捕获和去除气泡的捕捉器(trap)。例如，适配器可以包括腔，该腔可以将气泡引导到适配器的内部区域中。替代地，腔可以连接到允许破坏气泡或去除气泡的出口端口。
图22A-图22B示意性地示出了用于捕获气泡的方法。图22A示出了如本文所述的示例性适配器3100，其包围光学成像物镜1110，如本文所述。适配器3100可以是平坦的或可以是有角度的(参见图22B)。适配器3100可以与浸没流体1140交界，浸没流体1140可以包含气泡3010。适配器3100可以包括可以捕获夹带的气泡3010的腔。在一些情况下，气泡可以在腔中破碎、破裂或爆裂。在其他情况下，腔可以连接到端口(未示出)。在图22B中，适配器可以具有成角度的底部，这可以减小浸没流体1140和适配器3100之间的接触面积。角度θ可为任何合适的或有用的角度。
在一些情况下，系统的一个或多个组件可以被移动(例如，平移)以去除气泡。在一个非限制性示例中，光学成像物镜可以竖直移动远离衬底，然后重新定位到成像位置，从而允许夹带的气泡排出和/或破裂。在一些情况下，衬底可以相对于物镜移动，从而允许夹带的气泡排出和/或破裂。在另一个非限制性示例中，衬底可以例如以圆周运动或线性运动在平面内移动(例如，如图23A-图23J所示)。在一些情况下，衬底的运动可产生剪切力和速度场，导致气泡排出和/或破裂。在一些情况下，可以采用运动平面的组合。例如，光学成像物镜或衬底或两者都可以在竖直和平面方向上移动。在运动的任何步骤，浸没流体可以被分配到衬底上。
在一些实施方案中，浸没流体可以被重新收集和回收利用(或再循环)。在一些情况下，浸没流体可以被进行处理，然后回收利用或再循环。处理可包括去除碎片(debris)、去除分析物(例如核苷酸、蛋白质、脂质、碳水化合物等)、去除珠子或任何其他污染物。处理可包括脱气、除泡或去除夹带的空气。如将理解的，任何处理都可以包括这些过程以任何方便的顺序的任何组合。
光学布局
本公开内容提供了设计用于实施本公开内容的方法的光学系统。图41示出了示例性光学系统，其可用于扫描如本文所公开的衬底，例如旋转衬底。光学系统可以包括一个或多个不同的光路。一个或多个光路可以包括镜像光学布局。在一些实施方案中，光学系统可包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15个不同的光路。例如，光学系统可以包括两个不同的光路，如图41所示。
光路可包括激发路径和发射路径。激发路径和发射路径可以各自包括与衬底光学通信的多个光学元件。在一些实施方案中，激发路径包括激发光源、扩束器元件、线整形器元件、二向色镜和物镜中的一个或多个。在一些实施方案中，发射路径可以包括物镜、二向色镜、管透镜和检测器中的一个或多个。激发路径中的物镜可以与发射路径中的物镜相同。物镜可以是浸没物镜，或物镜可以是空气物镜。在一些实施方案中，物镜浸没在水、缓冲液、水溶液、油、有机溶剂、指数匹配流体或其他浸没流体中。物镜可以是10x、20x、50x或100x物镜。
激发路径中的二向色镜可以与发射路径中的二向色镜相同。二向色镜可以是短通二向色镜，或二向色镜可以是长通二向色镜。在一些实施方案中，二向色镜使激发光通过并反射发射光。在其他实施方案中，二向色镜反射激发光并使发射光通过。二向色镜的截止波长为约250nm、约300nm、约350nm、约400nm、约450nm、约500nm、约550nm、约600nm、约650nm、约700nm、约750nm、约800nm、约850nm、约900nm、约950nm、约1000nm、约1050nm或约1100nm。二向色镜的截止波长为250nm至300nm、300nm至350nm、350nm至400nm、400nm至450nm、450nm至500nm、500nm至550nm、550nm至600nm、600nm至650nm、650nm至700nm、700nm至750nm、750nm至800nm、800nm至850nm、850nm至900nm、900nm至950nm、950nm至1000nm、1000nm至1050nm、1050nm至1100nm、250nm至400nm、350nm至500nm、450nm至600nm、550nm至700nm、650nm至800nm、750nm至900nm、850nm至1000nm或950nm至1100nm.
激发光源可配置为发射光，例如相干光。激发光源可包括一个或多个发光二极管(LED)。激发光源可以包括一个或多个激光器。激发光源可以包括一个或多个单模激光源。激发光源可以包括一个或多个多模激光源。激发光源可以包括一个或多个激光二极管。激光器可以是连续波激光器或脉冲激光器。由激光器发射的光束可以是高斯光束或近似高斯光束，所述光束可以使用一个或多个光学元件(例如，反射镜、透镜、棱镜、波片等)来操纵。例如，光束可被准直。在一些情况下，可以操纵光束以提供激光线(例如，使用一个或多个鲍威尔透镜或柱面透镜)。激发光源可以耦合到光纤。
线整形器可配置为沿着一个轴扩展激发光源，例如如图11A和图11B所示。线整形器可以包括一个或多个透镜。在一些实施方案中，线整形器包括一个或多个柱面透镜。一个或多个柱面透镜可以是凸面柱面透镜、凹面柱面透镜或其任意组合。在一些实施方案中，线整形器定位在旋转底座上，例如机动旋转底座。旋转底座可配置为围绕中心轴线旋转扩展的激发光源，而不发生激发光源的中心点的显著偏离。在一些实施方案中，线整形器元件可配置为，响应于衬底相对于光学系统的平移、与衬底相对于光学系统的平移同时进行或先于衬底相对于光学系统的平移围绕中心轴线旋转。例如，线整形器元件可以围绕中心轴线旋转，使得在衬底相对于光轴在不直接朝向或远离旋转轴线的方向上平移时，扩展的激发光的轴保持在相对于衬底的旋转轴线的限定方向上。
扩束器可以包括一个或多个透镜。例如，扩束器可以包括两个透镜。透镜可以具有不同的焦距。在一些实施方案中，更靠近激发光源的透镜可以具有比更远离激发光源的透镜更短的焦距。扩束器可配置为将激发光源扩展约2x、约3x、约4x、约5x、约10x、约15x或约20x。扩束器可配置为对激发光源进行准直。扩束器可配置为对激发光源进行聚焦。
管透镜可以包括一个或多个透镜。例如，管透镜可以包括两个透镜。透镜可以具有不同的焦距，或两个透镜可以具有不同的焦距。管透镜可配置为将激发光源扩展约2x、约3x、约4x、约5x、约10x、约15x或约20x。管透镜可配置为对发射光进行准直。管透镜可配置为对发射光进行聚焦。
检测器可以包括相机(例如，CCD、CMOS或线扫描)、光电二极管(例如，雪崩光电二极管)、光敏电阻、光电晶体管或本领域已知的任何其他光学检测器的任何组合。在一些实施方案中，检测器可包括一个或多个相机。例如，相机可以包括线扫描相机，例如TDI线扫描相机。在一些实施方案中，TDI线扫描相机可以包括两个或更多个垂直排列的像素行，如关于图8A-图8D所示。检测器可配置为相对于衬底旋转以校正切向速度模糊，如本文所述。在一些实施方案中，检测器可配置为，响应于衬底相对于光学系统的平移、与衬底相对于光学系统的平移同时进行或先于衬底相对于光学系统的平移旋转。例如，检测器可以旋转，使得在衬底相对于光轴在不直接朝向或远离旋转轴线的方向上平移时，成像场的轴线保持在相对于衬底的旋转轴线的限定方向上。检测器可配置为与线整形器元件的旋转同时旋转，使得成像场保持在相对于扩展的激发光的轴的限定方向上。检测器可配置为独立于线整形器元件旋转。
光路可以包括图41中未示出的其他光学组件。例如，光路可包括其他分裂、反射、聚焦、放大、过滤、整形、旋转、偏振元件或其他光学元件。
光路中的一个或多个光学元件可以定位在底座中。底座可以是旋转底座。底座可以是运动底座。底座可以是平移底座。底座可以是固定底座。在一些实施方案中，底座可具有一个或多个自由度。例如，底座可以具有一维平移、二维平移、三维平移、一维旋转、二维旋转或三维旋转中的一种或多种。
本公开内容的光学系统还可以包括一个或多个自动聚焦系统(图41中未示出)。在一些实施方案中，光学系统中的每个光路包括自动聚焦系统。自动聚焦系统可以包括自动聚焦照射源，该自动聚焦照射源配置为引导自动聚焦光通过物镜朝向表面。在一些实施方案中，自动聚焦照射源可以包括红外(IR)激光器，例如无斑点的IR激光器。自动聚焦光可以穿过光路中的一个或多个光学元件。在一些实施方案中，光路包括一个或多个光学元件以差动反射或结合激发光、发射光或自动聚焦光中的一种或多种。一个或多个光学元件可以包括一个或多个二向色镜。自动聚焦光可以离开表面朝向自动聚焦检测器反射、折射或散射。自动聚焦检测器可以是位置敏感检测器。当表面聚焦在发射检测器(例如，图41中所示的相机)时，自动聚焦光可以在离散位置与自动聚焦检测器重合。自动聚焦照射源和自动聚焦检测器可配置成使得表面相对于物镜的位置的改变导致自动聚焦检测器上的自动聚焦照射的位置改变。例如，表面与物镜之间的距离的变化或表面相对于物镜的倾斜可导致自动聚焦检测器上的自动聚焦照射位置发生位移。自动聚焦系统可以响应于自动聚焦检测器上的自动聚焦照射的位置变化向聚焦系统发送信号。聚焦系统可以调节表面相对于物镜的位置，使得当表面聚焦在发射检测器上时，自动聚焦检测器上的自动聚焦照射的位置返回到离散位置。
本公开内容的光学系统可对齐，使得激发光和发射光基本上穿过光学元件的中心。在一些实施方案中，激发光可以相对于线整形器元件对齐，使得激发光在穿过线整形器之后的位置在线整形器旋转时基本上不改变。可以在对齐期间旋转线整形器，并且在线整形器旋转时，可以调节激发光源、线整形器或两者的位置，以使激发光在穿过线整形器之后的位置的移动最小化。在一些实施方案中，检测器的位置相对于旋转底座对齐。例如，通过照射检测器的中心、使旋转底座旋转并调节检测器在底座内的位置使得在旋转底座旋转时照射的位置不移动，从而使检测器位于旋转底座的中心。在一些实施方案中，激发光的位置在两个或更多个点处对齐，从而限定位置和角度。在一些实施方案中，发射光的位置在两个或更多个点处对齐，从而限定位置和角度。
本公开内容的一个或多个成像头可以相对于衬底对齐。在一些实施方案中，一个或多个成像头的位置在零、一、二或三个平移维度(例如，x、y和z)和零、一、二或三个旋转维度(例如，α、β和γ)上进行调节。在一些实施方案中，一个或多个光学元件的位置可以以平移或旋转维度的任何组合进行调节。本公开内容的光学系统可以在低激发功率下粗略对齐。本公开内容的光学系统的对齐可以在更高的激发功率下精确对齐。在一些实施方案中，光学系统的对齐可以随激发功率的增加而改变。在一些实施方案中，光学系统可以在衬底的旋转、衬底的平移或一个或多个成像头的平移中的一个或多个期间对齐。本公开内容的光学系统可以使用本领域已知的任何对齐方法来对齐。
计算机控制系统
本公开内容提供了被编程用于实现本公开内容的方法的计算机控制系统。图1示出了计算机系统101，其被编程或以其他方式配置为用于对核酸样品进行测序。计算机系统101可以调节本公开内容的方法和系统的各个方面。
计算机系统101包括中央处理单元(CPU，本文也称为“处理器”和“计算机处理器”)105，其可以是单核或多核处理器，或者是用于并行处理的多个处理器。计算机系统101还包括存储器或存储器位置110(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪存)、电子存储单元115(例如，硬盘)、用于与一个或多个其他系统通信的通信接口120(例如，网络适配器)以及外围设备125，诸如高速缓存器、其他存储器、数据存储器件和/或电子显示适配器。存储器110、存储单元115、接口120和外围设备125通过诸如主板等通信总线(实线)与CPU105通信。存储单元115可以是用于存储数据的数据存储单元(或数据存储器)。计算机系统101借助于通信接口120可操作地耦合到计算机网络(“网络”)130。网络130可以是因特网、互联网和/或外联网，或者与因特网通信的内联网和/或外联网。在一些情况下，网络130是电信和/或数据网络。网络130可以包括一个或多个计算机服务器，其可以实现分布式计算，诸如云计算。在一些情况下，网络130可以借助于计算机系统101实现对等网络，这可以使得耦合到计算机系统101的设备能够起到客户端或服务器的作用。
CPU105可以执行一系列机器可读指令，该机器可读指令可以体现在程序或软件中。指令可以存储在存储位置如存储器110中。指令可以针对CPU105，该指令随后可以编程或以其他方式配置CPU105以实现本公开内容的方法。由CPU105执行的操作的示例可以包括提取、解码、执行和回写。
CPU105可以是电路如集成电路的一部分。电路中可以包括系统101的一个或多个其他组件。在一些情况下，该电路是专用集成电路(ASIC)。
存储单元115可以存储文件，诸如驱动程序、库和保存的程序。存储单元115可以存储用户数据，例如用户偏好和用户程序。在一些情况下，计算机系统101可以包括一个或多个附加数据存储单元，所述附加数据存储单元位于计算机系统101外部，诸如位于通过内联网或因特网与计算机系统101通信的远程服务器上。
计算机系统101可通过网络130与一个或多个远程计算机系统通信。例如，计算机系统101可以与用户的远程计算机系统通信。远程计算机系统的示例包括个人计算机(例如，便携式PC)、平板或平板型PC(例如，
Figure BDA0003354849540002001
iPad、
Figure BDA0003354849540002002
GalaxyTab)、电话、智能电话(例如，
Figure BDA0003354849540002003
iPhone、支持Android的设备、
Figure BDA0003354849540002004
)或个人数字助理。用户可以经由网络130访问计算机系统101。
本文所述的方法可通过机器(例如，计算机处理器)可执行代码来实现，该机器可执行代码存储在计算机系统101的电子存储位置上，例如存储器110或电子存储单元115上。机器可执行代码或机器可读代码可以以软件的形式提供。在使用期间，该代码可由处理器105执行。在一些情况下，可从存储单元115检索代码并将其存储在存储器110上，以供处理器105迅速存取。在一些情况下，可排除电子存储单元115，并且将机器可执行指令存储在存储器110上。
该代码可以被预编译并配置用于由具有适于执行该代码的处理器的机器使用，或者可以在运行期间被编译。代码可以用编程语言提供，可以选择编程语言以使代码能够以预编译或即时编译(as-compiled)的方式执行。
本文提供的系统和方法的各个方面，诸如计算机系统101，可以在编程中体现。该技术的各个方面可以被认为是“产品”或“制品”，其一般为在一种类型的机器可读介质中携带或体现的机器(或处理器)可执行代码和/或相关数据的形式。机器可执行代码可以存储在电子存储单元如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪存)或硬盘上。“存储”型介质可以包括计算机的任何或全部有形存储器、处理器等，或其相关模块，诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等，其可以在任何时间为软件编程提供非暂时性存储。软件的全部或部分有时可以通过因特网或各种其他电信网络进行通信。例如，这样的通信可以使软件从能够一台计算机或处理器加载到另一台计算机或处理器中，例如从管理服务器或主机加载到应用服务器的计算机平台中。因此，可以承载软件元素的另一类型的介质包括光波、电波和电磁波，诸如跨本地设备之间的物理接口、通过有线和光学陆线网络以及各种空中链路而使用的。携载此类波的物理元件，诸如有线或无线链路、光学链路等，也可以被视为承载软件的介质。如本文所用，除非限于非暂时性有形的“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”等术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。
因此，机器可读介质如计算机可执行代码可采取多种形式，包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘，诸如任何计算机中的任何存储设备等，诸如可用于实现如附图中所示的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，诸如这样的计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴缆线、铜线和光纤，包括构成计算机系统内的总线的线。载波传输介质可以采取电信号或电磁信号或者声波或光波的形式，诸如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间产生的那些。因此，计算机可读介质的常见形式包括例如：软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡片纸带、任何其他具有孔洞图案的物理存储介质、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或匣盒、传送数据或指令的载波、传送此类载波的缆线或链路，或者计算机可以从中读取编程代码和/或数据的任何其他介质。这些形式的计算机可读介质中的许多介质可以参与将一个或多个指令的一个或多个序列携载到处理器以供执行。
计算机系统101可以包括电子显示器135，或者与电子显示器135通信，电子显示器135包括用于向用户提供例如核酸测序信息的用户界面(UI)140。UI的示例包括但不限于图形用户界面(GUI)和基于web的用户界面。
本公开内容的方法和系统可通过一种或多种算法来实现。算法可以在由中央处理单元105执行时通过软件来实现。
编号的实施方案
以下实施方案记载了本文公开的特征的组合的非限制性排列。还考虑了特征的组合的其他排列。具体而言，这些编号的实施方案中的每一个都可考虑为依赖于或涉及每个先前或随后编号的实施方案，而与它们所列的顺序无关。1.一种用于扫描表面的方法，所述方法包括：(a)使用扫描系统扫描包括表面的一部分的扫描场，其中所述扫描场具有相对于所述表面的旋转轴线的取向；和(b)(i)围绕所述表面的旋转轴线旋转所述表面并且(ii)围绕所述扫描场的旋转轴线旋转所述扫描场，使得在表面相对于扫描场平移之前、期间或之后，扫描场基本上保持在相对于表面的旋转轴线的取向上。2.根据实施方案1所述的方法，其中所述扫描场具有基本上直线的形状。3.根据实施方案1所述的方法，其中所述扫描场具有长轴线，并且其中所述取向包括与穿过所述表面的旋转轴线的所述扫描场的长轴线重合的线。4.根据实施方案1所述的方法，其中所述扫描场在表面上追踪弧线。5.根据实施方案1所述的方法，其中扫描表面包括对所述表面成像。6.根据实施方案1所述的方法，其中所述扫描场包括成像场。7.根据实施方案1所述的方法，其中所述扫描场在所述表面上追踪扫描路径，并且所述扫描路径包括成像路径。8.根据实施方案1所述的方法，其中所述扫描系统包括成像系统。9.根据实施方案1所述的方法，其中所述取向包括所述扫描场的长轴线，其中所述长轴线平行于穿过(i)所述表面的旋转轴线和(ii)所述扫描场的旋转轴线的径向线。10.根据实施方案1所述的方法，其中所述表面相对于所述扫描场的平移包括在不直接朝向或远离所述表面的旋转轴线的方向上平移。11.根据实施方案1所述的方法，其中表面相对于扫描场的平移包括沿平移路径平移，其中包括沿平移路径的净位移的线不与扫描场和表面的旋转轴线相交。12.根据实施方案1所述的方法，其中所述扫描场相对于所述表面围绕所述扫描场的旋转轴线旋转。13.根据实施方案12所述的方法，其中扫描场的旋转轴线基本上垂直于表面。14.根据实施方案12所述的方法，其中扫描场的旋转轴线基本上平行于表面的旋转轴线。15.根据实施方案12所述的方法，其中扫描场的旋转轴线穿过扫描场的对称轴线。16.根据实施方案1所述的方法，其中通过旋转物镜来旋转扫描场。17.根据实施方案1所述的方法，其中通过旋转透镜来旋转扫描场。18.根据实施方案1所述的方法，其中通过旋转棱镜来旋转扫描场。19.根据实施方案1所述的方法，其中通过旋转反射镜来旋转扫描场。20.根据实施方案1所述的方法，其中通过旋转相机来旋转扫描场。21.根据实施方案1所述的方法，其中通过旋转衍射光学元件(DOE)来旋转扫描场。22.根据实施方案1所述的方法，其中使用电机来旋转扫描场。23.根据实施方案1所述的方法，其中所述表面基本上是圆形的，并且其中所述扫描场沿所述表面的弦平移。24.根据实施方案12所述的方法，其中所述表面基本上是圆形的，并且其中所述扫描场的旋转轴线沿所述表面的弦平移。25.根据实施方案24所述的方法，其中所述弦不穿过表面的旋转轴线。26.根据实施方案1所述的方法，其中通过移动所述表面来平移扫描场。27.根据实施方案1所述的方法，其中通过移动扫描系统来平移扫描场。28.根据实施方案1所述的方法，其中所述扫描场在所述表面上追踪圆形。29.根据实施方案1所述的方法，其中所述扫描场在所述表面上追踪螺旋形。30.根据实施方案1所述的方法，其中旋转所述表面和所述表面的平移同时进行。31.根据实施方案1所述的方法，其中所述表面的平移相对于所述表面的旋转轴线是线性的。32.根据实施方案1所述的方法，其中所述表面的平移相对于所述表面不是基本上圆形的。33.根据实施方案1所述的方法，其中所述表面的平移增大或减小所述扫描场的旋转轴线与所述表面的旋转轴线之间的距离。34.根据实施方案1所述的方法，其中所述扫描系统包括与所述表面光学通信的物镜。35.根据实施方案1所述的方法，其中所述扫描系统包括相机。36.根据实施方案1所述的方法，其中所述扫描场与相机光学通信。37.根据实施方案35所述的方法，其中所述相机是具有线速率的时间延迟积分(TDI)相机。38.根据实施方案35所述的方法，其中所述相机是多线TDI相机。39.根据实施方案35所述的方法，其中所述相机包括传感器阵列，并且所述扫描场的旋转轴线穿过所述传感器阵列的中心。40.根据实施方案37所述的方法，其中设置线速率使得当扫描场已经沿着表面从第一位置前进到第二位置时，相机拍摄图像，其中第二位置与第一位置相邻。41.根据实施方案37所述的方法，其中线速率是可变的。42.根据实施方案37所述的方法，其中当所述物镜位于远离所述表面的旋转轴线的位置时，所述线速率更高。43.根据实施方案1所述的方法，其中所述扫描系统还包括管透镜。44.根据实施方案34所述的方法，其中所述扫描系统包括两个物镜，第一物镜和第二物镜，其与所述表面光学通信。45.根据实施方案44所述的方法，其中所述两个物镜相对于法向于所述表面且与所述表面的旋转轴线相交的平面，位于所述表面的同一侧。46.根据实施方案44所述的方法，其中所述两个物镜相对于法向于所述表面且与所述表面的旋转轴线相交的平面，位于所述表面的相对侧。47.根据实施方案44所述的方法，其中所述两个物镜在表面上追踪圆形路径。48.根据实施方案47所述的方法，其中所述圆形路径是同轴的。49.根据实施方案48所述的方法，其中所述物镜和所述第二物镜追踪交替的圆形路径。50.根据实施方案48所述的方法，其中所述物镜更靠近旋转轴线追踪圆形路径，并且所述第二物镜更远离所述表面的旋转轴线追踪圆形路径。51.根据实施方案44所述的方法，其中所述两个物镜在表面上追踪单独的螺旋路径。52.根据实施方案51所述的方法，其中所述螺旋路径是交错的。53.根据实施方案51所述的方法，其中所述螺旋路径是同轴的，并且所述物镜更靠近所述表面的旋转轴线追踪所述螺旋路径，并且所述第二物镜更远离所述表面的旋转轴线追踪所述螺旋路径。54.根据实施方案44所述的方法，其中所述物镜追踪第一路径，所述第一路径具有对应于所述扫描场的第一宽度的第一宽度，并且其中所述第二物镜追踪第二路径，所述第二路径具有第二路径宽度对应于第二扫描场的第二宽度。55.根据实施方案54所述的方法，其中第一路径宽度和第二路径宽度交叠不超过30％、不超过20％、不超过10％、不超过5％、不超过1％。56.根据实施方案34所述的方法，其中扫描系统包括与表面光学通信的四个物镜。57.根据实施方案56所述的方法，其中所述四个物镜相对于法向于所述表面且与所述表面的旋转轴线相交的平面，位于所述表面的同一侧。58.根据实施方案56所述的方法，其中相对于法向于所述表面且与所述表面的旋转轴线相交的平面，所述四个物镜中的前两个定位在所述表面的第一侧上，并且所述四个物镜中的后两个定位在所述表面的与所述第一侧相反的第二侧上。59.根据实施方案34所述的方法，其中所述扫描系统包括与所述表面光学通信的5、6、7、8、9、10、11、12、13或更多个物镜。60.根据实施方案1所述的方法，其中所述表面以恒定角速度旋转。61.根据实施方案35所述的方法，其中所述相机配置为以给定频率拍摄图像，并且所述表面以可变角速度相对于所述物镜旋转。62.根据实施方案35所述的方法，其中角速度是变化的，使得在给定频率下，当扫描场在第一位置时和当扫描场在第二位置时，相机拍摄图像，所述第二位置与第一位置相邻。63.根据实施方案1所述的方法，还包括照射由照射场限定的表面的一部分。64.根据实施方案63所述的方法，其中使用激光器照射所述照射场。65.根据实施方案63所述的方法，其中使用发光二极管(LED)或灯照射所述照射场。66.根据实施方案64所述的方法，其中调节激光器的功率，以在表面上保持恒定的亮度和/或不使相机饱和。67.根据实施方案63所述的方法，其中照射场至少部分地与扫描场交叠。68.根据实施方案63所述的方法，其中扫描场包围照射场。69.根据实施方案63所述的方法，其中照射场具有与扫描场基本上相似的形状。70.根据实施方案63所述的方法，其中所述照射场是基本上直线的形状。71.根据实施方案63所述的方法，其中所述照射场具有长轴线。72.根据实施方案63所述的方法，其中所述扫描系统还包括多个照射场。73.根据实施方案72所述的方法，其中所述多个照射场中的一个或多个具有基本上线性的形状。74.根据实施方案63所述的方法，还包括旋转照射场，使得照射场相对于表面的旋转轴线保持限定的取向。75.根据实施方案63所述的方法，其中照射场相对于扫描场保持固定的取向。76.根据实施方案74所述的方法，其中所述限定的取向包括与穿过所述表面的旋转轴线的所述照射场的长轴线重合的线。77.根据实施方案74所述的方法，其中所限定的取向包括平行于径向线的照射场的长轴线，其中所述径向线穿过所述表面的旋转轴线和所述照射场的旋转轴线。78.根据实施方案63所述的方法，其中所述扫描场和所述照射场一起旋转。79.根据实施方案71所述的方法，其中所述照射场的长轴线平行于所述扫描场的长轴线。80.根据实施方案63所述的方法，其中所述照射场围绕所述照射场的旋转轴线旋转。81.根据实施方案80所述的方法，其中所述照射场的旋转轴线基本上垂直于所述表面。82.根据实施方案80所述的方法，其中所述照射场的旋转轴线基本上平行于所述表面的旋转轴线。83.根据实施方案80所述的方法，其中所述照射场的旋转轴线穿过所述照射场的对称轴线。84.根据实施方案80所述的方法，其中所述照射场的旋转轴线与所述扫描场的旋转轴线相同。85.根据实施方案63所述的方法，其中通过旋转透镜来旋转所述照射场。86.根据实施方案63所述的方法，其中通过旋转衍射光学元件(DOE)来旋转所述照射场。87.根据实施方案63所述的方法，其中通过旋转棱镜来旋转所述照射场。88.根据实施方案63所述的方法，其中通过旋转反射镜来旋转照射场。89.根据实施方案63所述的方法，其中通过旋转激光器来旋转照射场。90.根据实施方案63所述的方法，其中使用电机旋转照射场。91.根据实施方案1所述的方法，还包括扫描由第二扫描场限定的表面的第二部分。92.根据实施方案91所述的方法，其中使用第二扫描系统扫描第二扫描场。93.根据实施方案91所述的方法，其中第二扫描系统包括与表面光学通信的第二物镜。94.根据实施方案93所述的方法，其中所述第二物镜独立于第一物镜被聚焦。95.根据实施方案93所述的方法，其中第二物镜相对于第一物镜具有固定的位置。96.根据实施方案91所述的方法，其中所述第二扫描场具有相对于所述表面的旋转轴线的取向。97.根据实施方案84所述的方法，其中所述第二扫描场与所述扫描场径向相邻。98.根据实施方案91所述的方法，其中所述扫描场和所述第二扫描场相对于所述表面的旋转轴线具有相同的取向。99.根据实施方案91所述的方法，其中所述第二扫描场独立于所述扫描场旋转，使得所述第二扫描场保持相对于所述表面的旋转轴线的取向。100.根据实施方案91所述的方法，其中所述第二扫描场与所述扫描场协同旋转。101.根据实施方案93所述的方法，其中所述第一物镜和所述第二物镜是扫描模块的一部分，并且所述扫描模块沿着从表面的旋转轴线径向延伸的线相对于表面平移。102.根据实施方案93所述的方法，其中所述表面基本上是圆形的，并且其中所述第一物镜或所述第二物镜中的至少一个不沿着穿过所述表面的旋转轴线的弦平移。103.根据实施方案93所述的方法，其中所述第一物镜和所述第二物镜相对于法向于所述表面且与所述表面的旋转轴线相交的平面，位于所述表面的同一侧，并且所述第一物镜和所述第二物镜两者一起朝向或远离所述表面的旋转轴线平移。104.根据实施方案93所述的方法，其中所述第一物镜和所述第二物镜相对于法向于表面且与表面的旋转轴线相交的平面，位于所述表面的相对侧。105.根据实施方案104所述的方法，其中(i)当第二物镜远离表面的旋转轴线平移时，第一物镜朝向表面的旋转轴线平移，或(ii)当第二物镜朝向表面的旋转轴线平移时，第一物镜远离表面的旋转轴线平移。106.根据实施方案93所述的方法，其中所述表面基本上是圆形的，并且其中所述第一物镜和第二物镜沿在法向于所述表面且与所述表面的旋转轴线相交的平面的任一侧且与所述表面的旋转轴线等距的平行弦平移。107.根据实施方案1所述的方法，其中所述表面安装在旋转模块上。108.根据实施方案107所述的方法，其中旋转模块相对于扫描系统平移。109.根据实施方案107所述的方法，其中旋转模块是静止的，并且扫描模块是可平移的。110.根据实施方案107所述的方法，其中扫描模块是静止的，并且旋转模块是可平移的。111.根据实施方案107所述的方法，其中所述旋转模块安装在轨道上。112.根据实施方案1所述的方法，其中扫描模块安装在扫描模块轨道上。113.根据实施方案112所述的方法，其中扫描模块轨道是线性的。114.根据实施方案107所述的方法，其中多个表面安装在多个旋转模块上，并且其中多个旋转模块安装在平台上，并且所述平台旋转以使每个旋转模块与所述旋扫描模块光学通信。115.根据实施方案107所述的方法，其中在扫描表面之后，旋转模块被移动到化学模块。116.根据实施方案107所述的方法，还包括平移第二旋转模块，使得第二表面与所述扫描模块光学通信。117.根据实施方案1所述的方法，其中所述表面包含核酸集落的阵列。118.根据实施方案117所述的方法，其中所述核酸集落用荧光团标记。119.根据实施方案117所述的方法，其中荧光团的强度指示核酸集落的序列。120.根据实施方案1所述的方法，其中激光以第一波长激发荧光团，并且相机以第二波长检测来自荧光团的发射。121.根据实施方案1所述的方法，其中激光照射照射场，并且相机扫描扫描场。122.根据实施方案1所述的方法，其中扫描、旋转表面、旋转扫描场和平移中的两个或更多个同时发生。123.根据实施方案1所述的方法，其中扫描、旋转表面、旋转扫描场和平移中的三个或更多个同时发生。124.根据实施方案1所述的方法，其中扫描、旋转表面、旋转扫描场和平移独立地发生。125.根据实施方案1所述的方法，还包括重复步骤(a)和(b)。126.根据实施方案125所述的方法，其中对核酸聚合反应中的每个碱基重复步骤(a)和(b)，从而对核酸进行测序。
