CN116710571A - 用于下一代测序文库制备的电泳装置和方法 - Google Patents
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Classifications
-
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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-
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Abstract
本公开涉及包括电泳装置的自动化系统，所述电泳装置包括一个或多个分离导管。在一些实施例中，所述自动化系统适用于样品净化和/或靶富集过程，诸如在例如下一代测序等的测序之前进行的样品净化和/或靶富集过程。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年10月15日提交的美国临时专利申请第63/092,318号的权益，该申请的公开内容全文通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及包括电泳装置的系统，该电泳装置适于促进分子的混合物的纯化和/或富集，诸如核酸分子。在一些实施例中，该系统适用于样品净化和/或靶富集过程，诸如在使用下一代测序对样品进行测序之前进行的样品净化和/或靶富集过程。
背景技术
目前有许多用于颗粒分离的方案。例如，基于磁性控制的方法利用表面官能化磁性珠粒通过特异性结合捕获靶颗粒，随后通过磁性操纵分离靶颗粒。这种分离方案依赖于化学键的相互作用，而不是颗粒的几何或物理特性，并且因此允许高度特异性和选择性颗粒分离。
磁分离过程已被用于靶标富集。这些磁分离过程通常需要将某些步骤重复多次。例如，在磁分离中经常执行以下步骤：(i)样品珠粒孵育，用于将目标分子附着到珠粒表面；(ii)使用磁体下拉珠粒；(iii)去除上清液以消除未结合的分子；以及(iv)用洗涤缓冲液重新悬浮珠粒以去除杂质和/或弱结合分子。为了提高特异性，可以重复步骤(ii)-(iv)中的每一步。按照这些步骤，结合到珠粒表面的分子被释放到洗脱缓冲液中。然而，这种手动处理是劳动密集型的，并且需要很长的孵育时间。此外，这种样品处理需要多个液体移液步骤，这可能会导致珠粒和样品损失，更不用说样品污染。
发明内容
申请人惊奇地发现，电泳分离技术可用于将分子的子集从分子混合物中分离到电泳装置的一个或多个室中，而不需要多个液体移液步骤。对此，申请人开发了一种电泳装置和方法，促进从分子混合物(例如，包含靶核酸分子和非靶核酸分子)中分离和/或纯化分子子集(例如，靶核酸分子)。在一些实施例中，该电泳装置和方法利用电泳或等速电泳的原理。
本公开的第一方面是一种电泳装置，包括：一个或多个可独立操作的分离导管；其中，一个或多个可独立操作的分离导管中的每一个包括至少一个样品装载室、至少一个废弃物收集室和至少一个样品收集室，其中至少一个样品装载室、至少一个废弃物收集室，和至少一个样品收集室通过分支传送通道彼此流体连通。在一些实施例中，至少一个样品装载室与至少一个第一电极连通，至少一个废弃物收集室与至少一个第二电极连通，并且至少一个样品收集室与至少一个第三电极连通。
在一些实施例中，该电泳装置还包括至少两条电迹线或导线。在一些实施例中，至少两条电迹线或导线中的第一条将至少一个第一电极通信耦合到至少一个第二电极。在一些实施例中，至少两条电迹线或导线中的第二条将至少一个第一电极通信耦合到至少一个第三电极。在一些实施例中，至少一个第二电极和至少一个第三电极彼此不通信耦合。
在一些实施例中，该电泳装置还包括控制系统。在一些实施例中，该电泳装置还包括一个或多个反馈控制装置。在一些实施例中，该电泳装置还包括一个或多个加热和/或冷却模块。
在一些实施例中，至少一个样品装载室中的每一个的壁的第一部分包括与分支传送通道的入口连通的第一孔。在一些实施例中，样品装载室包括多个珠粒。在一些实施例中，第一孔小于样品装载室内的多个珠粒的平均直径。在一些实施例中，至少一个样品装载室中的每一个的壁的第二部分包括导管开口。在一些实施例中，导管开口大于样品装载室内的多个珠粒的平均直径。
在一些实施例中，该电泳装置不包括机械移动部件。在一些实施例中，至少一个样品装载室包括范围在约0.1μL至约5mL之间的容积。在一些实施例中，至少一个样品装载室的容积范围在约0.1mL至约1mL之间。
在一些实施例中，该电泳装置还包括两个样品收集室，其中两个样品收集室中的第一个与分支传送导管连通；并且其中两个样品收集室中的第一个通过中间通道与两个样品收集室中的第二个进一步连通。
在一些实施例中，分支传送通道预装载有凝胶。在一些实施例中，凝胶选自琼脂糖和PAGE组成的组。
在一些实施例中，至少一个废弃物收集室和至少一个样品收集室预装载有一种或多种电解质。在一些实施例中，一种或多种电解质是前导电解质。在一些实施例中，一种或多种前导电解质选自HCl-组氨酸、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)。在一些实施例中，样品装载室包括一种或多种尾随电解质。在一些实施例中，一种或多种尾随电解质选自TAPS-TRIS、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)。
本公开的第二方面是电泳装置用于制备靶富集样品的用途，其中电泳装置包括一个或多个可独立操作的分离导管；其中，一个或多个可独立操作的分离导管中的每一个包括至少一个样品装载室、至少一个废弃物收集室和至少一个样品收集室，其中样品装载室、废弃物收集室和样品收集室通过分支传送通道相互耦合。在一些实施例中，至少一个样品装载室与至少一个第一电极连通，至少一个废弃物收集室与至少一个第二电极连通，并且至少一个样品收集室与至少一个第三电极连通。
本公开的第三方面是一种包括电泳装置和测序装置的系统，其中电泳装置包括一个或多个可独立操作的分离导管；其中，一个或多个可独立操作的分离导管中的每一个包括至少一个样品装载室、至少一个废弃物收集室和至少一个样品收集室，其中样品装载室、废弃物收集室和样品收集室通过分支传送通道相互耦合。在一些实施例中，至少一个样品装载室与至少一个第一电极连通，至少一个废弃物收集室与至少一个第二电极连通，并且至少一个样品收集室与至少一个第三电极连通。在一些实施例中，测序装置是下一代测序装置。
本公开的第四方面是获得靶核酸序列群的方法，包括：(a)将寡核苷酸探针库引入获得的基因组样品中以形成靶标-探针复合物，其中寡核苷酸探针库包含能够与获得的基因组样品中的互补靶核酸序列杂交的参考核酸序列，并且其中寡核苷酸探针包含特异性结合实体对的第一成员；(b)将包含形成的靶标-探针复合物的溶液引入预装载有多个珠粒的电泳装置的分离导管的样品装载室中，其中多个珠粒用特异性结合实体对的第二成员官能化以形成结合珠粒的靶标-探针复合物；(c)通过在样品装载室和废弃物收集室之间建立电场，将脱靶核酸传送到与样品装载室连通的废弃物收集室；和(d)通过在样品装载室和样品收集室之间建立电场，将靶核酸传送到与样品装载室连通的样品收集室。在一些实施例中，该特异性结合实体对的第一成员是生物素。在一些实施例中，该特异性结合实体对的第二成员是链霉亲和素。
在一些实施例中，该方法还包括从多个珠粒释放靶标-探针复合物。在一些实施例中，形成的靶标-探针复合物包含可切割部分。在一些实施例中，可切割部分用酶切割。在一些实施例中，酶是特定于尿嘧啶的切除试剂。
在一些实施例中，该方法还包括从靶标-探针复合物中释放靶核酸。在一些实施例中，通过至少加热样品装载室来释放靶核酸。
在一些实施例中，废弃物收集室和样品收集室都包括一种或多种电解质。在一些实施例中，一种或多种电解质是前导电解质。在一些实施例中，前导电解质选自HCl-组氨酸、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)。在一些实施例中，样品装载室包含一种或多种尾随电解质。在一些实施例中，一种或多种尾随电解质选自TAPS-TRIS、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)。
在一些实施例中，该方法进一步包括对靶核酸序列群进行测序。在一些实施例中，获得的基因组样品是从哺乳动物受试者获得的血液样品或血浆样品。在一些实施例中，获得的基因组样品包含无细胞核酸。在一些实施例中，无细胞核酸包含DNA或RNA。在一些实施例中，无细胞核酸的平均大小范围在约150bp至约180bp之间。在一些实施例中，获得的基因组样品包含循环肿瘤DNA(ctDNA)或胎儿游离DNA。
本公开的第三方面是获得靶核酸序列群的方法，包括：(a)获得包含官能化分子的第一子集的样品，该官能化分子包括第一反应性部分；(b)通过将获得的样品引入预装载有多个珠粒的电泳装置的样品装载室来形成结合珠粒的分子，其中多个珠粒中的每一个包含能够与第一反应性部分反应的第二反应性部分；(c)通过在样品装载室和废弃物收集室之间建立电场(例如，电势)，将非官能化分子和/或杂质从样品装载室通过预装载有凝胶的传送通道而从样品装载室传送到废弃物收集室；(d)从珠粒释放结合珠粒的分子；和(e)通过在样品装载室和样品收集室之间建立电场，将释放的分子通过预装载有凝胶的传送通道而从样品装载室传送到样品收集室。
在一些实施例中，第一反应性部分选自由生物素、抗原分子、酶底物、受体配体、多糖、硫醇化分子和氨基封端的分子组成的组。在一些实施例中，第二反应性部分选自由链霉亲和素、抗体、酶、受体、凝集素、金颗粒和NHS活化部分组成的组。在一些实施例中，第一反应性部分是生物素，第二反应性部分是链霉亲和素。
在一些实施例中，废弃物收集室和样品收集室都包括一种或多种电解质。在一些实施例中，一种或多种电解质是前导电解质。在一些实施例中，前导电解质选自HCl-组氨酸、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)。在一些实施例中，样品装载室包含一种或多种尾随电解质。在一些实施例中，一种或多种尾随电解质选自TAPS-TRIS、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)。在一些实施例中，该方法进一步包括对靶核酸序列群进行测序。
本公开的第六方面是一种套件，包括电泳装置和一种或多种电解质，其中电泳装置包括一个或多个可独立操作的分离导管；其中，一个或多个可独立操作的分离导管中的每一个包括至少一个样品装载室、至少一个废弃物收集室和至少一个样品收集室，其中样品装载室、废弃物收集室和样品收集室通过分支传送通道相互耦合。在一些实施例中，至少一个样品装载室与至少一个第一电极连通，至少一个废弃物收集室与至少一个第二电极连通，并且至少一个样品收集室与至少一个第三电极连通。
在一些实施例中，一种或多种电解质是前导电解质。在一些实施例中，前导电解质选自HCl-组氨酸、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)。在一些实施例中，一种或多种电解质是尾随电解质。在一些实施例中，一种或多种尾随电解质选自TAPS-TRIS、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)。
本公开的第七方面是一种电泳装置，包括：一个或多个可独立操作的分离导管；其中，一个或多个可独立操作的分离导管中的每一个包括至少一个样品装载室、至少一个废弃物收集室和至少一个样品收集室，其中至少一个样品装载室、至少一个废弃物收集室，和至少一个样品收集室通过分支传送通道相互流体耦接；并且其中电泳装置还包括至少两个电极，其中至少两个电极中的第一个与至少一个废弃物收集室连通，并且其中至少两个电极中的第二个与至少一个样品收集室连通。在一些实施例中，该电泳装置包括至少三个电极。
本公开的第八方面是电泳装置用于制备靶富集样品的用途，其中电泳装置包括一个或多个可独立操作的分离导管；其中，一个或多个可独立操作的分离导管中的每一个包括至少一个样品装载室、至少一个废弃物收集室和至少一个样品收集室，其中至少一个样品装载室、至少一个废弃物收集室，和至少一个样品收集室通过分支传送通道相互流体耦接；并且其中该电泳装置还包括至少两个电极，其中至少两个电极中的第一个与至少一个废弃物收集室连通，并且其中至少两个电极中的第二个与至少一个样品收集室连通。
本公开的第九方面是一种电泳装置，包括：一个或多个可独立操作的分离导管；其中一个或多个可独立操作的分离导管中的每一个包括至少一个样品装载室、至少一个废弃物收集室和至少一个样品收集室，并且其中至少一个样品装载室、至少一个废弃物收集室，以及至少一个样品收集室通过分支传送通道相互流体耦接；其中，至少一个样品装载室和至少一个样品收集室彼此通信耦合，使得可以在至少一个样品装载室和至少一个样品收集室之间建立第一电场；以及其中至少一个样品装载室和至少一个废弃物收集室彼此通信耦合，使得可以在至少一个样品装载室和至少一个废弃物收集室之间建立第二电场。在一些实施例中，至少一个样品收集室预装载有第一电解质，并且其中至少一个废弃物收集室预装载有第二电解质。在一些实施例中，至少一个样品装载室预装载有多个珠粒。在一些实施例中，多个珠粒为磁性珠粒。在一些实施例中，多个珠粒为非磁性珠粒。在一些实施例中，多个珠粒被生物素官能化。在一些实施例中，电泳装置通信耦合到控制系统。
本公开的第十方面是电泳装置用于制备靶富集样品的用途，其中电泳装置包括一个或多个可独立操作的分离导管；其中，一个或多个可独立操作的分离导管中的每一个包括至少一个样品装载室、至少一个废弃物收集室和至少一个样品收集室，其中至少一个样品装载室、至少一个废弃物收集室，和至少一个样品收集室通过分支传送通道相互流体耦接；其中，至少一个样品装载室和至少一个样品收集室彼此通信耦合，使得可以在至少一个样品装载室和至少一个样品收集室之间建立第一电场；以及其中至少一个样品装载室和至少一个废弃物收集室彼此通信耦合，使得可以在至少一个样品装载室和至少一个废弃物收集室之间建立第二电场。
附图说明
有关对本公开特征的一般理解，请参考附图。在附图中，整个附图使用相同的附图标记来识别相同的元素。
图1A描绘了根据本公开的一个实施例的电泳装置，该电泳装置包括具有至少一个分离导管、流控模块和控制系统的组件。
图1B描绘了根据本公开的一个实施例的电泳装置，该电泳装置包括具有至少三个可独立操作的分离导管、流控模块和控制系统的组件。
图1C描绘了根据本公开的一个实施例的电泳装置，该电泳装置包括具有至少六个可独立操作的分离导管、流控模块和控制系统的组件。
图1D示出了根据本公开的一个实施例的包括堆叠在一起的多个层的电泳装置的组件。
图1E示出了根据本公开的一个实施例的电泳装置的组件，其中该组件包括单个分离导管。
图1F示出了根据本公开的一个实施例的电泳装置的组件，其中该组件包括单个分离导管，并且其中该组件与热调节模块和/或一个或多个传感器连通。
图1G示出了根据本公开的一个实施例的电泳装置的组件，其中该组件包括单个分离导管，并且其中该组件与加热和冷却模块和/或一个或多个传感器连通。
图1H示出了根据本公开的一个实施例的电泳装置，该电泳装置包括具有至少一个分离导管、流控模块、下游处理模块、反馈控制装置和控制系统的组件。
图2A描绘了根据本公开的一个实施例的分离导管，该分离导管包括三个相互连接的室。
图2B描绘了根据本公开的一个实施例的分离导管，该分离导管包括三个相互连接的室。
图2C描绘了根据本公开的一个实施例的两个可独立操作的分离导管，每个分离导管包括三个相互连接的室。
图2D描绘了根据本公开的一个实施例的分离导管，该分离导管包括三个相互连接的室，并且其中分离导管的装载通道经由一个或多个入口通道间接地与样品装载室连通。
图2E描绘了根据本公开的一个实施例的分离导管，该分离导管包括四个相互连接的室。
图2F描绘了根据本公开的一个实施例的分离导管，该分离导管包括样品装载室、废弃物收集室、中间室和样品收集室。
图2G描绘了根据本公开的一个实施例的分离导管，该分离导管包括样品装载室、废弃物收集室、中间室和两个样品收集室。