127.一种扫描系统，包括：表面，其配置为围绕所述表面的旋转轴线旋转；与表面光学通信的检测器，其中检测器具有包括表面的第一部分的扫描场；和照射源，其配置为照射包括表面的第二部分的照射区域，其中照射区域和扫描场至少部分交叠，其中在(i)表面围绕旋转轴旋转期间和(ii)表面相对于扫描场平移期间，检测器配置为保持扫描场相对于表面的旋转轴线的取向。128.根据实施方案127所述的扫描系统，其中所述扫描场在表面上追踪弧线。129.根据实施方案127所述的扫描系统，其中扫描所述表面包括对所述表面成像。130.根据实施方案127所述的扫描系统，其中所述扫描场包括成像场。131.根据实施方案127所述的扫描系统，其中所述扫描场沿着所述表面追踪扫描路径，并且其中所述扫描路径包括成像路径。132.根据实施方案127所述的扫描系统，其中所述扫描系统包括成像系统。133.根据实施方案127所述的扫描系统，其中所述检测器包括线扫描相机。134.根据实施方案133所述的扫描系统，其中所述线扫描相机包括TDI线扫描相机。135.根据实施方案134所述的扫描系统，其中TDI线扫描相机在第一相机区域上对第一扫描场成像。136.根据实施方案135所述的扫描系统，其中所述TDI线扫描相机在第二相机区域上对第二扫描场成像。137.根据实施方案134所述的扫描系统，其中所述TDI线扫描相机在第一相机区域上对第一扫描场成像，并且在第二相机区域上对所述第一扫描场成像。138.根据实施方案137所述的扫描系统，其中第一相机区域和第二相机区域检测不同的波长。139.根据实施方案137所述的扫描系统，其中第一相机区域和第二相机区域检测不同的动态范围。140.根据实施方案127所述的扫描系统，其中所述表面配置为沿着平移轴线相对于所述扫描场平移。141.根据实施方案140所述的扫描系统，其中平移轴线与表面的旋转轴线和扫描场的中心点相交。142.根据实施方案140所述的扫描系统，其中平移轴不与表面的旋转轴线和扫描场的中心点相交。143.根据实施方案142所述的扫描系统，其中在所述表面平移时，所述扫描场的取向相对于所述表面的旋转轴线从第一取向变为第二取向。144.根据实施方案143所述的扫描系统，其中所述扫描场配置为围绕所述扫描场的旋转轴线相对于所述表面的旋转轴线旋转，以将所述扫描场相对于表面的旋转轴线的取向从所述第二取向校正到所述第一取向。145.根据实施方案144所述的扫描系统，其中所述扫描场配置为通过旋转物镜而旋转。146.根据实施方案144所述的扫描系统，其中所述扫描场配置为通过旋转透镜而旋转。147.根据实施方案144所述的扫描系统，其中所述扫描场配置为通过旋转棱镜而旋转。148.根据实施方案144所述的扫描系统，其中所述扫描场配置为通过旋转反射镜而旋转。149.根据实施方案144所述的扫描系统，其中所述扫描场配置为通过旋转检测器而旋转。150.根据实施方案144所述的扫描系统，其中所述扫描场配置为通过旋转衍射光学元件(DOE)而旋转。151.根据实施方案127所述的扫描系统，其中所述照射源包括激光器或发光二极管(LED)。152.根据实施方案127所述的扫描系统，其中所述照射源包括基本上圆形的照射分布。153.根据实施方案127所述的扫描系统，其中所述基本上圆形的照射分布沿单个轴线扩展。154.根据实施方案153所述的扫描系统，其中所述基本上圆形的照射分布使用柱面透镜沿着单个轴线扩展。155.根据实施方案153所述的扫描系统，还包括具有基本上圆形的照射分布的多个照射源，其中所述基本上圆形的照射分布沿着单个轴线扩展。156.根据实施方案127所述的扫描系统，其中照射源穿过光栅。157.根据实施方案127所述的扫描系统，其中所述表面的第一部分配置为相对于所述扫描场移动。158.根据实施方案157所述的扫描系统，其中所述表面的第一部分的第一区域配置为相对于所述扫描场以第一速度移动，并且所述表面的第一部分的第二区域配置为相对于扫描场以第二速度移动。159.根据实施方案158所述的扫描系统，其中第一区域比第二区域更靠近表面的旋转轴线，并且第一速度比第二速度慢。160.根据实施方案158所述的扫描系统，其中第一区域的图像在检测器上被放大第一放大倍数，并且第二区域的图像在检测器上被放大第二放大倍数。161.根据实施方案160所述的扫描系统，其中第一放大倍数和第二放大倍数不同。162.根据实施方案161所述的扫描系统，还包括透镜，所述透镜具有位于扫描场和检测器之间的光路中的透镜轴线，其中所述透镜轴线不垂直于表面。163.根据实施方案127所述的扫描系统，还包括物镜，所述物镜定位在扫描场和检测器之间的光路中。164.根据实施方案163所述的扫描系统，其中所述物镜与所述表面流体接触。165.根据实施方案163所述的扫描系统，其中所述物镜和所述表面具有不同的温度。166.根据实施方案163所述的扫描系统，还包括跨越接触所述表面和所述物镜的流体的温度梯度。167.根据实施方案166所述的扫描系统，其中所述物镜包括与所述流体接触的绝热间隔件。168.根据实施方案167所述的扫描系统，其中所述绝热间隔件包括气隙。169.根据实施方案163所述的扫描系统，其中所述物镜被加热以降低温度梯度。170.根据实施方案163所述的扫描系统，其中所述物镜被冷却以增加温度梯度。171.根据实施方案163所述的扫描系统，其中所述流体配置为在旋转期间交换。172.根据实施方案1所述的方法，还包括(i)使用自动聚焦系统扫描表面的聚焦区域以生成聚焦区域的焦点图，以及(ii)基于扫描扫描场时的焦点图，调节表面相对于扫描系统的焦点。173.根据实施方案172所述的方法，其中在使用自动聚焦系统扫描表面的聚焦区域的同时，表面相对于扫描场围绕表面的旋转轴线旋转。174.根据实施方案172所述的方法，其中所述聚焦区域包括扫描场。175.根据实施方案172所述的方法，其中所述聚焦区域包括与所述扫描场非常接近的场。176.根据实施方案175所述的方法，其中聚焦区域不包括扫描场。177.根据实施方案172所述的方法，其中在扫描之前扫描聚焦区域。178.根据实施方案172所述的方法，其中在扫描的同时扫描聚焦区域。179.根据实施方案164所述的扫描系统，其中所述物镜配置为在所述表面围绕所述表面的旋转轴线相对于所述物镜旋转时保持与所述表面的流体接触。180.根据实施方案164所述的扫描系统，其中所述物镜配置为在大致法向于所述表面的方向上移动，以与所述表面脱离流体接触并重新进行流体接触。181.根据实施方案180所述的扫描系统，其中所述物镜配置为当所述物镜与所述表面脱离流体接触时保持附着于所述物镜的流体液滴。182.根据实施方案181所述的扫描系统，其中所述物镜配置为当所述物镜与所述表面重新进行流体接触时在所述表面和所述物镜之间排出气泡。183.根据实施方案182所述的扫描系统，还包括附接到物镜并且配置为促进气泡排出的适配器。184.根据实施方案163所述的扫描系统，还包括围绕所述表面和所述物镜的腔室，所述腔室配置为与所述腔室外相比在所述腔室中保持更高的湿度。185.根据实施方案184所述的扫描系统，其中所述腔室包括位于所述表面下方的配置为收集流体的储器。186.根据实施方案185所述的扫描系统，其中所述储器包括液位，并且其中所述储器配置为保持近似恒定的液位。187.根据实施方案186所述的扫描系统，其中所述储器配置为分配大约等于所述储器收集的流体体积的流体体积。188.根据实施方案185所述的扫描系统，其中所述腔室的顶部保持在第一温度，所述物镜保持在第二温度，所述表面保持在第三温度，并且所述储器保持在第四温度。189.根据实施方案188所述的扫描系统，其中第一温度高于第二温度。190.根据实施方案188所述的扫描系统，其中第三温度低于第四温度。191.根据实施方案188所述的扫描系统，其中第二温度高于第三温度并低于第一温度。
另外的编号的实施方案
以下实施方案记载了本文公开的特征的组合的非限制性排列。还考虑了特征的组合的其他排列。具体而言，这些编号的实施方案中的每一个都可考虑为依赖于或相关于每个先前或随后编号的实施方案，而与它们所列的顺序无关。1.一种对核酸分子测序的方法，所述方法包括：a.在未覆盖的表面上提供核酸分子阵列；b.当在25摄氏度的温度下测量时，以至少1纳升/秒的速率将一层溶液分配在未覆盖的表面上，其中该溶液包括包含至少一种核苷酸的试剂，该核苷酸并入与核酸分子阵列的核酸分子互补的生长核酸链中；和c.检测一个或多个信号，所述一个或多个信号指示并入生长核酸链中的核苷酸。2.根据实施方案1所述的方法，其中未覆盖的表面暴露于大气。3.根据实施方案1或2所述的方法，其中所述层包括第一表面和第二表面，其中第一表面接触未覆盖的表面，并且第二表面接触气体。4.根据实施方案1-3中任一项所述的方法，其中未覆盖的表面不是流动池。5.根据实施方案1-4中任一项所述的方法，其中所述未覆盖的表面不具有面向所述未覆盖的表面的表面。6.根据实施方案1-5中任一项所述的方法，其中未覆盖的表面基本上是平面的。7.根据实施方案1-6中任一项所述的方法，其中所述层在未覆盖的表面上具有小于约100微米(μm)的厚度。8.根据实施方案1-7中任一项所述的方法，其中(b)包括将溶液分散到未覆盖的表面上遍及非固体间隙。9.根据实施方案1-8中任一项所述的方法，还包括用多种不同的溶液重复(b)，其中所述多种不同的溶液中的每一种溶液使用其自己的专用应用流体学器件分散在未覆盖的溶液上。10.根据实施方案1-9中任一项所述的方法，其中通过旋转未覆盖的表面将溶液层分散在未覆盖的表面上。11.根据实施方案1-10中任一项所述的方法，其中所述未覆盖的表面以沿远离旋转中心轴线的方向引导所述溶液的第一角速度旋转。12.根据实施方案1-11中任一项所述的方法，其中所述溶液包含触变流体。13.根据实施方案1-12中任一项所述的方法，其中未覆盖的表面包括靠近未覆盖的表面的外边缘的边沿，使得在(b)中流过外边缘的溶液量减少。14.根据实施方案1-13中任一项所述的方法，其中选择溶液的粘度以使得在(b)中分配的溶液的少于约50％流过(b)中的外边缘。15.根据实施方案1-14中任一项所述的方法，其中通过在未覆盖的表面靠近相机的同时以第二角速度旋转未覆盖的表面来执行(c)。16.根据实施方案1-15中任一项所述的方法，其中未覆盖的表面能够折叠或弯曲。17.根据实施方案1-16中任一项所述的方法，其中未覆盖的表面被纹理化或图案化。18.根据实施方案1-17中任一项所述的方法，其中通过使未覆盖的表面穿过溶液的储器并与溶液的储器接触而将溶液层分散在未覆盖的表面上。19.根据实施方案1-18中任一项所述的方法，其中通过使未覆盖的表面经过相机下方来执行(c)。20.根据实施方案1-19中任一项所述的方法，其中所述未覆盖的表面通过移动抵靠多个旋转卷轴而移动通过一系列溶液，包括所述溶液。21.根据实施方案20所述的方法，其中所述一系列溶液包括一系列核苷酸溶液，所述一系列核苷酸溶液具有足以将所述核苷酸(A、T/U、C或G)中的一个并入至生长核酸链中的试剂。22.根据实施方案21所述的方法，其中在每种核苷酸溶液之后，使未覆盖的表面穿过洗涤溶液并与洗涤溶液接触。23.根据实施方案22所述的方法，其中在通过每种洗涤溶液之后，对未覆盖的表面成像。24.根据实施方案1-23中任一项所述的方法，其中通过将所述溶液喷洒在所述表面上而将所述溶液层分散在所述未覆盖的表面上。25.根据实施方案1-24中任一项所述的方法，其中通过使未覆盖的表面经受振动而将溶液层分散在未覆盖的表面上。26.根据实施方案1-25中任一项所述的方法，其中通过吹气以使一定体积的溶液在未覆盖的表面上移动而将溶液层分散在未覆盖的表面上。27.根据实施方案1-26中任一项所述的方法，其中通过使所述溶液与固体表面接触并使所述固体表面移动遍及所述未覆盖的表面而将所述溶液层分散在所述未覆盖的表面上。28.根据实施方案1-27中任一项所述的方法，其中所述未覆盖的表面包含在封闭气氛的壳体中，其中所述气氛具有比环境气氛更高的湿度。29.根据实施方案1-28中任一项所述的方法，其中在(c)之前，分散在未覆盖的表面上的溶液层的小于约50％的体积蒸发。30.根据实施方案1-29中任一项所述的方法，其中所述溶液包含配置为降低所述溶液的蒸发速率的试剂。31.根据实施方案30所述的方法，其中所述溶液包含丙三醇。32.根据实施方案1-31中任一项所述的方法，其中将未覆盖的表面保持在接近露点的温度。33.根据实施方案28-32中任一项所述的方法，其中所述壳体包含与所述未覆盖的表面分离的第二表面，其中所述第二表面具有的温度使得：(i)促进第二表面上的冷凝和/或(ii)抑制未覆盖的表面上或未覆盖的表面上方的冷凝。34.根据实施方案33所述的方法，其中所述壳体包括壁，所述壁成形为引导冷凝物远离所述未覆盖的表面。35.根据实施方案33-34中任一项所述的方法，其中流体在所述壳体中流动，以引导冷凝物远离所述未覆盖的表面。36.根据实施方案1-35中任一项所述的方法，其中由与未覆盖的表面流体连通的相机执行(c)。37.根据实施方案36所述的方法，其中相机包括适配器，该适配器配置为在相机和未覆盖的表面之间保持和/或补充浸没流体。38.根据实施方案37所述的方法，其中选择适配器的疏水性或亲水性以在相机和未覆盖的表面之间保持一定体积的流体。39.根据实施方案36-38中任一项所述的方法，还包括去除捕捉在所述相机和未覆盖的表面之间的一个或多个气泡。40.根据实施方案36-39中任一项所述的方法，其中所述相机具有至少约0.10的数值光圈。41.根据实施方案36-40中任一项所述的方法，其中所述相机检测单个波长。42.根据实施方案36-41中任一项所述的方法，其中所述相机具有故意模糊(intentional blur)。43.根据实施方案1-42中任一项所述的方法，还包括重复(b)和(c)。44.根据实施方案1-43中任一项所述的方法，其中对在(b)期间分散的四种核苷酸溶液中的每一种重复(b)和(c)。45.根据实施方案1-44中任一项所述的方法，其中在少于约30秒(s)的时间段内重复(b)至少两次。46.根据实施方案1-45中任一项所述的方法，其中在少于约30秒(s)的时间段内执行(b)。47.根据实施方案1-46中任一项所述的方法，其中所述溶液包含多个不是可逆终止核苷酸的核苷酸。48.根据实施方案1-47中任一项所述的方法，其中所述溶液包含多个被标记的核苷酸。49.根据实施方案48所述的方法，进一步包括在(c)之后从多个被标记的核苷酸中的核苷酸上切下标记。50.根据实施方案1-49中任一项所述的方法，其中所述溶液包含多个未标记的核苷酸。51.根据实施方案1-50中任一项所述的方法，还包括在(b)和(c)之间从未覆盖的表面的溶液中洗除未并入的核苷酸。52.根据实施方案1-51中任一项所述的方法，还包括在(b)之后收集至少一部分溶液。53.根据实施方案1-52中任一项所述的方法，还包括在(b)之后从溶液中回收试剂。54.根据实施方案1-53中任一项所述的方法，其中所述溶液包含多种核苷酸，并且其中至少50％的所述核苷酸是天然核苷酸。55.根据实施方案1-54中任一项所述的方法，其中所述一个或多个信号是荧光信号。56.根据实施方案1-55中任一项所述的方法，其中所述溶液包含聚合酶，并且其中所述聚合酶是天然的。57.根据实施方案1-56中任一项所述的方法，其中所述溶液包含聚合酶，并且其中在(b)和(c)的每次重复之后不补充所述聚合酶。58.根据实施方案1-57中任一项所述的方法，其中所述溶液包含聚合酶，并且其中在(c)之后所述聚合酶保持固定至所述核酸分子。59.根据实施方案1-58中任一项所述的方法，其中所述核酸分子阵列被固定至未覆盖的表面。60.根据实施方案1-59中任一项所述的方法，其中所述核酸分子阵列的核酸被固定至布置在未覆盖的表面上的珠子上。61.一种用于处理多个核酸样品所述的方法，其包括：(a)提供所述多个核酸样品，其中所述多个核酸样品包括包含第一组核酸分子的第一核酸样品和含有第二组核酸分子的第二核酸样品，其中所述多个核酸样品中的每个样品具有可识别的样品来源；(b)将所述第一核酸样品加载到所述衬底的第一区域上作为所述第一组核酸分子的第一阵列，并将所述第二核酸样品加载到所述衬底的第二区域作为所述第二组核酸分子的第二阵列，其中所述第一区域不同于所述第二区域；(c)将溶液分散遍及所述衬底，其中所述溶液包含足以与所述第一阵列或所述第二阵列的核酸分子反应的试剂；(d)检测指示所述试剂与所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子之间的反应的一个或多个信号；和(e)至少部分地基于(i)所述一个或多个信号和(ii)来自所述第一区域和所述第二区域的位置(从所述位置检测所述一个或多个信号)，分析所述第一核酸样品和所述第二核酸样品，并且确定(1)所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的第一子集源自所述第一核酸样品以及(2)所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的第二子集源自所述第二核酸样品。62.根据实施方案61所述的方法，其中所述核酸样品包含固定到珠子上的核酸分子。63.根据实施方案61所述的方法，其中执行(e)中的所述确定，而不确定所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的条形码序列。64.根据实施方案63所述的方法，其中所述第一组核酸分子和所述第二组核酸分子不具有指示来源核酸样品的条形码序列。65.根据实施方案61所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域在所述衬底的同一表面上。66.根据实施方案61所述的方法，其中(e)中的所述分析包括对所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子进行测序。67.根据实施方案66所述的方法，其中所述溶液包含试剂，所述试剂足以将至少一个核苷酸并入与所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的核酸分子互补的生长核酸链中。68.根据实施方案67所述的方法，还包括用所述溶液中的各种核苷酸重复(c)-(e)，以提供所述核酸分子的序列信息。69.根据实施方案61所述的方法，其中所述多个核酸样品包括n个核酸样品，并且(b)包括将所述n个核酸样品加载到所述衬底的n个单独区域。70.根据实施方案69所述的方法，其中n为至少3。71.根据实施方案69所述的方法，其中n为至少5。72.根据实施方案69所述的方法，其中n为至少10。73.根据实施方案61所述的方法，其中所述第一核酸样品或所述第二核酸样品包含1000个核酸分子。74.根据实施方案73所述的方法，其中所述第一核酸样品或所述第二核酸样品包含10,000个核酸分子。75.根据实施方案74所述的方法，其中所述第一核酸样品或所述第二核酸样品包含100,000个核酸分子。76.根据实施方案61所述的方法，其中(b)包括通过气隙将所述第一核酸样品从分配器沉积到所述衬底上。77.根据实施方案61所述的方法，其中(b)包括通过封闭的流动池将所述第一核酸样品沉积到所述衬底上。78.根据实施方案61所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域具有不同的尺寸。79.根据实施方案61所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域具有相同的尺寸。80.根据实施方案61所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域在所述衬底上包括不同数量的单独可寻址位置。81.根据实施方案61所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域在所述衬底上包括相同数量的单独可寻址位置。82.根据实施方案61所述的方法，其中，在(b)之后，将所述第一组核酸分子附接到多个珠子上，所述多个珠子固定至所述衬底。83.根据实施方案82所述的方法，其中所述多个珠子中的珠子包含与其附接的多个核酸分子，其中所述多个核酸分子包括核酸分子集落。84.根据实施方案83所述的方法，其中所述核酸分子集落是源自所述第一组核酸分子的核酸分子的扩增产物。85.根据实施方案83所述的方法，其中在(b)之前，将所述多个核酸分子连接到所述珠子上，并且(b)包括将所述多个珠子分配到所述衬底上。86.根据实施方案82所述的方法，其中在(b)之后，将所述第二组核酸分子附接到第二多个珠子上，所述第二多个珠子固定至所述衬底。87.根据实施方案61所述的方法，其中所述衬底包括多个单独可寻址位置。88.根据实施方案87所述的方法，其中所述多个单独可寻址位置中的单独可寻址位置配置为与所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的核酸分子相结合。89.根据实施方案88所述的方法，其中所述单独可寻址位置配置成与珠子相结合，其中所述珠子包含与其附接的所述核酸分子。90.根据实施方案89所述的方法，其中所述珠子包含与其附接的多个核酸分子，包括所述核酸分子。91.根据实施方案90所述的方法，其中所述多个核酸分子包括作为源自所述核酸分子的扩增产物的核酸分子集落。92.根据实施方案89所述的方法，其中所述第一组核酸分子附接到第一多个珠子，并且其中所述第二组核酸分子附接到第二多个珠子，其中所述第一多个珠子和所述第二多个珠子与所述多个单独可寻址位置相结合。93.根据实施方案92所述的方法，其中所述第一多个珠子和所述第二多个珠子是可区分的。94.根据实施方案93所述的方法，其中所述第一多个珠子和所述第二多个珠子发射不同波长的信号。95.根据实施方案93所述的方法，其中所述第一多个珠子和所述第二多个珠子发射不同强度的信号。96.根据实施方案92所述的方法，还包括在(b)之后，使不与所述第一多个珠子和所述第二多个珠子结合的单独可寻址位置经受足以不允许随后样品珠子结合至与所述第一多个珠子和所述第二多个珠子不结合的所述单独可寻址位置的条件。97.根据实施方案96所述的方法，还包括在(b)之后，使所述衬底与多个空白珠子接触，使得不与所述第一多个珠子和所述第二多个珠子结合的单独可寻址位置与空白珠子相结合。98.根据实施方案97所述的方法，其中与所述第一多个珠子或所述第二多个珠子相比，所述多个空白珠子对所述多个单独可寻址位置具有更高的亲和力。99.根据实施方案61所述的方法，其中所述第一核酸样品和所述第二核酸样品可通过荧光染料区分。100.根据实施方案61所述的方法，其中所述核酸分子各自包含长度不超过6个碱基的合成序列。101.根据实施方案100所述的方法，其中所述合成序列的长度不超过4个碱基。102.根据实施方案101所述的方法，其中所述合成序列的长度不超过2个碱基。103.根据实施方案102所述的方法，其中所述合成序列的长度不超过1个碱基。104.根据实施方案100所述的方法，其中所述核酸分子的总数大于独特合成序列的总数。105.根据实施方案100所述的方法，其中源自所述多个核酸样品中相同核酸样品的核酸分子的子集各自包含共同合成序列，所述共同合成序列不同于源自不同核酸样品的核酸分子的另一个子集的合成序列。106.根据实施方案61所述的方法，还包括相对于所述衬底的参考轴线旋转所述衬底。107.根据实施方案106所述的方法，其中在(c)中的所述分散之后，进行所述旋转。108.根据实施方案106所述的方法，其中在(c)中的所述分散期间，执行所述旋转。109.根据实施方案106所述的方法，其中在(c)中的所述分散之前，进行所述旋转。110.根据实施方案106所述的方法，其中(c)中的所述分散包括由于来自所述旋转的离心力而使所述溶液从所述衬底上的第一位置移动到所述衬底上的第二位置，其中所述第一位置和所述第二位置与所述参考轴线具有不同的径向距离。