图2H描绘了根据本公开的一个实施例的分离导管，该分离导管包括样品装载室、废弃物收集室、中间室和两个样品收集室。
图2I描绘了根据本公开的一个实施例的分离导管，该分离导管包括三个相互连接的室，并且其中在样品装载室和装载通道之间设置了过滤器或网。
图2J描绘了根据本公开的一个实施例的分离导管，该分离导管包括三个相互连接的室，并且其中流体耦合三个相互连接的室的分支导管的每个分支包括电导率检测器或与其连通。
图3A描绘了根据本公开的一个实施例的样品装载室的壁的剖视图。
图3B描绘了根据本公开的一个实施例的与装载通道连通的样品装载室的剖视图。
图3C描绘了根据本公开的一个实施例的与样品装载室以及废弃物收集室或样品收集室之一连通的装载通道的剖视图。
图3D描绘了根据本公开的一个实施例的分离导管，该分离导管包括三个相互连接的室，其中样品装载室包括一个或多个导管开口。
图4示出了根据本公开的一个实施例的电极和耦合各种电极的导线或迹线的布置。
图5提供了根据本公开的一个实施例的示出使用电泳装置分离和/或纯化分子的通用方法的流程图。
图6提供了根据本公开的一个实施例的示出使用电泳装置分离和/或纯化靶核酸分子的通用方法的流程图。
图7A示出了根据本公开的一个实施例的电泳装置，该电泳装置包括分支通道，并且其中样品装载室包括多个珠粒。
图7B示出了根据本公开的一个实施例的电泳装置，该电泳装置包括分支通道，并且其中样品装载室包括多个珠粒；其中样品装载室通信耦合到废弃物孔；并且其中样品装载室通信耦合到样品收集孔。
图8示出了根据本公开的一个实施例的使用电泳装置分离和/或纯化靶核酸分子的方法。
图9示出了根据本公开的一个实施例的将分子从样品装载室到废弃物收集室的传送。
具体实施方式
还应该理解的是，除非指明是相反情况，否则在本文所要求保护的包括一个以上步骤或动作的任何方法中，所述方法的步骤或动作的顺序不必限于所述方法的所述步骤或动作的所述顺序。
说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“说明性实施例”等的引用表示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以必定或可以不一定包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定指相同的实施例。此外，当结合实施例描述具体特征、结构或特性时，需要注意的是，无论是否明确说明，本领域技术人员均知晓结合其他实施例来实现上述特征、结构或特性的效果。
如本文所用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一(a/an)”和“该/所述”包括复数个指代物。同样，除非上下文另有明确指示，否则词语“或”旨在包括“和”。术语“包括”定义为包容性，如“包括A或B”是指包括A、B或A和B。
如本文在说明书和权利要求书中所用，“或”应理解为与上文定义的“和/或”具有相同的含义。例如，在分隔列表中的项目时，“或”或“和/或”应解释为具有包容性，例如，若干元素或元素列表中的至少一个元素，但也包含一个以上元素，以及任选地包含额外的未列出的项目。只有指明与之相反的术语，如“仅其中之一”或“恰好其中之一”，或者在权利要求中使用的“由...组成”，将指包含若干元素或元素列表中的恰好一个元素。一般来说，本文使用的术语“或者”只有在前面有诸如“任一”、“其中之一”、“仅其中之一”或“恰好其中之一”等排他性术语时，才应解释为表示排他性的替代选择(例如，“一个或另一个，但不是两个”)。在权利要求书中使用的“基本上由...组成”应具有在专利法领域使用的普通含义。
“包括”、“包含”、“具有”等术语可互换使用，且含义相同。类似地，“包括”、“包含”、“具有”等可互换使用并且具有相同的含义。具体而言，每个术语的定义都与普通美国专利法对“包括”的定义一致，因此每个术语都可理解为一个开放性术语，其含义为“至少以下”，并且也可理释为不排除额外的特征、限制、方面等。因此，例如“具有组件a、b和c的装置”是指所述装置至少包括组件a、b和c。同样，短语：“涉及步骤a、b和c的方法”是指所述方法至少包括步骤a、b和c。此外，尽管本文可以特定的顺序概述步骤和过程，但是本领域技术人员将认识到，所述顺序步骤和过程可能会有所不同。
如本文在说明书和权利要求书中所用，就一个或多个元素的列表而言，短语“至少一个”应理解为选自元素列表中任何一个或多个元素的至少一个元素，但不一定包括元素列表中具体列出的每个元素中的至少一个，也不排除元素列表中的任何元素组合。除了在短语“至少一个”所涉及的元素列表中具体确定的元素之外，该定义还允许其他元素任选地存在，无论这些元素与具体确定的元素相关与否。因此，作为一个非限制性实例，“A和B中的至少一个”(或者等效地，“A或B中的至少一个”，或者等效地，“A和/或B中的至少一个”)在一个实施例中可以指至少一个，可选地包括一个以上的A，不存在B(并且可选地包括除B以外的元素)；在另一个实施例中，指至少一个，可选地包括一个以上的B，不存在A(并且可选地包括除A以外的元素)；在又一个实施例中，指至少一个，可选地包括一个以上的A，以及至少一个，可选地包括一个以上的B(并且可选地包括其他元素)；等等。
如本文所用，术语“抗体”是指表现出所需生物学或结合活性的任何形式的抗体。因此，它以最广泛的含义使用，并且具体涵盖但不限于单克隆抗体(包括全长单克隆抗体)、多克隆抗体、多特异性抗体(例如双特异性抗体)、人源化、完全人抗体、嵌合抗体和骆驼源化单域抗体。
如本文所用，术语“抗原”是指可以由特异性体液或细胞免疫的产物(诸如抗体分子或T细胞受体)特异性结合的化合物、组合物或物质。抗原可以是任何类型的分子，包括例如：半抗原、简单中间代谢物、糖(例如寡糖)、脂质和激素以及大分子(诸如复合碳水化合物(例如多糖)、磷脂和蛋白质)。
如本文所用，术语“生物样品”或“生物样本”是指包含核酸和/或靶核酸的样本或培养物(例如，微生物培养物)。在一些实施例中，“生物样品”可以包括但不限于全血、血清、血浆、脐带血、绒毛膜绒毛、羊水、脑脊髓液、脊髓液、灌洗液(例如，支气管肺泡、胃、腹膜、导管、耳朵、关节镜)、活检样品、尿液、粪便、痰、唾液、鼻粘液、前列腺液、精液、淋巴液、胆汁、眼泪、汗液、母乳、乳腺液、胚胎细胞和胎儿细胞。生物样品可以是血液，也可以是血浆。如本文所用，术语“血液”涵盖全血或血液的任何级分，诸如常规定义的血清和血浆。血浆是指对用抗凝血剂处理过的血液进行离心产生的全血级分。血清是指血液样品凝结后残留的流体的水状部分。
如本文所用，术语“通道”是指流体可以流过的封闭通道。该通道可具有一个或多个用于引入和去除流体的开口。每个通道可以包括涂层，例如亲水或疏水涂层。
如本文所用，术语“缀合物”是指共价连接至较大构建体的两个或更多个分子(和/或诸如纳米颗粒的材料)。在一些实施例中，缀合物包括共价连接至一个或多个其他分子(诸如一个或多个其他生物分子)的一个或多个生物分子(诸如肽、蛋白质、酶、糖、多糖、脂质、糖蛋白和脂蛋白)。
如本文所用，术语“电泳”是指在电场影响下，基于粒子相对于流体的流动性，样品中带电粒子的分离。在一些实施例中，据信不同的带电粒子可以相对于电场中的流体以不同的速度迁移(通常称为电泳迁移率)。带电粒子可具有不同的电荷极性、电荷状态、粒子尺寸和/或其他特性。结果，带电粒子在流体(例如，溶剂或缓冲溶液)中的迁移期间彼此分离。然后可以收集分离的带电粒子并进一步分析鉴别和/或丰度。
如本文所用，术语“富集”是指相对于处理前样品中最初存在的分子总量，增加样品中分子群体(例如核酸分子)的相对丰度的过程。因此，富集步骤提供百分比或分数增加，而不是直接增加例如目标核酸序列的拷贝数作为扩增方法，诸如聚合酶链反应。
如本文所用，术语“流体”是指任何液体或液体组合物，包括水、溶剂、缓冲液、溶液(例如，极性溶剂、非极性溶剂)和/或混合物。流体可以是含水的或非水的。缓冲剂的非限制性实例包括柠檬酸、磷酸二氢钾、硼酸、二乙基巴比妥酸、哌嗪-N,N′-双(2-乙磺酸)、二甲基次胂酸、2-(N-吗啉代)乙磺酸、三(羟甲基)甲胺(TRIS)、2-(N-吗啉代)乙磺酸(TAPS)、N，N-双(2v羟乙基)甘氨酸(Bicine)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)、4-2-羟乙基-1-哌嗪乙磺酸(HEPES)、2-{[三(羟甲基)甲基]氨基}乙磺酸(TES)及其组合。在其他实施例中，缓冲溶液可以由三(羟甲基)甲胺(TRIS)、2-(N-吗啉代)乙磺酸(TAPS)、N，N-双(2-羟乙基)甘氨酸(Bicine)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)、4-2-羟乙基-1-哌嗪乙磺酸(HEPES)、2-{[三(羟甲基)甲基]氨基}乙磺酸(TES)或其组合构成。
如本文所用，术语“等速电泳”一般是指通过使用电场在材料之间(例如，溶液中的带电粒子和其他材料之间)产生边界或界面来分离带电粒子。等速电泳一般使用多种电解质，其中样品离子的电泳迁移率小于前导电解质(LE)的电泳迁移率，而大于尾随电解质(TE)的电泳迁移率，前导电解质和尾随电解质置于等速电泳装置中。在一些实施例中，前导电解质(LE)一般包含相对高迁移率的离子，尾随电解质(TE)一般包含相对低迁移率的离子。在一些实施例中，所选TE和LE离子分别具有低于和高于目标靶分析物离子的有效迁移率。也就是说，分析物离子的有效迁移率高于TE但低于LE。这些靶分析物与LE和TE离子(即共离子)具有相同的电荷符号。施加的电场使LE离子移动远离TE离子，而TE离子尾随在后。在相邻和连续的TE和LE区域之间形成移动的界面。在一些实施例中，这创建了电场梯度区域(通常从LE的低电场到TE的高电场)。TE中的分析物离子会超过TE离子，但不能超过LE离子并在TE和LE之间的界面处积聚(“聚焦”或形成“聚焦区”)。替代地，LE中的靶离子被LE离子取代；并也在界面处积累。通过明智地选择LE和TE化学，ITP相当普遍适用，可以用最初溶解在TE和LE电解质中的一种或两种中的样品来完成，并且可以不需要非常低电导率的背景电解质。
如本文所用，术语“前导电解质”是指与在等速电泳期间使用的目标样品离子和/或尾随电解质相比，具有更高效电泳迁移率的离子。前导电解质的非限制性实例包括氯化物、硫酸盐和甲酸盐。
如本文所用，短语“下一代测序(NGS)”是指与传统的基于桑格和毛细管电泳的方法相比具有高通量测序的测序技术，其中测序过程并行执行，例如一次产生数千或数百万个相对小的序列读取。下一代测序技术的一些示例包括但不限于边合成边测序、边连接边测序以及边杂交边测序。这些技术产生较短读取(从约25至约500bp)，但在相对短的时间内产生数十万或数百万次读取。术语“下一代测序”是指目前所谓的平行化合成测序或连接测序平台，在Illumina公司(例如，iSEQ、MiniSEQ、MiSEQ、NextSEQ、NoveSEQ测序平台)和Thermo Fisher Scientific公司(例如，Ion Personal Genome MachineTM(PGMTM)系统)使用。下一代测序方法还可以包括具有电子检测的纳米孔测序方法(Oxford Nanopore公司(例如，MinION、GridION、SmidgION、和PromethION装置)和Roche Diagnostics公司)。
如本文所用，术语“核酸”是指由传递遗传信息的核苷酸链组成的生物高分子。最常见的核酸是脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。构建核酸的单体称为核苷酸。每一个核苷酸由三种组分组成：含氮杂环碱基、嘌呤或嘧啶(也称为核碱基)以及戊糖。不同核酸类型在其核苷酸中糖的结构方面不同；DNA含有2-脱氧核糖，而RNA含有核糖。
如本文所用，术语“多个”是指两个或更多个，例如3个或更多个、4个或更多个、5个或更多个等。
如本文所用，任何两个不同反应性基团(诸如试剂和颗粒的任何两个反应性基团)之间的“反应”可以表示在两个反应性基团(或两个反应性官能团)之间形成共价键；或可以表示两个反应性基团(或两个反应性官能团)相互结合、相互作用、相互杂交、相互形成氢键等。在一些实施例中，“反应”包括结合事件，例如反应性官能团之间的结合事件或特异性结合实体对中的第一成员和第二成员之间的结合事件。
如本文所用，术语“试剂”是指包含一种或多种能够与另一实体共价或非共价反应、偶联、相互作用或杂交的一种或多种试剂的溶液或悬浮液。此类试剂的非限制性实例包括特异性结合实体、抗体(第一抗体、第二抗体或抗体缀合物)、核酸探针、寡核苷酸序列、检测探针、带有反应性官能团或受保护官能团的化学部分、酶、染料或染色剂分子的溶液或悬浮液。
如本文所用，术语“样品”是指生物样品或样本、环境样品和/或合成来源的样品(例如，合成多核苷酸、化学反应后的分子混合物等)。在一些实施例中，样品是包含一种或多种靶核酸的核酸样品。
如本文所用，“测序”是指用于确定DNA寡核苷酸中核苷酸碱基、腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶的顺序的生化方法。如本文中所使用的术语，测序可以包括但不限于平行测序或本领域技术人员已知的任何其他测序方法，例如链终止法、快速DNA测序法、游走点分析(wandering-spot analysis)、Maxam-Gilbert测序、染料终止剂测序，或使用任何其他现代的自动化DNA测序仪器。
如本文所用，术语“特异性结合实体”是指特异性结合对的成员。特异性结合对是特征在于彼此结合以实质性地排除与其他分子结合的分子对(例如，特异性结合对的结合常数可以比生物学样品中其他分子的结合对的两个成员中的任一者的结合常数大至少103M-1、104M-1或105M-1)。特异性结合部分的特定示例包括特异性结合蛋白(例如，抗体、凝集素、链霉亲和素和蛋白A等抗生物素蛋白)。特异性结合部分也可以包括由这种特异性结合蛋白特异性结合的分子(或其部分)。
如本文所用，术语“基本上”意指展现出目标特征或特性的全部或接近全部范围或程度的定性条件。在一些实施例中，“基本上”意指在约5％以内。在一些实施例中，“基本上”意指在约10％以内。在一些实施例中，“基本上”意指在约15％以内。在一些实施例中，“基本上”意指在约20％以内。
如本文所用，术语“靶核酸”是指其存在待检测、测量、扩增和/或经受进一步测定和分析的核酸。靶核酸可以包括任何单链和/或双链核酸。靶核酸可以作为分离的核酸片段或者是更大核酸片段的一部分存在。靶核酸可以源自或分离自基本上任何来源，例如培养的微生物、未培养的微生物、复杂的生物学混合物、生物学样品、组织、血清、古老或保存的组织或样品、环境分离物等。进一步地，靶核酸包括或源自cDNA、RNA、基因组DNA、克隆的基因组DNA、基因组DNA文库、酶促片段化的DNA或RNA、化学片段化的DNA或RNA、物理片段化的DNA或RNA等。在一些实施例中，靶核酸可包含全基因组。在示例性实施例中，靶核酸可包含样品和/或生物学样品的全部核酸含量。在示例性实施例中，靶核酸可包含循环或无细胞DNA，例如存在于患有癌症的个体中的循环肿瘤DNA(“ctDNA”)或存在于孕妇的血浆或血清中的循环胎儿或循环母体DNA(“cfDNA”)片段。靶核酸可以以多种不同形式出现，包括例如简单或复杂的混合物，或以基本上纯化的形式出现。例如，靶核酸可以是含有其他成分的样品的一部分，也可以是样品的唯一或主要成分。靶核酸也可以具有已知或未知的序列。
如本文所用，术语“尾随电解质”是指与在等速电泳期间使用的目标样品离子和/或前导电解质相比，具有更低效电泳迁移率的离子。尾随电解质的非限制性实例包括MES、MOPS、乙酸盐和谷氨酸盐。
概述
本公开涉及系统，例如自动化系统，包括适于促进分子混合物(例如，核酸分子混合物)的纯化和/或富集的电泳装置。在一些实施例中，该系统包括电泳装置、一个或多个下游处理装置(例如，测序装置、用于进行聚合酶链式反应的仪器)和/或一个或多个反馈控制装置(例如，化学分析仪、电导检测器)等。在一些实施例中，该系统适用于样品净化和/或靶富集过程，诸如在使用下一代测序对样品进行测序之前进行的样品净化和/或靶富集过程。在一些实施例中，该系统适用于样品净化和/或靶富集过程，诸如在一个或多个放大步骤或放大过程之前进行的样品净化和/或靶富集过程。在一些实施例中，自动化系统还适合于纯化溶液和/或执行固相合成。
电泳装置
本公开的一个方面是电泳装置，该电泳装置具有一个或多个可独立操作的分离导管。参考图1A-1C，本公开的一个方面是电泳装置100，其包括流控模块102、控制系统103和组件101，该组件包括一个或多个可独立操作的分离导管105。
在一些实施例中，一个或多个可独立操作的分离导管105适于促进分子混合物的分离或纯化。在一些实施例中，一个或多个可独立操作的分离导管105是可独立操作的电泳分离导管。在一些实施例中，通过电泳促进分子在一个或多个可独立操作的电泳分离导管105内的分离和/或纯化。在一些实施例中，通过等速电泳促进分子在一个或多个可独立操作的电泳分离导管105内的分离和/或纯化。
如本文进一步详细描述的，在一些实施例中，本公开的电泳装置包括一个或多个流体、试剂或电解材料贮存器。例如，在一些实施例中，本公开的电泳装置100(或其任何部分)的一个或多个可独立操作的分离导管中的每一个流体耦接到一个或多个流体、试剂和/或电解材料贮存器。在一些实施例中，本公开的电泳装置100还包括一个或多个传感器(例如，用于反馈控制的传感器)和/或一个或多个加热和/或冷却模块。电泳装置100和构成任何电泳装置的部件(例如，控制系统、电流/电压切换系统、泵、阀等)在本文中进一步详细描述。
分离导管
如上所述，本公开的电泳装置包括一个或多个可独立操作的分离导管。本文描述了具有不同配置的可独立操作的分离导管的示例。虽然描述了不同的配置，但是一个或多个可独立操作的分离导管中的每一个促进引入的样品内的分子的分离和/或纯化。在一些实施例中，一个或多个可独立操作的分离导管中的每一个可以促进分子的子集或亚群从包括分子的子集或亚群的分子混合物中分离。例如，一个或多个可独立操作的分离导管可以促进从引入的核酸混合物中分离和/或富集靶核酸，例如，引入的核酸混合物包括靶核酸和非靶核酸。
在一些实施例中，样品被引入到样品装载室中，并且引入的样品中的分子可以通过促使分子流过一个或多个通道并进入一个或多个下游室中而被分离和/或纯化。在一些实施例中，通过施加电流、电压、电场或电势，促使待分离和/或纯化的分子从样品装载室流过一个或多个通道，并进入一个或多个下游通道中。例如，促使待分离和/或纯化的分子流经以下之间的电场、电流或电压施加：(i)一个或多个样品装载室和一个或多个废弃物收集室；(ii)一个或多个样品装载室和一个或多个样品收集室；(iii)一个或多个样品装载室和一个或多个中间保持室；(iv)一个或多个中间保持室和一个或多个样品收集室。在一些实施例中，电极通信耦合到通道和/或室中的每一个。
在一些实施例中，促使待分离和/或纯化的分子从样品装载室流出并通过一个或多个预装载有导电介质的通道。在一些实施例中，导电介质是凝胶，诸如包括一种或多种导电流体和/或试剂的凝胶。在一些实施例中，促使待分离和/或纯化的分子流过一个或多个充有导电介质的通道，使得引入的样品变得纯化和/或富含引入的样品内的分子子集。在一些实施例中，分子子集适用于使用一个或多个下游处理装置190(参见例如图1H)的下游处理，例如PCR、测序等。本文描述了合适的下游处理装置190的非限制性示例。
在一些实施例中，可独立操作的分离导管105中的每一个包括一个或多个样品装载室110、一个或多个废弃物收集室112和/或一个或多个样品收集室111(参见例如图2A-2E)。在其他实施例中，可独立操作的分离导管105中的每一个包括一个或多个样品装载室110、一个或多个废弃物收集室112、一个或多个样品收集室111以及一个或多个中间室113(参见例如图2F)。在一些实施例中，每个室都与电极连通。
在一些实施例中，每个可独立操作的分离导管105包括单个样品装载室110(参见例如图2A)。在其他实施例中，每个可独立操作的分离导管105包括两个样品装载室110(参见例如图2D)。在又一些实施例中，每个可独立操作的分离导管105包括三个样品装载室110。在进一步的实施例中，每个可独立操作的分离导管105包括四个或更多个样品装载室110。在一些实施例中，每个样品装载室与电极连通。
在一些实施例中，每个可独立操作的分离导管105包括单个废弃物收集室112(参见例如图2A-2E)。在其他实施例中，每个可独立操作的分离导管105包括两个废弃物收集室112。在又一些实施例中，每个可独立操作的分离导管105包括三个废弃物收集室112。在进一步的实施例中，每个可独立操作的分离导管105包括四个或更多个废弃物收集室112。在一些实施例中，每个废弃物收集室与电极连通。
在一些实施例中，每个可独立操作的分离导管105包括单个样品收集室111(参见例如图2A)。在其他实施例中，每个可独立操作的分离导管105包括两个样品收集室111(参见例如图2E)。例如，在引入的样品中可能存在两个不同的靶分子子集，它们需要彼此分离并与非靶分子和/或杂质分离。在又一些实施例中，每个可独立操作的分离导管105包括三个样品收集室111。在进一步的实施例中，每个可独立操作的分离导管105包括四个或更多个样品收集室111。在一些实施例中，每个样品收集室与电极连通。
在一些实施例中，每个可独立操作的分离导管105包括单个中间室113(参见例如图2F)。在其他实施例中，每个可独立操作的分离导管105包括两个中间室113。在又一些实施例中，每个可独立操作的分离导管105包括三个中间室113。在进一步的实施例中，每个可独立操作的分离导管105包括四个或更多个中间室113。在一些实施例中，每个样品中间室与电极连通。在一些实施例中，中间室可用于对纯化分子的第一子集进行化学反应，例如，以进一步衍生分子和/或添加条形码。
在一些实施例中，一个或多个样品装载室110、一个或多个废弃物收集室112、一个或多个样品收集室111和/或一个或多个中间室113布置在同一平面内(参见，例如，图2A，其中，室布置在相同的x、y平面内)。在其他实施例中，一个或多个样品装载室110、一个或多个废弃物收集室112、一个或多个样品收集室111和/或一个或多个中间室113布置在不同的平面中，诸如相对于彼此垂直堆叠(沿z轴)(参见例如，图2B)。
在一些实施例中，一个或多个样品装载室110、一个或多个废弃物收集室112、一个或多个样品收集室111和/或一个或多个中间室113中的每一个可具有任何尺寸或形状。在一些实施例中，室基本上是圆形的。在其他实施例中，室是卵形的或基本上卵形的。在又一些实施例中，室是矩形的或基本上矩形的。
一个或多个样品装载室110、一个或多个废弃物收集室112、一个或多个样品收集室111和/或一个或多个中间室113中的每一个彼此连通，例如，流体连通。在一些实施例中，一个或多个样品装载室110、一个或多个废弃物收集室112、一个或多个样品收集室111和/或一个或多个中间室113中的每一个经由一个或多个互连通道，例如，多个互连通道彼此连通。
在一些实施例中，互连通道是分支通道。例如，主通道(诸如与样品装载室连通的通道)可以分支成一个或多个次通道，其中一个或多个次通道(例如，2个次通道、3个次通道、4个次通道等等)中的每一个可以独立地与另一个室连通。在一些实施例中，次通道中的每一个同样可以分支成一个或多个第三通道(例如，2个第三通道、3个第三通道、4个第三通道等)，其中第三通道中的每一个可以独立地与一个室连通。在一些实施例中，每个分离导管包括单个分支导管，例如，具有“Y”形的分支导管。
在一些实施例中，样品装载室110与装载通道121连通。在一些实施例中，装载通道121直接耦合到样品装载室110(参见例如图2A、图2B、图2F和图2I)。在其他实施例中，装载通道121间接耦合到样品装载室110。例如，在一些实施例中，装载通道121耦合到一个或多个入口通道125，其中每个入口通道125耦合到样品装载室110(参见例如图2D)。
在一些实施例中，装载通道121与至少两个其他通道连通。在一些实施例中，装载通道121与两个其他通道连通(参见例如图2A)。在其他实施例中，装载通道121与三个其他通道连通(参见例如图2E)。例如，如图2A、图2B、图2F和图2I所绘，废弃物收集通道122和样品收集通道123与装载通道121互连并且流体连通。尽管图2A、图2B、图2F和图2I中的每一个描绘了具有基本“Y”形的互连通道，但废弃物收集通道122和样品收集通道123收集通道可以以相对于装载通道121的任何角度定向(例如，相对于样品装载通道121的从60°到120°的角度)。
在一些实施例中，中间室113与中间通道124连通(参见例如图2F)。在一些实施例中，中间室113与一个中间通道124连通(参见例如图2F)。在其他实施例中，中间室113与至少两个中间通道124连通(参见例如图2G)。
在一些实施例中，中间通道124是无分支的并且耦合到废弃物收集室112或样品收集室111。例如，如图2F示出，中间室113通过无分支的中间通道124与样品收集室111连通。作为另一个例子，如图2G所示出，中间室113(i)通过第一无分支中间通道124与样品收集室111连通，和(ii)通过第二无分支中间通道124与废弃物收集室112连通。在又一些实施例中，中间室113耦合到分支中间通道124，由此分支中间通道124流体耦接到两个下游收集室，例如，废弃物收集室112和样品收集室111(参见例如图2H)。
在一些实施例中，样品装载室被配置为包括多个珠粒(例如，预装载有多个珠粒)；或被配置为使得多个珠粒可以被引入样品装载室并且随后从样品装载室移除。在一些实施例中，该珠粒是磁性珠粒。在其他实施例中，该珠粒是非磁性珠粒。合适的非磁性珠粒的示例包括二氧化硅珠、藻酸盐水凝胶珠、琼脂糖水凝胶珠、聚(N-异丙基丙烯酰胺)(NIPAM)凝胶珠、纤维素珠、聚乙烯(PE)珠、聚丙烯(PP)珠、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)珠、尼龙(PA)珠、聚氨酯珠、丙烯酸酯共聚物珠、聚季铵盐珠、聚山梨酯珠和聚乙二醇(PEG)珠(其中任何一种都可以被官能化或在引入室之前或之后进一步衍生化)。在一些实施例中，珠粒具有约0.1μm至约5mm范围内的平均直径。在一些实施例中，珠粒具有约0.1μm至约4mm范围内的平均直径。在一些实施例中，珠粒具有约0.1μm至约3mm范围内的平均直径。在一些实施例中，珠粒具有约0.1μm至约2mm范围内的平均直径。在一些实施例中，珠粒具有约0.1mm至约1mm范围内的平均直径。在又一些实施例中，珠粒具有约0.5mm至约1mm范围内的平均直径。
在一些实施例中，样品装载室110被适配成使得引入样品装载室110的任何珠粒可以在样品装载室内移动但不离开样品装载室。在一些实施例中，过滤器或筛网140设置在样品装载室110和装载通道121之间(参见例如图2I)，或者在样品装载室110和一个或多个入口通道125(未描绘)之间。在一些实施例中，过滤器或筛网允许分子流出样品装载室110并进入入口通道125和/或装载通道121，但防止珠粒或其他官能化材料流出样品装载室110。换句话说，过滤器或筛网允许珠粒和/或官能化材料基本上保留在样品装载室110中，即使在促使分子从样品装载室110流动并进入装载通道124之后也是如此。在一些实施例中，过滤器或筛网中的开口范围为约0.1μm至约1μm。在其他实施例中，过滤器或筛网中的开口范围为约1μm至约10μm。在又一些实施例中，过滤器或筛网中的开口范围为10μm至约100μm。
在其他实施例中，样品装载室110被适配成使得引入样品装载室110的任何珠粒可以在样品装载室中移动但不离开样品装载室。在一些实施例中，珠粒是磁性珠粒，并且一个或多个磁体可以定位在样品装载室110下方，使得珠粒保留在样品装载室110内。在一些实施例中，位于样品装载室110下方的一个或多个磁体可独立移动，使得珠粒可在样品装载室110内移动同时被保留在样品装载室中。
在一些实施例中，样品装载室110内的珠粒可通过包括凝胶(例如，琼脂糖(例如浓度小于约2％的琼脂糖)、PAGE)或其他在样品装载通道121内的分离基质(诸如纤维素衍生物、葡聚糖、聚(环氧乙烷)和聚乙烯醇)而保留在样品装载室110内。
在一些实施例中，样品装载室110的壁包括一个或多个孔并且可以促进待分离和/或纯化的分子流过这些孔，但是引入样品装载室110的珠粒被保留在那里。图3A和图3B示出了样品装载通道110的截面图。图3B描绘了多个珠粒230，每个珠粒具有平均直径“w”，其小于壁220的高度“x”，但大于孔221的高度“y”。以这种方式，可以促使待分离和/或纯化的分子流过样品装载室110并进入装载通道121，但是引入样品装载室110的多个珠粒230在待分离和/或纯化的一个或多个分子期间被保留在样品装载室110中。
参考图3C，在一些实施例中，样品装载室110的壁的高度可以大于装载通道124的高度。例如，并且如图3C所示出，样品装载室110的高度“x”可以大于样品装载通道121的高度“y”或样品收集通道123的高度“y’”。同样，样品收集室111的高度“z”可以大于样品装载通道121的高度“y”或样品收集通道123的高度“y’”。在其他实施例中，室的高度小于通道的高度，前提是当样品装载室110的高度小于样品装载通道121的高度时，在样品装载室110和样品装载通道121之间设置过滤器或网140，以防止被引入样品装载室110的珠粒移出样品装载室110。
在一些实施例中，样品装载室110的高度“x”在约0.1μm至约10cm之间的范围内。在其他实施例中，样品装载室110的高度“x”在约0.1mm至约1cm之间的范围内。在又一些实施例中，样品装载室110的高度“x”在约0.1mm至约1mm之间的范围内。在一些实施例中，装载通道121的高度“y”在约10μm至约100μm之间的范围内。在其他实施例中，装载通道121的高度“y”在约0.1mm至约10mm之间的范围内。
在一些实施例中，样品装载室110的底表面的面积在约1mm2至约100cm2之间的范围内。在一些实施例中，样品装载室110的底表面的面积在约1cm2至约100cm2之间的范围内。在一些实施例中，样品装载室110的底表面的面积在约1cm2至约50cm2之间的范围内。在其他实施例中，样品装载室110的底表面的面积在约1mm2至约500mm2之间的范围内。在其他实施例中，样品装载室110的底表面的面积在约1mm2至约100mm2之间的范围内。在一些实施例中，样品装载室110被配置成容纳至少104个珠、至少105个珠粒、至少106个珠粒，至少106个珠粒，至少107个珠粒，至少108个珠粒，至少109个珠粒，至少1010个珠粒，至少1011个珠粒，至少1012个珠粒，等等。
在一些实施例中，任何室，即任何样品装载室、废弃物收集室、中间室和/或样品收集室的容积在约0.1μL至约10mL之间的范围内。在其他实施例中，室的容积在约0.1μL至约7.5mL之间的范围内。在其他实施例中，室的容积在约0.1μL至约5mL之间的范围内。在又一些实施例中，室的容积在约0.1μL至约2.5mL之间的范围内。在其他实施例中，室的容积在约0.1μL至约1mL之间的范围内。在其他实施例中，室的容积在约0.1μL至约0.5mL之间的范围内。