111.根据实施方案106所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域布置为距所述衬底上的所述参考轴线至少1毫米(mm)距离。112.根据实施方案111所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域布置在距所述衬底上的所述参考轴线至少1厘米(cm)的距离。113.根据实施方案61所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域相对于所述衬底的中心轴线径向地布置在所述衬底周围。114.根据实施方案113所述的方法，其中所述衬底包括多个径向交替区域，包括所述第一区域和所述第二区域，其中所述多个径向交替区域包括第一类型的第一组区域和第二类型的第二组区域。115.根据实施方案113所述的方法，其中所述第一组区域在化学上不同于所述第二组区域。116.根据实施方案113所述的方法，其中所述第一组区域和所述第二组区域由屏障隔开。117.根据实施方案113所述的方法，其中所述第一组区域和所述第二类型区域仅可通过加载在所述第一组区域和所述第二组区域上的核酸样品来区分。118.根据实施方案61所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域直接相邻。119.根据实施方案61所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域通过所述衬底上的另一个区域隔开。120.根据实施方案61所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域交叠。121.根据实施方案61所述的方法，其中在(e)中，所述第一子集和所述第二子集不包括所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的第三子集，所述第三子集位于接近所述第一区域和所述第二区域的边界的0.5毫米(mm)内。122.根据实施方案61所述的方法，其中(b)在不同于其中执行(c)或(d)的第二站的第一站中执行。123.根据实施方案61所述的方法，其中所述衬底包括物理界线，其中所述物理界线用作对所述衬底进行空间索引的参考。124.根据实施方案123所述的方法，其中所述界线包括在所述衬底上的压痕、凹口、物理特征、染料和墨中的一种或多种。125.根据实施方案123所述的方法，其中所述界线包含对照核酸样品。126.根据实施方案61所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域通过所述衬底上的屏障隔开。127.根据实施方案126所述的方法，其中所述屏障在(c)或(d)期间保持固定到所述衬底。128.根据实施方案127所述的方法，其中在(c)和(d)期间，所述屏障保持固定到所述衬底。129.根据实施方案126所述的方法，其中所述屏障是可去除的。130.根据实施方案129所述的方法，还包括在(b)之后，去除所述屏障。131.根据实施方案130所述的方法，其中所述屏障溶解。132.根据实施方案130所述的方法，其中所述屏障蒸发。133.根据实施方案130所述的方法，其中所述屏障升华。134.根据实施方案130所述的方法，其中所述屏障熔化。135.根据实施方案126所述的方法，其中所述屏障包括注塑模制引导件。136.根据实施方案126所述的方法，其中所述屏障包括聚乙二醇(PEG)。137.根据实施方案126所述的方法，其中所述屏障包括粘性溶液。138.根据实施方案137所述的方法，其中所述粘度与温度成比例地变化。139.根据实施方案126所述的方法，其中所述屏障包括与加载溶溶液不混溶的流体，所述加载溶液包含所述第一核酸样品和所述第二核酸样品。140.根据实施方案126所述的方法，其中所述屏障包括疏水区域，并且其中所述第一区域和所述第二区域包括亲水区域。141.根据实施方案126所述的方法，其中所述屏障包括气刀。142.根据实施方案61所述的方法，其中在(b)之前，使用一个或多个掩模掩蔽所述衬底，使得所述衬底包括一个或多个掩蔽区域的子集和一个或多个未掩蔽区域的子集，其中一个或多个未掩蔽区域的所述子集包括所述第一区域和所述第二区域。143.根据实施方案142所述的方法，还包括，在(b)之前，使用所述一个或多个掩模掩蔽所述衬底。144.根据实施方案142所述的方法，还包括，在(b)之后，从所述一个或多个掩模揭开所述衬底，并将第三核酸样品加载到所述一个或多个掩蔽区域的第三区域上。145.根据实施方案61所述的方法，其中(b)包括(i)用所述一个或多个掩模掩蔽所述衬底，使得所述衬底包括一个或多个掩蔽区域的子集和一个或多个未掩蔽区域的子集，其中所述一个或多个未掩蔽区域的子集包括所述第一区域，并且所述一个或多个掩蔽区域的子集包括所述第二区域；(ii)加载所述第一核酸样品；(iii)从所述一个或多个掩模上揭开所述衬底；和(iv)加载所述第二核酸样品。146.根据实施方案61所述的方法，其中(b)包括使所述衬底与包含所述第一核酸样品的第一加载流体和包含所述第二核酸样品的第二加载流体接触，其中所述第一加载流体和所述第二加载流体是不混溶的。147.根据实施方案61所述的方法，其中(b)包括同时加载所述第一核酸样品和所述第二核酸样品。148.根据实施方案61所述的方法，其中(b)包括在离散时间加载所述第一核酸样品和所述第二核酸样品。149.根据实施方案148所述的方法，其中加载所述第一核酸样品，然后加载所述第二核酸样品。150.根据实施方案149所述的方法，其中在加载所述第一核酸样品和所述第二核酸样品之间干燥所述衬底。151.根据实施方案61所述的方法，其中(b)包括施加磁场以将所述第一核酸样品引导至所述衬底。152.根据实施方案151所述的方法，其中所述磁场由一个或多个磁体施加。153.根据实施方案151所述的方法，其中所述第一组核酸分子附接于多个磁珠子。154.根据实施方案151所述的方法，其中包含所述第一核酸样品的加载流体包含铁磁流体。155.根据实施方案61所述的方法，还包括在(b)之前，使用温度激活所述第一区域或所述第二区域用于加载。156.根据实施方案61所述的方法，还包括，在(b)之前，使用电磁辐射激活所述第一区域或所述第二区域用于加载。157.根据实施方案61所述的方法，其中所述第一区域吸引所述第一核酸样品。158.根据实施方案61所述的方法，其中所述第二区域排斥所述第一核酸样品。159.根据实施方案61所述的方法，其中所述衬底包含排斥所述第一核酸样品的第三区域。160.根据实施方案61所述的方法，还包括，在(b)之后，从所述衬底洗涤未与所述第一区域或所述第二区域结合的核酸分子。161.根据实施方案160所述的方法，其中所述洗涤包括抽吸。162.一种用于处理多个核酸样品所述的方法，其包括：(a)提供所述多个核酸样品，其中所述多个核酸样品包括包含第一组核酸分子的第一核酸样品和包含第二组核酸分子的第二核酸样品；(b)将所述第一核酸样品加载到衬底上，以将所述第一组核酸分子与单独可寻址位置的第一阵列相结合；(c)对所述衬底进行成像，以识别所述第一阵列的单独可寻址位置；(d)将所述第二核酸样品加载到衬底上，以将所述第二组核酸分子与单独可寻址位置的第二阵列相结合；(e)对所述衬底进行成像，以识别所述单独可寻址位置的第二阵列；(f)将溶液分散在所述衬底上，其中所述溶液包含足以与所述第一阵列或所述第二阵列的核酸分子反应的试剂；(g)检测指示所述试剂与所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子之间的反应的一个或多个信号；和(h)至少部分地基于(i)所述一个或多个信号和(ii)来自单独可寻址位置的所述第一阵列和单独可寻址位置的所述第二阵列的位置(从所述位置检测所述一个或多个信号)，分析所述第一核酸样品和所述第二核酸样品，并且确定(1)所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的第一子集源自所述第一核酸样品以及(2)所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的第二子集源自所述第二核酸样品。163.根据实施方案162所述的方法，其中(h)中的所述分析包括对所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子进行测序。164.根据实施方案163所述的方法，其中所述溶液包含试剂，所述试剂足以将至少一个核苷酸并入与所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的核酸分子互补的生长核酸链中。165.根据实施方案164所述的方法，还包括使用所述溶液中的各种核苷酸重复(f)-(h)，以提供所述核酸分子的序列信息。166.根据实施方案162所述的方法，其中所述多个核酸样品包括n个核酸样品，并且(b)包括将所述n个核酸样品加载到所述衬底的n个分离区域。167.根据实施方案166所述的方法，其中n为至少3。168.根据实施方案166所述的方法，其中n为至少5。169.根据实施方案166所述的方法，其中n为至少10。170.根据实施方案162所述的方法，其中所述第一核酸样品或所述第二核酸样品包含1000个核酸分子。171.根据实施方案170所述的方法，其中所述第一核酸样品或所述第二核酸样品包含10,000个核酸分子。172.根据实施方案171所述的方法，其中所述第一核酸样品或所述第二核酸样品包含100,000个核酸分子。173.根据实施方案162所述的方法，其中(b)包括通过气隙将所述第一核酸样品从分配器沉积到所述衬底。174.根据实施方案162所述的方法，其中(b)包括通过封闭的流动池将所述第一核酸样品沉积到所述衬底。175.根据实施方案162所述的方法，其中所述单独可寻址位置的第一阵列和所述单独可寻址位置的第二阵列具有不同的尺寸。176.根据实施方案162所述的方法，其中所述单独可寻址位置的第一阵列和所述单独可寻址位置的第二阵列具有相同的尺寸。177.根据实施方案162所述的方法，其中所述单独可寻址位置的第一阵列和所述单独可寻址位置的第二阵列包括在所述衬底上的不同数量的单独可寻址位置。178.根据实施方案162所述的方法，其中所述单独可寻址位置的第一阵列和所述单独可寻址位置的第二阵列包括在所述衬底上的相同数量的单独可寻址位置。179.根据实施方案162所述的方法，其中，在(b)之后，将所述第一组核酸分子附接到多个珠子，所述多个珠子固定到所述衬底。180.根据实施方案179所述的方法，其中所述多个珠子中的珠子包括与其附接的多个核酸分子，其中所述多个核酸分子包括核酸分子的集落。181.根据实施方案180所述的方法，其中所述核酸分子的集落是源自所述第一组核酸分子的核酸分子的扩增产物。182.根据实施方案180所述的方法，其中在(b)之前，将所述多个核酸分子附接到所述珠子，并且(b)包括将所述多个珠子分配到所述衬底。183.根据实施方案179所述的方法，其中在(b)之后，将所述第二组核酸分子附接到第二多个珠子，所述第二多个珠子固定到所述衬底。184.根据实施方案162所述的方法，其中所述衬底包括多个单独可寻址位置。185.根据实施方案184所述的方法，其中所述多个单独可寻址位置中的单独可寻址位置配置为与所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的核酸分子相结合。186.根据实施方案185所述的方法，其中所述单独可寻址位置配置为与珠子相结合，其中所述珠子包含与其附接的所述核酸分子。187.根据实施方案186所述的方法，其中所述珠子包含与其附接的多个核酸分子，包括所述核酸分子。188.根据实施方案187所述的方法，其中所述多个核酸分子包括作为源自所述核酸分子的扩增产物的核酸分子的集落。189.根据实施方案186所述的方法，其中所述第一组核酸分子与第一多个珠子附接，并且其中所述第二组核酸分子与第二多个珠子附接，其中所述第一多个珠子和所述第二多个珠子与所述多个单独可寻址位置相结合。190.根据实施方案189所述的方法，其中所述第一多个珠子和所述第二多个珠子是可区分的。191.根据实施方案190所述的方法，其中所述第一多个珠子和所述第二多个珠子发射不同波长的信号。192.根据实施方案190所述的方法，其中所述第一多个珠子和所述第二多个珠子发射不同强度的信号。193.根据实施方案189所述的方法，还包括，在(b)之后，使不与所述第一多个珠子和所述第二多个珠子结合的单独可寻址位置经受足以不允许随后的样品珠子结合至不与所述第一多个珠子和所述第二多个珠子结合的所述单独可寻址位置的条件。194.根据实施方案189所述的方法，还包括，在(b)之后，使所述衬底与多个空白珠子接触，使得不与所述第一多个珠子和所述第二多个珠子结合的单独可寻址位置与空白珠子相结合。195.根据实施方案190所述的方法，其中与所述第一多个珠子或所述第二多个珠子相比，所述多个空白珠子对所述多个单独可寻址位置具有更高的亲和力。196.根据实施方案162所述的方法，其中所述第一核酸样品和所述第二核酸样品可通过荧光染料区分。197.根据实施方案162所述的方法，其中所述核酸分子各自包含长度不超过6个碱基的合成序列。198.根据实施方案197所述的方法，其中所述合成序列的长度不超过4个碱基。199.根据实施方案198所述的方法，其中所述合成序列的长度不超过2个碱基。200.根据实施方案199所述的方法，其中所述合成序列的长度不超过1个碱基。201.根据实施方案197所述的方法，其中所述核酸分子的总数大于独特合成序列的总数。202.根据实施方案197所述的方法，其中源自所述多个核酸样品中的相同核酸样品的核酸分子的子集各自包含共同合成序列，所述共同合成序列不同于源自不同核酸样品的核酸分子的另一个子集的合成序列。203.根据实施方案162所述的方法，还包括相对于所述衬底的参考轴线旋转所述衬底。204.根据实施方案203所述的方法，其中在(f)中的所述分散之后进行所述旋转。205.根据实施方案203所述的方法，其中在(f)中的所述分散期间进行所述旋转。206.根据实施方案203所述的方法，其中在(f)中的所述分散之前进行所述旋转。207.根据实施方案203所述的方法，其中在(f)中的所述分散包括由于来自所述旋转的离心力而使所述溶液从所述衬底上的第一位置移动到所述衬底上的第二位置，其中所述第一位置和所述第二位置与所述参考轴线具有不同的径向距离。208.根据实施方案203所述的方法，其中所述单独可寻址位置的第一阵列和所述单独可寻址位置的第二阵列设置在距所述衬底上的所述参考轴线至少1毫米(mm)距离处。209.根据实施方案208所述的方法，其中所述单独可寻址位置的第一阵列和所述单独可寻址位置的第二阵列设置在距所述衬底上的所述参考轴线至少1厘米(cm)距离处。210.根据实施方案162所述的方法，其中所述单独可寻址位置的第一阵列和所述单独可寻址位置的第二阵列相对于所述衬底的中心轴线径向地布置在所述衬底周围。211.根据实施方案210所述的方法，其中所述衬底包括单独可寻址位置的多个径向交替阵列，包括所述单独可寻址位置的第一阵列和所述单独可寻址位置的第二阵列，其中所述单独可寻址位置的多个径向交替阵列包括第一类型的第一组区域和第二类型的第二组区域。212.根据实施方案210所述的方法，其中所述第一组区域在化学上不同于所述第二组区域。213.根据实施方案210所述的方法，其中所述第一组区域和所述第二组区域由屏障隔开。214.根据实施方案210所述的方法，其中所述第一组区域和所述第二类型区域仅可通过加载在所述第一组区域和所述第二组区域上的核酸样品来区分。215.根据实施方案162所述的方法，其中所述单独可寻址位置的第一阵列和所述单独可寻址位置的第二阵列直接相邻。216.根据实施方案162所述的方法，其中所述单独可寻址位置的第一阵列和所述单独可寻址位置的第二阵列通过所述衬底上的单独可寻址位置的另一阵列隔开。217.根据实施方案162所述的方法，其中所述单独可寻址位置的第一阵列和所述单独可寻址位置的第二阵列交叠。218.根据实施方案162所述的方法，其中在(h)中，所述第一子集和所述第二子集不包括所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的第三子集，所述第三子集位于接近所述单独可寻址位置的第一阵列和所述单独可寻址位置的第二阵列的边界的0.5毫米(mm)内。219.根据实施方案162所述的方法，其中在第一站中执行(b)，所述第一站不同于其中执行(f)或(g)的第二站。220.根据实施方案162所述的方法，其中所述衬底包括物理界线，其中所述物理界线用作对所述衬底进行空间索引的参考。221.根据实施方案220所述的方法，其中所述界线包括所述衬底上的压痕、凹口、物理特征、染料和墨中的一种或多种。222.根据实施方案220所述的方法，其中所述界线包含对照核酸样品。223.根据实施方案162所述的方法，其中所述单独可寻址位置的第一阵列和所述单独可寻址位置的第二阵列通过所述衬底上的屏障隔开。224.根据实施方案223所述的方法，其中在(f)或(g)期间所述屏障保持固定到所述衬底。225.根据实施方案224所述的方法，其中在(f)和(g)期间，所述屏障保持固定到所述衬底。226.根据实施方案223所述的方法，其中所述屏障是可去除的。227.根据实施方案226所述的方法，还包括在(b)之后去除所述屏障。228.根据实施方案227所述的方法，其中所述屏障溶解。229.根据实施方案227所述的方法，其中所述屏障蒸发。230.根据实施方案227所述的方法，其中所述屏障升华。231.根据实施方案227所述的方法，其中所述屏障熔化。232.根据实施方案223所述的方法，其中所述屏障包括注塑模制引导件。233.根据实施方案223所述的方法，其中所述屏障包括聚乙二醇(PEG)。234.根据实施方案223所述的方法，其中所述屏障包括粘性溶液。235.根据实施方案234所述的方法，其中所述粘度与温度成比例地变化。236.根据实施方案223所述的方法，其中所述屏障包括与加载溶液不混溶的流体，所述加载溶液包含所述第一核酸样品和所述第二核酸样品。237.根据实施方案223所述的方法，其中所述屏障包括疏水区域，并且其中所述第一区域和所述第二区域包括亲水区域。238.根据实施方案223所述的方法，其中所述屏障包括气刀。239.根据实施方案162所述的方法，其中在(b)之前，使用一个或多个掩模掩蔽所述衬底，使得所述衬底包括一个或多个掩蔽区域的子集和一个或多个未掩蔽区域的子集，其中一个或多个未掩蔽区域的所述子集包括所述单独可寻址位置的第一阵列和所述单独可寻址位置的第二阵列。240.根据实施方案239所述的方法，还包括在(b)之前，使用所述一个或多个掩模掩蔽所述衬底。241.根据实施方案239所述的方法，还包括在(b)之后，从所述一个或多个掩模揭开所述衬底，并将第三核酸样品加载到所述一个或多个掩蔽区域的单独可寻址位置的第三阵列上。242.根据实施方案162所述的方法，其中(b)包括(i)使用所述一个或多个掩模掩蔽所述衬底，使得所述衬底包括一个或多个掩蔽区域的子集和一个或多个未掩蔽区域的子集，其中所述一个或多个未掩蔽区域的子集包括所述单独可寻址位置的第一阵列，并且所述一个或多个屏蔽区域的子集包括所述单独可寻址位置的第二阵列；(ii)加载所述第一核酸样品；(iii)从所述一个或多个掩模上揭开所述衬底；和(iv)加载所述第二核酸样品。243.根据实施方案162所述的方法，其中(b)包括使所述衬底与包含所述第一核酸样品的第一加载流体和包含所述第二核酸样品的第二加载流体接触，其中所述第一加载流体和所述第二加载流体是不混溶的。244.根据实施方案162所述的方法，其中(b)包括同时加载所述第一核酸样品和所述第二核酸样品。245.根据实施方案162所述的方法，其中(b)包括在离散时间加载所述第一核酸样品和所述第二核酸样品。246.根据实施方案245所述的方法，其中加载所述第一核酸样品，然后加载所述第二核酸样品。247.根据实施方案246所述的方法，其中在加载所述第一核酸样品和所述第二核酸样品之间干燥所述衬底。248.根据实施方案162所述的方法，其中(b)包括施加磁场以将所述第一核酸样品引导至所述衬底。249.根据实施方案248所述的方法，其中所述磁场由一个或多个磁体施加。250.根据实施方案248所述的方法，其中所述第一组核酸分子附接于多个磁珠子。251.根据实施方案248所述的方法，其中包含所述第一核酸样品的加载流体包含铁磁流体。252.根据实施方案162所述的方法，还包括在(b)之前，使用温度激活所述单独可寻址位置的第一阵列或所述单独可寻址位置的第二阵列用于加载。253.根据实施方案162所述的方法，还包括在(b)之前，使用电磁辐射激活所述单独可寻址位置的第一阵列或所述单独可寻址位置的第二阵列用于加载。254.根据实施方案162所述的方法，其中所述单独可寻址位置的第一阵列吸引所述第一核酸样品。255.根据实施方案162所述的方法，其中所述单独可寻址位置的阵列排斥所述第一核酸样品。256.根据实施方案162所述的方法，其中所述衬底包括排斥所述第一核酸样品的单独可寻址位置的第三阵列。257.根据实施方案162所述的方法，还包括，在(b)之后，从所述衬底洗涤未与所述单独可寻址位置的第一阵列或所述单独可寻址位置的第二阵列结合的核酸分子。258.根据实施方案257所述的方法，其中所述洗涤包括抽吸。259.一种用于处理多个核酸样品所述的方法，包括：(a)提供所述多个核酸样品，其中所述多个核酸样品的每一个包含荧光染料；(b)将所述多个核酸样品分成第一组一个或多个样品和第二组一个或多个样品；(c)将所述第一组一个或多个样品加载到衬底上的第一组区域上，其中在所述第一组区域中每个区域一个样品；(d)对所述衬底进行成像以识别所述衬底上的(i)所述第一组区域内的位置和(ii)第二组区域内的位置，其中所述第二组区域不同于所述第一组一个或多个样品所关联的所述第一组区域；(e)将所述第二组一个或多个样品加载到衬底上的所述第二组区域上，其中在所述第二组区域中每个区域一个样品；(f)对所述衬底进行成像以识别(i)所述第一组区域内的位置和(ii)所述第二组一个或多个样品所关联的所述第二组区域内的位置；(g)将溶液分散遍及所述衬底，其中所述溶液包含足以与所述第一组一个或多个样品或所述第二组一个或多个样品的核酸分子反应的试剂；(h)检测指示所述试剂与所述核酸分子之间的反应的一个或多个信号；和(i)至少部分地基于(i)所述一个或多个信号和(ii)来自所述第一组区域和所述第二组区域的位置(从所述位置检测所述一个或多个信号)，分析所述多个核酸样品的所述每一个。260.根据实施方案259所述的方法，其中所述荧光染料附接至所述多个核酸样品中的所述每一个核酸样品的核酸分子的测序引物上。261.根据实施方案259所述的方法，还包括(j)将包含标记的引物加载到所述衬底，(ii)使所述多个核酸样品的核酸分子经受足以与所述引物相互作用的条件，和(iii))使用所述标记检测所述核酸分子的存在。262.根据实施方案259所述的方法，其中(i)中的所述分析包括对所述第一组区域或所述第二组区域的所述核酸分子进行测序。263.根据实施方案262所述的方法，其中所述溶液包含试剂，所述试剂足以将至少一个核苷酸并入与所述第一组区域或所述第二组区域的所述核酸分子的核酸分子互补的生长核酸链中。264.根据实施方案263所述的方法，还包括使用所述溶液中的各种核苷酸重复(g)-(i)，以提供所述核酸分子的序列信息。265.根据实施方案259所述的方法，其中所述多个核酸样品包括n个核酸样品，并且(c)包括将所述n个核酸样品加载到所述衬底的n个分离区域。266.根据实施方案265所述的方法，其中n为至少3。267.根据实施方案265所述的方法，其中n为至少5。268.根据实施方案265所述的方法，其中n为至少10。269.根据实施方案259所述的方法，其中所述核酸样品包含1000个核酸分子。270.根据实施方案269所述的方法，其中所述核酸样品包含10,000个核酸分子。271.根据实施方案270所述的方法，其中所述核酸包含100,000个核酸分子。272.根据实施方案259所述的方法，其中(c)包括通过气隙将所述第一组一个或多个样品从分配器沉积到所述衬底上。273.根据实施方案259所述的方法，其中(c)包括通过封闭的流动池将所述第一组一个或多个样品沉积到所述衬底上。274.根据实施方案259所述的方法，其中所述第一组区域和所述第二组区域包括在所述衬底上的不同数量的单独可寻址位置。275.根据实施方案259所述的方法，其中所述第一组区域和所述第二组区域包括在所述衬底上的相同数量的单独可寻址位置。276.根据实施方案259所述的方法，其中，在(c)之后，将所述第一组一个或多个样品附接到多个珠子，所述多个珠子固定到所述衬底。277.根据实施方案276所述的方法，其中所述多个珠子中的珠子包括与其附接的多个核酸分子，其中所述多个核酸分子包括核酸分子的集落。278.根据实施方案277所述的方法，其中所述核酸分子的集落是源自所述第一组核酸分子的核酸分子的扩增产物。279.根据实施方案277所述的方法，其中在(c)之前，将所述多个核酸分子附接到所述珠子，并且(c)包括将所述多个珠子分配到所述衬底。280.根据实施方案276所述的方法，其中在(c)之后，将所述第二组核酸分子连接到第二多个珠子，所述第二多个珠子固定到所述衬底。281.根据实施方案259所述的方法，其中所述衬底包括多个单独可寻址位置。282.根据实施方案281所述的方法，其中所述多个单独可寻址位置中的单独可寻址位置配置为与所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的核酸分子相结合。283.根据实施方案282所述的方法，其中所述单独可寻址位置配置为与珠子相结合，其中所述珠子包含与其附接的所述核酸分子。284.根据实施方案283所述的方法，其中所述珠子包含与其附接的多个核酸分子，包括所述核酸分子。285.根据实施方案284所述的方法，其中所述多个核酸分子包括作为源自所述核酸分子的扩增产物的核酸分子的集落。286.根据实施方案283所述的方法，其中所述第一组核酸分子与第一多个珠子附接，并且其中所述第二组核酸分子与第二多个珠子连接，其中所述第一多个珠子和所述第二多个珠子与所述多个单独可寻址位置相结合。287.根据实施方案286所述的方法，其中所述第一多个珠子和所述第二多个珠子是可区分的。288.根据实施方案287所述的方法，其中所述第一多个珠子和所述第二多个珠子发射不同波长的信号。289.根据实施方案287所述的方法，其中所述第一多个珠子和所述第二多个珠子发射不同强度的信号。290.根据实施方案286所述的方法，还包括，在(c)之后，使不与所述第一多个珠子和所述第二多个珠子结合的单独可寻址位置经受足以不允许随后的样品珠子结合至不与所述第一多个珠子和所述第二多个珠子结合的所述单独可寻址位置的条件。291.根据实施方案286所述的方法，还包括，在(c)之后，使所述衬底与多个空白珠子接触，使得不与所述第一多个珠子和所述第二多个珠子结合的单独可寻址位置与空白珠子相结合。292.根据实施方案287所述的方法，其中与所述第一多个珠子或所述第二多个珠子相比，所述多个空白珠子对所述多个单独可寻址位置具有更高的亲和力。293.根据实施方案259所述的方法，其中所述第一核酸样品和所述第二核酸样品可通过荧光染料区分。294.根据实施方案259所述的方法，其中所述核酸分子各自包含长度不超过6个碱基的合成序列。295.根据实施方案294所述的方法，其中所述合成序列的长度不超过4个碱基。296.根据实施方案295所述的方法，其中所述合成序列的长度不超过2个碱基。297.