在一些实施例中，分离导管105内采用的每个室具有大致相似的容积。在其他实施例中，样品装载室110具有比废弃物收集室112、样品收集室111和/或中间室113相对更大的容积。在一些实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少25％。在其他实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少50％。在其他实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少65％。在一些实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少80％。在一些实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少90％。在一些实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少100％。在一些实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少150％。在一些实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少200％。在一些实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少250％。在一些实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少300％。在一些实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少400％。在一些实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少500％。在一些实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少600％。在一些实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少700％。在一些实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少800％。在一些实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少900％。在一些实施例中，样品装载室的容积比废弃物收集室、样品收集室和/或中间室大至少1000％。
在一些实施例中，样品装载室110被配置成允许引入和/或去除多个珠粒。在一些实施例中，样品装载室110可以与一个或多个导管流体连通，促进从室引入和/或去除多个珠粒。在一些实施例中，样品装载室110与两个导管流体连通。在其他实施例中，样品装载室110与三个或更多个导管流体连通。在又一些实施例中，样品装载室110与四个或更多个导管流体连通。
图3D描绘了样品装载室110与两个导管180流体连通，其中两个导管180布置成基本彼此平行。在一些实施例中，两个导管180中的一个被配置成允许引入珠粒，而两个导管180中的另一个被配置成允许去除珠粒。在一些实施例中，每一个导管180可以与珠粒传送导管、珠粒源(诸如珠粒存储容器或珠粒收集容器)、一个或多个阀和/或一个或多个泵流体连通。
在一些实施例中，导管180可以在样品装载室110的外部。在一些实施例中，样品装载室110的壁200可以包括导管开口，其允许珠粒从一个或多个导管180进入样品装载室110。在一些实施例中，导管开口可以具有任何尺寸和/或形状，前提是它允许至少一个珠粒进入或离开室。
组件
本公开的电泳装置100包括组件101，该组件包括本文描述的一个或多个分离导管105。在一些实施例中，组件101包括1至200个之间的可独立操作的分离导管105。在其他实施例中，组件101包括1至150个之间的可独立操作的分离导管105。在又一些实施例中，组件101包括1至100个之间的可独立操作的分离导管105。在进一步实施例中，组件101包括1至50个之间的可独立操作的分离导管105。在进一步实施例中，组件101包括1至25个之间的可独立操作的分离导管105。在又一些实施例中，组件101包括1至10个之间的可独立操作的分离导管105。
在一些实施例中，组件101包括单个分离导管105(参见例如图1A和图1H)。在其他实施例中，组件101包括两个或更多个可独立操作的分离导管105(参见例如图2C)。在又一些实施例中，组件101包括三个或更多个可独立操作的分离导管105(参见例如图1B)。在进一步实施例中，组件101包括五个或更多个可独立操作的分离导管105。在更进一步的实施例中，组件101包括十个或更多个可独立操作的分离导管105。
在这些实施例中，任何组件101内包括两个或更多个可独立操作的分离导管105，可独立操作的分离单元105可布置在同一平面内(参见例如图1A、图1B和图2C)。例如，图1B示出了彼此平行地布置且布置在同一平面内的三个可独立操作的分离导管105。在其他实施例中，两个或更多个分离导管105可以布置在不同平面中。例如，在一些实施例中，两个或更多个可独立操作的分离导管105可以在任何组件101内至少部分地彼此堆叠(参见例如图1C)。
包括一个或多个分离导管105的组件101可由适合形成通道和/或导管的任何材料制成。材料的非限制性示例包括聚合物(例如，聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚(二甲基硅氧烷)、PTFE、PET和环烯烃共聚物)、玻璃、石英和硅。形成组件101和任何相关联的部件(例如，盖子)的材料可以是硬的或柔性的。本领域普通技术人员可以基于例如以下项容易选择合适的材料：其刚性、其对要穿过的流体的惰性(例如，不会被其降解)、其在要使用的特定装置的温度下的稳健性、其对光的透明度/不透明度(例如，在紫外线和可见区域)和/或用于在材料中制造特征的方法。例如，对于注塑成型或其他挤出制品，使用的材料可以包括：热塑性塑料(例如聚丙烯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、尼龙6)、弹性体(例如聚异戊二烯、异丁烯-异戊二烯、腈、氯丁橡胶、乙烯-丙烯、海帕隆、硅树脂)、热固性材料(例如环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂)或其组合。
在一些实施例中，组件101包括堆叠层，其中堆叠层可用于形成每个可独立操作的分离导管105的室和/或通道。在一些实施例中，可以切割(例如，使用激光切割机)多个板或片(例如聚合物片)并且可以使用双面粘合剂组装和/或层压以创建包括一个或多个分离导管105的组件101。在一些实施例中，板或片可以是塑料，例如聚碳酸酯、丙烯醛基、聚丙烯等。
在一些实施例中，如图1D所描绘，组件可以包括沉积在盆层41上的覆盖层42；其中盆层41沉积在底层40上。在一些实施例中，底层40包括预图案化表面，其包括图案化室31和33，以及一个或多个图案化通道32(参见例如图1E，其描绘了具有图案化室31和33，以及一个或多个图案化通道32的底层40)。在一些实施例中，图案化室31和33与一个或多个图案化通道32流体连通。在一些实施例中，盆层41包括预先成形的孔34和35，其中预先成形的孔34和35各自近似于图案化室31和33的尺寸和形状，并且其中预先成形的孔34和35分别与图案室31和33流体连通。例如，预先成形的孔34和35和图案化室31和33一起分别形成样品装载室110和废弃物收集室112。
电泳装置也可以通过热塑性塑料诸如聚碳酸酯、聚丙烯和聚苯乙烯的注射成型制成。电泳装置也可以通过3D打印诸如熔融沉积建模(FDM)、立体光刻(SLA)、选择性激光烧结(SLS)制成。
在一些实施例中，每个可独立操作的分离导管内的室各自独立地与一个或多个电极电连通。在一些实施例中，电极可在任何两个室之间共享。就此而言，组件101可包括1至约500个电极，这取决于组件101内存在的可独立操作的分离导管105的数量。参考图4，电子层30的电极65、66和67可以各自独立地与分离导管105的不同室电连通。例如，电极65可以与样品装载室110电连通；电极66可以与废弃物收集室112电连通；电极67可以与样品收集室111电连通。
在一些实施例中，任意两个电极对可以彼此连通，使得可以在任意两个电极和/或任意两个室之间建立电场。例如，导线或迹线61可以用于在电极65和66之间建立电场。同样，导线或迹线62可以用于在电极65和67之间建立电场(参见例如图4)。
导电层可以包括任意数量的电极和/或导线或迹线，使得可以在任意两个室之间建立电场，从而可以促使分子从一个室流到另一个室。在一些实施例中，样品收集室和样品装载室可以通信耦合在一起，使得可以在样品收集室和样品装载室之间建立电场。同样，在一些实施例中，废弃物收集室和样品装载室可以通信耦合在一起，使得可以在废弃物收集室和样品装载室之间建立电场。
尽管图1D示出了可以包括一个或多个导线或迹线和/或电极的电子层30，本公开还考虑了可以在任何两个室之间产生电场，前提是两个室各自与电极连通并且其中每个电极通信耦合在一起，诸如接线在一起。
贮存器和容器
本公开的电泳装置100可以包括一个或多个贮存器和/或器皿。在一些实施例中，一个或多个贮存器和/或器皿是试剂贮存器、珠粒储存器皿、珠粒收集器皿、流体贮存器、废弃物收集贮存器、样品收集贮存器等。在一些实施例中，试剂贮存器、珠粒储存器皿、珠粒收集器皿、流体贮存器、废弃物收集贮存器、样品收集贮存器直接或间接地流体耦接到一个或多个分离导管105。
熟练的技术人员将理解，在一些实施例中，每个可独立操作的分离导管105可以耦合到它自己的一组试剂贮存器、珠粒储存器皿、珠粒收集器皿、流体贮存器、废弃物收集贮存器、样品收集贮存器等。在其他实施例中，两个或更多个可独立操作的分离导管105可以耦合到共享的试剂贮存器、珠粒储存器皿、珠粒收集器皿、流体贮存器、废弃物收集贮存器、样品收集贮存器等。如本文所述，通过控制设置在贮存器自身内的一个或多个阀或在导管内将贮存器耦合到可独立操作的分离导管105，可以将来自共享贮存器的流体、试剂和/或电解材料供应到每个可独立操作的分离导管105。同样，通过与每个可独立操作的分离导管105流体连通的一个或多个泵的作用，来自共享贮存器的流体、试剂和/或电解材料可被供应到可独立操作的分离导管。
在一些实施例中，电泳装置100包括用于每种不同流体和/或试剂的单独的流体和/或试剂贮存器，以与一个或多个可独立操作的分离导管105结合使用。如本文所述，贮存器可以在两个或更多个可独立操作的分离导管105之间共享。例如，电解质贮存器可以在任意两个或更多个可独立操作的分离导管105之间共享。
在一些实施例中，流体和/或试剂贮存器的容积在约10μL至约100mL之间的范围内。在一些实施例中，流体和/或试剂贮存器的容积在约10μL至约50mL之间的范围内。在一些实施例中，流体和/或试剂贮存器的容积在约10μL至约10mL之间的范围内。在一些实施例中，流体和/或试剂贮存器的容积在约1mL至约5mL之间的范围内。
在一些实施例中，每个可独立操作的分离导管105可以与一个或多个珠粒储存或收集器皿流体耦接。在一些实施例中，通过将珠粒储存器皿耦合到与分离导管105的样品装载室连通的第一导管的导管，可以将珠粒引入到分离导管105的样品装载室。同样，在一些实施例中，通过将珠粒收集器皿耦合到与分离导管105的样品装载室连通的第二导管的导管，可以将珠粒从分离导管105的样品装载室传送。
在一些实施例中，珠粒存储或收集容器的容积在约0.1μL至约50mL之间的范围内。在其他实施例中，珠粒存储或收集容器的容积在约0.1mL至约10mL之间的范围内。在其他实施例中，珠粒存储或收集容器的容积在约0.1mL至约5mL之间的范围内。在一些实施例中，可以使用移液器或注射器通过连接到珠粒存贮存器皿的珠粒封装入口将珠粒引入电泳装置100的分离导管105。
流控模块
本公开的电泳装置100还可以包括一个或多个流控模块。在一些实施例中，一个或多个流控模块中的每一个可以包括一个或多个导管、一个或多个泵、一个或多个阀等。
导管
电泳装置100可以包括任何数量的导管以促进流体、试剂、电解材料和/或珠粒传送到电泳装置100的分离导管105的室和/或通道。在一些实施例中，用于引入分离导管105(或及其部件)的每一种流体和/或试剂可以存储在单独的流体贮存器和/或试剂贮存器中，并且其中在与分离导管105的室或通道的流体连通中，每个流体贮存器和/或试剂贮存器独立耦合到流体传送导管或试剂传送导管。以这种方式，来自单个试剂贮存器的试剂可以经由试剂传送导管传送到每个可独立操作的分离导管105的室或通道。同样，来自单个流体贮存器的流体可以经由流体传送导管传送到每个可独立操作的分离导管105的室或通道。在一些实施例中，每个流体和/或试剂贮存器和/或流体和/或试剂传送导管可以包括阀，例如双向阀，使得流体和/或试剂可以流入每个可独立操作的分离导管105的室和通道中，如本文所述。
例如，在一些实施例中，第一导管可用于将包括一个或多个分子群的样品从样品装载室传送到样品收集室，使得一个或多个分子群可以被分离和/或纯化。在一些实施例中，第二导管可用于将分离的分子群从样品收集导管传送到下游处理装置190，例如测序装置。
阀
本公开的电泳装置100可以包括一个或多个阀和/或微阀。在一些实施例中，阀可以设置在电泳装置100的任何导管内，在电泳装置100的导管的任何部分，或在电泳装置100的任何两个导管的连接处。在一些实施例中，电泳装置100中的每一个阀包括一个或多个端口，例如，1-端口、2-端口或3-端口。
可以利用任何类型的阀，前提是该阀允许调节整个电泳装置100的流体、试剂和/或珠粒的流动，例如，启动/停止流体流动、控制流体流动的量等。在一些实施例中，基于来自控制系统103的信号来控制阀，例如控制系统103可以命令阀致动到第一位置、第二位置或第三位置，使得可以调节流体、试剂和/或珠粒的传送。合适的微流控阀的非限制性示例在美国专利号10,197,188、美国专利公开号2008/0236668和2006/0180779以及PCT公开号WO/2018/104516中描述，其公开内容通过引用整体并入本文。
在一些实施例中，一个或多个阀可以设置在每个流体传送导管或试剂传送导管中，使得来自贮存器的流体和/或试剂的流量可以被独立控制。替代地，在其他实施例中，每一个流体和/或试剂贮存器包括阀，使得来自贮存器的流体和/或试剂的流动可以被独立地控制。
泵
在一些实施例中，电泳装置100与一个或多个泵流体连通。在一些实施例中，电泳装置与两个泵流体连通。在其他实施例中，电泳装置与三个泵流体连通。在又一些实施例中，电泳装置与四个或更多个泵流体连通。
在一些实施例中，一个或多个泵促进流体、试剂、样品和/或珠粒移动到和从电泳装置100的可独立操作的分离导管105的贮存器、室和/或导管移动。任何泵都可以在本发明的电泳装置100内使用，前提是该泵允许控制装入电泳装置100的部件的材料的容积或从该电泳装置的部件中排出的材料的容积。在一些实施例中，一个或多个泵是压力泵。在其他实施例中，一个或多个泵是压电泵。在一些实施例中，一个或多个泵是蠕动泵。在一些实施例中，一个或多个泵是注射泵。在一些实施例中，一个或多个泵是容积泵。
在一些实施例中，本公开的一个或多个泵具有约1mL至约100mL范围内的容积。在其他实施例中，本公开的一个或多个泵具有约10mL至约100mL范围内的容积。在一些实施例中，本公开的一个或多个泵可以递送约1μL/分钟至约1000mL/分钟之间的流速。在其他实施例中，本公开的一个或多个泵可以递送约10μL/分钟至约500mL/分钟之间的流速。在又一实施例中，本公开的一个或多个泵可以递送约10μL/分钟至约100mL/分钟之间的流速。
在一些实施例中，一个或多个泵是一个或多个微泵。在一些实施例中，一个或多个微泵是机械泵(例如，隔膜微泵和蠕动微泵)。在一些实施例中，一个或多个微泵是非机械泵(例如，无阀微泵、毛细管泵和化学动力泵)。用于泵送少量流体的微型泵和其他装置已有描述，例如在美国专利第5,094,594号、第5,730,187号和第6,033,628号中，每个都公开了能够泵送纳升或皮升范围内的流体容积的装置(其公开内容通过引用整体并入本文)。
适用于与本公开的电泳装置100的其他泵在美国专利第10,208,739号中有描述；并且在美国专利公开第2015/0050172号和第2017/0167481号中，其公开内容通过引用整体并入本文。
控制系统和其他模块
当前公开的电泳装置100包括控制系统103。在一些实施例中，控制系统103包括一个或多个存贮存器和可编程处理器。在一些实施例中，为了存储信息，控制系统103可以包括但不限于一个或多个存储元件，诸如易失性存贮存器、非易失性存贮存器、只读存贮存器(ROM)、随机存取存贮存器(RAM)等。在一些实施例中，控制系统103是系统外部的独立计算机。存储和/或存储器装置可以是用于临时或永久地存储数据或程序的一个或多个物理设备。在一些情况下，装置是易失性存储器，并且需要电源来保留存储的信息。在其他情况下，装置是非易失性存储器并且在数字处理装置未通电时保留存储的信息。在又一些情况下，非易失性存储器包括闪存。非易失性存储器可以包括动态随机存取存储器(DRAM)。非易失性存贮存器可以包括铁电随机存取存贮存器(FRAM)。非易失性存储器可以包括相变随机存取存储器(PRAM)。装置可以是存储装置，其包括作为非限制性示例的CD-ROM、DVD、闪存装置、磁盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器和基于云计算的存储器。
在一些实施例中，控制系统103是能够远程控制系统的联网计算机。术语“编程处理器”涵盖处理数据的各种设备、装置和机器，例如包括可编程微处理器、计算机、芯片上系统、或上述的多个或组合。所述设备可以包括特殊用途的逻辑电路，如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(特定用途集成电路)。除硬件外，所述设备还可以包括为所述有关计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时环境、虚拟机或它们的一个或多个组合的代码。所述设备和执行环境可以实现各种不同的计算模型基础架构，例如，网络服务、分布式计算和网格计算基础架构。
在一些实施例中，控制系统103与一个或多个电极、迹线和/或导线电连通，使得可以在分离导管的任意两个室之间建立电场，例如，在样品收集室和样品装载室之间，或在废弃物收集室和样品装载室之间。在一些实施例中，控制系统103可操作以切换“开启”或“关闭”分离导管105的任意两个室之间的电场，例如在样品收集室与样品装载室之间，或在废弃物收集室和样品装载室之间。在其他实施例中，控制系统103可操作以调节在分离导管105的任意两个室之间供应的电场(例如，场强)，例如，在样品收集室和样品装载室之间，或在废弃物收集室和样品装载室之间。
在一些实施例中，控制系统103用于向各种泵和/或阀(诸如流控模块102中包括的那些)发送指令以便调节材料流入或流出分离导管的任何一个室或电泳装置的任何一个贮存器(例如，流入或流出样品装载室)。在一些实施例中，控制系统103被配置成发送指令以致动一个或多个阀打开或关闭，包括设置在贮存器和/或导管中的一个或多个阀。在一些实施例中，控制系统被配置为发送指令以调节一个或多个泵的操作，诸如使一个或多个泵从一个或多个贮存器和/或每个可独立操作的分离导管105的室引入或抽取流体、试剂和/或珠粒。
在一些实施例中，电泳装置100(或其任何部件)可以耦合到一个或多个反馈控制装置195(参见例如图1H)。在一些实施例中，反馈控制涉及对当前公开的电泳装置100或任何一个可独立操作的分离导管105中发生的一个或多个事件或过程的检测。在一些实施例中，反馈控制可以涉及例如电导率、电阻率、电流、电压、温度、荧光信号强度、色度强度或拉曼信号强度的测定。就此而言，在一些实施例中，可用于监测分离和/或促进反馈控制的反馈控制装置195的非限制性示例包括电导率检测器191(参见例如图2J)、万用表、荧光相机、显微镜、机器视觉相机、热成像相机和/或拉曼光谱仪中的一个或多个。
在一些实施例中，一个或多个反馈控制装置195包括一个或多个传感器50，诸如一个或多个压力传感器、温度传感器和/或流速传感器，其可以被控制系统103监测，诸如实时监测(参见例如图1F和图1G)。
在一些实施例中，一个或多个反馈控制装置195是化学品分析仪器。在一些实施例中，一个或多个化学品分析仪器可以用于检测收集的流体流(例如废弃物流)内的细胞组成、试剂、副产物等。在一些实施例中，化学分析仪选自用于核酸定量的Qubit Bioanalyzer用于NA的大小分布、用于核酸定量的Lightcycler 480qPCR仪器、用于分子鉴定和/或定量的质谱仪，诸如MALDI-TOF MS、LC/MS/MS、CE-MS等。在一些实施例中，一个或多个反馈控制装置195是光学显微镜(明视野、荧光)。在一些实施例中，荧光显微镜装置可以包括一个或多个激光源和基于CCD和/或CMOS的成像传感器和/或照相机。在一些实施例中，一个或多个反馈控制装置195是光谱仪(IR、NMR、拉曼)。
在一些实施例中，一个或多个反馈控制装置195可以耦合到控制系统103以允许电泳装置100的反馈控制。在一些实施例中，控制系统103被配置为从一个或多个反馈控制装置195接收数据，处理接收到的数据，并基于接收和处理的数据调节温度和反应条件等。举例来说，在一些实施例中，控制系统103被配置成执行一系列指令以控制或操作一个或多个系统部件以执行一个或多个操作，例如预编程的操作或例程，或从通信耦合到系统的反馈控制装置195接收反馈并根据接收到的传感器反馈来命令一个或多个系统部件运行(或停止运行)。
在一些实施例中，电泳装置100包括一个或多个热调节模块52，例如一个或多个加热模块55和/或冷却模块56(参见例如图1F和图1G)。在一些实施例中，组件、分离导管、试剂贮存器、流体贮存器和/或任何导管各自独立地与单独的热调节模块52热连通。以此方式，每个分离导管105(或其部分)可通过操作与其连通的一个或多个热调节模块52而独立地加热和/或冷却。在其他实施例中，组件、分离导管、试剂贮存器、流体贮存器和/或任何导管可以与一个或多个共享的热调节模块热连通。
合适的热调节模块52包括加热块、珀耳帖装置和/或热电模块。合适的珀耳帖装置包括美国专利号4，685，081、5，028，988、5，040，381和5，079，618中所述的那些，其公开内容通过引用整体并入本文。
在一些实施例中，控制系统103可通信耦合到一个或多个热调节模块52，并被配置成命令热调节模块52激活以加热和/或冷却组件100、可独立操作的分离导管105、试剂贮存器、流体贮存器和/或导管至预定温度到预定时间量。例如，控制系统103可以引导来自至少一个热调节模块52的加热，使得在组件100内达到预定温度和/或在组件100内保持预定时间量。预定温度可以由用户输入到控制系统103，或者可以以预先编程的指令或例程的形式提供。
下游处理装置
在一些实施例中，本公开的电泳装置100可以耦合到一个或多个下游处理装置190，包括但不限于测序装置和/或用于进行聚合酶链式反应的装置。在一些实施例中，一个或多个下游处理装置190是一个或多个测序装置。在一些实施例中，测序装置是“下一代测序”装置。如本文所用，术语“下一代测序”是指与传统的基于桑格和毛细管电泳的方法相比具有高通量测序的测序技术，其中测序过程并行执行，例如一次产生数千或数百万个相对小的序列读取。下一代测序技术的一些示例包括但不限于边合成边测序、边连接边测序以及边杂交边测序。这些技术产生较短读取(从约25bp至约500bp)，但在相对短的时间内产生数十万或数百万次读取。
可从Illumina(San Diego，CA)获得的此类测序装置的示例包括但不限于iSEQ、MiniSEQ、MiSEQ、NextSEQ、NoveSEQ。据信，Illumina下一代测序技术使用克隆扩增和合成测序(SBS)化学来实现快速测序。该过程同时鉴定DNA碱基，同时将它们掺入到核酸链中。每个碱基在添加到生长链时都会发出独特的荧光信号，用于确定DNA序列的顺序。
可从ThermoFisher Scientific(Waltham，MA)获得的测序装置的非限制性示例包括Ion Personal Genome MachineTM (PGMTM）系统。据信，Ion Torrem测序测量的是DNA聚合酶结合单个碱基时H+(质子)的直接释放。可从Pacific Biosciences(Menlo Park，CA)获得的测序装置的非限制性示例包括PacBio Sequel System。可从Roche(Pleasanton，CA)获得的测序装置的非限制性示例是Roche 454。
下一代测序方法还可以包括纳米孔测序方法。一般来讲，已采用了三种纳米孔测序方法：链测序，其中DNA的碱基在相继穿过纳米孔时被识别；基于核酸外切酶的纳米孔测序，其中核苷酸从DNA分子中一个接一个地被酶切割，并在它们被纳米孔捕获和通过时被监测；以及纳米孔合成测序(SBS)方法，其中在酶催化的DNA合成过程中，可识别的聚合物标签附着在核苷酸上，并记录在纳米孔中。所有这些方法的共同点是需要精确控制反应速率，以便按顺序确定每个碱基。
链测序需要一种减慢DNA通过纳米孔并解码通道内多个碱基的方法，为此，已经开发了利用分子马达的棘轮方法。基于核酸外切酶的测序需要在足够靠近孔时释放每个核苷酸，以保证其捕获并且以足够慢的速率穿过该孔，以获得有效的离子电流信号。此外，这两种方法都依赖于四个天然碱基，即两个相对相似的嘌呤和两个相似的嘧啶之间的区别。纳米孔SBS方法利用连接在核苷酸上的合成聚合物标签用于序列测定，这些标签经过专门设计，以产生独特且易于区分的离子电流阻断标记。
在一些实施例中，经由纳米孔测序的核酸测序包括制备纳米孔测序复合物和确定多核苷酸序列。制备纳米孔和纳米孔测序的方法在美国专利申请公开第2017/0268052号和PCT公开WO2014/074727、WO2006/028508、WO2012/083249和WO/2014/074727中进行了描述，其公开内容特此通过引用整体并入本文。在一些实施例中，标记的核苷酸可用于确定多核苷酸序列(参见，例如，PCT公开号WO/2020/131759、WO/2013/191793和WO/2015/148402，其公开内容特此通过引用整体并入本文)。
对测序生成的数据的分析通常使用执行各种数据转换的软件和/或统计算法来执行，例如，将信号发射转换为碱基调用，将碱基调用转换为核酸模板的共有序列等。此类软件、统计算法及其使用在美国专利申请公开号2009/0024331 2017/0044606和PCT公开号WO/2018/034745中进行了详细描述，其公开内容特此通过引用整体并入本文。
在一些实施例中，一个或多个下游处理装置190是一个或多个用于进行聚合酶链式反应(PCR)的装置。通常，PCR是一种无需克隆或纯化即可增加基因组DNA混合物中靶序列片段浓度的方法。可以使用的PCR技术的示例包括但不限于定量PCR、定量荧光PCR(QF-PCR)、多重荧光PCR(MF-PCR)、实时PCR(RT-PCR)、单细胞PCR、限制性片段长度多态性PCR(PCR-RFLP)、PCR-RFLP/RT-PCR-RFLP、热启动PCR、巢式PCR、原位polony PCR、原位滚环扩增(RCA)、桥接PCR、picotiter PCR、数字PCR、微滴式数字PCR和乳液PCR。聚合酶链式反应(“PCR”)描述于例如美国专利第4,683,202号；美国专利第4,683,195号；美国专利第4,000,159号；美国专利第4,965,188号；美国专利第5,176,995号)，其公开内容通过引用整体并入本文。
市售的液滴和数字液滴PCR系统是可用的，例如，从Bio-Rad和ThermoFisher获得。dPCR的描述可以在例如US20140242582中找到；Kuypers等人(2017)J Clin Microbiol 55：1621；以及Whale等人(2016)的Biomol Detect Quantif 10：15。液滴和数字液滴PCR系统在美国专利第9,822,393号和第10,676,778号中有进一步描述，其公开内容通过引用整体并入本文。在一些实施例中，用于数字液滴PCR的液滴可由PCT申请公开号WO/2010/036352中描述的任何装置产生，其公开内容通过引用整体并入本文。
方法
本公开还涉及使用本公开的电泳装置纯化样品、用所需靶分子富集样品和/或执行固相化学反应的方法。在一些实施例中，方法在减轻交叉污染和/或样品损失风险的封闭系统中进行。在一些实施例中，本文描述的方法减少了所需的劳动密集型工作量。在一些实施例中，与磁分离过程相比，本文所述的方法以减少的温育时间促进样品纯化。在一些实施例中，本文描述的方法不需要移液步骤并且因此防止或减轻珠粒损失、样品损失和/或污染。
在一些实施例中，本文采用的电泳装置包括一个或多个可独立操作的分离导管，其中每个分离导管包括多个珠粒(例如，预装载有多个珠粒)，例如官能化珠粒。在一些实施例中，官能化珠粒是磁性官能化珠粒。磁珠的示例包括Dynabeads、AMPureXP珠粒、KAPA纯化珠粒。在其他实施例中，官能化珠粒是非磁性官能化珠粒。合适的非磁性珠粒描述于美国专利第5,328,603号中，该美国专利的公开内容通过引用整体并入本文。
在一些实施例中，珠粒的官能化表面包括第一部分(例如，第一反应性官能团)，该第一部分可与待纯化样品内的分子(或包括该分子的缀合物)的第二部分(例如，第二反应性官能团)反应。在一些实施例中，第一部分和第二部分之间的“反应”可以表示在两个反应性基团或两个部分的两个反应性官能团之间形成共价键；或可以表示两个反应性基团或两个部分的两个反应性官能团彼此缔合、彼此相互作用、彼此杂交、彼此氢键合等。因此，在一些实施例中，“反应”包括结合事件，诸如半抗原与抗半抗原抗体的结合或生物素与链霉亲和素的结合。
在一些实施例中，官能化珠粒可以包含抗生物素蛋白或链霉亲和素，以结合待纯化样品中的生物素化分子(例如，与生物素缀合的分子)。在一些实施例中，官能化珠粒包括固定化抗体，其可以用于结合包括或缀合至特定抗原分子的分子。在又一些实施例中，官能化珠粒包括酶，其可以用于结合包括或缀合至特定酶底物的分子。在进一步实施例中，官能化珠粒包括受体，其可以用于结合包括或缀合至特定受体配体的分子。在更进一步的实施例中，官能化珠粒包括凝集素，其可以用于结合包括或缀合至特定多糖的分子。在再进一步的实施例中，官能化珠粒包括核酸，其可以用于结合包括或与缀合至互补碱基序列的分子。在一些实施例中，拴在珠粒表面上的DNA/RNA适体可以特异性结合至其靶分析物，诸如小分子、肽、蛋白质、细胞。在其他实施例中，包含末端胺部分的分子可结合至NHS活化表面或羧基活化表面。
纯化引入电泳装置的样品的一般方法
在一些实施例中，本公开涉及使用本文所述的的任何一种电泳装置来纯化样品的方法(参见例如图5)。例如，样品可以用包括一个或多个可独立操作的分离导管的电泳装置纯化，诸如包括一个分离导管的电泳装置或包括两个或更多个可独立操作的分离导管的电泳装置。在这些实施例中，纯化方法不依赖于通过一个或多个室和/或通道(例如，其中要分离和/或纯化的分子将由主动流体流动携带或输送)的主动流动流体(例如，诸如通过泵送)。相反，本文公开的方法通过在分离导管的不同室之间建立电场来促进分子在可独立操作的分离导管的室之间移动。
在一些实施例中，首先将样品引入电泳装置的分离导管的一个或多个样品装载室。在一些实施例中，样品可从贮存器或另一上游器皿或室(例如，上游反应器皿或室)泵入一个或多个样品装载室，诸如经由与一个或多个样品装载室流体连通的一个或多个导管。
在一些实施例中，一个或多个样品装载室中的每一个都预装载有多个珠粒，诸如多个均具有官能化表面的珠粒。在一些实施例中，一个或多个样品装载室中的每一个都预装载有约10至约10,000个珠粒，每个珠粒具有官能化表面(其可以是磁性或非磁性的)。在其他实施例中，一个或多个样品装载室中的每一个都预装载有约10至约1000个珠粒，每个珠粒具有官能化表面。在又一实施例中，一个或多个样品装载室中的每一个都预装载有约10至约150个珠粒，每个珠粒具有官能化表面。
在一些实施例中，样品装载室还预装载有一种或多种电解质。在一些实施例中，样品装载室被预装载在约1μL至约100μL之间的一种或多种电解质内。在其他实施例中，样品装载室被预装载在约0.1mL至约10mL之间的一种或多种电解质内。在一些实施例中，一种或多种电解质各自是尾随电解质。在一些实施例中，一种或多种电解质选自TAPS-TRIS、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)。在一些实施例中，多个珠粒和一种或多种电解质作为混合物被引入样品装载室。