根据实施方案296所述的方法，其中所述合成序列的长度不超过1个碱基。298.根据实施方案294所述的方法，其中所述核酸分子的总数大于独特合成序列的总数。299.根据实施方案294所述的方法，其中源自所述多个核酸样品中相同核酸样品的核酸分子的子集各自包含共同合成序列，所述共同合成序列不同于源自不同核酸样品的核酸分子的另一个子集的合成序列。300.根据实施方案259所述的方法，还包括相对于所述衬底的参考轴线旋转所述衬底。301.根据实施方案300所述的方法，其中在(g)中的所述分散之后进行所述旋转。302.根据实施方案300所述的方法，其中在(g)中的所述分散期间进行所述旋转。303.根据实施方案300所述的方法，其中在(g)中的所述分散之前进行所述旋转。304.根据实施方案300所述的方法，其中在(g)中的所述分散包括由于来自所述旋转的离心力而使所述溶液从所述衬底上的第一位置移动到所述衬底上的第二位置，其中所述第一位置和所述第二位置与所述参考轴线具有不同的径向距离。305.根据实施方案300所述的方法，其中所述第一组区域和所述第二组区域设置在距所述衬底上的所述参考轴线至少1毫米(mm)距离处。306.根据实施方案305所述的方法，其中所述第一组区域和所述第二组区域设置在距所述衬底上的所述参考轴线至少1厘米(cm)距离处。307.根据实施方案259所述的方法，其中所述第一组区域和所述第二组区域相对于所述衬底的中心轴线径向地布置在所述衬底周围。308.根据实施方案307所述的方法，其中所述衬底包括单独可寻址位置的多个径向交替阵列，包括所述第一组区域和所述第二组区域，其中所述单独可寻址位置的多个径向交替阵列包括第一类型的第一组区域和第二类型的第二组区域。309.根据实施方案307所述的方法，其中所述第一组区域在化学上不同于所述第二组区域。310.根据实施方案307所述的方法，其中所述第一组区域和所述第二组区域由屏障隔开。311.根据实施方案307所述的方法，其中所述第一组区域和所述第二类型区域仅可通过加载在所述第一组区域和所述第二组区域上的核酸样品来区分。312.根据实施方案259所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域直接相邻。313.根据实施方案259所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域通过所述衬底上的另一区域隔开。314.根据实施方案259所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域交叠。315.根据实施方案259所述的方法，其中在第一站中执行(e)，所述第一站不同于其中执行(g)或(h)的第二站。316.根据实施方案259所述的方法，其中所述衬底包括物理界线，其中所述物理界线用作对所述衬底进行空间索引的参考。317.根据实施方案316所述的方法，其中所述界线包括所述衬底上的压痕、凹口、物理特征、染料和墨中的一种或多种。318.根据实施方案316所述的方法，其中所述界线包含对照核酸样品。319.根据实施方案259所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域通过所述衬底上的屏障隔开。320.根据实施方案319所述的方法，其中在(g)或(h)期间所述屏障保持固定到所述衬底。321.根据实施方案320所述的方法，其中在(g)和(h)期间，所述屏障保持固定到所述衬底。322.根据实施方案319所述的方法，其中所述屏障是可去除的。323.根据实施方案320所述的方法，还包括在(g)之后去除所述屏障。324.根据实施方案321所述的方法，其中所述屏障溶解。325.根据实施方案321所述的方法，其中所述屏障蒸发。326.根据实施方案321所述的方法，其中所述屏障升华。327.根据实施方案321所述的方法，其中所述屏障熔化。328.根据实施方案319所述的方法，其中所述屏障包括注塑模制引导件。329.根据实施方案319所述的方法，其中所述屏障包括聚乙二醇(PEG)。330.根据实施方案319所述的方法，其中所述屏障包括粘性溶液。331.根据实施方案330所述的方法，其中所述粘度与温度成比例地变化。332.根据实施方案319所述的方法，其中所述屏障包括与加载溶液不混溶的流体，所述加载溶液包含所述第一组一个或多个样品和所述第二核酸样品。333.根据实施方案319所述的方法，其中所述屏障包括疏水区域，并且其中所述第一区域和所述第二区域包括亲水区域。334.根据实施方案319所述的方法，其中所述屏障包括气刀。335.根据实施方案259所述的方法，其中在(g)之前，使用一个或多个掩模掩蔽所述衬底，使得所述衬底包括一个或多个掩蔽区域的子集和一个或多个未掩蔽区域的子集，其中一个或多个未掩蔽区域的所述子集包括所述第一区域和所述第二区域。336.根据实施方案335所述的方法，还包括在(g)之前，使用所述一个或多个掩模掩蔽所述衬底。337.根据实施方案334所述的方法，还包括在(g)之后，从所述一个或多个掩模揭开所述衬底，并将第三组一个或多个样品加载到所述一个或多个掩蔽区域的第三区域上。338.根据实施方案259所述的方法，其中(g)包括(i)使用所述一个或多个掩模掩蔽所述衬底，使得所述衬底包括一个或多个掩蔽区域的子集和一个或多个未掩蔽区域的子集，其中所述一个或多个未掩蔽区域的子集包括所述第一区域，并且所述一个或多个掩蔽区域的子集包括所述第二区域；(ii)加载所述第一组一个或多个样品；(iii)从所述一个或多个掩模上揭开所述衬底；和(iv)加载所述第二组一个或多个样品。339.根据实施方案259所述的方法，其中(g)包括使所述衬底与包含所述第一组一个或多个样品的第一加载流体和包含所述第二组一个或多个样品的第二加载流体接触，其中所述第一加载流体和所述第二加载流体是不混溶的。340.根据实施方案259所述的方法，其中(g)包括同时加载所述第一组一个或多个样品和所述第二组一个或多个样品。341.根据实施方案259所述的方法，其中(g)包括在离散时间加载所述第一组一个或多个样品和所述第二组一个或多个样品。342.根据实施方案341所述的方法，其中加载所述第一组一个或多个样品，然后加载所述第二组一个或多个样品。343.根据实施方案342所述的方法，其中在加载所述第一组一个或多个样品和所述第二组一个或多个样品之间干燥所述衬底。344.根据实施方案259所述的方法，其中(g)包括施加磁场以将所述第一组一个或多个样品引导至所述衬底。345.根据实施方案344所述的方法，其中所述磁场由一个或多个磁体施加。346.根据实施方案344所述的方法，其中所述第一组核酸分子附接于多个磁珠子。347.根据实施方案344所述的方法，其中包含所述第一组一个或多个样品的加载流体包含铁磁流体。348.根据实施方案259所述的方法，还包括在(g)之前，使用温度激活所述第一组区域或所述第二组区域用于加载。349.根据实施方案259所述的方法，还包括在(g)之前，使用电磁辐射激活所述第一组区域或所述第二组区域用于加载。350.根据实施方案259所述的方法，其中所述第一组区域吸引所述第一组一个或多个样品。351.根据实施方案259所述的方法，其中所述组区域排斥所述第一组一个或多个样品。352.根据实施方案259所述的方法，其中所述衬底包括排斥所述第一组一个或多个样品的第三组区域。353.根据实施方案259所述的方法，还包括，在(g)之后，从所述衬底洗涤未与所述第一组区域或所述第二组区域结合的核酸分子。354.根据实施方案353所述的方法，其中所述洗涤包括抽吸。355.一种用于处理生物分析物的方法，其包括：(a)移动衬底通过卷轴或沿着卷轴移动衬底，其中所述衬底的表面包括固定有所述生物分析物的阵列，其中所述；(b)使所述衬底的所述表面与包含溶液的储器接触，其中所述溶液包含多个探针；(c)使所述生物分析物经受足以在所述多个探针中的探针与所述生物分析物之间进行反应的条件，以将所述探针与所述生物分析物偶联；和(d)检测来自与所述生物分析物偶联的所述探针的一个或多个信号，从而分析所述生物分析物，其中所述衬底是在(b)-(d)的至少两个连续循环中以相同方向移动通过卷轴或沿着所述卷轴移动的衬底。356.根据实施方案355所述的方法，还包括使用再循环罐。357.根据实施方案355所述的方法，其中所述衬底的尺寸对应于(d)中使用的成像系统的视场的尺寸。358.根据实施方案355所述的方法，其中执行(a)以使所述衬底的所述表面与所述储器接触。359.根据实施方案355所述的方法，还包括移动所述衬底通过第二卷轴或沿着第二卷轴移动所述衬底。360.根据实施方案355所述的方法，还包括使所述衬底的所述表面与包含第二溶液的第二储器接触。361.根据实施方案360所述的方法，其中所述第二溶液包含洗涤缓冲液。362.根据实施方案360所述的方法，其中所述第二溶液包含第二探针，并且所述方法还包括使所述生物分析物经受足以在所述第二探针与所述生物分析物之间进行反应的条件，以将所述第二探针与所述生物分析物偶联。363.根据实施方案360所述的方法，还包括使所述衬底的所述表面与包含n种溶液的n个不同储器接触。364.根据实施方案355所述的方法，还包括在(a)的所述移动期间使用包含不同溶液的另外的储器将(b)-(d)重复足以完成对所述生物分析物的测定的次数。365.根据实施方案364所述的方法，其中所述生物分析物是核酸分子，并且所述测定包括确定所述核酸分子的序列。366.根据实施方案355所述的方法，其中所述探针包括寡核苷酸分子。367.根据实施方案366所述的方法，其中所述寡核苷酸分子的长度为包含1至10个碱基。368.根据实施方案366所述的方法，其中所述寡核苷酸分子的长度为包含10至20个碱基。369.根据实施方案366所述的方法，其中所述探针包括二碱基探针。370.根据实施方案355所述的方法，其中所述探针被标记。371.根据实施方案355所述的方法，其中所述生物分析物包括核酸分子。372.根据实施方案371所述的方法，其中所述分析包括鉴定所述核酸分子的序列。373.根据实施方案371所述的方法，其中所述多个探针包括多个寡核苷酸分子。374.根据实施方案373所述的方法，其中(c)包括在所述探针和所述核酸分子之间进行互补结合反应，以鉴定所述探针和所述生物分析物之间存在同源性。375.根据实施方案371所述的方法，其中所述多个探针包含多个核苷酸。376.根据实施方案375所述的方法，其中(c)包括使所述核酸分子在足以将来自所述多个核苷酸的至少一个核苷酸引入与该核酸分子互补的生长链中的条件下经受引物延伸反应。377.根据实施方案375所述的方法，其中所述多个核苷酸包括核苷酸类似物。378.根据实施方案375所述的方法，其中所述一个或多个信号指示至少一个核苷酸的并入。379.根据实施方案355所述的方法，其中使用连续扫描所述阵列的传感器进行所述检测。380.根据实施方案379所述的方法，其中所述传感器线性地扫描所述阵列。381.根据实施方案355所述的方法，还包括使用牵拉机构来移动所述衬底通过所述卷轴或沿着所述卷轴移动所述衬底。382.根据实施方案355所述的方法，其中所述衬底被纹理化或图案化。383.根据实施方案355所述的方法，其中所述衬底基本上是平面的。384.根据实施方案355所述的方法，其中所述阵列包括多个单独可寻址位置，并且其中所述生物分析物布置在所述多个单独可寻址位置中的单独可寻址位置处。385.根据实施方案384所述的方法，其中所述生物分析物连接到珠子，其中所述珠子固定到所述单独可寻址位置。386.一种用于分析生物分析物的系统，其包括：包含生物分析物的衬底，其中所述衬底保持在第一温度下或高于第一温度，所述第一温度高于所述衬底所暴露的环境的环境温度；和与所述衬底光学通信并暴露于所述环境的光学成像物镜，其中所述光学成像物镜经受所述衬底的所述第一温度与所述环境的所述环境温度之间的温度梯度，其中所述光学成像物镜包括第一光学元件和与所述第一光学元件相邻的第二光学元件，其中所述第二光学元件布置为比所述第一光学元件距所述衬底更远，其中所述第一光学元件配置为至少部分地浸没在与所述衬底接触的浸没流体中，其中所述第二光学元件通过所述第一光学元件与所述衬底光学通信，并且其中所述第一光学元件配置为使得所述第二光学元件的第二温度保持在预定阈值或低于预定阈值。387.根据实施方案386所述的系统，其中所述第一光学元件是配置为允许所述衬底和所述第二光学元件光学通信的窗口。388.根据实施方案387的系统，其中所述窗口基本上是平坦的。389.根据实施方案388的系统，其中所述窗口是平坦的。390.根据实施方案386所述的系统，其中所述光学成像物镜包括光学元件之间的一个或多个间隔件，以及包围所述光学成像物镜的所述光学元件的外层，并且其中从所述衬底到所述环境通过所述光学成像物镜的主热通量路径(primary heat flux path)包括从所述衬底到所述浸没流体到所述第一光学元件到所述一个或多个间隔件到所述外层的传导热传递，以及从所述外层到所述环境的对流热传递。391.根据实施方案386的系统，其中所述第一温度为至少40摄氏度。392.根据实施方案386的系统，其中所述第一温度为至少50摄氏度。393.根据实施方案386的系统，其中所述第一温度为约50摄氏度。394.根据实施方案386所述的系统，其中所述预定阈值是环境温度。395.根据实施方案386所述的系统，其中所述预定阈值为至多30摄氏度。396.根据实施方案386所述的系统，其中所述预定阈值为至多25摄氏度。397.根据实施方案386所述的系统，其中所述预定阈值为约20摄氏度。398.根据实施方案386所述的系统，其中所述温度梯度的至少50％发生在所述第一光学元件内。其中所述温度梯度的至少70％发生在所述第一光学元件内。399.根据实施方案398所述的系统，其中所述温度梯度的至少90％发生在所述第一光学元件内。400.根据实施方案386所述的系统，其中所述第一光学元件的至少一部分处于至少40摄氏度的温度下。401.根据实施方案386所述的系统，其中所述第一光学元件的至少一部分处于至少50摄氏度的温度下。402.根据实施方案386所述的系统，其中所述第一光学元件的至少一部分处于约50摄氏度的温度下。403.根据实施方案386所述的系统，其中所述第一光学元件的至少一部分处于环境温度下。404.根据实施方案386所述的系统，其中所述第一光学元件处于至多30摄氏度的温度下。405.根据实施方案386所述的系统，其中所述第一光学元件处于至多25摄氏度的温度下。406.根据实施方案386所述的系统，其中所述第一光学元件处于约20摄氏度的温度下。407.根据实施方案386所述的系统，其中所述浸渍流体保持在第三温度下，使得所述衬底保持在所述第一温度或高于所述第一温度，并且所述第二光学元件的所述第二温度保持在所述预定阈值或低于所述预定阈值。408.根据实施方案407所述的系统，还包括流体流动单元，所述流体流动单元配置为补充与所述衬底和所述第一光学元件接触的所述浸没流体，以保持与所述衬底接触的一定体积的所述浸没流体的所述第三温度。409.根据实施方案407所述的系统，其中所述第三温度为至少40摄氏度。410.根据实施方案407所述的系统，其中所述第三温度为至少50摄氏度。411.根据实施方案407的系统，其中所述第三温度为约50摄氏度。412.根据实施方案407的系统，其中所述第三温度在所述第一温度的5摄氏度以内。413.根据实施方案407所述的系统，其中所述第三温度为环境温度。414.根据实施方案407所述的系统，其中所述第三温度为至多30摄氏度。415.根据实施方案407所述的系统，其中所述第三温度为至多25摄氏度。416.根据实施方案407所述的系统，其中所述第三温度为至多20摄氏度。417.根据实施方案386所述的系统，其中所述光学成像物镜包括布置在所述第一光学元件和所述第二光学元件之间的绝热间隔件，其中所述绝热间隔件配置为将来自所述第一光学元件和所述第二光学元件的热传递隔离。418.根据实施方案417所述的系统，其中所述绝热间隔件的热阻高于所述第一光学元件的热阻。419.根据实施方案386的系统，其中所述光学成像物镜包括冷却元件，所述冷却元件配置为降低所述光学成像物镜的外层的温度。420.根据实施方案386所述的系统，还包括流体流动单元，所述流体流动单元配置为将所述浸没流体分配到所述衬底。421.根据实施方案420所述的系统，其中所述流体流动单元配置为以小于约1毫升/秒的速率分配所述浸没流体。422.根据实施方案421所述的系统，还包括容器，所述容器配置为至少部分地包围所述光学成像物镜，其中在所述光学成像物镜和所述容器的壁之间设置有腔；以及压力单元，所述压力单元配置为在所述光学成像物镜与所述浸没流体接触之后，将布置在所述容器外部的一定体积的所述浸没流体引入所述容器。423.根据实施方案422的系统，其中所述分配单元配置为以至少1纳升/秒的速率补充与所述第一光学元件接触的所述浸没流体。424.根据实施方案420的系统，其中所述分配单元配置为在使所述光学成像物镜与所述浸没流体接触之前，将所述浸没流体分配到所述衬底。425.根据实施方案424所述的系统，还包括容器，所述容器配置为至少部分地包围所述光学成像物镜，其中在所述光学成像物镜和所述容器的壁之间设置有腔；以及压力单元，所述压力单元配置为在所述光学成像物镜与所述浸没流体接触之后，将布置在所述容器外部的一定体积的所述浸没流体引入所述容器。426.根据实施方案386所述的系统，还包括容器，所述容器配置为至少部分地包围所述光学成像物镜，其中所述容器的表面与所述浸没流体交界，其中所述表面相对于与所述浸没流体交界的所述第一光学元件的表面成角度。427.根据实施方案386所述的系统，还包括至少部分地包围所述第一光学元件的外壳，其中所述外壳包括与所述第一光学元件相邻的腔，其中所述腔与所述浸没流体交界，并且配置为引导所述浸没流体中的一个或多个气泡远离所述第一光学元件。428.根据实施方案427所述的系统，其中所述腔是环形的或围绕所述第一光学元件。429.根据实施方案427所述的系统，其中所述第一光学元件基本上是平坦的。430.根据实施方案386所述的系统，还包括有效地耦合至所述衬底或所述光学成像物镜的移动单元，其中所述移动单元配置为使所述衬底相对于所述光学成像物镜移动。431.根据实施方案430所述的系统，其中所述移动在包括基本上垂直于所述衬底的平面的竖直分量的向量中。432.根据实施方案430所述的系统，其中所述移动在包括与所述衬底的平面基本上平行的水平分量的向量中。433.根据实施方案430的系统，其中所述运动是线性的。434.根据实施方案430所述的系统，其中所述运动是非线性的。435.根据实施方案430的系统，其中所述移动单元配置为在将所述浸没流体分配到所述衬底期间，使所述衬底移动。436.根据实施方案430所述的系统，还包括有效地耦合至所述光学成像物镜和所述运动单元的一个或多个计算机处理器，其中所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程为(i)在通过所述光学成像物镜检测所述衬底期间，指示所述运动单元使所述衬底相对于所述光学成像物镜移动，和(ii)使用所述光学成像物镜来检测来自所述生物分析物的一个或多个信号。437.一种用于分析生物分析物所述的方法，包括：(a)提供包含生物分析物的衬底，其中所述衬底处于第一温度下，所述第一温度高于所述衬底所暴露的环境的环境温度；(b)提供与所述衬底光学通信并暴露于环境的光学成像物镜，其中所述光学成像物镜经受所述衬底的所述第一温度与所述环境的所述环境温度之间的温度梯度，其中所述光学成像物镜包括第一光学元件和与所述第一光学元件相邻的第二光学元件，其中所述第二光学元件布置为比所述第一光学元件距所述衬底更远，并且其中所述第一光学元件至少部分地浸没在与所述衬底接触的浸没流体中；(c)控制或维持所述第一光学元件的第二温度以调节通过所述光学成像物镜的所述温度梯度的大小或位置，从而将所述第二光学元件的第三温度维持在预定阈值以下；和(d)在所述衬底相对于所述光学成像物镜移动期间，使用所述光学成像物镜来检测来自所述生物分析物的一个或多个信号。438.根据实施方案437所述的方法，其中所述第一光学元件是配置为允许所述衬底和所述第二光学元件光学通信的窗口。439.根据实施方案438所述的方法，其中所述窗口基本上是平坦的。440.根据实施方案439所述的方法，其中所述窗口是平坦的。441.根据实施方案437所述的方法，其中所述光学成像物镜包括光学元件之间的一个或多个间隔件，以及包围所述光学成像物镜的所述光学元件的外层，并且其中从所述衬底到所述环境通过所述光学成像物镜的主热通量路径包括从所述衬底到所述浸没流体到所述第一光学元件到所述一个或多个间隔件到所述外层的传导热传递，以及从所述外层到所述环境的对流热传递。442.根据实施方案437所述的方法，其中所述第一温度为至少40摄氏度。443.根据实施方案437所述的方法，其中所述第一温度为至少50摄氏度。444.根据实施方案437所述的方法，其中所述第一温度为约50摄氏度。445.根据实施方案437所述的方法，其中所述预定阈值是环境温度。446.根据实施方案437所述的方法，其中所述预定阈值为至多30摄氏度。447.根据实施方案437所述的方法，其中所述预定阈值为至多25摄氏度。448.根据实施方案437所述的方法，其中所述预定阈值为约20摄氏度。449.根据实施方案437所述的方法，其中所述温度梯度的至少50％发生在所述第一光学元件内，其中所述温度梯度的至少70％发生在所述第一光学元件内。450.根据实施方案449所述的方法，其中所述温度梯度的至少90％发生在所述第一光学元件内。451.根据实施方案437所述的方法，其中所述第一光学元件的至少一部分处于至少40摄氏度的温度下。452.根据实施方案437所述的方法，其中所述第一光学元件的至少一部分处于至少50摄氏度的温度下。453.根据实施方案437所述的方法，其中所述第一光学元件的至少一部分处于约50摄氏度的温度下。454.根据实施方案437所述的方法，其中所述第一光学元件的至少一部分处于环境温度下。455.根据实施方案437所述的方法，其中所述第一光学元件处于至多30摄氏度的温度下。456.根据实施方案437所述的方法，其中所述第一光学元件处于至多25摄氏度的温度下。457.根据实施方案437所述的方法，其中所述第一光学元件处于约20摄氏度的温度下。458.根据实施方案437所述的方法，其中所述浸渍流体保持在第三温度下，使得所述衬底保持在所述第一温度或高于所述第一温度，并且所述第二光学元件的所述第二温度保持在所述预定阈值或低于所述预定阈值。459.根据实施方案458所述的方法，还包括使用流体流动单元来保持与所述衬底接触的一定体积的所述浸没流体的所述第三温度，所述流体流动单元配置为补充与所述衬底和所述第一光学元件接触的所述浸没流体。460.根据实施方案458所述的方法，其中所述第三温度为至少40摄氏度。461.根据实施方案458所述的方法，其中所述第三温度为至少50摄氏度。462.根据实施方案458所述的方法，其中所述第三温度为约50摄氏度。463.根据实施方案458所述的方法，其中所述第三温度在所述第一温度的5摄氏度以内。464.根据实施方案458所述的方法，其中所述第三温度为环境温度。465.根据实施方案458所述的方法，其中所述第三温度为至多30摄氏度。466.根据实施方案458所述的方法，其中所述第三温度为至多25摄氏度。467.根据实施方案458所述的方法，其中所述第三温度为至多20摄氏度。468.根据实施方案437所述的方法，其中所述光学成像物镜包括布置在所述第一光学元件和所述第二光学元件之间的绝热间隔件，其中所述绝热间隔件配置为将来自所述第一光学元件和所述第二光学元件的热传递隔离。469.根据实施方案468所述的方法，其中所述绝热间隔件的热阻高于所述第一光学元件的热阻。470.根据实施方案437所述的方法，其中所述光学成像物镜包括冷却元件，所述冷却元件配置为降低所述光学成像物镜的外层的温度。471.根据实施方案437所述的方法，还包括使用流体流动单元将所述浸没流体分配到所述衬底。472.根据实施方案471所述的方法，其中所述流体流动单元配置为以小于约1毫升/秒的速率分配所述浸没流体。473.根据实施方案472所述的方法，还包括使用容器至少部分地包围所述光学成像物镜，其中所述容器包括在所述光学成像物镜和所述容器的壁之间设置的腔；并且在所述光学成像物镜与所述浸没流体接触之后，使用压力单元将布置在所述容器外部的一定体积的所述浸没流体引入所述容器。474.根据实施方案473所述的方法，其中所述分配单元配置为以至少1纳升/秒的速率补充与所述第一光学元件接触的所述浸没流体。475.根据实施方案471所述的方法，其中所述分配单元配置为在使所述光学成像物镜与所述浸没流体接触之前，将所述浸没流体分配到所述衬底。476.根据实施方案475所述的方法，还包括使用容器至少部分地包围所述光学成像物镜，其中所述容器包括在所述光学成像物镜和所述容器的壁之间设置的腔；并且在所述光学成像物镜与所述浸没流体接触之后，使用压力单元将布置在所述容器外部的一定体积的所述浸没流体引入所述容器。477.根据实施方案437所述的方法，还包括使用容器至少部分地包围所述光学成像物镜，其中所述容器的表面与所述浸没流体交界，其中所述表面相对于与所述浸没流体交界的所述第一光学元件的表面成角度。478.根据实施方案437所述的方法，还包括用外壳至少部分地包围所述第一光学元件，其中所述外壳包括与所述第一光学元件相邻的腔，其中所述腔与所述浸没流体交界，并且配置为引导所述浸没流体中的一个或多个气泡远离所述第一光学元件。479.根据实施方案478所述的方法，其中所述腔是环形的或围绕所述第一光学元件。480.根据实施方案478所述的方法，其中所述第一光学元件基本上是平坦的。481.根据实施方案437所述的方法，向所述衬底或所述光学成像物镜有效地耦合有移动单元，其中所述移动单元配置为使所述衬底相对于所述光学成像物镜移动。482.根据实施方案481所述的方法，其中所述移动在包括基本上垂直于所述衬底的平面的竖直分量的向量中。483.根据实施方案481所述的方法，其中所述移动在包括与所述衬底的平面基本上平行的水平分量的向量中。484.根据实施方案481所述的方法，其中所述运动是线性的。485.根据实施方案481所述的方法，其中所述运动是非线性的。486.根据实施方案481所述的方法，其中所述移动单元配置为在将所述浸没流体分配到所述衬底期间，使所述衬底移动。487.根据实施方案481所述的方法，还包括使用有效地耦合至所述光学成像物镜和所述运动单元的一个或多个计算机处理器，其中所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程为(i)在通过所述光学成像物镜检测所述衬底期间，指示所述运动单元使所述衬底相对于所述光学成像物镜移动，和(ii)使用所述光学成像物镜来检测来自所述生物分析物的一个或多个信号。488.一种用于储存包含核酸分子涂覆的表面的衬底的方法，包括：(a)提供具有包含固定有第一组核酸分子的表面的所述衬底，其中所述第一组核酸分子的核酸分子配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子；(b)使包含有包含所述第一组核酸分子的所述表面的所述衬底与第二组核酸分子在足以产生经经处理的表面的条件下接触，其中所述第一组核酸分子的至少90％核酸分子与所述第二组核酸分子的核酸分子杂交，其中所述第二组核酸分子不是所述样品核酸分子；和(c)将具有所述经经处理的表面的所述衬底储存至少1小时。489.根据实施方案488所述的方法，还包括，在(c)之后，从所述经经处理的表面去除所述第二组核酸分子的所述核酸分子。490.根据实施方案489所述的方法，还包括，在所述去除之后，使用固定至所述表面的所述第一组核酸分子进行核酸分子或其衍生物的杂交捕获、单核苷酸多态性(SNP)基因分型、测序文库捕获、核酸分子的合成、表面上扩增、下游加工或分析，或其组合。491.根据实施方案489或490所述的方法，其中所述第二组核酸分子的所述核酸分子通过酶促降解从所述经经处理的表面去除。492.根据实施方案489或490所述的方法，其中所述第二组核酸分子的所述核酸分子通过经由化学或热刺激的变性从所述经经处理的表面去除。493.根据实施方案492所述的方法，其中使用化学刺激物从所述经经处理的表面去除所述第二组核酸分子的所述核酸分子。494.根据实施方案493所述的方法，其中所述化学刺激物包括氢氧化钠。495.根据实施方案488-494中任一项所述的方法，其中在所述经经处理的表面的储存期间，与所述第二组核酸分子的核酸分子杂交的所述第一组核酸分子的每个核酸分子不与另一个核酸分子杂交。496.根据实施方案488-495中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子的至少95％的核酸分子与所述第二组核酸分子的核酸分子杂交。497.根据实施方案488-496中任一项所述的方法，其中所述经经处理的表面在约18℃至约30℃之间的温度下储存。498.根据实施方案488-497中任一项所述的方法，其中将所述经经处理的表面储存至少6小时。499.根据实施方案498所述的方法，其中将所述经经处理的表面储存至少24小时。500.根据实施方案499所述的方法，其中将所述经经处理的表面储存至少2天。501.根据实施方案488-500中任一项所述的方法，其中在溶液中将所述第二组核酸分子提供至所述衬底的所述表面。502.根据实施方案488-501中任一项所述的方法，其中所述第二组核酸分子的每个核酸分子包含与所述第一组核酸分子的序列基本上互补的序列。503.根据实施方案502所述的方法，其中所述第一组核酸分子的所述序列包含至少6个碱基。504.根据实施方案488-503中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子的所述核酸分子在单独可寻址位置固定到所述表面。505.根据实施方案504所述的方法，其中所述单独可寻址位置基本上是平面的。506.根据实施方案504或505所述的方法，其中所述单独可寻址位置包括一个或多个阱。507.根据实施方案488-506中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子的所述核酸分子根据预定图案固定至所述衬底的所述表面。508.根据实施方案488-507中任一项所述的方法，其中所述表面上的所述第一组核酸分子的密度为至少1,000,000个分子/mm2。509.根据实施方案488-508中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子的每个核酸分子包含相同的核酸序列。510.根据实施方案488-509中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子包含一个或多个不同的核酸序列。511.根据实施方案510所述的方法，其中所述第一组核酸分子包括包含第一核酸序列的核酸分子的第一子集和包含第二核酸序列的核酸分子的第二子集，所述第一核酸序列和第二核酸序列不同。512.根据实施方案511所述的方法，其中核酸分子的所述第一子集和核酸分子的所述第二子集均包含第三核酸序列。513.根据实施方案512所述的方法，其中所述第三核酸序列包含聚(T)序列。514.根据实施方案488-513中任一项所述的方法，其中所述第二组核酸分子包含DNA核苷酸。515.根据实施方案488-513中任一项所述的方法，其中所述第二组核酸分子包含RNA核苷酸。516.根据实施方案488-513中任一项所述的方法，其中所述第二组核酸分子包含RNA和DNA核苷酸的混合物。517.根据实施方案488-516中任一项所述的方法，其中所述第二组核酸分子的每个核酸分子包含至少6个碱基。518.根据实施方案488-517中任一项所述的方法，其中所述衬底的所述表面基本上是平面的。519.根据实施方案488-518中任一项所述的方法，其中所述衬底包含固定在其上的一种或多种颗粒。520.一种用于核酸处理的方法，包括：(a)提供具有包含固有第一组核酸分子的经经处理的表面的衬底，其中所述第一组核酸分子的至少90％核酸分子与第二组核酸分子的核酸分子杂交，其中所述第一组核酸分子的核酸分子配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子，其中所述第二组核酸分子不是所述样品核酸分子；并且其中将具有所述经处理的衬底的所述衬底储存至少1小时；和(b)从所述经经处理的表面去除所述第二组核酸分子的所述核酸分子。521.根据实施方案520所述的方法，还包括，在(b)之后，使用固定至所述表面的所述第一组核酸分子进行核酸分子或其衍生物的杂交捕获、单核苷酸多态性(SNP)基因分型、测序文库捕获、核酸分子的合成、表面上扩增、下游加工或分析，或其组合。522.根据实施方案520或521所述的方法，其中所述第二组核酸分子的所述核酸分子通过酶促降解从所述经经处理的表面去除。523.根据实施方案520-522中任一项所述的方法，其中所述第二组核酸分子的所述核酸分子通过经由化学或热刺激的变性从所述经经处理的表面去除。524.根据实施方案523所述的方法，其中使用化学刺激物从所述经经处理的表面去除所述第二组核酸分子的所述核酸分子。525.根据实施方案524所述的方法，其中所述化学刺激物包括氢氧化钠。526.根据实施方案520-525中任一项所述的方法，其中在所述经经处理的表面的储存期间，与所述第二组核酸分子的核酸分子杂交的所述第一组核酸分子的每个核酸分子不与另一个核酸分子杂交。527.根据实施方案520-526中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子的至少95％的核酸分子与所述第二组核酸分子的核酸分子杂交。528.根据实施方案520-527中任一项所述的方法，其中所述经经处理的表面在约18℃至约30℃之间的温度下储存。529.根据实施方案520-528中任一项所述的方法，其中将所述经经处理的表面储存至少6小时的时间段。530.根据实施方案529所述的方法，其中将所述经经处理的表面储存至少24小时的时间段。531.根据实施方案530所述的方法，其中将所述经经处理的表面储存至少2天的时间段。532.根据实施方案520-531中任一项所述的方法，其中所述第二组核酸分子的每个核酸分子包含与所述第一组核酸分子的序列基本上互补的序列。533.根据实施方案532所述的方法，其中所述第一组核酸分子的所述序列包含至少6个碱基。534.根据实施方案520-533中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子的所述核酸分子在单独可寻址位置固定到所述表面。535.根据实施方案534所述的方法，其中所述单独可寻址位置基本上是平面的。536.根据实施方案534或535所述的方法，其中所述单独可寻址位置包括一个或多个阱。537.根据实施方案520-536中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子的所述核酸分子根据预定图案固定至所述衬底的所述表面。538.根据实施方案520-537中任一项所述的方法，其中所述表面上的所述第一组核酸分子的密度为至少1,000,000个分子/mm2。539.根据实施方案520-538中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子的每个核酸分子包含相同的核酸序列。540.根据实施方案520-539中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子包含一个或多个不同的核酸序列。541.根据实施方案540所述的方法，其中所述第一组核酸分子包括包含第一核酸序列的核酸分子的第一子集和包含第二核酸序列的核酸分子的第二子集，所述第一核酸序列和第二核酸序列不同。542.根据实施方案541所述的方法，其中核酸分子的所述第一子集和核酸分子的所述第二子集均包含第三核酸序列。543.根据实施方案542所述的方法，其中所述第三核酸序列包含聚(T)序列。544.根据实施方案520-543中任一项所述的方法，其中所述第二组核酸分子包含DNA核苷酸。545.根据实施方案520-543中任一项所述的方法，其中所述第二组核酸分子包含RNA核苷酸。546.根据实施方案520-543中任一项所述的方法，其中所述第二组核酸分子包含RNA和DNA核苷酸的混合物。547.根据实施方案520-546中任一项所述的方法，其中所述第二组核酸分子的每个核酸分子包含至少6个碱基。548.根据实施方案520-547中任一项所述的方法，其中所述衬底的所述表面基本上是平面的。549.根据实施方案520-548中任一项所述的方法，其中所述衬底包括固定至其上的一种或多种颗粒。520.一种试剂盒，包括：包含经经处理的表面的衬底，其中所述经经处理的表面包含多对结合的核酸分子，其中所述多对中的每一对包含至少部分杂交至第二组核酸分子的第二核酸分子的第一组核酸分子的第一核酸分子，其中所述第一组核酸分子固定至所述表面，其中所述第一组核酸分子的至少90％的核酸分子与所述第二组核酸分子的核酸分子配对，其中所述第一组核酸分子的核酸分子配置为当所述第一组核酸分子的所述核酸分子不与所述第二组核酸分子的核酸分子配对时，捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子。551.根据实施方案550所述的试剂盒，其中将所述经经处理的表面储存至少24小时。552.根据实施方案551所述的试剂盒，其中将所述经经处理的表面储存至少2天。553.根据实施方案550-552中任一项所述的试剂盒，其中在所述经经处理的表面的储存期间，在所述多对的所述每一对中的所述第一组核酸分子的每个核酸分子不与另一个核酸分子杂交。554.根据实施方案550-553中任一项所述的试剂盒，还包括化学刺激物，所述化学刺激物配置为从所述经经处理的表面去除第二核酸分子。555.根据实施方案554所述的试剂盒，其中所述化学刺激物包括氢氧化钠。556.根据实施方案550-555中任一项所述的试剂盒，其中所述第一组核酸分子的至少95％的核酸分子与所述第二组核酸分子的核酸分子至少部分地杂交。557.根据实施方案550-556中任一项所述的试剂盒，其中所述经经处理的表面在约18℃至约30℃之间的温度下储存。558.根据实施方案550-557中任一项所述的试剂盒，其中所述第二核酸分子包含与所述第一核酸分子的序列基本上互补的序列。559.根据实施方案558所述的试剂盒，其中所述第一核酸分子的所述序列包含至少6个碱基。560.根据实施方案558或559所述的试剂盒，其中所述第二核酸分子的所述序列包含至少6个碱基。561.根据实施方案550-560中任一项所述的试剂盒，其中所述第一核酸分子和所述第二核酸分子包含相同数量的核苷酸。562.根据实施方案550-561中任一项所述的试剂盒，其中所述第一核酸分子和所述第二核酸分子包含不同数量的核苷酸。563.根据实施方案550-562中任一项所述的试剂盒，其中所述第一组核酸分子的所述核酸分子在单独可寻址位置固定到所述表面。564.根据实施方案563所述的试剂盒，其中所述单独可寻址位置基本上是平面的。565.根据实施方案563或564所述的试剂盒，其中所述单独可寻址位置包括一个或多个阱。566.根据实施方案550-565中任一项所述的试剂盒，其中所述表面上的所述第一组核酸分子的密度为至少1,000,000个分子/mm2。567.根据实施方案550-566中任一项所述的试剂盒，其中所述第一组核酸分子的每个核酸分子包含相同的核酸序列。568.根据实施方案550-567中任一项所述的试剂盒，其中所述第一组核酸分子包含一个或多个不同的核酸序列。569.根据实施方案568所述的试剂盒，其中所述第一组核酸分子包括包含第一核酸序列的核酸分子的第一子集和包含第二核酸序列的核酸分子的第二子集，所述第一核酸序列和第二核酸序列不同。570.根据实施方案569所述的试剂盒，其中核酸分子的所述第一子集和核酸分子的所述第二子集均包含第三核酸序列。571.根据实施方案570所述的试剂盒，其中所述第三核酸序列包含聚(T)序列。572.根据实施方案550-571中任一项所述的试剂盒，其中所述第二组核酸分子包含DNA核苷酸。573.根据实施方案550-571中任一项所述的试剂盒，其中所述第二组核酸分子包含RNA核苷酸。574.根据实施方案550-571中任一项所述的试剂盒，其中所述第二组核酸分子包含RNA和DNA核苷酸的混合物。575.根据实施方案550-574中任一项所述的试剂盒，其中所述第二组核酸分子的每个核酸分子包含至少6个碱基。576.根据实施方案550-575中任一项所述的试剂盒，其中所述衬底的所述表面基本上是平面的。577.根据实施方案550-576中任一项所述的试剂盒，其中所述衬底的所述表面包括多个阱。578.根据实施方案550-577中任一项所述的试剂盒，其中所述衬底包括固定至其上的一种或多种颗粒。579.一种试剂盒，包括：包含有包含固定有第一组核酸分子的表面的衬底，其中所述第一组核酸分子包含一个或多个第一核酸分子，所述一个或多个第一核酸分子配置捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子；和包含第二组核酸分子的溶液，其中所述第二组核酸分子包含一个或多个第二核酸分子，所述一个或多个第二核酸分子不是所述样品核酸分子；其中选择所述第二组核酸分子，使得在使所述溶液与所述表面接触时，至少70％的所述一个或多个第一核酸分子与所述第二组核酸分子的第二核酸分子结合以产生一对或多对结合的核酸分子，其中所述一对或多对中的每一对包含(i)所述第一组核酸分子的第一核酸分子和所述第二组核酸分子的第二核酸分子，和(ii)一段基本上互补的序列。580.根据实施方案579所述的试剂盒，还包括配置为从所述表面去除第二核酸分子的化学刺激物。581.根据实施方案580所述的试剂盒，其中所述化学刺激物包括氢氧化钠。582.根据实施方案579-581中任一项所述的试剂盒，其中在使所述溶液与所述表面接触时，所述第一组核酸分子的至少90％的所述一个或多个第一核酸分子与所述第二组核酸分子的第二核酸分子结合。583.根据实施方案579-582中任一项所述的试剂盒，其中所述一对或多对的每一对中的所述第一组核酸分子的每个核酸分子不与另一个核酸分子杂交。584.根据实施方案579-583中任一项所述的试剂盒，其中所述一对或多对的每一对的所述一段基本上互补的序列的包含所述一个或多个第一核酸分子的第一核酸分子的第一序列和所述一个或多个第二核酸分子的第二核酸分子的第二序列，所述第一序列与所述第二序列基本上互补。585.根据实施方案584所述的试剂盒，其中所述第一序列和所述第二序列各自包含约6-20个碱基。586.根据实施方案579-585中任一项所述的试剂盒，其中所述一个或多个第一核酸分子的第一核酸分子和所述一个或多个第二核酸分子的第二核酸分子具有相同数量的核苷酸。587.根据实施方案579-586中任一项所述的试剂盒，其中所述一个或多个第一核酸分子的第一核酸分子和所述一个或多个第二核酸分子的第二核酸分子具有不同数量的核苷酸。588.根据实施方案579-587中任一项所述的试剂盒，其中所述第一组核酸分子在单独可寻址位置固定到所述表面。589.根据实施方案588所述的试剂盒，其中所述单独可寻址位置基本上是平面的。590.根据实施方案588或589所述的试剂盒，其中所述单独可寻址位置包括一个或多个阱。591.根据实施方案579-590中任一项所述的试剂盒，其中所述第一组核酸分子根据预定图案固定至所述表面。592.根据实施方案579-591中任一项所述的试剂盒，其中所述表面上的所述第一组核酸分子的密度为至少1,000,000个分子/mm2。593.根据实施方案579-592中任一项所述的试剂盒，其中所述第一组核酸分子包含一个或多个不同的核酸序列。594.根据实施方案593所述的试剂盒，其中所述第一组核酸分子包括包含第一核酸序列的核酸分子的第一子集和包含第二核酸序列的核酸分子的第二子集，所述第一核酸序列和第二核酸序列不同。595.根据实施方案594所述的试剂盒，其中核酸分子的所述第一子集和核酸分子的所述第二子集均包含第三核酸序列。596.根据实施方案595所述的试剂盒，其中所述第三核酸序列包含聚(T)序列。597.根据实施方案579-596中任一项所述的试剂盒，其中所述第二组核酸分子包含DNA核苷酸。598.根据实施方案579-596中任一项所述的试剂盒，其中所述第二组核酸分子包含RNA核苷酸。599.根据实施方案579-596中任一项所述的试剂盒，其中所述第二组核酸分子包含RNA和DNA核苷酸的混合物。600.根据实施方案579-599中任一项所述的试剂盒，其中所述第二组核酸分子的每个核酸分子包含至少6个碱基。601.根据实施方案579-600中任一项所述的试剂盒，其中所述衬底的所述表面基本上是平面的。602.根据实施方案579-601中任一项所述的试剂盒，其中所述衬底的所述表面包括多个阱。603.根据实施方案579-602中任一项所述的试剂盒，其中所述衬底包括固定至其上的一种或多种颗粒。604.一种用于储存包含核酸分子涂覆的表面的衬底的方法，包括：(a)提供具有包含固有第一组核酸分子的表面的衬底，其中所述第一组核酸分子的核酸分子配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子，并且其中所述第一组核酸分子的每个核酸分子包含第一核酸序列和第二核酸序列，其中第二核酸序列与所述第一核酸序列基本上互补；(b)通过使所述表面经受足以将所述第一组核酸分子的核酸分子的所述第一核酸序列与所述核酸分子的所述第二核酸序列结合的条件以提供固定的发夹分子，而产生经经处理的表面；和(c)将具有所述经经处理的表面的所述衬底储存至少1小时的时间段。605.根据实施方案604所述的方法，还包括，在(c)之后，将所述第二序列与所述固定的发夹分子的所述第一序列分离。606.根据实施方案605所述的方法，其中所述分离包括酶促降解或使用化学或热刺激物的变性。607.根据实施方案606所述的方法，其中所述化学刺激物包括氢氧化钠。608.根据实施方案605-607中任一项所述的方法，还包括，在所述分离之后，使用固定至所述表面的所述第一组核酸分子进行核酸分子或其衍生物的杂交捕获、单核苷酸多态性(SNP)基因分型、测序文库捕获、核酸分子的合成、表面上扩增、下游加工或分析，或其组合。609.根据实施方案605-608中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子的每个核酸分子包含可切割碱基，所述可切割碱基布置在所述核酸分子的所述第一序列和所述第二序列之间。610.根据实施方案609所述的方法，还包括，在将所述第二序列与所述固定的发夹分子的所述第一序列分离之后，在所述可切割碱基处切割所述核酸分子，从而从所述表面去除所述核酸分子的所述第二序列。611.根据实施方案604-610中任一项所述的方法，其中在所述经经处理的表面的储存期间，所述第一组核酸分子的每个核酸分子不与另一个核酸分子杂交。612.根据实施方案604-611中任一项所述的方法，其中在所述经经处理的表面的储存期间，所述第一组核酸分子的至少70％的核酸分子作为固定的发夹分子存在。613.根据实施方案604-612中任一项所述的方法，其中所述经经处理的表面储存在约18℃至约30℃之间的温度。614.根据实施方案604-613中任一项所述的方法，其中将所述经经处理的表面储存至少6小时。615.根据实施方案614所述的方法，其中将所述经经处理的表面储存至少24小时。616.根据实施方案604-615中任一项所述的方法，其中所述第一序列和所述第二序列各自包含至少6个碱基。617.根据实施方案604-616中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子的所述核酸分子在单独可寻址位置固定至所述表面。618.根据实施方案617所述的方法，其中所述单独可寻址位置基本上是平面的。619.根据实施方案617或618所述的方法，其中所述单独可寻址位置包括一个或多个阱。620.根据实施方案604-619中任一项所述的方法，其中所述表面上的所述第一组核酸分子的密度为至少1,000,000个分子/mm2。621.根据实施方案604-620中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子包含一个或多个不同的核酸序列。622.根据实施方案621所述的方法，其中所述第一组核酸分子包括包含所述第一核酸序列和所述第二核酸序列的核酸分子的第一子集和包含第三核酸序列和第四核酸序列的核酸分子的第二子集，所述第三核酸序列与所述第四核酸序列基本上互补，并且所述第一核酸序列不同于所述第三和第四核酸序列。623.根据实施方案622所述的方法，其中核酸分子的所述第一子集和核酸分子的所述第二子集均包含第五核酸序列。624.根据实施方案623所述的方法，其中所述第五核酸序列包含聚(T)序列。625.根据实施方案604-624中任一项所述的方法，其中所述衬底的所述表面基本上是平面的。626.根据实施方案604-625中任一项所述的方法，其中所述衬底的所述表面包括多个阱。627.根据实施方案604-626中任一项所述的方法，其中所述衬底包括固定在其上的一种或多种颗粒。628.一种用于储存包含核酸分子涂覆的表面的衬底的方法，包括：(a)提供具有包含固定有第一组核酸分子的表面的衬底，其中所述第一组核酸分子的核酸分子配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子，并且其中所述第一组核酸分子的所述核酸分子的每个核酸分子包含第一核酸序列；(b)提供第二组核酸分子，其中所述第二组核酸分子的每个核酸分子包含与所述第一核酸序列基本上互补的第二核酸序列，并且其中所述第二组核酸分子不是所述样品核酸分子；(c)使包含所述第一组核酸分子的所述表面与所述第二组核酸分子接触以产生经经处理的表面，其中所述第一组核酸分子的至少70％的核酸分子与所述第二组核酸分子的核酸分子杂交；和(d)将所述经经处理的表面储存至少一个小时，其中，对于与所述第二组核酸分子的核酸分子杂交的所述第一组核酸分子的每个核酸分子，所述第一核酸序列与所述第二核酸序列杂交，并且其中与所述第二核酸序列杂交的所述第一核酸序列在约40℃至60℃至少部分地变性。629.根据实施方案628所述的方法，其中与所述第二核酸序列杂交的所述第一核酸序列在约50℃至60℃至少部分地变性。630.根据实施方案628或629所述的方法，还包括，在(d)之后，从所述经经处理的表面去除所述第二组核酸分子的所述核酸分子。631.根据实施方案630所述的方法，还包括，在所述去除之后，使用固定至所述表面的所述第一组核酸分子进行核酸分子或其衍生物的杂交捕获、单核苷酸多态性(SNP)基因分型、测序文库捕获、核酸分子的合成、表面上扩增、下游加工或分析，或其组合。632.根据实施方案630或631所述的方法，其中所述第二组核酸分子的所述核酸分子通过酶促降解从所述经经处理的表面去除。633.根据实施方案630或631所述的方法，其中所述第二组核酸分子的所述核酸分子通过经由化学或热刺激的变性从所述经经处理的表面去除。634.根据实施方案633所述的方法，其中所述第二组核酸分子的所述核酸分子通过使与所述第二核酸序列杂交的所述第一核酸序列变性而从所述经经处理的表面去除。635.根据实施方案633或634所述的方法，其中通过将所述经经处理的表面加热至约40℃至60℃，将所述第二组核酸分子的所述核酸分子从所述经经处理的表面去除。636.根据实施方案633-635中任一项所述的方法，其中通过将与所述经经处理的表面接触的溶液加热至约40℃至60℃，将所述第二组核酸分子的所述核酸分子从所述经经处理的表面去除。637.根据实施方案633-636中任一项所述的方法，其中使用化学刺激物将所述第二组核酸分子的所述核酸分子从所述经经处理的表面去除。638.根据实施方案637所述的方法，其中所述化学刺激物包括氢氧化钠。639.根据实施方案628-638中任一项所述的方法，其中在所述经经处理的表面的储存期间，与所述第二组核酸分子的核酸分子杂交的所述第一组核酸分子的每个核酸分子不与另一个核酸分子杂交。640.根据实施方案628-639中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子的至少90％的核酸分子与所述第二组核酸分子的核酸分子杂交。641.根据实施方案628-640中任一项所述的方法，其中所述经经处理的表面在约18℃至约30℃的温度下储存。642.根据实施方案628-641中任一项所述的方法，其中将所述经经处理的表面储存至少6小时。643.根据实施方案642所述的方法，其中将所述经经处理的表面储存至少24小时。644.根据实施方案643所述的方法，其中所述经经处理的表面储存至少2天。645.根据实施方案628-644中任一项所述的方法，其中将所述第二组核酸分子在溶液中提供至所述表面。646.根据实施方案628-645中任一项所述的方法，其中所述第一核酸序列和所述第二核酸序列各自包含至少6个碱基。647.根据实施方案628-646中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子的给定核酸分子和所述第二组核酸分子的给定核酸分子包含相同数量的核苷酸。648.根据实施方案628-647中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子的给定核酸分子和所述第二组核酸分子的给定核酸分子包含不同数量的核苷酸。649.根据实施方案628-648中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子在单独可寻址位置固定至所述表面。650.根据实施方案649所述的方法，其中所述单独可寻址位置基本上是平面的。651.根据实施方案649或650所述的方法，其中所述单独可寻址位置包括一个或多个阱。652.根据实施方案628-651中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子根据预定图案固定至所述表面。653.根据实施方案628-652中任一项所述的方法，其中所述表面上的所述第一组核酸分子的密度为至少1,000,000个分子/mm2。654.根据实施方案628-653中任一项所述的方法，其中所述第一组核酸分子包含一个或多个不同的核酸序列。655.根据实施方案654所述的方法，其中所述第一组核酸分子包含有包含所述第一核酸序列的核酸分子的第一子集和包含第三核酸序列的核酸分子的第二子集，所述第一核酸酸序列和第三核酸酸序列不同。656.根据实施方案655所述的方法，其中核酸分子的所述第一子集和核酸分子的所述第二子集均包含第四核酸序列。657.根据实施方案656所述的方法，其中所述第四核酸序列包含聚(T)序列。658.根据实施方案628-657中任一项所述的方法，其中所述第二组核酸分子包含DNA核苷酸。659.根据实施方案628-657中任一项所述的方法，其中所述第二组核酸分子包含RNA核苷酸。660.根据实施方案628-657中任一项所述的方法，其中所述第二组核酸分子包含RNA和DNA核苷酸的混合物。661.