在一些实施例中，电泳装置的分离导管内的其他通道也预装载有一种或多种电解质。在一些实施例中，分离导管的其他室被预装载在约1μL至约100μL之间的一种或多种电解质内。在其他实施例中，分离导管的其他室被预装载在约0.01mL至约10mL mL之间的一种或多种电解质内。在一些实施例中，一种或多种电解质各自是前导电解质。在一些实施例中，一种或多种电解质选自HCl-组氨酸、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)。
在一些实施例中，废弃物收集室和样品收集室中的每一个都预装载在一种或多种电解质内，例如，一种或多种前导电解质。在一些实施例中，引入废弃物收集室的一种或多种电解质与引入样品收集室的那些相同。在其他实施例中，引入废弃物收集室的一种或多种电解质与引入样品收集室的那些不同。在其他实施例中，引入废弃物收集室的一种或多种电解质的浓度不同于引入样品收集室的一种或多种电解质的浓度。
在一些实施例中，与样品装载室和/或其他室例如废弃物收集室和/或样品装载室连通的一个或多个通道预装载有凝胶。在一些实施例中，凝胶是琼脂糖和/或PAGE。例如，可在将样品引入样品装载室之前或之后将凝胶注入一个或多个通道(或具有一个或多个分支水平的分支通道)。在一些实施例中，将凝胶从贮存器泵入一个或多个通道(或分支通道)并通过与一个或多个通道(或分支通道的各个分支)流体连通的一个或多个导管。在一些实施例中，凝胶在一个或多个通道(或分支通道)内原位形成。在一些实施例中，凝胶用作筛分基质和/或过滤器以将多个珠粒保留在样品装载室内。
在一些实施例中，样品可以包括分子的一个或多个子集或亚群。在一些实施例中，可取的是将一个或多个分子子集的第一子集从分子的剩余子集中分离出来。在一些实施例中，分子的第一子集被官能化以提供官能化分子的第一子集。在一些实施例中，分子的第一子集通过在适当的试剂中使分子的第一子集发生反应而被官能化，该试剂选择性地仅与样品中的分子的第一子集发生反应。举例而言，试剂可以是与分子的第一子集选择性杂交的寡核苷酸(或不同寡核苷酸的库)，并且其中寡核苷酸(或不同寡核苷酸的库)包括能够与第二反应性部分反应的第一反应性部分，诸如官能化珠粒的第二反应性部分。以这种方式，分子的第一子集被第一部分官能化，使得它可以与官能化珠粒的第二部分反应。
在一些实施例中，官能化分子的第一子集在将输入样品引入分离导管之前生成。例如，分子的第一子集可以在上游反应器皿或室中被官能化并被传送到样品装载室，有或没有任何预先纯化步骤。
在一些实施例中，第一部分可以包括生物素，以结合包括亲和素或链霉亲和素的官能化珠粒的第二部分。在其他实施例中，第一部分可以包括巯基化的分子，以结合包括金颗粒的官能化珠粒的第二部分。在又一些实施例中，第一部分可以包括氨基封端的分子，以结合NHS活化的底物。
在一些实施例中，第一部分包括固定化抗体，其可以用于结合包括或缀合至特定抗原分子的官能化珠粒的第二部分。在其他实施例中，第一部分包括可用于结合官能化珠粒的第二部分的抗原分子，其中第二部分包括固定化抗体。
在一些实施例中，第一部分包括酶，其可以用于结合包括或缀合至特定酶底物的官能化珠粒的第二部分。在其他实施例中，第一部分包括用于酶的底物，其可用于结合官能化珠粒的第二部分，其中第二部分包括酶。
在一些实施例中，第一部分包括受体，其可以用于结合包括或缀合至特定受体配体的官能化珠粒的第二部分。在其他实施例中，第一部分包括一个或多个受体配体，其可用于结合官能化珠的第二部分，其中第二部分包括受体。
在一些实施例中，第一部分包括凝集素，其可用于结合包括或缀合至特定多糖的官能化珠粒的第二部分。在其他实施例中，第一部分包括一种或多种多糖，其可用于结合官能化珠的第二部分，其中第二部分包括或缀合至一种或多种凝集素。
在一些实施例中，引入到样品装载室的样品中包含的第一子集的官能化分子结合到预装载到样品装载室中的珠粒以形成结合珠粒的分子(步骤510)。在一些实施例中，反应在不引入任何额外的流体和/或试剂的情况下进行。在其他实施例中，一种或多种流体(例如，缓冲液)与样品一起引入；和/或将一种或多种试剂与样品一起引入。
在一些实施例中，引入的样品与珠粒一起温育约1分钟至约1500分钟。在一些实施例中，引入的样品与珠粒一起温育约1分钟至约1000分钟。在一些实施例中，引入的样品与珠粒一起温育约1分钟至约500分钟。在一些实施例中，引入的样品与珠粒一起温育约1分钟至约250分钟。在一些实施例中，引入的样品与珠粒一起温育约1分钟至约100分钟。在其他实施例中，引入的样品与珠粒一起温育约5分钟至约60分钟。在一些实施例中，温育发生在高于室温的温度下，例如在至少约30℃或更高的温度下、在至少约35℃或更高的温度下、在至少约45℃或更高的温度下、在至少约50℃或更高的温度下，等等。
在引入的样品中，不包括适当官能化的其他分子子集，即适当的第一反应部分，不与样品装载室中预装载的珠粒结合。因此，样品装载室将包括结合珠粒的分子、未结合的非官能化分子和/或杂质。
在结合珠粒的分子形成之后，未结合的非官能化分子和/或杂质从样品装载室中移除(步骤511)。在一些实施例中，未结合的非官能化分子和/或杂质从样品装载室通过分支通道输送到另一个室，例如废弃物收集室。这可以通过在样品装载室和分离导管的另一个室例如废弃物收集室之间建立电场来实现。
例如，通过在样品装载室和废弃物收集室之间施加电场，促使未结合的分子和/或杂质从样品装载室移动到废弃物收集室。在一些实施例中，控制系统指示开关“打开”(即，打开电流路径)以允许电流在与样品装载室连通的第一电极和与废弃物收集室连通的第二电极之间流动。例如，样品装载室和废弃物收集室之间建立的电流范围可以在约10mA至约10A之间。在其他实施例中，建立的电流范围在10mA至5A之间。在其他实施例中，建立的电流范围在10mA和1A之间。在其他实施例中，建立的电流范围在10mA和500mA之间。在其他实施例中，建立的电流范围在10mA和100mA之间。在其他实施例中，样品装载室和废弃物收集室之间建立的电压范围可以在约10V至约10kV之间。在其他实施例中，样品装载室和废弃物收集室之间建立的电压范围可以在约10V至约5kV之间。在其他实施例中，样品装载室和废弃物收集室之间建立的电压范围可以在约10V至约1kV之间。在其他实施例中，样品装载室和废弃物收集室之间建立的电压范围可以在约10V至约500V之间。在其他实施例中，样品装载室和废弃物收集室之间建立的电压范围可以在约10V至约250V之间。在其他实施例中，样品装载室和废弃物收集室之间建立的电压范围可以在约10V至约100V之间。
在一些实施例中，收集的未结合的非官能化分子和/或杂质可以进一步从废弃物收集室传送到与其连通的另一个器皿。例如，传送到废弃物收集室的收集的未结合的非官能化分子和/或杂质可以经由导管泵送到另一个器皿。
在一些实施例中，可以监测被传送出室的未结合的非官能化分子和/或杂质，诸如用照相机，例如，荧光照相机，以确定是否基本上所有未结合的分子和/或杂质已被去除。在一些实施例中，可以利用具有激光源的荧光照相机来监控样品装载室、传送通道和废弃物收集室，诸如从未结合的分子和/或杂质发出的荧光信号，并且该信号可以反馈到控制系统，以控制在与室连通的电极之间流动的电流量，或者停止电流流动(即，‘关闭’电流流动路径)。例如，当分子通过通道传送时，与之通信的反馈控制装置(例如，荧光检测器)可用于检测和/或定量废弃物流中的未结合分子和/或杂质。
在其他实施例中，反馈控制装置是电导率检测器191(诸如与样品装载室、传送通道和/或废弃物收集室中的任何一个连通的装置，例如图2J中描绘的)，也可以用于检测由局部分子组成引起的局部pH值变化，并且再次获得的pH值数据可用于反馈控制。
在一些实施例中，可任选地将一种或多种试剂引入样品装载室，以衍生化结合珠粒的分子，例如，进一步使结合珠粒的分子与引入的试剂反应，诸如与通过与其连通的导管引入样品装载室的试剂反应。在一些实施例中，杂质和/或过量试剂可通过再次在样品装载室和废弃物收集室之间建立电场(例如，电势)来去除，如上所述。一种或多种结合珠粒的分子的反应过程可重复任意次数以合成任何所需分子。例如，该过程可以重复一次、两次或更多次、三次或更多次等。在一些实施例中，反应允许引入一个或多个分子条形码、标签、标记(例如，可检测标记物)等。
在去除未结合的非官能化分子和/或传送到废弃物收集室的杂质之后，结合珠粒的分子从珠粒上释放(步骤512)。在一些实施例中，结合珠粒的分子被化学释放。例如，可以将流体和/或试剂引入样品装载室以实现结合珠粒的分子的释放。在一些实施例中，结合珠粒的分子与试剂一起温育预定量的时间。在一些实施例中，孵育期可以在约15秒至约90分钟之间的范围内。在一些实施例中，孵育期可以在约1分钟至约60分钟之间的范围内。在其他实施例中，孵育期可以在约1分钟至约20分钟之间的范围内。
在一些实施例中，结合珠粒的分子包括化学不稳定基团。在一些实施例中，结合珠粒的分子包括可切割基团。可化学切割基团的非限制性实例包括基于二硫键的基团；重氮苯基团(例如2-(2-烷氧基-4-羟基-苯偶氮基)；苯甲酸支架；基于酯键的基团；和酸敏感基团(例如二烷氧基二苯基硅烷基团或酰基腙基团)。亲电切割的基团(例如，对烷氧基苄基酯和对烷氧基苄基酰胺)被认为被质子切割，并且包括对酸敏感的切割。
在其他实施例中，结合珠粒的分子包括酶解基团。在一些实施例中，酶解基团包括胰蛋白酶可切割基团或蛋白酶可切割基团。在一些实施例中，该基团可以被尿嘧啶-N-糖基化酶、核糖核酸酶A、β-葡糖醛酸酶、β-半乳糖苷酶或TEV-蛋白酶之一酶促切割。在一些实施例中，结合珠粒的分子与酶一起温育预定量的时间。在一些实施例中，孵育期可以在约15秒至约90分钟之间的范围内。在一些实施例中，孵育期可以在约1分钟至约60分钟之间的范围内。在其他实施例中，孵育期可以在约1分钟至约20分钟之间的范围内。
在其他实施例中，结合珠粒的分子在温度变化时被释放。例如，结合珠粒的分子可以包括热不稳定基团。在一些实施例中，控制系统可以命令一个或多个热调节模块将样品装载室和其中的结合珠粒的分子加热到约30℃至约95℃之间的温度范围。在其他实施例中，控制系统可以命令一个或多个热调节模块模块将样品装载室和其中的结合珠粒的分子加热至约40℃至约70℃之间的温度范围。在其他实施例中，控制系统可以命令一个或多个热调节模块将样品装载室和其中的结合珠粒的分子加热至约45℃至约70℃之间的温度范围。在其他实施例中，控制系统可以命令一个或多个热调节模块将样品装载室和其中的结合珠粒的分子加热至约47℃至约65℃之间的温度范围。在又一实施例中，控制系统可以命令一个或多个热调节模块将样品装载室和其中的结合珠粒的分子加热到约30℃至约95℃之间的温度范围。在一些实施例中，控制系统命令与样品装载室连通的一个或多个热调节模块将样品装载室和/或珠子结合的分子加热至核酸分子的两条杂交链变性的温度，例如90℃至约95℃。
在其他实施例中，结合珠粒的分子包括光可切割基团。在一些实施例中，光可切割基团可以在暴露于波长在约200nm至约400nm(UV)或在约400nm至约800nm(可见)之间的电磁辐射源时即被切割。合适的可光切割基团的实例包括但不限于芳基羰基甲基(例如，4-乙酰基-2-硝基苄基、二甲基苯甲酰基(DMP))；2-(烷氧基甲基)-5-甲基-α-氯苯乙酮、2，5-二甲基苯甲酰基环氧乙烷、苯偶姻基团(例如，3′，5′-二甲氧基苯偶姻(DMB))、邻硝基苄基团(例如，1-(2一硝基苯基)乙基(NPE)、1-(甲氧基甲基)-2-硝基苯、4，5二甲氧基-2-硝基苄基(DMNB)、α-羧基硝基苄基(α-CNB))；邻硝基-2-苯乙氧基羰基(例如，1-(2-硝基苯基)乙氧基羰基和2-硝基-2-苯乙基衍生物)；邻硝基苯胺(例如酰化5-溴-7-硝基二氢吲哚)；香豆素-4-基-甲基基团(例如，7-甲氧基香豆素衍生物)；9-取代的呫吨和芳甲基基团(例如，邻羟基芳甲基)。在更进一步的实施方案中，结合珠粒的分子包括可光切割基团，该基团在暴露于波长为约700nm至约1000nm的电磁辐射源时可被断裂。合适的可近红外光切割基团包括花菁基团，包括C4-二烷基胺取代的七甲川菁。
在这些实施例中，控制系统可以命令电磁辐射源以预定波长用电磁辐射照射样品装载室和/或其中提供的结合珠粒的分子以预定量的时间，并且以预确定的强度。
结合珠粒的分子释放之后，收集释放的分子(步骤513)。在一些实施例中，释放的分子通过将释放的分子通过通道(例如分支通道)传送到另一个室，例如样品收集室来收集。这可以通过在样品装载室和分离导管的另一个室例如样品收集室之间建立电场来实现。例如，通过在样品装载室和样品收集室之间施加电场，促使释放的分子从样品装载室移动到样品收集室。在一些实施例中，控制系统指示开关“打开”(即，打开电流路径)以允许电流在与样品装载室连通的第一电极和与样品收集室连通的第二电极之间流动。例如，在样品装载室和样品收集室之间建立的电流可以在约10mA至约10A之间的范围内。在其他实施例中，建立的电流范围在10mA和5A之间。在其他实施例中，建立的电流范围在10mA和1A之间。在其他实施例中，建立的电流范围在10mA和500mA之间。在其他实施例中，建立的电流范围在10mA和100mA之间。在其他实施例中，在样品装载室和样品收集室之间建立的电压可以在约10V至约10kV之间的范围内。在其他实施例中，在样品装载室和样品收集室之间建立的电压可以在约10V至约5kV之间的范围内。在其他实施例中，在样品装载室和样品收集室之间建立的电压可以在约10V至约1kV之间的范围内。在其他实施例中，在样品装载室和样品收集室之间建立的电压可以在约10V至约500V之间的范围内。在其他实施例中，在样品装载室和样品收集室之间建立的电压可以在约10V至约250V之间的范围内。在其他实施例中，在样品装载室和样品收集室之间建立的电压可以在约10V至约100V之间的范围内。
在一些实施例中，所收集的释放的分子然后可进一步从样品收集室传送到与其连通的另一个器皿。例如，传送到样品收集室的释放的分子可以通过导管泵送到另一个器皿。
在其他实施例中，收集的释放分子可用于下游过程，例如PCR、dPCR、测序、流式细胞术等。释放的靶分子然后可用于一个或多个下游过程，例如，测序、扩增、进一步耦合等。在一些实施例中，可以根据本领域普通技术人员已知的任何方法进行测序。在一些实施例中，测序方法包括Sanger测序和染料终止子测序，以及下一代测序技术，诸如焦磷酸测序、纳米孔测序、基于微孔的测序、纳米球测序、MPSS、SOLiD、Illumina、Ion Torrent、Starlite、SMRT、tSMS、边合成边测序、边连接边测序、质谱测序、聚合酶测序、RNA聚合酶(RNAP)测序、基于显微镜的测序、微流控Sanger测序、基于显微镜的测序，RNAP测序等。例如，测序的仪器和方法在PCT公开号WO2014144478、WO2015058093、WO2014106076和WO2013068528中公开，其公开内容通过引用整体并入本文。
使用电泳装置进行靶富集
本公开还涉及通过富集核酸样品中的特定核酸靶序列来降低核酸样品的复杂性的方法。在一些实施例中，本公开涉及使用寡核苷酸探针的文库富集核酸样品中的特定靶序列的方法。然后可以将富集特定靶序列的核酸样品用于下游测序操作。在一些实施例中，方法在减轻交叉污染和/或样品损失风险的封闭系统中进行。在一些实施例中，本文描述的方法不需要移液步骤并且因此防止或减轻珠粒损失、样品损失和/或污染。
在一些实施例中，本公开涉及使用本文所述的任何一种电泳装置进行靶富集的方法。本公开还涉及使用靶富集样品进行测序的方法，诸如使用本文所述的任何一种电泳装置制备的靶富集样品。在一些实施例中，靶测序通常能够检测选定基因组或基因组区域中的已知和新变体。在一些实施例中，靶富集样品使用下一代测序进行测序。例如，当目标核酸序列的样品溶液被引入预装载有多个官能化珠粒的分离导管的样品装载室时，目标核酸通过各种化学物质结合到珠粒表面上。在一些实施例中，然后可以去除未结合的非靶核酸和杂质，同时目标核酸保持与官能化珠粒结合。在一些实施例中，目标核酸从珠粒中释放，然后收集释放的核酸并测序。