根据实施方案628-660中任一项所述的方法，其中所述第二组核酸分子的每个核酸分子包含至少6个碱基。662.根据实施方案628-661中任一项所述的方法，其中所述衬底的所述表面基本上是平面的。663.根据实施方案628-662中任一项所述的方法，其中所述衬底的所述表面包括多个阱。664.根据实施方案628-663中任一项所述的方法，其中所述衬底包括固定在其上的一种或多种颗粒。665.一种用于检测或分析分析物的方法，包括：(a)提供包含中心轴线的开放衬底，所述开放衬底包含邻接固定至所述开放衬底的分析物阵列，其中所述分析物阵列的至少一个分析物与探针结合；和(b)使用检测器系统对所述开放衬底进行非线性扫描以检测来自所述结合探针的至少一个信号或信号变化，其中所述检测器系统包括线扫描相机和照射源，其中所述照射源配置为在所述开放衬底上产生照射区域，其中所述开放衬底包括第一区域和第二区域，其中所述第一区域和所述第二区域：(i)包括所述分析物阵列的不同子集，(ii)相对于所述中心轴线位于所述开放衬底的不同径向位置处，和(iii)通过所述检测器系统在空间上分辨；并且其中所述结合探针布置在所述开放衬底的所述第一区域中，并且其中在所述开放衬底与(i)所述线扫描相机和(ii)所述照射区域中的一个或两者之间的相对非线性运动期间进行所述非线性扫描。666.根据实施方案665所述的方法，其中所述照射区域最大尺寸为至多约2毫米。667.根据实施方案665或666所述的方法，其中所述照射区域的最大宽度为至多约0.5毫米。668.根据实施方案665-667中任一项所述的方法，其中所述线扫描相机是时间延迟和积分线扫描相机。669.根据实施方案665-668中任一项所述的方法，其中所述照射源包括激光器。670.根据实施方案669所述的方法，其中所述激光器是连续波激光器。671.根据实施方案669或670所述的方法，其中所述检测器系统包括光学元件，其配置为改变由所述激光器发射的光束的形状。672.根据实施方案671所述的方法，其中所述光学元件包括柱面透镜。673.根据实施方案665-668中任一项所述的方法，其中所述照射源包括发光二极管。674.根据实施方案665-673中任一项所述的方法，其中在(b)期间，所述开放衬底旋转。675.根据实施方案674所述的方法，其中在(b)期间，所述检测器系统的所述线扫描相机是静止的。676.根据实施方案674所述的方法，其中在(b)期间，所述检测器系统的所述线扫描相机旋转。677.根据实施方案675或676所述的方法，其中在(b)期间，所述照射区域旋转。678.根据实施方案677所述的方法，其中在(b)期间，所述照射区域以与所述线扫描相机相同的速率旋转。679.根据实施方案674所述的方法，其中在(b)期间，所述检测器系统的所述线扫描相机径向平移遍及所述开放衬底。680.根据实施方案674或679所述的方法，其中在(b)期间，所述照射区域径向平移遍及所述开放衬底。681.根据实施方案665-673中任一项所述的方法，其中在(b)期间，所述开放衬底是静止的。682.根据实施方案681所述的方法，其中在(b)期间，所述检测器系统的所述线扫描相机旋转。683.根据实施方案681或682所述的方法，其中在(b)期间，所述照射区域旋转。684.根据实施方案683所述的方法，其中在(b)期间，所述照射区域以与所述线扫描相机相同的速率旋转。685.根据实施方案681所述的方法，其中在(b)期间，所述线扫描相机是静止的。686.根据实施方案685所述的方法，其中在(b)期间，所述检测器系统的所述照射区域旋转。687.根据实施方案665-686中任一项所述的方法，其中所述检测器系统还包括棱镜，所述棱镜在(b)期间旋转。688.根据实施方案665-687中任一项所述的方法，其中所述检测器系统配置为使用所述线扫描相机检测来自所述照射区域的信号。689.根据实施方案665-688中任一项所述的方法，其中所述分析物阵列包含结合至附加探针的第二分析物，所述附加探针布置在所述开放衬底的所述第二区域中，并且其中在(b)期间，在从所述结合探针检测所述至少一个信号或信号变化的同时，从所述附加探针检测至少一个信号或信号变化。690.根据实施方案665-689中任一项所述的方法，其中所述检测器系统补偿在扫描区域内所述阵列相对于所述中心轴线的不同径向位置处的速度差。691.根据实施方案665-690中任一项所述的方法，其中所述检测器系统包括光学成像系统，所述光学成像系统具有基本上横切于沿所述开放衬底的扫描方向的变形放大梯度，并且其中所述变形放大梯度至少部分地补偿基本上垂直于所述扫描方向的切向速度差。692.根据实施方案665-691中任一项所述的方法，其中(b)包括分别以两个或更多个不同的扫描速率读取所述开放衬底上的两个或更多个区域，以至少部分地补偿所述两个或更多个区域中的切向速度差。693.根据实施方案665-692中任一项所述的方法，其中(b)还包括使用与所述检测器系统和所述开放衬底光学通信的浸没物镜来检测所述至少一个信号或信号变化，其中浸没物镜与流体接触，所述流体与所述开放衬底接触。694.根据实施方案693所述的方法，其中所述流体在容器中，并且其中使用电场来调节所述容器的一个或多个表面的疏水性以保留接触所述浸没物镜和所述开放衬底的所述流体的至少一部分。695.根据实施方案665-694中任一项所述的方法，其中所述分析物阵列包含核酸分子，其中所述多个探针包含荧光标记的核苷酸，并且其中所述荧光标记的核苷酸中的至少一个荧光标记的核苷酸通过核苷酸互补结合而结合至所述核酸分子中的至少一个核酸分子。696.根据实施方案665-695中任一项所述的方法，其中所述开放衬底基本上是平面的。697.根据实施方案665-696中任一项所述的方法，其中所述分析物阵列中的分析物通过一个或多个粘合剂邻接固定至所述开放衬底。698.根据实施方案665-697中任一项所述的方法，其中所述开放衬底包含至少100,000个粘合剂，其中所述至少100,000个粘合剂中的粘合剂固定与所述开放衬底邻接固定的所述分析物阵列的分析物。699.根据实施方案665-698中任一项所述的方法，其中所述分析物阵列的分析物与珠子偶联，所述珠子固定至所述开放衬底。700.根据实施方案665-699中任一项所述的方法，其中所述分析物阵列的分析物包含核酸分子。701.根据实施方案665-700中任一项所述的方法，其中所述多个探针包含多个寡核苷酸分子。702.根据实施方案665-700中任一项所述的方法，其中所述多个探针包含多个核苷酸或其类似物。703.一种用于分析物检测或分析的装置，包括：壳体，其配置为接收具有邻接固定有分析物阵列的开放衬底，其中所述分析物阵列中的至少一个分析物结合至探针；以及检测器系统，其中所述检测器系统包括线扫描相机和照射源，其中所述照射源配置为在所述开放衬底上产生照射区域，其中所述开放衬底包括第一区域和第二区域，其中所述第一区域和所述第二区域：(i)包括所述固定的分析物阵列的子集，(ii)相对于所述中心轴线位于所述开放衬底的不同径向位置，和(iii)通过所述检测器系统在空间上分辨；其中所述结合探针布置在所述开放衬底的所述第一区域中，并且其中所述检测器系统编程为执行对所述开放衬底的非线性扫描并检测来自所述开放衬底的所述第一区域处的所述结合探针的至少一个信号或信号变化，其中在所述开放衬底与(i)所述线扫描相机和(ii)所述照射区域之一或两者之间的相对非线性运动期间，进行所述非线性扫描。704.根据实施方案703所述的装置，其中所述照射区域的最大尺寸为至多约2毫米。705.根据实施方案703或704的装置，其中所述照射区域的最大宽度为至多约0.5毫米。706.根据实施方案703-705中任一项所述的装置，还包括处理器，所述处理器被编程为指示所述检测器系统补偿扫描区域内所述阵列相对于所述中心轴线的不同径向位置处的速度差。707.根据实施方案706所述的装置，其中所述处理器被编程为指示所述检测器系统分别以两个或更多个不同的扫描速率扫描所述开放衬底上的两个或更多个区域，以至少部分地补偿所述两个或更多个区域中的切向速度差。708.根据实施方案703-707中任一项所述的装置，还包括一个或多个光学器件，其配置为产生基本上横切于沿所述开放衬底的扫描方向的变形放大梯度，并且其中所述变形放大梯度至少部分地补偿基本上垂直于所述扫描方向的切向速度差。709.根据实施方案708所述的设备，还包括处理器，该处理器被编程为调节所述变形放大梯度以针对相对于所述中心轴线的不同成像径向位置进行补偿。710.根据实施方案703-709中任一项所述的装置，其中所述线扫描相机是时间延迟和积分线扫描相机。711.根据实施方案703-710中任一项所述的装置，其中所述照射源包括激光器。712.根据实施方案711的装置，其中所述激光器是连续波激光器。713.根据实施方案711或712所述的装置，其中所述检测器系统包括光学元件，所述光学元件配置为改变由所述激光器发射的光束的形状。714.根据实施方案713的装置，其中所述光学元件包括柱面透镜。715.根据实施方案703-710中任一项所述的装置，其中所述照射源包括发光二极管。716.根据实施方案703-715中任一项所述的装置，其中所述检测器系统和所述旋转单元布置在所述装置的不同区域中。717.根据实施方案703-716中任一项所述的装置，还包括配置为旋转所述检测器系统或其元件的旋转单元，并且其中所述检测器系统被编程为在所述检测器系统的所述线扫描相机旋转的同时，检测来自所述结合探针的所述至少一个信号。718.根据实施方案717的装置，其中所述检测器系统被编程为在所述检测器系统的所述照射区域旋转的同时，检测来自所述结合探针的所述至少一个信号。719.根据实施方案718的装置，其中所述检测器系统被编程为在所述线扫描相机和所述照射区域以相同的速率旋转的同时，检测来自所述结合探针的所述至少一个信号。720.根据实施方案703-719中任一项所述的装置，其中所述检测器系统被编程为在所述开放衬底静止的同时，检测来自所述结合探针的所述至少一个信号。721.根据实施方案703-719中任一项的装置，其中所述检测器系统被编程为在所述开放衬底旋转的同时，检测来自所述结合探针的所述至少一个信号。722.根据实施方案703-716中任一项所述的装置，其中所述检测器系统被编程为在所述线扫描相机径向平移遍及所述开放衬底的同时，检测来自所述结合探针的所述至少一个信号。723.根据实施方案722的装置，其中所述检测器系统被编程为在所述照射区域径向平移遍及所述开放衬底的同时，检测来自所述结合探针的所述至少一个信号。724.根据实施方案703-716中任一项的装置，其中所述检测器系统还包括棱镜，并且其中所述检测器系统编程为在所述棱镜旋转的同时，检测来自所述结合探针的所述至少一个信号。725.根据实施方案703-724中任一项所述的装置，还包括与所述检测器系统和所述开放衬底光学通信的浸没物镜，所述浸没物镜配置为与流体接触，所述流体与所述开放衬底接触。726.根据实施方案725所述的装置，还包括配置为保留所述流体的容器；和电场施加单元，其配置为调节所述容器的一个或多个表面的疏水性以保留接触所述浸没物镜和所述开放衬底的所述流体的至少一部分。727.根据实施方案725或726所述的装置，其中所述浸没物镜将第一环境与第二环境分离，其中所述第一环境和所述第二环境具有不同的操作条件。728.根据实施方案727所述的装置，其中所述浸没物镜在所述第一环境和所述第二环境之间形成密封。729.根据实施方案703-728中任一项所述的装置，其中所述开放衬底基本上是平面的。730.根据实施方案703-729中任一项所述的装置，其中所述分析物阵列中的分析物通过一个或多个粘合剂而邻接固定至所述开放衬底。731.根据实施方案703-730中任一项的装置，其中所述开放衬底包含至少100,000个粘合剂，其中所述至少100,000个粘合剂中的粘合剂固定与所述开放衬底邻接固定的所述分析物阵列的分析物。732.根据实施方案703-731中任一项的装置，其中所述分析物阵列的分析物与珠子偶联，所述珠子固定至所述开放衬底。733.根据实施方案703-732中任一项所述的装置，其中所述分析物阵列的分析物包括核酸分子。734.根据实施方案703-733中任一项所述的装置，其中所述多个探针包括多个寡核苷酸分子。735.根据实施方案703-733中任一项的装置，其中所述多个探针包含多个核苷酸或其类似物。736.一种计算机可读介质，包括存储在其上的非暂时性指令，当所述非暂时性指令被执行时，使一个或多个计算机处理器执行用于检测或分析分析物所述的方法，所述方法包括：提供围绕中心轴线的开放衬底，所述开放衬底包含邻接固定至所述开放衬底的分析物阵列，其中所述分析物阵列中的至少一个分析物与探针结合；以及使用检测器系统对所述开放衬底进行非线性扫描以检测来自所述结合探针的至少一个信号或信号变化，其中所述检测器系统包括线扫描相机和照射源，其中所述照射源配置为在所述开放衬底上产生照射区域，其中所述开放衬底包括第一区域和第二区域，其中所述第一区域和所述第二区域(i)包括所述分析物阵列的不同子集，(ii)相对于所述中心轴线位于所述开放衬底的不同径向位置，和(iii)通过所述检测器系统在空间上分辨；其中所述结合探针布置在所述开放衬底的所述第一区域中；并且其中在所述开放衬底与(i)所述线扫描相机和(ii)所述照射区域之一或两者之间的相对非线性运动期间，进行所述非线性扫描。737.根据实施方案736所述的计算机可读介质，其中所述线扫描相机是时间延迟和积分线扫描相机。738.根据实施方案736或737所述的计算机可读介质，其中所述照射源包括激光器。739.根据实施方案738所述的计算机可读介质，其中所述激光器是连续波激光器。740.根据实施方案738或739所述的计算机可读介质，其中所述检测器系统包括光学元件，所述光学元件配置为改变由所述激光器发射的光束的形状。741.根据实施方案740所述的计算机可读介质，其中所述光学元件包括柱面透镜。742.根据实施方案736或737所述的计算机可读介质，其中所述照射源包括发光二极管。743.根据实施方案736-742中任一项所述的计算机可读介质，其中在所述检测期间，所述开放衬底是静止的。744.根据实施方案743所述的计算机可读介质，其中在所述检测期间，所述检测器系统的所述线扫描相机旋转。745.根据实施方案744所述的计算机可读介质，其中在所述检测期间，所述照射区域旋转。746.根据实施方案745所述的计算机可读介质，其中在所述检测期间，所述照射区域以与所述线扫描相机相同的速率旋转。747.根据实施方案743所述的计算机可读介质，其中在所述检测期间，所述线扫描相机径向平移遍及所述开放衬底。748.根据实施方案747所述的计算机可读介质，其中在所述检测期间，所述照射区域径向平移遍及所述开放衬底。749.根据实施方案736-742中任一项所述的计算机可读介质，其中在所述检测期间，所述开放衬底旋转。750.根据实施方案749所述的计算机可读介质，其中在所述检测期间，所述检测器系统的所述线扫描相机是静止的。751.根据实施方案750所述的计算机可读介质，其中在所述检测期间，所述检测器系统的所述照射区域旋转。752.根据实施方案749所述的计算机可读介质，其中在所述检测期间，所述检测器系统的所述线扫描相机旋转。753.根据实施方案752所述的计算机可读介质，其中在所述检测期间，所述照射区域旋转。754.根据实施方案753所述的计算机可读介质，其中在所述检测期间，所述照射区域以与所述线扫描相机相同的速率旋转。755.根据实施方案749所述的计算机可读介质，其中在所述检测期间，所述线扫描相机径向平移遍及所述开放衬底。756.根据实施方案755所述的计算机可读介质，其中在所述检测期间，所述照射区域径向平移遍及所述开放衬底。757.根据实施方案736-756中任一项所述的计算机可读介质，其中所述检测器系统还包括棱镜，所述棱镜在所述检测期间旋转。758.根据实施方案736-757中任一项所述的计算机可读介质，其中所述检测器系统配置为使用所述线扫描相机检测来自所述照射区域的信号。759.根据实施方案736-758中任一项所述的计算机可读介质，其中所述检测器系统补偿在扫描区域内所述阵列相对于所述中心轴线的不同径向位置处的速度差。760.根据实施方案736-759中任一项所述的计算机可读介质，其中所述检测器系统包括光学成像系统，所述光学成像系统具有基本上横切于沿所述开放衬底的扫描方向的变形放大梯度，并且其中所述变形放大梯度至少部分地补偿基本上垂直于所述扫描方向的切向速度差。761.根据实施方案736-760中任一项所述的计算机可读介质，其中所述检测包括分别以两个或更多个不同的扫描速率读取所述开放衬底上的两个或更多个区域，以至少部分地补偿所述两个或更多个区域中的切向速度差。762.根据实施方案736-761中任一项所述的计算机可读介质，其中所述检测还包括使用与所述检测器系统和所述开放衬底光学通信的浸没物镜来检测所述至少一个信号或信号变化，其中浸没物镜与流体接触，所述流体与所述开放衬底接触。763.根据实施方案762所述的计算机可读介质，其中所述流体在容器中，并且其中使用电场来调节所述容器的一个或多个表面的疏水性以保留接触所述浸没物镜和所述开放衬底的所述流体的至少一部分。764.根据实施方案736-763中任一项的计算机可读介质，其中所述分析物阵列包含核酸分子，其中所述多个探针包含荧光标记的核苷酸，并且其中所述荧光标记的核苷酸中的至少一个荧光标记的核苷酸通过核苷酸互补结合而结合至所述核酸分子中的至少一个核酸分子。765.根据实施方案736-764中任一项所述的计算机可读介质，其中所述开放衬底基本上是平面的。766.根据实施方案736-765中任一项所述的计算机可读介质，其中所述分析物阵列中的分析物通过一个或多个粘合剂邻接固定至所述开放衬底。767.根据实施方案736-766中任一项所述的计算机可读介质，其中所述开放衬底包含至少100,000个粘合剂，其中所述至少100,000个粘合剂中的粘合剂固定与所述开放衬底邻接固定的所述分析物阵列的分析物。768.根据实施方案736-767中任一项的计算机可读介质，其中所述分析物阵列中的分析物与珠子偶联，所述珠子固定至所述开放衬底。769.根据实施方案736-768中任一项的计算机可读介质，其中所述分析物阵列的分析物包括核酸分子。770.根据实施方案736-769中任一项的计算机可读介质，其中所述多个探针包括多个寡核苷酸分子。771.根据实施方案736-769中任一项的计算机可读介质，其中所述多个探针包含多个核苷酸或其类似物。
实施例
实施例1.核酸分子测序的成像
图42示出了通过对固定有分析物的衬底进行成像而产生的图像的示例。包括基本平面阵列的衬底310已在其上固定有生物分析物，例如核酸分子。基本上平面的阵列包括多个单独可寻址位置320，并且多个单独可寻址位置包含生物分析物，例如一个或多个核酸分子。单独可寻址位置320可以随机排列或以有序图案排列。生物分析物可以附接至珠子，所述珠子固定至阵列。单个珠子可包含多个分析物，例如至少10、20、30、40、50、100、150或更多个分析物。珠子可以与单独可寻址位置相结合。多个荧光探针(例如，多个荧光标记的A、T、C或G)被分配到衬底310上。在一些实施方案中，衬底配置为相对于中心轴线旋转；包括流体通道的流体流动单元配置为将包含多个探针的溶液分配至阵列，其中在衬底旋转期间，溶液沿远离中心轴线的方向被离心引导并且与生物分析物接触。在其他实施方案中，衬底不旋转。然后使衬底310经受足以使多个探针中的至少一个探针与生物分析物之间进行反应的条件，以将至少一个探针与生物分析物偶联。未偶联的探针被洗涤除去。使用光度测定法检测至少一个探针与生物分析物的偶联，包括对衬底310的至少一部分进行成像(例如，通过扫描或固定场成像)，并测量每个单独可寻址位置320的信号。包含与荧光探针互补的核苷酸的核酸分子在单独可寻址位置320处发荧光。然后，可以迭代操作，并且将来自图像的信号与来自相同衬底的先前图像的信号进行核对，以对于在每个单独可寻址位置320中的每个生物分析物及时生成信号的踪迹。对于操作的每次迭代，多个荧光探针的序列是已知的，从而在每个单独可寻址位置320中生成分析物的已知序列。
实施例2.核酸并入的诊断程序
运行诊断程序以确定探针是否已与生物分析物(例如，核酸分子)偶联。图43示出了这种诊断程序的示例数据，从约1.83亿个珠子运行约29千兆个碱基对(Gbp)。衬底(类似于例如在图15-图23中的310所描绘的衬底)包括配置为固定生物分析物的阵列。生物分析物可附接至珠子，所述珠子固定至阵列。单个珠子可包含多个分析物，例如至少10、20、30、40、50、100、150或更多个分析物。在一些情况下，生物分析物为来自大肠杆菌的基因组DNA。在一些情况下，人类DNA可用作生物分析物。在一些情况下，生物分析物是来自克隆种群的DNA鸟枪文库。在一些情况下，衬底配置为相对于中心轴线旋转。在其他实施方案中，衬底不配置为旋转，而是可为静止的。在其他实施方案中，衬底不配置为旋转，而是可横向或纵向移动，如本文别处所述。在一些情况下，包含流体通道的流体流动单元用于将包含多个探针(例如，荧光标记的核苷酸)的溶液分配至阵列，其中在衬底旋转期间，沿远离中心轴线的方向离心引导溶液，并在足以使多个探针中的至少一个探针(例如，核苷酸)与生物分析物偶联的条件下，使溶液与生物分析物接触。在其他情况下，探针可以通过雾化、喷雾、加压气体(例如，吹气)系统等分配至衬底上，如本文别处所述。然后，使衬底310经受足使多个探针中的至少一个探针与生物分析物之间进行反应的条件，以将至少一个探针与生物分析物偶联。洗涤除去未偶联的探针。使用光度测定法检测至少一个探针与生物分析物的偶联，所述光度测定法包括对衬底的至少一部分进行成像。包含与荧光探针互补的核苷酸的核酸分子在单独可寻址位置发荧光。所述过程中的一个或多个可在一个循环中重复或迭代。
根据图像，测量每个单独可寻址位置或多个单独可寻址位置的信号2320。还可以获得每个循环的多个单独可寻址位置的平均信号2330。由于施加至衬底的探针在每个循环中都是已知的，可以作为已知核苷酸序列2310的函数来绘制平均信号2330。另外地，还可绘制每个循环的信号2340的标准偏差。然后，图2300可以产生关于生物分析物的核酸序列的信息。这些操作中的一个或多个可以实时执行。
实施例3.生物分析物的扫描图像图案
图44示出了诊断程序的示例数据，所述诊断程序通知扫描成像的质量控制度量。衬底(类似于310所描绘的衬底)可进行旋转。在一些情况下，衬底可相对于中心轴线旋转。在其他实施方案中，衬底可为不旋转的或不可旋转。衬底包含生物分析物，例如人和大肠杆菌鸟枪文库。在一个实施例中，衬底包含鸟枪文库和约15％的合成单模板，其引入(spike)到样品中。在该实施例中，鸟枪文库和合成单模板可以被标记(例如，荧光)。在其他实施例中，鸟枪文库和合成单模板与珠子相结合，所述珠子可与衬底相结合(例如，通过接头)。在一些情况下，珠子可以以一图案与衬底结合。在一些情况下，衬底上的珠子的子集可以以诸如螺旋图案的图案(例如，根据扫描路径)进行检测。可以使用光学测量直接检测文库和合成单模板。在其他实施例中，将多个探针添加到衬底，并使衬底经受足以在多个探针中的至少一个探针与生物分析物之间进行反应的条件，以将至少一个探针与生物分析物偶联。从与生物分析物偶联的至少一个探针检测一个或多个信号。
可以计算成像片段的诊断度量。图44A-图44F示出了描绘不同单独可寻址位置处的图像或过程度量的图(例如，在圆形衬底上变化的R和θ)。每个扫描视场在每个图上描绘为小圆圈(分图A-F)。然后，可以分析图像的每张图像的读取数(分图A)、通过过滤器的读取百分比(分图B)、核苷酸的平均第一并入信号(分图C)、固定偏差(droop)(每个循环的信号损失，分图D)、滞后相位(lag phasing)(其可表示假阴性，例如每个循环未能推进的克隆种群的比例(分图E))，以及超前相位(lead phasing)(其可表示假阳性，例如每个循环错误推进的克隆种群的比例(分图F))。在这种情况下，R和θ的统一信号水平和超前/滞后相位表明在多个并入循环过程中流体和生化反应一致，并预测高质量的序列读取。
实施例4.均聚物的线性度和准确度
在基于单核苷酸流的合成化学测序中，为了确定序列，有必要在均聚物合成时确定均聚物的长度。均聚物可以具有不同的长度并且包含相同核苷酸的序列(例如，一个核苷酸、两个核苷酸、三个核苷酸、四个核苷酸、五个核苷酸、六个核苷酸、七个核苷酸、八个核苷酸、九个核苷酸和十个核苷酸，其中核苷酸全部相同，即全部为A、全部为T、全部为C、全部为G，等)。图45A示出了基于流动的合成测序的示例性数据。多种不同长度的均聚物与衬底偶联。将互补探针添加到衬底中，洗涤衬底并成像，并重复该过程。从每个珠子位置测量信号。从图中可以看出，来自图像的信号与均聚物长度呈完全线性，此处测试了高达9个核苷酸。因此，来自所得图像(例如，单独可寻址位置)的信号可用于以足够高的准确度和低噪声(>99％准确度)确定高达5个碱基的均聚物长度。
实施例5.核酸分子的测序和信号处理
包含基本上平面的阵列的衬底已将生物分析物(例如来自大肠杆菌的核酸分子)固定至其上。使用基于流动的化学进行合成测序。进行成像，如本文别处所述。图45B示出了一组数百个集落的信号分布，每个集落是单个合成单模板的复制品。x轴标有每个循环(例如，每个化学流步骤)后测序的长度。在图45C中，相同的数据已用参数模型处理。参数模型考虑了每个集落的不同模板计数(振幅)和背景水平。该信号使用超前相位和滞后相位模型进行去卷积，并且还考虑了每个循环的全局信号损失。在本文描述的实施例中，标称相位为0.54％滞后、0.41％超前和0.45％信号损失。剩余的系统变异可归因于序列环境的信号变化，可使用其他算法(未显示)进一步校正。
实施例6.来自大肠杆菌的鸟枪文库的测序
包含基本上平面的阵列的衬底已将生物分析物(例如来自大肠杆菌的核酸分子)固定至其上。使用基于流动的化学进行合成测序。进行成像，如本文别处所述。然后处理图像。图46A示出了大肠杆菌参考基因组的片段的单个比对读取。图46B示出了针对一组鸟枪读取从大肠杆菌基因组中每个位置的比对读取深度的图像处理得出的图。x轴显示每个大肠杆菌参考关键位置的覆盖水平，y轴显示频率。
实施例7.卷轴到卷轴尺寸的计算
包含生物分析物的柔性衬底可以以使得处理核酸分子的产量提高的方式设计。在一个实施例中，生物分析物被纳米压印在柔性衬底(例如膜)上，将所述柔性衬底牵拉通过第一卷轴以将柔性衬底与包含有包含多个探针的溶液的储器接触。膜的尺寸可调节为与检测器(例如，光学传感器)兼容。在一些情况下，膜的长度可以绕卷轴卷起。膜长约85米，宽约7毫米(mm)，得到面积约6000平方厘米(cm2)。与直径为5.9厘米(cm)的平面圆形衬底相比，膜的可用面积可为所述平面圆形衬底的可用面积的超过60倍。假设光学传感器的速率为10厘米/秒(cm/s)，整个膜可在约14分钟内成像。替代地，可以调节膜的尺寸(例如，长度和宽度)以提高检测速率、压印速率、接触面积等。
实施例8：测序用衬底的制备
可以使用本文提供的方法和系统对核酸分子进行测序。在测序过程中使用的衬底可为衬底310。衬底可以包括基本上平面的阵列，所述阵列可以包括多个单独可寻址位置320。多个单独可寻址位置可以随机排列或以有序图案排列。多个单独可寻址位置的至少一个子集可以与多个核酸分子偶联，从而为测序过程做准备。多个单独可寻址位置的子集的单独可寻址位置可以随机排列或以有序图案排列。衬底可配置为相对于中心轴线旋转。包括流体通道的流体流动单元可以耦合至衬底，并且可配置为将溶液分配至阵列。在衬底旋转期间分配溶液时，溶液被沿远离中心轴线的方向离心引导并且可与偶联到衬底的一个或多个生物分析物(例如，核酸分子)接触。然而，在准备测序期间或在测序过程期间衬底可不旋转。在一些情况下，在准备测序和执行测序期间，衬底可经历连续旋转。在其他情况下，对于该过程的至少一部分，衬底可为静止的。
用于核酸分子测序的衬底的制备可以包括将一个或多个核酸分子分配至衬底上。可以以有序或随机方式将核酸分子分配至衬底上。与衬底偶联的核酸分子可以直接或间接地固定至衬底。例如，核酸分子可以与多个颗粒偶联，所述多个颗粒可以直接固定至衬底(例如，通过一个或多个寡核苷酸分子或另一种机制，如本文所述的)。多个颗粒可以包括多个珠子。多个颗粒中的给定颗粒可包含与其偶联的一个或多个核酸分子。例如，多个颗粒中的给定颗粒可包含与其偶联的核酸分子的克隆种群。在一个实施例中，多个颗粒包括与其偶联的多个引物分子，所述多个引物分子配置为与核酸分子文库的核酸分子序列杂交。核酸分子文库的核酸分子可以通过多个引物分子与核酸分子序列的杂交而与多个颗粒偶联。可以进行扩增过程以扩增与多个颗粒偶联的核酸分子，所述过程可以提供一个或多个与多个颗粒偶联的核酸分子的克隆种群。扩增过程可以包括乳液PCR。在扩增过程之后，可以将多个颗粒分配至衬底上(例如，以有序或随机方式)(例如，如本文所述)。可替代地，可以将多个颗粒分配至衬底上，然后与核酸分子文库的核酸分子相互作用，并且可以在将多个颗粒固定至衬底的同时执行扩增过程。
衬底可以包含适合于结合和扩增核酸分子的一种或多种类型的衔接子或引物。所述衔接子可以以图案或不以图案固定至衬底。图案可以包括对衔接子有吸引力的区域以及对衔接子排斥的区域。可应用于衬底的图案的示例包括螺旋图案、单环或同心环以及方格图案。在一个实施例中，衬底分成两部分(例如，将盘形衬底二等分为提供两个部分)，其中一个部分包括对第一衔接子类型有吸引力的第一区域，而另一个部分包括对第二衔接子类型有吸引力的第二区域，其中第一和第二衔接子类型不同。衔接子可以通过分配头分配至衬底上，所述分配头可以以给定的图案向衬底提供特定的局部浓度的核酸分子。对于连续过程扩增，浓度可以使得核酸分子与局部体积(例如，点)的结合速率应显著小于(至少约4x)扩增倍增速率。这可以确保第二种子在所述点上之前，大多数种子很好地扩增。加载可以以适当的接种效率(例如约10％的接种效率)重复进行。可以生成诸如重复环和螺旋的图案。顺序接种可用于确保大多数点被接种并几乎单克隆扩增(例如至少约90％的点和至少约90％的单克隆)。可替代地，模板可以以一浓度接种到无图案表面，使得接种密度为至少约50k/mm2、100k/mm2、500k/mm2、1M、2M、4M或更大。在接种期间或之后，可以进行固相扩增。
核酸分子的扩增(例如，偶联至多个颗粒，例如偶联至衬底的多个颗粒)可包括PCR、桥扩增、重组酶聚合酶扩增、Wildfire扩增、模板步移扩增、链置换扩增、滚环扩增或任何其他有用的方法。扩增方法可以包括动力学排阻扩增。例如，扩增试剂可以反应到每个具有来自给定核酸分子的扩增子克隆种群的产物扩增位点，所述反应可以同时包括以平均转运速率将包括给定核酸分子的核酸分子转运至位点和以平均扩增速率扩增转运至所述位点的核酸分子，其中所述平均扩增速率超过所述平均转运速率。纳米球测序方法也可以与本文提供的方法和系统结合使用。例如，核酸分子可以包含模板片段，并且衔接子序列可以连接至该片段以实现片段的环化。然后，可以使用滚环扩增来扩增环状片段，所述滚环扩增可以提供可压缩为核酸纳米球的串联的扩增片段。
实施例9：使用封闭或终止核苷酸对核酸分子进行测序
可以使用本文提供的方法和系统对核酸分子进行测序。可以将核酸分子固定至衬底(例如，直接地或通过支持物，例如珠子，所述珠子可以包含与其偶联的多个核酸分子，例如核酸分子的克隆种群)。衬底(例如，如本文所述的衬底310)可包括基本上平面的阵列，所述基本上平面的阵列可包括多个单独可寻址位置(例如，如本文所述的单独可寻址位置320)。多个单独可寻址位置可以随机排列或以有序图案排列。核酸分子可以与阵列的单独可寻址位置相结合。例如，与核酸分子偶联的珠子可以与阵列的单独可寻址位置相结合。核酸分子可以通过寡核苷酸如衔接子或引物分子与阵列偶联(例如，通过与衬底偶联的支持物)。衬底可配置为相对于中心轴线旋转；包括配置为分配溶液的流体通道的流体流动单元可以耦合到衬底，使得在衬底旋转期间，溶液沿远离中心轴线的方向被离心地引导并与生物分析物(例如，核酸分子)接触。替代地，衬底可不旋转。
核酸分子可包含双链区，所述双链区可在第一链中包含衔接子序列，并在第二链中包含与所述衔接子序列互补的序列。核酸分子可以包含靶序列(例如，文库插入序列)，所述靶序列可侧接有一个或多个衔接子序列和一个或多个其他序列，例如一个或多个条形码或标识符序列、引物序列、或其他序列。核酸分子可源自样品，例如包括生物流体(例如，血液或唾液)的样品。核酸分子可包含脱氧核糖核酸或核糖核酸。例如，核酸分子可包含基因组DNA。
核酸分子的测序可以通过提供与核酸分子的可用位置互补的第一核苷酸来进行。第一核苷酸可包含封闭或终止基团，例如可逆终止子。所述封闭或终止基团(例如，可逆终止子)可以通过糖基团(例如糖基团的3’位)偶联至第一核苷酸。封闭或终止基团可包含叠氮基基团。例如，所述封闭或终止基团可为3’-O-叠氮甲基封闭基团。替代地，封闭或终止基团可为不显著影响后续核苷酸并入模板的另一个基团，例如小的稳定基团。第一核苷酸可以被标记(例如，可以与荧光标记偶联)。替代地，第一核苷酸可以是未标记的(例如，可以不与荧光标记偶联)。第一核苷酸可在第一溶液(例如反应混合物)中提供，所述第一溶液可包含一个或多个额外的核苷酸。第一溶液可以通过耦合到衬底的流体流动单元的流体通道提供给衬底(例如，在衬底旋转期间或在衬底静止时)。第一溶液可包含有包含第一核苷酸的多个相同核苷酸。替代地，第一溶液可包含有包含第一核苷酸的第一多个相同核苷酸，和第二多个相同核苷酸，其中所述第一核苷酸和第二多个相同核苷酸的第二核苷酸可具有不同的化学结构。例如，第一核苷酸和第二核苷酸可以包含不同的碱基(例如，规范碱基，例如A、G、C和U/T)、标记(例如，荧光标记)、接头(例如，将标记连接到核苷酸的碱基、糖或磷酸酯基团的接头)、糖基团(例如，包含或不包含封闭或终止基团的糖基团)，或其组合。在一个实施例中，第一溶液包含有包含第一核苷酸的第一多个相同核苷酸、第二多个相同核苷酸、第三多个相同核苷酸和第四多个相同核苷酸，其中每个多个相同核苷酸包含不同规范类型的碱基(例如，A、G、C和U/T)。每个多个相同核苷酸的每个核苷酸可以包含封闭或终止基团，所述封闭或终止基团对于不同类型的核苷酸可以相同或不同。每个多个相同核苷酸的每个核苷酸可以是未标记的。替代地，给定的多个相同核苷酸的每个核苷酸的全部或一部分可以是标记的(例如，用荧光标记)。例如，每个多个相同核苷酸的每个核苷酸的全部或一部分可以是标记的。第一溶液可包含用于进行反应的其他试剂，例如缓冲剂、阳离子、酶(例如聚合酶)或其他试剂。
与衬底的基本上平面的阵列偶联的核酸分子和第一核苷酸可经受足以将第一核苷酸并入所述核酸分子的可用位置(例如，并入与包含靶序列的核酸链偶联的生长链)的条件。第一核苷酸的封闭或终止基团可以防止并入其他核苷酸(例如，相同类型的其他核苷酸，例如均聚物序列；或不同类型的其他核苷酸)。
第一核苷酸向核酸分子中的并入可以通过成像来检测，例如通过对偶联至第一核苷酸的标记或报告部分的标记进行成像。可使用检测器(例如光学检测器)询问阵列。可在衬底旋转期间或在衬底静止时进行成像。成像可以包括扫描或固定场成像。例如，光学检测器可以在成像期间相对于衬底平移和/或旋转。成像可以检测标记(例如，第一核苷酸的标记或与其偶联的报告部分的标记)的信号(例如，荧光发射)。所述信号可以指示并入核酸分子中的核苷酸类型。替代地，信号可以指示与核酸分子偶联的报告部分的类型，从而指示并入核酸分子的核苷酸类型。
在以下实施例中描述了此类方法的其他细节。在检测到第一核苷酸并入核酸分子之后，可以使用包含第二核苷酸的第二溶液等重复该过程，以确定核酸分子的序列。
实施例10:使用非终止核苷酸对核酸分子进行测序
可以使用本文提供的方法和系统对核酸分子进行测序。可以将核酸分子固定至衬底(例如，直接地或通过支持物，例如珠子，所述珠子可以包含与其偶联的多个核酸分子，例如核酸分子的克隆种群)。衬底(例如，如本文所述的衬底310)可包括基本上平面的阵列，所述基本上平面的阵列可包括多个单独可寻址位置(例如，如本文所述的单独可寻址位置320)。多个单独可寻址位置可以随机排列或以有序图案排列。核酸分子可以与阵列的单独可寻址位置相结合。例如，与核酸分子偶联的珠子可以与阵列的单独可寻址位置相结合。核酸分子可以通过寡核苷酸如衔接子或引物分子与阵列偶联(例如，通过与衬底偶联的支持物)。衬底可配置为相对于中心轴线旋转；包括配置为分配溶液的流体通道的流体流动单元可以耦合到衬底，使得在衬底旋转期间，溶液沿远离中心轴线的方向被离心地引导并与生物分析物(例如，核酸分子)接触。替代地，衬底可不旋转。
核酸分子可包含双链区，所述双链区可在第一链中包含衔接子序列，并在第二链中包含与所述衔接子序列互补的序列。核酸分子可以包含靶序列(例如，文库插入序列)，所述靶序列可侧接有一个或多个衔接子序列和一个或多个其他序列，例如一个或多个条形码或标识符序列、引物序列、或其他序列。核酸分子可源自样品，例如包括生物流体(例如，血液或唾液)的样品。核酸分子可包含脱氧核糖核酸或核糖核酸。例如，核酸分子可包含基因组DNA。
核酸分子的测序可以通过提供与核酸分子的可用位置互补的第一核苷酸来进行。第一核苷酸可以是非终止的核苷酸(例如，可以不包含封闭或终止基团)。第一核苷酸可以被标记(例如，可以与荧光标记偶联)。替代地，第一核苷酸可以是未标记的(例如，可以不与荧光标记偶联)。第一核苷酸可在第一溶液(例如反应混合物)中提供，所述第一溶液可包含一个或多个额外的核苷酸。第一溶液可以通过耦合到衬底的流体流动单元的流体通道提供给衬底(例如，在衬底旋转期间或在衬底静止时)。第一溶液可包含有包含第一核苷酸的多个相同核苷酸。替代地，第一溶液可包含有包含第一核苷酸的第一多个相同核苷酸，和第二多个相同核苷酸，其中所述第一核苷酸和第二多个相同核苷酸的第二核苷酸可具有不同的化学结构。例如，第一核苷酸和第二核苷酸可以包含不同的碱基(例如，规范碱基，例如A、G、C和U/T)、标记(例如，荧光标记)、接头(例如，将标记连接到核苷酸的碱基、糖或磷酸酯基团的接头)、糖基团，或其组合。在一个实施例中，第一溶液包含有包含第一核苷酸的第一多个相同核苷酸、第二多个相同核苷酸、第三多个相同核苷酸和第四多个相同核苷酸，其中每个多个相同核苷酸包含不同规范类型的碱基(例如，A、G、C和U/T)。每个多个相同核苷酸的每个核苷酸可以是未标记的。替代地，给定的多个相同核苷酸的每个核苷酸的全部或一部分可以是标记的(例如，用荧光标记)。例如，每个多个相同核苷酸的每个核苷酸的全部或一部分可以是标记的。在一个实施例中，第一溶液可包含有包含第一核苷酸的多个核苷酸，其中每个核苷酸包括相同的规范碱基。所述多个核苷酸可以包括多个标记的核苷酸和多个未标记的核苷酸。例如，第一溶液的所述多个核苷酸的至少20％的核苷酸可以是标记的核苷酸。所述多个核苷酸的任何百分比的核苷酸可以是标记的核苷酸。第一溶液可包含用于进行反应的其他试剂，例如缓冲剂、阳离子、酶(例如聚合酶)或其他试剂。
与衬底的基本上平面的阵列偶联的核酸分子和第一核苷酸可经受足以将第一核苷酸并入所述核酸分子的可用位置(例如，并入与包含靶序列的核酸链偶联的生长链)的条件。不存在封闭或终止基团可以有助于在第一核苷酸并入的位置的邻接位置处并入其他核苷酸(例如，相同类型的其他核苷酸，例如均聚物序列；或不同类型的其他核苷酸)。
在第一溶液包括包含相同碱基(例如规范碱基，例如A、G、C和U/T)的核苷酸的情况下，第一核苷酸以及在一些情况下(例如，在靶序列包含均聚物序列的情况下)一个或多个其他核苷酸的并入的检测可以通过以下进行检测：对与第一核苷酸和/或一个或多个其他核苷酸偶联的标记进行成像，或检测提供给核酸分子的报告部分的标记(例如，配置为与给定类型的核苷酸特异性结合的报告部分)。在检测之后，例如在使核酸分子与包含第二核苷酸的第二溶液接触之前，可以去除与并入的核苷酸偶联的标记(例如，通过使并入的核苷酸与切割试剂接触)。可以类似地去除与报告部分偶联的标记。替代地，测序过程可以在不切割与并入核酸分子中的核苷酸相结合的标记的情况下进行。
在第一溶液包括包含不同碱基的核苷酸的情况下，第一核苷酸以及在一些情况下(例如，在靶序列包含均聚物序列的情况下)一个或多个其他核苷酸的并入的检测可以通过以下进行检测：对与第一核苷酸和/或一个或多个其他核苷酸偶联的标记进行成像，所述标记可以不同于与包含不同类型碱基的核苷酸偶联的其他标记。例如，第一核苷酸可包含第一类型的标记，并且第一溶液中包括的第二核苷酸可包含第二类型的标记。不同的标记可以提供不同的信号，例如不同的荧光特征，使得与第一核苷酸偶联的标记的荧光特征的检测指示第一核苷酸而不是第二核苷酸的并入。可替代地，标记的报告部分可用于检测给定类型的核苷酸的并入。
可使用检测器(例如光学检测器)询问阵列。可在衬底旋转期间或在衬底静止时进行成像。成像可以包括扫描或固定场成像。例如，光学检测器可以在成像期间相对于衬底平移和/或旋转。成像可以检测标记(例如，第一核苷酸的标记或与其偶联的报告部分的标记)的信号(例如，荧光发射)。所述信号可以指示并入核酸分子中的核苷酸类型。替代地，信号可以指示与核酸分子偶联的报告部分的类型，从而指示并入核酸分子的核苷酸类型。
在以下实施例中描述了此类方法的其他细节。在检测到第一核苷酸并入核酸分子之后，可以使用包含其他核苷酸的第二溶液等重复该过程，以确定核酸分子的序列。
实施例11：使用报告部分检测核苷酸的并入
如先前实施例所描述的，核酸分子中核苷酸的并入的检测可包括检测与核苷酸偶联的标记。核苷酸的并入的检测替代地包括检测与报告部分偶联的标记。
可以将标记的(例如，荧光标记的)报告部分提供给与衬底的基本上平面的阵列偶联(例如，通过颗粒)的核酸分子。第一核苷酸可以并入核酸分子中(例如，如先前实施例中所描述的)。第一核苷酸可包含封闭或终止基团。替代地，第一核苷酸可以是非终止核苷酸。第一报告部分可以在第一溶液中(例如，向核酸分子提供第一核苷酸以将其并入其中的第一溶液)提供或在提供给核酸分子的第二溶液中(例如，在通过离心作用和任选地施加洗涤溶液而除去第一溶液之后)提供。可以在衬底旋转期间或在衬底静止时提供第二溶液。第一报告部分可包含抗体。第一报告部分可包含荧光标记。第一报告部分可配置为结合并入核酸分子中的核苷酸。例如，第一报告部分可以是碱基特异性的。第一报告部分可配置为结合包含封闭或终止基团的核苷酸。例如，第一报告部分可以是碱基特异性的3’阻断依赖性的第一报告部分，例如碱基特异性的3’阻断依赖性的荧光标记的抗体。第一报告部分可配置为结合第一核苷酸。第一报告部分可配置为不结合除第一核苷酸的类型之外的核苷酸类型。包含第一报告部分的溶液(例如，第二溶液)可包含有包含第一报告部分的多个相同的第一报告部分。包含第一报告部分的溶液还可包含对(例如，第二多个相同的核苷酸的)第二核苷酸类型具有特异性的多个相同的第二报告部分，对(例如，第三多个相同的核苷酸的)第三核苷酸类型具有特异性的多个相同的第三报告部分，对(例如，第四多个相同的核苷酸的)第四核苷酸类型具有特异性的多个相同的第四报告部分。每个多个相同的报告部分可以包含不同类型的标记。第一报告部分和核酸分子可以经受足以使第一报告部分与并入核酸分子中的第一核苷酸结合的条件。可以去除未结合的报告部分(例如，通过离心作用和任选地施加洗涤溶液而除去第二溶液)。可使用检测器(例如光学检测器)询问阵列。可在衬底旋转期间或在衬底静止时进行成像。成像可以包括扫描或固定场成像。例如，光学检测器可以在成像期间相对于衬底平移和/或旋转。成像可以检测第一报告部分的标记的信号(例如，荧光发射)。所述信号可以指示与核酸分子偶联的报告部分的类型，从而指示并入核酸分子的核苷酸类型。
在成像之后，可以使与阵列偶联的核酸分子经受足以去除与第一核苷酸偶联的第一报告部分的条件。例如，可以提供洗涤溶液，其可以包含配置为从第一核苷酸切割封闭或终止基团并去除第一报告部分的试剂。在切割/洗涤过程之后，第一核苷酸可以不再包含封闭或终止基团，使得并入和检测过程可以重复一次或多次。以此方式，可以确定与阵列偶联的核酸分子的序列。该过程可用于鉴定多个核酸分子的序列，例如与阵列偶联的一个或多个核酸分子的克隆种群。例如，该过程可用于鉴定与多个珠子偶联的核酸分子的多个不同克隆种群的序列，所述多个珠子与衬底的基本上平面的阵列的多个单独可寻址位置偶联。
尽管本文已经示出并描述了本发明的优选实施方案，但对本领域技术人员而言显而易见的是，这些实施方案仅以示例的方式提供。本发明不意在受说明书中提供的具体示例的限制。虽然已经参考前述说明书描述了本发明，但是对本文的实施方案的描述和说明并非意在以限制性的意义解释。在不偏离本发明的情况下，本领域技术人员现将想到许多变化、改变和替代。此外，应当理解，本发明的所有方面不限于本文阐述的取决于各种条件和变量的特定描述、配置或相对比例。应当理解，本文所述的本发明实施方案的各种替代方案可用于实践本发明。因此，考虑到本发明还应涵盖任何此类替代、修改、变化或等同方案。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同方案。

Claims (137)

1.一种用于扫描表面的方法，所述方法包括：
(a)使用扫描系统扫描包括表面的一部分的扫描场，其中所述扫描场具有相对于所述表面的旋转轴线的取向；和
(b)(i)围绕所述表面的所述旋转轴线旋转所述表面并且(ii)围绕所述扫描场的旋转轴线旋转所述扫描场，使得在所述表面相对于所述扫描场平移之前、期间或之后所述扫描场基本上保持相对于所述表面的所述旋转轴线的取向。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述扫描场具有长轴线，并且其中所述取向包括与穿过所述表面的所述旋转轴线的所述扫描场的所述长轴线重合的线。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述扫描场在所述表面上追踪一弧线。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述取向包括所述扫描场的长轴线，其中所述长轴线平行于穿过(i)所述表面的所述旋转轴线和(ii)所述扫描场的所述旋转轴线的径向线。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述表面相对于所述扫描场的平移包括沿平移路径平移，其中包括沿所述平移路径的净位移的线不与所述扫描场和所述表面的所述旋转轴线两者相交。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述扫描场围绕所述扫描场的所述旋转轴线相对于所述表面旋转，并且其中所述扫描场的所述旋转轴线基本上垂直于所述表面。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过旋转物镜、透镜、棱镜、反射镜、相机、衍射光学元件(DOE)或其任意组合来旋转所述扫描场。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使用电机来旋转所述扫描场。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述表面基本上是圆形的，并且其中：(a)所述扫描场沿所述表面的弦平移；(b)所述扫描场的所述旋转轴线沿所述表面的弦平移；或(c)其组合。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述弦不穿过所述表面的所述旋转轴线。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述扫描场通过以下方式平移：(a)移动所述表面；(b)移动所述扫描系统；或(c)其组合。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述扫描场在所述表面上追踪圆形。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述扫描场在所述表面上追踪螺旋形。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中同时进行所述表面的旋转和所述表面的平移。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述表面的所述平移相对于所述表面的所述旋转轴线是线性的。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述扫描系统包括与所述表面光学通信的物镜。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述扫描系统包括与所述扫描场光学通信的相机。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述相机是具有线速率的时间延迟积分(TDI)相机。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，其中所述相机包括传感器阵列，并且所述扫描场的所述旋转轴线穿过所述传感器阵列的中心。
20.根据权利要求18所述的方法，其中当所述物镜的位置距离所述表面的所述旋转轴线更远时，所述线速率更高。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述扫描系统包括与所述表面光学通信的两个物镜：所述物镜和第二物镜。
22.根据权利要求21所述的方法，其中相对于法向于所述表面并与所述表面的所述旋转轴线相交的平面，所述两个物镜位于所述表面的同一侧。
23.根据权利要求21所述的方法，其中相对于法向于所述表面并与所述表面的所述旋转轴线相交的平面，所述两个物镜位于所述表面的相对侧。
24.根据权利要求21-23中任一项所述的方法，其中所述两个物镜在所述表面上追踪圆形路径。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述圆形路径是同心的，并且所述物镜更靠近所述旋转轴线地追踪所述圆形路径，并且所述第二物镜更远离所述表面的所述旋转轴线地追踪所述圆形路径。
26.根据权利要求21-23中任一项所述的方法，其中所述物镜和所述第二物镜追踪交替的圆形路径。
27.根据权利要求21-23中任一项所述的方法，其中所述两个物镜在所述表面上追踪单独的螺旋路径。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述螺旋路径是交错的。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述螺旋路径是同心的，并且所述物镜更靠近所述表面的所述旋转轴线地追踪所述螺旋路径，并且所述第二物镜更远离所述表面的所述旋转轴线地追踪所述螺旋路径。
30.根据权利要求21-29中任一项所述的方法，其中所述物镜追踪第一路径，所述第一路径的第一宽度对应于所述扫描场的第一宽度，并且其中所述第二物镜追踪第二路径，所述第二路径的第二路径宽度对应于第二扫描场的第二宽度，其中所述第一路径宽度和所述第二路径宽度交叠不超过30％、不超过20％、不超过10％、不超过5％、不超过1％。
31.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述扫描系统包括与所述表面光学通信的四个物镜。
32.根据权利要求31所述的方法，其中相对于法向于所述表面并与所述表面的所述旋转轴线相交的平面，所述四个物镜定位于所述表面的同一侧。
33.根据权利要求31所述的方法，其中相对于法向于所述表面并与所述表面的所述旋转轴线相交的平面，所述四个物镜中的前两个物镜位于所述表面的第一侧，并且所述四个物镜中的后两个物镜位于与所述第一侧相反的所述表面的第二侧。
34.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述扫描系统包括与所述表面光学通信的5、6、7、8、9、10、11、12、13或更多个物镜。
35.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述表面以恒定角速度旋转。
36.根据权利要求1-34中任一项所述的方法，其中所述表面以可变角速度相对于所述物镜旋转，并且所述相机被配置为以给定频率拍摄图像。
37.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括照射由照射场限定的所述表面的一部分，并且其中所述照射场至少部分地与所述扫描场交叠。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述照射场被使用以下来照射：激光器、发光二极管(LED)、灯或其组合。
39.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述扫描系统还包括多个照射场。
40.根据权利要求37-39中任一项所述的方法，还包括旋转所述照射场，使得所述照射场相对于所述表面的所述旋转轴线保持限定取向，并且其中所述照射场相对于所述扫描场保持固定取向。
41.根据权利要求37-40中任一项所述的方法，其中所述扫描场和所述照射场一起旋转。
42.根据权利要求37-41中任一项所述的方法，其中所述照射场的长轴线平行于所述扫描场的所述长轴线。
43.根据权利要求37-42中任一项所述的方法，其中所述照射场围绕所述照射场的旋转轴线旋转，其中所述照射场的所述旋转轴线基本上垂直于所述表面。
44.根据权利要求37-43中任一项所述的方法，其中通过旋转：透镜、衍射光学元件(DOE)、棱镜、反射镜、激光器或其组合来旋转所述照射场。
45.根据权利要求37-44中任一项所述的方法，其中使用电机来旋转所述照射场。
46.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括扫描由第二扫描场限定的所述表面的第二部分。
47.根据权利要求46所述的方法，其中使用包括与所述表面光学通信的第二物镜的第二扫描系统来扫描所述第二扫描场。
48.根据权利要求47所述的方法，其中所述第二物镜独立于第一物镜而聚焦。
49.根据权利要求47所述的方法，其中所述第二物镜相对于所述第一物镜具有固定位置。
50.根据权利要求47-49中任一项所述的方法，其中所述第二扫描场独立于所述扫描场旋转，使得所述第二扫描场保持相对于所述表面的所述旋转轴线的取向。
51.根据权利要求47-49中任一项所述的方法，其中所述第二扫描场与所述扫描场协同旋转。
52.根据权利要求47-51中任一项所述的方法，其中所述第一物镜和所述第二物镜是扫描模块的一部分，并且所述扫描模块沿着从所述表面的所述旋转轴线径向延伸的线相对于所述表面平移。
53.根据权利要求47-52中任一项所述的方法，其中：(a)所述第一物镜和所述第二物镜一起朝向所述表面的所述旋转轴线平移；(b)所述第一物镜和所述第二物镜一起远离所述表面的所述旋转轴线平移；(c)当所述第二物镜远离所述表面的所述旋转轴线平移时，所述第一物镜朝向所述表面的所述旋转轴线平移；或(d)当所述第二物镜朝向所述表面的所述旋转轴线平移时，所述第一物镜远离所述表面的所述旋转轴线平移。
54.根据权利要求47-53中任一项所述的方法，其中所述表面基本上是圆形的，并且其中所述第一物镜和所述第二物镜沿着在法向于所述表面并与所述表面的所述旋转轴线相交的平面的任一侧并且与所述表面的所述旋转轴线等距的平行弦平移。
55.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述表面安装在旋转模块上并且所述旋转模块通过以下方式相对于所述扫描系统平移：(a)平移所述扫描模块；(b)平移所述旋转模块；或(c)其组合。