在一些实施例中，并参考图6，靶标富集包括获得基因组样品(步骤610)。在一些实施例中，获得的基因组样品是源自哺乳动物受试者的样品，例如人受试者。在一些实施例中，获得的基因组样品是从哺乳动物受试者获得的血液样品，或血浆样品，例如，从人受试者获得的血液样品或血浆样品。在一些实施例中，获得的基因组样品是无细胞核酸的形式。在一些实施例中，获得的无细胞核酸形式的基因组样品包括DNA和/或RNA。在一些实施例中，无细胞DNA的大小通常在约200bp至约130bp之间的范围内。在一些实施例中，无细胞DNA的大小通常在约190bp至约140bp之间的范围内。在一些实施例中，无细胞DNA的大小通常在约180bp至约150bp之间的范围内。无细胞核酸的非限制性示例包括存在于母体血液和血浆中的循环肿瘤DNA(ctDNA)和胎儿无细胞DNA。在一些实施例中，本公开还涵盖各种类型的无细胞RNA的分离。
替代地，在一些实施例中，靶富集包括获得基因组样品，例如从人类患者获取的基因组DNA样品。在一些实施例中，将获得的基因组样品剪切成片段以提供核酸片段群。在一些实施例中，使用机械(例如，雾化或超声)和/或酶促片段化(例如，限制性内切核酸酶)来实现获得的基因组样品的剪切。
在一些实施例中，生成的核酸片段是随机大小的。在一些实施例中，生成的核酸片段具有小于约1000个碱基对的长度。在其他实施例中，生成的核酸片段包括具有长度在约100至约1000个碱基对之间的序列大小的序列片段。在又一些实施例中，生成的核酸片段包括长度在约500至约750个碱基对之间的序列大小的序列片段。在一些实施例中，然后经由连接反应将衔接子(诸如包括特定条形码序列的那些)添加到核酸群中。
在获得基因组样品(和/或获得的基因组样品的任选片段化)之后，在一些实施例中，将寡核苷酸探针库(诸如与一对特异性结合实体的第一成员缀合的寡核苷酸探针)引入获得的基因组样本或核酸片段群。在一些实施例中，将寡核苷酸探针库引入包括获得的基因组样品或核酸片段群的缓冲溶液中。在一些实施例中，寡核苷酸探针是能够与基因组样品或核酸片段群内的互补核酸序列杂交的核酸序列参考群。在一些实施例中，寡核苷酸探针被设计为靶向基因组样品或核酸片段群体内的所需基因、外显子和/或其他目标基因组区域。在一些实施例中，选择寡核苷酸探针，使得寡核苷酸探针涉及作为非限制性示例的一组目标基因、基因组的所有外显子、特定目标遗传区域、疾病或生理状态等。
在一些实施例中，寡核苷酸探针是DNA捕获探针。在一些实施例中，DNA捕获探针包括Roche SeqCap EZ Probes库(可从Roche Sequencing and Life Sciences，Indianapolis，IND获得)。在一些实施例中，Roche SeqCap EZ Probes库包括溶液中不同生物素化单链DNA寡核苷酸的混合物，每一种都有特定序列，其中单个寡核苷酸的长度可以在约50个核苷酸至约100个核苷酸的范围内，通常的大小约为75个核苷酸。在一些实施例中，Roche SeqCap EZ Probe Pool可以用于序列捕获实验以与DNA测序文库的靶向互补片段杂交，从而在测序之前相对于相同DNA测序文库的非靶向片段捕获和富集它们。DNA测序文库可以由基因组DNA构建用于基因组分析，或由从RNA或mRNA制备的cDNA构建用于转录组分析，并且它可以由任何生物体物种的DNA或cDNA构建，可以从该任何生物体物种中提取这些核酸。
在一些实施例中，寡核苷酸探针与基因组样品内的互补核酸的第一子集或核酸片段群内的核酸片段杂交，该核酸片段包括所需基因、外显子和/或其他目标基因组区域以形成具有一对特异性结合实体的第一成员的靶标-探针复合物。在一些实施例中，分别在不包括所需基因、外显子和/或其他目标基因组区域的获得的基因组样品或核酸片段的溶液内的核酸或核酸片段的第二子集不形成靶标-探针复合物并且被称为“脱靶核酸”或“脱靶片段”。因此，在引入寡核苷酸探针之后，用于富集的任何溶液都可以包括形成的靶标-探针复合物、脱靶核酸或脱靶片段和/或游离探针(假设向包括衔接子连接的DNA片段的任何溶液提供了过量的寡核苷酸探针)。在一些实施例中，用于富集的溶液在缓冲溶液中提供。
在一些实施例中，将寡核苷酸探针引入到预装载在电泳装置(例如本文所述的任何电泳装置)的分离导管的样品装载室内的基因组样品中。在这些实施例中，用于富集的溶液在样品装载室内形成。随后，可将多个珠粒，例如多个官能化珠粒，引入溶液中以富集存在于样品装载室内的溶液。
在其他实施例中，寡核苷酸探针在上游过程中与基因组样品反应，然后将所得溶液本身传送至电泳装置的分离导管的样品装载室中以进行富集。
在一些实施例中，用于富集的溶液，包括形成的靶标-探针复合物、脱靶核酸和/或脱靶片段，被引入电泳装置的分离导管的样品装载室。在一些实施例中，样品装载室预装载有多个珠粒，例如多个官能化珠粒。在一些实施例中，本文所述的任何电泳装置可以用于靶富集。在一些实施例中，电泳装置包括不具有移动部分的分离导管，例如，没有移动机械部分。
在一些实施例中，预装载到样品装载室中的多个珠粒是非磁性的。在其他实施例中，预装载到样品装载室中的多个珠粒是磁性的。在一些实施例中，多个珠粒中的每个珠粒用特异性结合实体对的多个第二成员(例如，亲和素或链霉亲和素)官能化。在一些实施例中，样品装载室可以预装载有约10至约10,000个之间的官能化珠粒。在其他实施例中，样品装载室可以预装载有约10至约1000个之间的官能化珠粒。在又一些实施例中，样品装载室可以预装载有约10至约150个之间的官能化珠粒。
不管用于富集的溶液是在样品装载室内形成还是引入到样品装载室内，靶标-探针复合物的特异性结合实体对的第一成员与官能化珠粒的特异性结合实体对的第二成员反应，使得用于富集的溶液内的靶标-探针复合物与分离导管的样品装载室内的珠粒结合(步骤612)。同样，在一些实施例中，用于富集的溶液中任何游离探针的特异性结合实体对的第一成员与官能化珠粒结合。以这种方式，靶标-探针复合物和/或游离探针与室内的官能化珠粒结合。因此，室内的珠粒包括固定化(即，结合珠粒的)靶标-探针复合物和游离探针。在一些实施例中，反应室内还包括未结合的脱靶核酸或脱靶片段。
在一些实施例中，使靶标-探针复合物有时间与官能化珠粒一起孵育。在一些实施例中，孵育期可以在约1分钟至约120分钟之间的范围内。在一些实施例中，孵育期可以在约1分钟至约60分钟之间的范围内。在其他实施例中，孵育期可以在约1分钟至约40分钟之间的范围内。在又一些实施例中，孵育期可以在约1分钟至约20分钟之间的范围内。
在靶标-探针复合物与官能化珠粒结合和/或游离探针与珠粒结合之后，然后从分离导管的样品装载室中去除未结合的脱靶核酸、脱靶片段、试剂和/或杂质(步骤613)。在一些实施例中，去除不与引入到用于富集的溶液中的任何寡核苷酸探针互补的脱靶片段富集了剩余的固定的靶基因组材料。
在一些实施例中，未结合的非官能化分子和/或杂质从样品装载室通过分支通道输送到另一个室，例如废弃物收集室。这可以通过在样品装载室和分离导管的另一个室例如废弃物收集室之间建立电场来实现。
在一些实施例中，所使用的电泳装置的分离导管的室和/或通道预装载有一种或多种凝胶和/或电解组合物。例如，在一些实施例中，与样品装载室和/或分离导管的其他室例如废弃物收集室和/或样品装载室连通的一个或多个通道预装载有凝胶。在一些实施例中，凝胶是琼脂糖和/或PAGE。例如，可在将样品引入样品装载室之前或之后将凝胶注入一个或多个通道(或具有一个或多个分支水平的分支通道)。在一些实施例中，将凝胶从贮存器泵入一个或多个通道(或分支通道)并通过与一个或多个通道(或分支通道的各个分支)流体连通的一个或多个导管。在一些实施例中，凝胶在一个或多个通道(或分支通道)内原位形成。在一些实施例中，凝胶用作筛分基质和/或过滤器以将多个珠粒保留在样品装载室内。
在一些实施例中，电泳装置的分离导管的室也预装载有一种或多种电解质。在一些实施例中，分离导管的一个或多个收集室预装载有约0.2mL至约1000mL之间的一种或多种电解质。在其他实施例中，分离导管的一个或多个收集室被预装载在约1mL至约500mL之间的一种或多种电解质内。在一些实施例中，一种或多种电解质各自是前导电解质。在一些实施例中，一种或多种电解质选自HCl-组氨酸、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)。在一些实施例中，废弃物收集室和样品收集室中的每一个都预装载在一种或多种电解质内，例如，一种或多种前导电解质。在一些实施例中，引入废弃物收集室的一种或多种电解质与引入样品收集室的电解质相同。在其他实施例中，引入废弃物收集室的一种或多种电解质与引入样品收集室的那些不同。
在一些实施例中，样品装载室还预装载有一种或多种电解质。或者，可在引入待纯化的样品之后将一种或多种电解质引入样品装载室。在一些实施例中，样品装载室被预装载在约1μL至约100μL之间的一种或多种电解质内。在其他实施例中，样品装载室被预装载在约0.01mL至约10mL之间的一种或多种电解质内。在一些实施例中，一种或多种电解质各自是尾随电解质。在一些实施例中，一种或多种电解质选自TAPS-TRIS、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)。在一些实施例中，多个珠粒和一种或多种电解质作为混合物被引入样品装载室。在一些实施例中，电解质在样品/珠粒装载之前被预装载。在其他实施例中，电解质在装载到装置中之前与样品/珠粒预混合。
在一些实施例中，通过在样品装载室和废弃物收集室之间施加电场，促使未结合的脱靶核酸、脱靶片段、试剂和/或杂质从样品装载室移动到废弃物收集室。在一些实施例中，控制系统指示开关“打开”(即，打开电流路径)以允许电流在与样品装载室连通的第一电极和与废弃物收集室连通的第二电极之间流动。例如，样品装载室和废弃物收集室之间建立的电流范围可以在约10mA至约10A之间。在其他实施例中，建立的电流范围在10mA和5A之间。在其他实施例中，建立的电流范围在10mA和1A之间。在其他实施例中，建立的电流范围在10mA和500mA之间。在其他实施例中，建立的电流范围在10mA和100mA之间。在其他实施例中，样品装载室和废弃物收集室之间建立的电压范围可以在约10V至约10kV之间。在其他实施例中，样品装载室和废弃物收集室之间建立的电压范围可以在约10V至约5kV之间。在其他实施例中，样品装载室和废弃物收集室之间建立的电压范围可以在约10V至约1kV之间。在其他实施例中，样品装载室和废弃物收集室之间建立的电压范围可以在约10V至约500V之间。在其他实施例中，样品装载室和废弃物收集室之间建立的电压范围可以在约10V至约250V之间。在其他实施例中，样品装载室和废弃物收集室之间建立的电压范围可以在约10V至约100V之间。
在从分离导管的室中去除基本上所有脱靶核酸、脱靶片段、试剂和/或杂质之后，将靶分子或靶分子复合物从样品装载室中去除。在一些实施例中，靶分子从珠粒中释放出来(步骤614)并随后被收集(步骤615)。在一些实施例中，靶分子或靶分子复合物通过将化学品或酶引入样品装载室来释放。在其他实施例中，靶分子或靶分子复合物通过用电磁辐射照射样品装载室或通过加热样品装载室来释放。
在其他实施例中，引入试剂(例如，酶)以实现释放。合适的酶的示例包括胰蛋白酶(其在赖氨酸和精氨酸残基的羧基端部切割肽键)和梭菌蛋白酶(其在精氨酸残基的羧基侧切割)。在一些实施例中，使试剂有时间与结合珠粒的靶标-探针复合物和/或结合珠粒的游离探针一起孵育。在一些实施例中，孵育期可以在约1分钟至约60分钟之间的范围内。在其他实施例中，孵育期可以在约1分钟至约40分钟之间的范围内。在又一些实施例中，孵育期可以在约1分钟至约20分钟之间的范围内。
在一些实施例中，电泳装置的控制系统可以命令一个或多个热调节模块加热样品装载室和其中的靶分子或靶分子复合物以从约30℃至约95℃之间的温度范围。在其他实施例中，控制系统可以命令一个或多个热调节模块加热样品装载室和其中的靶分子或靶分子复合物至从约40℃至约70℃之间的温度范围。在又一些实施例中，控制系统可以命令一个或多个热调节模块加热样品装载室和其中的靶分子或靶分子复合物从约45℃至约65℃的温度范围。在一些实施例中，控制系统命令与样品装载室连通的一个或多个热调节模块将样品装载室和/或靶分子或靶分子复合物加热至核酸分子的两条杂交链变性的温度，例如90℃至约95℃。
释放靶分子或靶分子复合物后，收集靶分子或靶分子复合物。在一些实施例中，通过将释放的分子通过通道(诸如分支通道)传送到另一个室，例如样品收集室，来收集释放的分子(步骤615)。这可以通过在样品装载室和分离导管的另一个室例如样品收集室之间建立电场来实现。例如，通过在样品装载室和样品收集室之间施加电场，促使靶分子或靶分子复合物从样品装载室移动到样品收集室。在一些实施例中，控制系统指示开关“打开”(即，打开电流路径)以允许电流在与样品装载室连通的第一电极和与样品收集室连通的第二电极之间流动。例如，在样品装载室和样品收集室之间建立的电流可以在约10mA至约10A之间的范围内。在其他实施例中，建立的电流范围在10mA和5A之间。在其他实施例中，建立的电流范围在10mA和1A之间。在其他实施例中，建立的电流范围在10mA和500mA之间。在其他实施例中，建立的电流范围在10mA和100mA之间。在其他实施例中，在样品装载室和样品收集室之间建立的电流可以在约10V至约10kV之间的范围内。在其他实施例中，在样品装载室和样品收集室之间建立的电流可以在约10V至约5kV之间的范围内。在其他实施例中，在样品装载室和样品收集室之间建立的电流可以在约10V至约1kV之间的范围内。在其他实施例中，在样品装载室和样品收集室之间建立的电流可以在约10V至约500V之间的范围内。在其他实施例中，在样品装载室和样品收集室之间建立的电流可以在约10V至约250V之间的范围内。在其他实施例中，在样品装载室和样品收集室之间建立的电流可以在约10V至约100V之间的范围内。
在一些实施例中，收集的靶分子或靶分子复合物分子然后可以进一步从样品收集室传送到与其连通的另一个器皿。例如，传送到样品收集室的靶分子或靶分子复合物可以通过导管泵送到另一个器皿。
在其他实施例中，收集的靶分子或靶分子复合物可用于下游过程，例如PCR、dPCR、ddPCR、测序、流式细胞术等。在一些实施例中，可以根据本领域普通技术人员已知的任何方法进行测序。
在电泳装置的分离导管内进行的反应/固态合成
在一些实施例中，本公开提供了在电泳装置的分离导管中进行一个或多个固相反应的方法。一般而言，在本公开的电泳装置的分离导管中进行一个或多个固相反应的方法包括(i)将输入样品中的适当官能化分子的子集结合到分离导管的样品装载室内存在的官能化珠粒上；(ii)将未结合的分子和/或杂质传送到废弃物收集室；(iii)从珠粒上释放结合的分子；以及(iv)将释放的分子传送到样品收集室。在一些实施例中，可以可选地将一种或多种试剂引入分离导管的样品装载室中以衍生化与官能化珠粒结合的分子的子集。在其他实施例中，释放的分子被传送到中间室，在那里它们可以与一种或多种试剂反应。然后可以将该反应的产物传送到样品收集室。
例如，与珠粒结合的分子可以是寡核苷酸并且试剂可以包括用于缀合的核苷酸或短寡核苷酸。再例如，与珠粒结合的分子可以是肽，并且试剂可以包括用于缀合的氨基酸或短肽。在一些实施例中，与珠粒结合的分子可以是DNA或RNA适体；并且试剂可以包括与表面固定化的适体分子特异性结合的小分子、肽、蛋白质或细胞。一种或多种不同的反应可以依次发生。
在已经进行了所有所需反应之后，然后将与珠粒结合的分子的子集从珠粒中释放并且随后收集。在一些实施例中，然后释放的分子的子集可以用于一个或多个下游过程。
实例
示例1-装置结构和装载