56.根据权利要求55所述的方法，其中所述多个表面安装在多个旋转模块上，并且其中所述多个旋转模块安装在平台上，并且所述平台旋转以使每个所述旋转模块与所述扫描模块光学通信。
57.根据权利要求55或权利要求56所述的方法，其中在扫描所述表面之后，所述旋转模块被移动到化学模块。
58.根据权利要求55-57中任一项所述的方法，还包括平移第二旋转模块使得第二表面与所述扫描模块光学通信。
59.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述表面包含有包含多个核酸的核酸集落阵列，其中所述多个核酸中的核酸用荧光团标记。
60.根据权利要求59所述的方法，其中所述荧光团的强度指示所述核酸的序列。
61.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中扫描、旋转所述表面，旋转所述扫描场和平移中的两个或更多个同时发生。
62.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中扫描、旋转所述表面，旋转所述扫描场和平移中的三个或更多个同时发生。
63.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中扫描、旋转所述表面，旋转所述扫描场和平移独立地发生。
64.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括重复步骤(a)和(b)。
65.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中对于核酸聚合反应中的每个碱基重复步骤(a)和(b)，从而对所述核酸进行测序。
66.一种扫描系统，包括：
表面，所述表面被配置为围绕所述表面的旋转轴线旋转；
检测器，所述检测器与所述表面光学通信，其中所述检测器具有包括所述表面的第一部分的扫描场；和
照射源，所述照射源被配置为照射包括所述表面的第二部分的照射区域，其中所述照射区域和所述扫描场至少部分交叠，
其中所述检测器被配置为：在(i)所述表面围绕所述旋转轴线旋转和(ii)所述表面相对于所述扫描场平移期间，保持所述扫描场相对于所述表面的所述旋转轴线的取向。
67.根据权利要求66所述的扫描系统，其中所述扫描场被配置为在所述表面上追踪弧形。
68.根据权利要求66或权利要求67所述的扫描系统，其中所述扫描系统包括成像系统。
69.根据权利要求66-68中任一项所述的扫描系统，其中所述检测器包括相机。
70.根据权利要求69所述的扫描系统，其中所述线扫描相机包括线扫描相机。
71.根据权利要求69或权利要求70所述的扫描系统，其中所述相机被配置为在第一相机区域上对第一扫描场进行成像并且在第二相机区域上对第二扫描场进行成像。
72.根据权利要求69-71中任一项所述的扫描系统，其中所述相机被配置为在第一相机区域上对第一扫描场进行成像并且在第二相机区域上对所述第一扫描场成像。
73.根据权利要求72所述的扫描系统，其中所述第一相机区域和所述第二相机区域检测不同的波长、不同的动态范围或两者。
74.根据权利要求66-73中任一项所述的扫描系统，其中所述表面被配置为相对于所述扫描场沿着平移轴线平移。
75.根据权利要求74所述的扫描系统，其中所述平移轴线与所述表面的所述旋转轴线和所述扫描场的中心点相交。
76.根据权利要求74所述的扫描系统，其中所述平移轴线与所述表面的所述旋转轴线和所述扫描场的中心点不相交。
77.根据权利要求76所述的扫描系统，其中所述扫描场的取向在所述表面平移时相对于所述表面的所述旋转轴线从第一取向变为第二取向。
78.根据权利要求77所述的扫描系统，其中所述扫描场被配置为相对于所述表面的所述旋转轴线围绕所述扫描场的旋转轴线旋转，以相对于所述表面的所述旋转轴线将所述扫描场的取向从所述第二取向校正为所述第一取向。
79.根据权利要求66-78中任一项所述的扫描系统，其中所述扫描场被配置为通过旋转：物镜、透镜、棱镜、反射镜、衍射光学元件(DOE)、检测器或其组合来旋转。
80.根据权利要求66-79中任一项所述的扫描系统，其中所述照射源包括激光器或发光二极管(LED)。
81.根据权利要求66-80中任一项所述的扫描系统，其中所述照射源包括基本圆形的照射轮廓，并且其中所述基本圆形的照射轮廓被沿单个轴线扩展。
82.根据权利要求81所述的扫描系统，其中使用柱面透镜或通过引导所述照射源通过光栅而使所述基本圆形的照射轮廓沿着单个轴线扩展。
83.根据权利要求66-82中任一项所述的扫描系统，还包括多个具有基本上圆形的照射轮廓的照射源，其中所述基本上圆形的照射轮廓被沿着单个轴线扩展。
84.根据权利要求66-83中任一项所述的扫描系统，其中所述表面的第一部分被配置为相对于所述扫描场移动。
85.根据权利要求84所述的扫描系统，其中所述表面的第一部分的第一区域被配置为相对于所述扫描场以第一速度移动，并且所述表面的所述第一部分的第二区域被配置为相对于所述扫描场以第二速度移动，并且其中所述第一区域比所述第二区域更靠近所述表面的所述旋转轴线，并且其中所述第一速度比所述第二速度慢。
86.根据权利要求85所述的扫描系统，其中所述第一区域的图像在所述检测器上被放大第一放大系数，且所述第二区域的图像在所述检测器上被放大第二放大系数。
87.根据权利要求66-86中任一项所述的扫描系统，还包括定位在所述扫描场和所述检测器之间的光路中的物镜。
88.根据权利要求87所述的扫描系统，其中所述物镜与所述表面流体接触。
89.根据权利要求87或权利要求88所述的扫描系统，其中所述物镜和所述表面处于不同温度。
90.根据权利要求87-89中任一项所述的扫描系统，还包括跨越接触所述表面和所述物镜的流体的温度梯度。
91.根据权利要求87-90中任一项所述的扫描系统，其中所述物镜包括与所述流体接触的绝缘间隔件。
92.根据权利要求91所述的扫描系统，其中所述绝缘间隔件包括气隙。
93.根据权利要求90-92中任一项所述的扫描系统，其中所述物镜被加热以减小所述温度梯度。
94.根据权利要求90-92中任一项所述的扫描系统，其中所述物镜被冷却以增大所述温度梯度。
95.根据权利要求88-94中任一项所述的扫描系统，其中所述流体被配置为在旋转期间交换。
96.根据权利要求66-95中任一项所述的方法，还包括：(i)使用自动聚焦系统扫描所述表面的聚焦区以生成聚焦区的聚焦图谱，和(ii)基于所述聚焦图谱调节所述表面相对于所述扫描系统的聚焦同时扫描所述扫描场。
97.根据权利要求96所述的方法，其中在使用所述自动聚焦系统扫描所述表面的所述聚焦区的同时，所述表面相对于所述扫描场围绕所述表面的所述旋转轴线旋转。
98.根据权利要求96或权利要求97所述的方法，其中在扫描之前扫描所述聚焦区。
99.根据权利要求96-98中任一项所述的方法，其中在扫描的同时扫描所述聚焦区。
100.根据权利要求87-99中任一项所述的扫描系统，其中所述物镜被配置为：在所述表面相对于所述物镜围绕所述表面的所述旋转轴线旋转时，保持与所述表面的流体接触。
101.根据权利要求87-100中任一项所述的扫描系统，其中所述物镜被配置为：在大致法向于所述表面的方向上移动，以离开和重新进入与所述表面的流体接触。
102.根据权利要求101所述的扫描系统，其中所述物镜被配置为：当所述物镜离开与所述表面的流体接触时，保留附着在所述物镜上的流体液滴。
103.根据权利要求101或权利要求102所述的扫描系统，其中所述物镜被配置为：当所述物镜重新进入与所述表面的流体接触时，在所述表面和所述物镜之间排出气泡。
104.根据权利要求103所述的扫描系统，还包括附接到所述物镜并被配置为促进气泡排出的适配器。
105.根据权利要求87-104中任一项所述的扫描系统，还包括围绕所述表面和所述物镜的腔室，所述腔室被配置为与所述腔室外部相比，在所述腔室中保持较高的湿度。
106.根据权利要求105所述的扫描系统，其中所述腔室包括在所述表面下方被配置为收集流体的储器。
107.根据权利要求106所述的扫描系统，其中所述储器包括液位，并且其中所述储器被配置为保持大致恒定的液位。
108.据权利要求106或权利要求107所述的扫描系统，其中所述腔室的顶部保持在第一温度，所述物镜保持在第二温度，所述表面保持在第三温度，并且所述储器保持在第四温度。
109.根据权利要求108所述的扫描系统，其中所述第一温度高于所述第二温度，且所述第三温度低于所述第四温度，所述第二温度高于所述第三温度且低于所述第一温度，或其组合。
110.一种在表面上进行反应的方法，包括：
(i)当所述表面围绕旋转轴线旋转时，以第一分配图案将第一溶液分配到所述表面上，和
(ii)当所述表面围绕旋转轴线旋转时，以第二分配图案将第二溶液分配到所述表面上。
111.根据权利要求110所述的方法，所述第一溶液、所述第二溶液或两者从分配探针分配，其中所述分配探针在分配时朝向所述表面的所述旋转轴线相对于所述表面径向移动。
112.根据权利要求110或权利要求111所述的方法，其中所述第一分配图案与所述第二分配图案基本相同。
113.根据权利要求110-112中任一项所述的方法，其中所述第一分配图案是螺旋形的，所述第二分配图案是螺旋形的，或这两者。
114.根据权利要求110-113中任一项所述的方法，其中将所述第一溶液分配至所述表面的第一区域和将所述第二溶液分配至所述表面的所述第一区域之间的时间与将所述第一溶液分配至所述表面的第二区域和将所述第二溶液分配至所述表面的所述第二区域之间的时间基本相同，其中所述第一区域与所述第二区域在空间上分开。
115.根据权利要求110-114中任一项所述的方法，其中(i)所述第一溶液开始或催化所述反应，并且所述第二溶液停止或猝灭所述反应，(ii)所述第二溶液开始或催化所述反应。
116.根据权利要求110-115中任一项所述的方法，其中将所述第一溶液、所述第二溶液或两者气溶胶喷雾、漆涂、幕涂、狭缝模头涂覆或局部沉积到所述表面上。
117.一种用于对核酸分子进行测序的方法，所述方法包括：
(i)在未覆盖的表面上提供核酸分子的阵列；
(ii)当在25摄氏度的温度下测量时，以至少1纳升/秒的速率将一层溶液分散在所述未覆盖的表面上，其中所述溶液包括包含至少一种核苷酸的试剂，所述核苷酸并入与所述核酸分子的阵列的核酸分子互补的生长核酸链中；和
(iii)检测一个或多个信号，所述一个或多个信号指示所述核苷酸并入到所述生长核酸链中。
118.一种处理多个核酸样品的方法，包括：
(i)提供所述多个核酸样品，其中所述多个核酸样品包括包含第一组核酸分子的第一核酸样品和包含第二组核酸分子的第二核酸样品，其中所述多个核酸样品中的每个样品具有可识别的样品来源；
(ii)将所述第一核酸样品加载到衬底的第一区域作为所述第一组核酸分子的第一阵列，并将所述第二核酸样品加载到所述衬底的第二区域作为所述第二组核酸分子的第二阵列，其中所述第一区域不同于所述第二区域；
(iii)将溶液分散遍及所述衬底，其中所述溶液包含足以与所述第一阵列或所述第二阵列的核酸分子反应的试剂；
(iv)检测指示所述试剂与所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子之间的反应的一个或多个信号；和
(v)至少部分地基于(a)所述一个或多个信号和(b)从中检测所述一个或多个信号的、来自所述第一区域和所述第二区域的位置，分析所述第一核酸样品和所述第二核酸样品，并(1)将所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的第一子集确定为源自所述第一核酸样品和(2)将所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的第二子集确定为源自所述第二核酸样品。
119.一种用于处理多个核酸样品的方法，包括：
(i)提供所述多个核酸样品，其中所述多个核酸样品包括包含第一组核酸分子的第一核酸样品和包含第二组核酸分子的第二核酸样品；
(ii)将所述第一核酸样品加载到衬底上以将所述第一组核酸分子与单独可寻址位置的第一阵列关联；
(iii)对所述衬底进行成像以识别所述单独可寻址位置的第一阵列；
(iv)将所述第二核酸样品加载到衬底上，以将所述第二组核酸分子与单独可寻址位置的第二阵列关联；
(v)对所述衬底进行成像，以识别所述单独可寻址位置的第二阵列；
(vi)将溶液分散遍及所述衬底，其中所述溶液包含足以与所述第一阵列或所述第二阵列的核酸分子反应的试剂；
(vii)检测指示所述试剂与所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子之间的反应的一个或多个信号；和
(viii)至少部分地基于(a)所述一个或多个信号和(b)从中检测所述一个或多个信号的、来自所述单独可寻址位置的第一阵列和所述单独可寻址位置的第二阵列的位置，分析所述第一核酸样品和所述第二核酸样品，并(1)将所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的第一子集确定为源自所述第一核酸样品和(2)将所述第一阵列或所述第二阵列的所述核酸分子的第二子集确定为源自所述第二核酸样品。
120.一种用于处理多个核酸样品的方法，其中所述多个核酸样品中的每一个都包含荧光染料；
(i)提供所述多个核酸样品，其中所述多个核酸样品中的每一个都包含荧光染料；
(ii)将所述多个核酸样品分成第一组一个或多个样品和第二组一个或多个样品；
(iii)将所述第一组一个或多个样品加载到衬底上的第一组区域上，其中在所述第一组区域中每个区域一个样品；
(iv)对所述衬底成像，以识别所述衬底上的(a)所述第一组区域内的位置和(b)第二组区域内的位置，其中所述第二组区域不同于所述第一组一个或多个样品所关联的所述第一组区域；
(v)将所述第二组一个或多个样品加载到衬底上的所述第二组区域上，其中在所述第二组区域中每个区域一个样品；
(vi)对所述衬底成像，以识别(a)所述第一组区域内的位置和(b)其中所述第二组一个或多个样品所关联的所述第二组区域内的位置；
(vii)将溶液分散遍及所述衬底，其中所述溶液包含足以与所述第一组一个或多个样品或所述第二组一个或多个样品的核酸分子反应的试剂；
(viii)检测指示所述试剂与所述核酸分子之间的反应的一个或多个信号；和
(ix)至少部分地基于(a)所述一个或多个信号和(b)从中检测所述一个或多个信号的、来自所述第一组区域和所述第二组区域的位置，分析所述多个核酸样品中的所述每一个。
121.一种用于处理生物分析物的方法，包括：
(i)移动衬底通过卷轴，或沿着卷轴移动衬底，其中所述衬底的表面包含固定有所述生物分析物的阵列；
(ii)使所述衬底的所述表面与包含溶液的储器接触，其中所述溶液包含多个探针；
(iii)使所述生物分析物经受足以在所述多个探针中的探针与所述生物分析物之间进行反应的条件，以将所述探针与所述生物分析物偶联；和
(iv)检测来自与所述生物分析物偶联的所述探针的一个或多个信号，从而分析所述生物分析物，
其中所述衬底在(ii)-(iv)的至少两个连续循环中以相同方向移动所述衬底通过所述卷轴或沿着所述卷轴移动所述衬底。
122.一种用于分析生物分析物的系统，包括：
包含生物分析物的衬底，其中所述衬底被保持在或高于第一温度，所述第一温度高于暴露于所述衬底的环境的环境温度；和
与所述衬底光学通信并暴露于所述环境的光学成像物镜，其中所述光学成像物镜经受所述衬底的所述第一温度与所述环境的所述环境温度之间的温度梯度，其中所述光学成像物镜包括第一光学元件和与所述第一光学元件相邻的第二光学元件，其中所述第二光学元件设置为比所述第一光学元件距所述衬底更远，其中所述第一光学元件被配置为至少部分地浸没在与所述衬底接触的浸没流体中，其中所述第二光学元件通过所述第一光学元件与所述衬底光学通信，并且其中所述第一光学元件被配置为使得所述第二光学元件的第二温度保持在或低于预定阈值。
123.一种用于分析生物分析物的方法，包括：
(i)提供包含生物分析物的衬底，其中将所述衬底保持在高于暴露于所述衬底的环境的环境温度的第一温度；
(ii)提供与所述衬底光学通信并暴露于环境的光学成像物镜，其中所述光学成像物镜经受所述衬底的所述第一温度与所述环境的所述环境温度之间的温度梯度，其中所述光学成像物镜包括第一光学元件和与所述第一光学元件相邻的第二光学元件，其中所述第二光学元件设置为比所述第一光学元件距所述衬底更远，并且其中所述第一光学元件至少部分地浸入与所述衬底接触的浸没流体中；
(iii)控制或维持所述第一光学元件的第二温度以调节通过所述光学成像物镜的所述温度梯度的大小或位置，使得通过所述光学元件的第三温度梯度保持在预定阈值以下；和
(iv)在所述衬底相对于所述光学成像物镜移动期间，使用所述光学成像物镜来检测来自所述生物分析物的一个或多个信号。
124.一种用于储存包含核酸分子包被表面的衬底的方法，包括：
(i)提供具有表面的所述衬底，所述表面包含固定在其上的第一组核酸分子，其中所述第一组核酸分子的核酸分子被配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子；
(ii)在足以产生经处理的表面的条件下，使包含有包含所述第一组核酸分子的所述表面的所述衬底与第二组核酸分子接触，其中所述第一组核酸分子的至少90％的核酸分子与所述第二组核酸分子的核酸分子杂交，其中所述第二组核酸分子不是所述样品核酸分子；和
(iii)将具有所述经处理的表面的所述衬底储存至少1小时的时间段。
125.一种用于核酸处理的方法，包括：
(i)提供具有经处理的表面的衬底，所述经处理的表面包含固定在其上的第一组核酸分子，其中使所述第一组核酸分子的至少90％的核酸分子与第二组核酸分子的核酸分子杂交，其中所述第一组核酸分子的核酸分子被配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子，其中所述第二组核酸分子不是所述样品核酸分子，并且其中已将具有所述处理的衬底的所述衬底储存至少1小时的时间段；和
(ii)从所述经处理的表面去除所述第二组核酸分子的所述核酸分子。
126.一种试剂盒，包括：
包含经处理的表面的衬底，其中所述经处理的表面包含多对结合的核酸分子，其中所述多对结合的核酸分子中的每一对包含与第二组核酸分子的第二核酸分子至少部分杂交的第一组核酸分子的第一核酸分子，其中所述第一组核酸分子固定到所述表面，其中所述第一组核酸分子的至少90％的核酸分子与所述第二组核酸分子的核酸分子配对，其中所述第一组核酸分子的核酸分子被配置为：当所述第一组核酸分子的所述核酸分子不与所述第二组核酸分子的核酸分子配对时，捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子。
127.一种试剂盒，包括：
包含表面的衬底，所述表面包含固定在其上的第一组核酸分子，其中所述第一组核酸分子包含一个或多个第一核酸分子，所述一个或多个第一核酸分子被配置为捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子；和
包含第二组核酸分子的溶液，其中所述二组核酸分子包含一个或多个第二核酸分子，所述一个或多个第二核酸分子不是所述样品核酸分子；
其中所述第二组核酸分子选择为，使得在使所述溶液与所述表面接触时，至少70％的所述一个或多个第一核酸分子与所述第二组核酸分子的第二核酸分子结合以产生一对或多对结合的核酸分子，其中所述一对或多对中的每一对包含(i)所述第一组核酸分子的第一核酸分子和所述第二组核酸分子的第二核酸分子，和(ii)一段基本互补的序列。
128.一种用于储存包含核酸分子包被表面的衬底的方法，包括：
(i)提供具有表面的衬底，所述表面包含固定在其上的第一组核酸分子，其中所述第一组核酸分子的核酸分子被配置以捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子，并且其中所述第一组核酸分子的每个核酸分子包含第一核酸序列和第二核酸序列，所述第二核酸序列与所述第一核酸序列基本互补；
(ii)通过使所述表面经受足以将所述第一组核酸分子的核酸分子的所述第一核酸序列与所述核酸分子的所述第二核酸序列结合以提供固定发夹分子的条件，来产生经处理的表面；和
(iii)将具有所述经处理的表面的所述衬底储存至少1小时的时间段。
129.一种用于储存包含核酸分子包被表面的衬底的方法，包括：
(i)提供具有表面的衬底，所述表面包含固定在其上的第一组核酸分子，其中所述第一组核酸分子的核酸分子被配置以捕获衍生自一个或多个核酸样品的样品核酸分子，并且其中所述第一组核酸分子的所述核酸分子的每个核酸分子包含第一核酸序列；
(ii)提供第二组核酸分子，其中所述第二组核酸分子的每个核酸分子包含与所述第一核酸序列基本互补的第二核酸序列，并且其中所述第二组核酸分子不是所述样品核酸分子；
(iii)使包含所述第一组核酸分子的所述表面与所述第二组核酸分子接触以产生经处理的表面，其中所述第一组核酸分子的至少70％的核酸分子与所述第二组核酸分子的核酸分子杂交；和
(iv)将所述经处理的表面储存至少一小时，
其中，对于与所述第二组核酸分子的核酸分子杂交的所述第一组核酸分子的每个核酸分子，所述第一核酸序列与所述第二核酸序列杂交，并且其中与所述第二核酸序列杂交的所述第一核酸序列在约40℃至60℃至少部分变性。
130.一种用于检测或分析分析物的方法，包括：
(i)提供包含中心轴线的开放衬底，所述开放衬底包含邻接固定至所述开放衬底的分析物阵列，其中所述分析物阵列中的至少一个分析物与探针结合；和
(ii)使用检测器系统对所述开放衬底进行非线性扫描以检测来自所述结合探针的至少一个信号或信号变化，
其中所述检测器系统包括线扫描相机和照射源，其中所述照射源被配置为在所述开放衬底上产生照射区域，其中所述开放衬底包括第一区域和第二区域，其中所述第一区域和所述第二区域：
(a)包含所述分析物阵列的不同子集，
(b)位于所述开放衬底的相对于所述中心轴线的不同径向位置，并且
(c)由所述检测器系统在空间上分辨；并且
其中所述结合探针设置在所述开放衬底的所述第一区域中，并且其中在所述开放衬底与(1)所述线扫描相机和(2)所述照射区域之一或两者之间的相对非线性运动期间进行所述非线性扫描。
131.一种用于分析物检测或分析的装置，包括：
壳体，所述壳体被配置为接收具有邻接固定至开放衬底的分析物阵列的开放衬底，其中所述分析物阵列中的至少一个分析物与探针结合；和
检测器系统，其中所述检测器系统包括线扫描相机和照射源，其中所述照射源被配置为在所述开放衬底上产生照射区域，其中所述开放衬底包括第一区域和第二区域，其中所述第一区域和所述第二区域：
(a)包含所述固定的分析物阵列的子集，
(b)位于所述开放衬底的相对于所述中心轴线的不同径向位置，并且
(c)由所述检测器系统在空间上分辨；
其中所述结合探针设置在所述开放衬底的所述第一区域中，并且
其中所述检测器系统被编程为：对所述开放衬底进行非线性扫描，并在所述开放衬底的所述第一区域处检测来自所述结合探针的至少一个信号或信号变化，其中在所述开放衬底与(1)所述线扫描相机和(2)所述照射区域之一或两者之间的相对非线性运动期间进行所述非线性扫描。
132.一种计算机可读介质，包括存储在计算机可读介质上的非暂时性指令，所述非暂时性指令在被执行时使一个或多个计算机处理器实现用于检测或分析分析物的方法，所述方法包括：
提供围绕中心轴线的开放衬底，所述开放衬底包含邻接固定至所述开放衬底的分析物阵列，其中所述分析物阵列中的至少一个分析物与探针结合；和
使用检测器系统对所述开放衬底进行非线性扫描以检测来自所述结合探针的至少一个信号或信号变化，
其中所述检测器系统包括线扫描相机和照射源，
其中所述照射源被配置为在所述开放衬底上产生照射区域，
其中所述开放衬底包括第一区域和第二区域，其中所述第一区域和所述第二区域：
(a)包含所述分析物阵列的不同子集，
(b)位于所述开放衬底的相对于所述中心轴线的不同径向位置，并且
(c)由所述检测器系统在空间上分辨；
其中所述结合探针设置在所述开放衬底的所述第一区域中，并且
其中在所述开放衬底与(1)所述线扫描相机和(2)所述照射区域之一或两者之间的相对非线性运动期间进行所述非线性扫描。
133.一种用于核酸样品处理的方法，包括：
(i)提供包含第一组核酸分子的第一来源和包含第二组核酸分子的第二来源，其中所述第一来源不同于所述第二来源；
(ii)将来自所述第一来源的所述第一组核酸分子引导至衬底，以产生固定在与所述衬底相邻的第一阵列中的所述第一组核酸分子；
(iii)对所述衬底进行成像以识别所述衬底上的第一组位置，其中所述第一阵列与所述衬底相邻；
(iv)将来自所述第二来源的所述第二组核酸分子引导至所述衬底，以产生固定在与所述衬底相邻的第二阵列中的所述第二组核酸分子，其中所述第二阵列不同于所述第一阵列；
(v)对所述衬底进行成像以识别所述衬底上的第二组位置，其中所述第二阵列与所述衬底相邻；和
(vi)使用(a)从所述第一阵列和所述第二阵列检测的信号和(b)从中检测所述信号的位置来识别(1)具有所述第一来源的所述第一组核酸分子或其序列和(2)具有所述第二来源的所述第二组核酸分子或其序列，
其中，所述第一组位置和所述第二组位置各自包括至少1,000,000个位置。
134.一种用于扫描表面的方法，包括：
(i)使用扫描仪扫描包括表面的一部分的扫描场，其中所述扫描场具有相对于所述表面的旋转轴线的取向；和
(ii)(a)围绕所述表面的所述旋转轴线旋转所述表面并且(b)围绕所述扫描场的旋转轴线旋转所述扫描场，以在所述表面和所述扫描场相对于彼此平移之前、期间或之后基本上保持所述扫描场相对于所述表面的所述旋转轴线的取向。
135.一种系统，包括：
扫描仪，所述扫描仪被配置为扫描包括表面的一部分的扫描场，其中所述扫描场具有相对于所述表面的旋转轴线的取向；和
控制器，所述控制器被配置为指令(i)围绕所述表面的所述旋转轴线旋转所述表面和(ii)围绕所述扫描场的旋转轴线旋转所述扫描场，以在所述表面和所述扫描场相对于彼此平移之前、期间或之后基本上保持所述扫描场相对于所述表面的所述旋转轴线的取向。
136.一种用于分析生物材料的方法，包括：
(i)激活包括如下的装置：(a)包含具有所述生物材料的表面的衬底，其中所述表面处于高于环境温度的第一温度，(b)与所述表面光学通信的光学成像物镜，其中所述光学成像物镜包括在所述第一温度和所述环境温度之间的温度梯度，其中所述光学成像物镜包括(1)至少部分地浸入与所述表面接触的浸没流体中的第一光学元件，以及(2)通过至少所述第一光学元件与所述表面光学通信的第二光学元件，并且其中所述第二光学元件保持在或低于第二温度，所述第二温度不同于所述第一温度；和
(ii)使用所述光学成像物镜从具有所述生物材料的所述表面收集信号。
137.一种用于分析生物材料的系统，包括：
平台，所述平台被配置为支撑包含具有所述生物材料的表面的衬底，其中当所述衬底被所述平台支撑时，所述表面被配置为处于高于环境温度的第一温度；
光学成像物镜，所述光学成像物镜被配置为当所述衬底由所述平台支撑时与所述表面光学通信，其中所述光学成像物镜被配置为包括在所述第一温度和所述环境温度之间的温度梯度，其中所述光学成像物镜包括(1)被配置为至少部分地浸入与所述表面接触的浸没流体中的第一光学元件，以及(2)通过至少所述第一光学元件与所述表面光学通信的第二光学元件，并且其中所述第二光学元件被配置为保持在或低于第二温度，所述第二温度不同于所述第一温度；以及
一个或多个计算机处理器，所述一个或多个计算机处理器被单独或共同编程以指令使用至少所述光学成像物镜从具有所述生物材料的所述表面收集信号。
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