图7描绘了电泳装置，其包括分别用于样品装载、废弃物和样品收集的三个不同室，其通过分支通道相互连接。在一些实施例中，通道可以填充有凝胶(例如，琼脂糖、PAGE)，其可以用作筛分基质和/或过滤器以将珠粒保留在样品装载室内。电解质，即导电介质，可以装载到废弃物和样品收集室中，而悬浮在电解质中的捕获珠粒(例如，链霉亲和素包被的磁性或非磁性聚合物珠粒)被装载到样品装载室中。然后可以将包含靶和非靶分子/复合物的样品混合物装载到样品装载室中，然后在恒定温度下将其与珠粒一起温育。在温育期间，目标分子/复合物可以通过共价(例如，羧基胺)或亲和结合(例如，链霉亲和素-生物素)结合到珠粒表面。温育后，可在样品装载室和废弃物收集室之间施加电流，在此期间未结合的非目标分子和其他带电杂质通过凝胶电泳移动并进入废弃物收集室。随后，为下一个洗脱步骤关闭电场，其中目标分子/复合物可以从珠粒表面释放，这可以通过酶促或热发生。随后可以将电流路径切换到样品收集室和样品装载室之间，由此释放的靶分子/复合物电迁移到样品收集室中。
示例2-装置结构和分子输送
电泳装置可以通过使用双面粘合剂层压多层激光切割塑料片(例如，PMMA)来制造。对第一个原型电泳装置进行了测试，以证明其使用等速电泳进行分子输送的功能。首先用20mM前导电解质(LE)缓冲液(20mM HCl-组氨酸)制备的1％琼脂糖凝胶填充分支传送通道。然后废弃物和样品收集室都充满10o mL的LE(100mM HCl-组氨酸)。然后将掺有亮蓝色染料(其电泳迁移率与DNA相似)的50mM尾随电解质(TE)缓冲液(50mM TAPS-TRIS)装入样品装载室。当在样品装载室(图9)和废弃物收集室之间施加电流时，蓝色条带表明染料分子在通道分叉区域附近5分钟后形成并开始向废弃物收集室迁移。随着时间的推移，观察到条带变暗变粗，代表等速电泳的聚焦效应。
示例3-Ayenio ctDNA靶标富集
在Avenio ctDNA(循环肿瘤DNA)分析工作流程中，文库中目标的靶DNA分子与捕获面板中的生物素化探针库杂交。当该杂交样品被装载到样品装载室中并与链霉亲和素包被的珠粒一起温育时，靶标-探针复合物和游离探针通过链霉亲和素-生物素结合而结合到珠粒表面。然后通过在这两个室之间施加电场，将脱靶分子从样品装载室电泳输送到废弃物收集室。洗涤步骤之后，使用温度诱导的熔化或酶促切割从珠粒表面释放靶分子或靶标-探针复合物。对于热释放，将样品装载室的温度升高到95℃以使附着在珠粒表面的探针的目标链变性。对于特异性酶促切割，将尿嘧啶置于探针序列和生物素之间。洗涤后，将珠粒与USER酶一起温育以切割尿嘧啶位点并从珠粒表面释放靶标-探针复合物。然后通过在样品装载和收集室之间施加电流将释放的靶分子或靶标-探针复合物输送到样本收集室中。样品收集室中的洗脱液最终通过移液回收并传送用于后续处理，例如，测序。
本说明书中提到的和/或申请数据表中列出的所有美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请以及非专利公开通过引用整体并入本文。如有必要，可对实施例的各个方面进行修改，从而采用各类专利、申请和公开的概念来提供其他进一步的实施例。
尽管已经参照一些说明性实施例描述了本公开，但应当理解，本领域技术人员可以在本公开原则的精神和范围内设计出许多其他的修改和实施例。更具体地，在不违背本公开的精神的情况下，在上述公开、附图和所附权利要求的范围内，所述主题组合排列的组成部分和/或布置可以进行合理的变化和修改。除了在所述组成部分和/或布置中的变化和修改外，对于本领域技术人员来说，替代用途也将是显而易见的。
Claims (71)
1.一种电泳装置，其包括：一个或多个可独立操作的分离导管；其中
所述一个或多个可独立操作的分离导管中的每一者包括至少一个样品装载室、至少一个废弃物收集室和至少一个样品收集室，其中所述至少一个样品装载室、所述至少一个废弃物收集室和所述至少一个样品收集室通过分支传送通道彼此流体耦接；并且其中所述至少一个样品装载室与至少一个第一电极连通，所述至少一个废弃物收集室与至少一个第二电极连通，并且所述至少一个样品收集室与至少一个第三电极连通。
2.根据权利要求1所述的电泳装置，其进一步包括至少两条电迹线或导线。
3.根据权利要求2所述的电泳装置，其中所述至少两条电迹线或导线中的第一条将所述至少一个第一电极耦接到所述至少一个第二电极。
4.根据权利要求3所述的电泳装置，其中所述至少两条电迹线或导线中的第二条将所述至少一个第一电极耦接到所述至少一个第三电极。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电泳装置，其进一步包括控制系统。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电泳装置，其进一步包括一个或多个反馈控制装置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电泳装置，其进一步包括一个或多个加热和/或冷却模块。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电泳装置，其中所述至少一个样品装载室中的每一者的壁的第一部分包括与所述分支传送通道的入口连通的第一孔。
9.根据权利要求8所述的电泳装置，其中所述至少一个样品装载室包含多个珠粒。
10.根据权利要求9所述的电泳装置，其中所述第一孔小于所述至少一个样品装载室内的所述多个珠粒的平均直径。
11.根据权利要求9所述的电泳装置，其中所述壁的第二部分包括导管开口。
12.根据权利要求11所述的电泳装置，其中所述导管开口大于所述至少一个样品装载室内的所述多个珠粒的所述平均直径。
13.根据前述权利要求中任一项所述的电泳装置，其中所述电泳装置不包括机械移动部件。
14.根据前述权利要求中任一项所述的电泳装置，其中所述至少一个样品装载室包括范围介于约0.1μL至约5mL之间的容积。
15.根据权利要求14所述的电泳装置，其中所述至少一个样品装载室的所述容积的范围介于约0.1mL至约1 mL之间。
16.根据前述权利要求中任一项所述的电泳装置，其进一步包括两个样品收集室，其中所述两个样品收集室中的第一个与分支传送导管连通，并且其中所述两个样品收集室中的所述第一个通过中间通道与所述两个样品收集室中的第二个进一步连通。
17.根据前述权利要求中任一项所述的电泳装置，其中所述分支传送通道预装载有凝胶。
18.根据权利要求17所述的电泳装置，其中所述凝胶选自由琼脂糖和PAGE组成的组。
19.根据前述权利要求中任一项所述的电泳装置，其中所述至少一个废弃物收集室和所述至少一个样品收集室各自预装载有一种或多种电解质。
20.根据权利要求19所述的电泳装置，其中所述一种或多种电解质是一种或多种前导电解质。
21.根据权利要求20所述的电泳装置，其中所述一种或多种前导电解质选自由HCl-组氨酸、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)组成的组。
22.根据权利要求20所述的电泳装置，其中所述至少一个样品装载室包含一种或多种尾随电解质。
23.根据权利要求22所述的电泳装置，其中所述一种或多种尾随电解质选自由TAPS-TRIS、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)组成的组。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的电泳装置在制备靶富集样品中的用途。
25.一种系统，其包括根据权利要求1至23中任一项所述的电泳装置，以及测序装置。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述测序装置是下一代测序装置。
27.一种获得用于测序的靶核酸序列群的方法，其包括：(a)将寡核苷酸探针库引入到所获得的基因组样品以形成靶标-探针复合物，其中所述寡核苷酸探针库包含能够与所获得的基因组样品内的互补靶核酸序列杂交的参考核酸序列，并且其中所述寡核苷酸探针包含一对特异性结合实体中的第一成员；(b)将包含所形成的靶标-探针复合物的溶液引入到预装载有多个珠粒的分离导管的样品装载室以形成结合珠粒的靶标-探针复合物，其中所述多个珠粒用所述一对特异性结合实体中的第二成员官能化；(c)通过在所述样品装载室与废弃物收集室之间建立电场，将脱靶核酸转移到与所述样品装载室连通的所述废弃物收集室；以及(d)通过在所述样品装载室与样品收集室之间建立电场，将所述靶核酸转移到与所述样品装载室连通的所述样品收集室。
28.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括：从所述多个珠粒释放所述靶标-探针复合物。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所形成的靶标-探针复合物包含可切割部分。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述可切割部分可用酶切割。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述酶是特定于尿嘧啶的切除试剂酶。
32.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括：从所述靶标-探针复合物释放所述靶核酸。
33.根据权利要求32所述的方法，其中通过加热至少所述样品装载室来释放所述靶核酸。
34.根据权利要求27至33中任一项所述的方法，其中所述一对特异性结合实体中的所述第一成员是生物素。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述一对特异性结合实体中的所述第二成员是链霉亲和素。
36.根据权利要求27至35中任一项所述的方法，其中所述废弃物收集室和所述样品收集室两者都包括一种或多种电解质。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述一种或多种电解质是前导电解质。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述前导电解质选自由HCl-组氨酸、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)组成的组。
39.根据权利要求37所述的方法，其中所述样品装载室包含一种或多种尾随电解质。
40.根据权利要求39所述的方法，其中所述一种或多种尾随电解质选自由TAPS-TRIS、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)组成的组。
41.根据权利要求27至40中任一项所述的方法，其进一步包括：对所述靶核酸序列群进行测序。
42.根据权利要求27至41中任一项所述的方法，其中所获得的基因组样品是从哺乳动物受试者获得的血液样品或血浆样品。
43.根据权利要求27至41中任一项所述的方法，其中所获得的基因组样品包含无细胞核酸。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述无细胞核酸包括DNA或RNA。
45.根据权利要求43和44中任一项所述的方法，其中所述无细胞核酸具有范围介于约150bp至约180bp之间的平均大小。
46.根据权利要求27至41中任一项所述的方法，其中所获得的基因组样品包含循环肿瘤DNA (ctDNA)或胎儿无细胞DNA。
47.一种获得用于测序的靶核酸序列群的方法，其包括：(a)获得包含官能化分子的第一子集的样品，所述官能化分子包含第一反应性部分；(b)通过将所获得的样品引入到预装载有多个珠粒的样品装载室来形成结合珠粒的分子，其中所述多个珠粒中的每一者包含能够与所述第一反应性部分反应的第二反应性部分；(c)通过在所述样品装载室与废弃物收集室之间建立电场来通过预装载有凝胶的传送通道将非官能化分子和/或杂质从所述样品装载室传送到所述废弃物收集室；(d)从所述珠粒释放所述结合珠粒的分子；以及(e)通过在所述样品装载室与样品收集室之间建立电场来通过预装载有所述凝胶的所述传送通道将所释放的分子从所述样品装载室转移到所述样品收集室。
48.根据权利要求47所述的方法，其中所述第一反应性部分选自由生物素、抗原分子、酶底物、受体配体、多糖、巯基化分子和氨基封端的分子组成的组。
49.根据权利要求48所述的方法，其中所述第二反应性部分选自由链霉亲和素、抗体、酶、受体、凝集素、金颗粒和NHS活化部分组成的组。
50.根据权利要求47所述的方法，其中所述第一反应性部分是生物素，并且所述第二反应性部分是链霉亲和素。
51.根据权利要求47至50中任一项所述的方法，其中所述废弃物收集室和所述样品收集室两者都包括一种或多种电解质。
52.根据权利要求51所述的方法，其中所述一种或多种电解质是前导电解质。
53.根据权利要求52所述的方法，其中所述前导电解质选自由HCl-组氨酸、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)组成的组。
54.根据权利要求52所述的方法，其中所述样品装载室包含一种或多种尾随电解质。
55.根据权利要求54所述的方法，其中所述一种或多种尾随电解质选自由TAPS-TRIS、Tris/乙酸盐/EDTA (TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA (TBE)组成的组。
56.根据权利要求47至55中任一项所述的方法，其进一步包括：对所述靶核酸序列群进行测序。
57.一种试剂盒，其包括：根据权利要求1至23中任一项所述的电泳装置，以及一种或多种电解质。
58.根据权利要求57所述的试剂盒，其中所述一种或多种电解质是前导电解质。
59.根据权利要求58所述的试剂盒，其中所述前导电解质选自由HCl-组氨酸、Tris/乙酸盐/EDTA(TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)组成的组。
60.根据权利要求57所述的试剂盒，其中所述一种或多种电解质是尾随电解质。
61.根据权利要求60所述的试剂盒，其中所述一种或多种尾随电解质选自由TAPS-TRIS、Tris/乙酸盐/EDTA (TAE)和Tris/硼酸盐/EDTA(TBE)组成的组。
62.一种电泳装置，其包括：一个或多个可独立操作的分离导管；其中所述一个或多个可独立操作的分离导管中的每一者包括至少一个样品装载室、至少一个废弃物收集室和至少一个样品收集室，其中所述至少一个样品装载室、所述至少一个废弃物收集室和所述至少一个样品收集室通过分支传送通道彼此流体耦接；并且其中所述电泳装置进一步包括至少两个电极，其中所述至少两个电极中的第一个与所述至少一个废弃物收集室连通，并且其中所述至少两个电极中的第二个与所述至少一个样品收集室连通。
63.根据权利要求62所述的电泳装置，其进一步包括控制系统。
64.根据权利要求62至63中任一项所述的电泳装置，其进一步包括一个或多个反馈控制装置。
65.根据权利要求62至64中任一项所述的电泳装置，其进一步包括一个或多个加热和/或冷却模块。
66.根据权利要求62所述的电泳装置，其中所述至少一个样品装载室中的每一者的壁的第一部分包括与所述分支传送通道的入口连通的第一孔。
67.根据权利要求66所述的电泳装置，其中所述至少一个样品装载室包含多个珠粒。
68.根据权利要求67所述的电泳装置，其中所述第一孔小于所述至少一个样品装载室内的所述多个珠粒的平均直径。
69.一种电泳装置，其包括：一个或多个可独立操作的分离导管；其中
所述一个或多个可独立操作的分离导管中的每一者包括至少一个样品装载室、至少一个废弃物收集室和至少一个样品收集室，其中所述至少一个样品装载室、所述至少一个废弃物收集室和所述至少一个样品收集室通过分支传送通道彼此流体耦接；其中所述至少一个样品装载室和所述至少一个样品收集室彼此通信耦接，使得能够在所述至少一个样品装载室与所述至少一个样品收集室之间建立第一电场；并且其中所述至少一个样品装载室和所述至少一个废弃物收集室彼此通信耦接，使得能够在所述至少一个样品装载室与所述至少一个废弃物收集室之间建立第二电场。
70.一种试剂盒，其包括：根据权利要求1至23和62至69中任一项所述的电泳装置，以及测序装置。
71.根据权利要求70所述的试剂盒，其中所述测序装置是下一代测序装置。
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