CN2478110Y - 全自动基因测序仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种梳状反应载体,采取样品制备方法,测序方法相结合,应用于生物,医学,食品和农牧业等技术领域的对核酸序列进行测序分析的仪器。整机包括样品制备,生化反应,光电转换和数据处理部分组成。与现有测序技术相比,用本实用新型测序可省去使用同位素标记,电泳等复杂工艺。达到工作可靠,快速,高效,精确和成本低等优点。
Description
本实用新型涉及基因测序领域，特别是涉及一种全自动基因测序仪器。
生物体的遗传信息主要是编码于去氧核糖核酸(DNA)与核糖核酸(RNA)。因此解读DNA的信息，也就是测序具有重大的生物学及医学意义。随着大规模多物种的基因组粗测的完成，应用在物种鉴别，医学上的单碱基多态性的测查方面，都需进一步，广泛的精确测序。从而在医学上能通过遗传图谱测定，进一步检测基因活性，达到诊断和治疗疾病的效果。因此基因测序应用非常广泛。而测序的精度取决于样品的制备纯度和测序方法。
目前一般实验室的测序需要几个步骤：制备和纯化待测DNA，准备一系列同位素标记的DNA片段，通过制胶，电泳以分离大小DNA片段。再测序分离的DNA片段。整个工作程序繁杂，耗费大量时间。而先进的，由美国ABI公司生产的大型测序仪，用于DNA长片段的测序，但每台机价格昂贵，且样品的制备仍需手工完成。现各国政府大力支持开展研制新型，低价的测序仪器，用于在人类基因组粗测完成后的中、短长度DNA片断的精确测序。1988年，美国的Hyman曾在理论上提出基于焦磷酸合成ATP法，以测定碱基序列。但由于其方法每步需人工进行，不能推广。
本实用新型通过制造一种梳状反应载体达到自动的样品处理和生化反应，重复加注4种不同的dNTP到DNA模板上，使DNA延长后放出焦磷酸，接着合成ATP而产生光，从而直接地，即时地，一步地测定加入的碱基。
一种全自动基因测序仪是由样品制备部分、生化反应部分，光电转换部分和数据处理部分组成，其特征在于所述的样品制备部分包括一个梳状反应载体，若干只微孔板和一台具有纵、横、垂直导轨的移动装置或一台回转工作台和垂直移动装置；所述的生化反应部分是由其上粘附了样品的梳状反应载体，移动装置，4只载有不同的dNTP和其他反应缓冲液的微孔板或1只微孔板及1组带有喷嘴的喷头组成。所述的微孔板是由8孔或12孔或96孔或384孔组成，所述的梳状反应载体是由8根或12根或96根或384根凸杆组成的一个整体梳状型状，其凸杆每根长0.2-0.8cm，相距0.5-1.25cm。所述的移动装置包括机座，立柱，横梁，工作台，滑台，纵向、横向及垂直移动的传动装置，其中工作台置于纵向导轨上，其上可放置微孔板，而纵向导轨固定于机座上，借助于传动装置做纵向移动，而梳状反应载体装于一滑台上，滑台装于横梁上，横梁装于立柱上，滑台借助于横梁上的导轨，横梁借助于立体上的导轨，通过传动装置可进行横向及垂直方向往返运动，传动装置是由一个步进电机和一付精密丝杆螺母付组成，或采用回转工作台式的传送方式，回转工作台的传动装置可用步进电机和一付精密涡轮涡杆付完成，回转工作台的旋转带动微孔板运动。所述的光电转换部分是由一组可对生物光进行滤波和聚光的棱镜阵列及一组光电管或数码相机(CCD)组成，它被安装于梳状反应载体所对的工作台的下方，用于收集生化反应所产生的光并将之转换为电信号号。所述的样品制备部分的工作原理为，准备若干只分别装有不同反应缓冲液的微孔板，依次放在机内的工作台上，在纵向水平移动装置的带动下，将微孔板移到梳状反应载体的下方，梳状反应载体在滑块带动向下准确插入第一只微孔板，与板中的反应缓冲液进行反应，当反应完成后，梳状反应载体提升，反应的结合物沾附在梳状反应载体上，此时，纵向移动装置把完成后的微孔板向前移动，再将下一只微孔板推到梳状反应载体的下方，梳状反应载体又向下，插入板中，与板中的反应缓冲液反应，如此工作重复多次，当梳状反应载体与所准备的载有不同的反应缓冲液的微孔板都进行反应后，即完成了整个样品制备部分，此时梳状反应载体上即沾固了所需的DNA模板。所述的生化反应部分的工作原理为，当样品制备完成后，梳状反应载体已沾固了DNA模板，此时，工作台继续向前纵向移动带动已准备好的四只分别装有4种不同的dNTP及DNA聚合酶和不同反应缓冲液的微孔板，依次移动梳状反应载体的下方，通过滑块的垂直移动，梳状反应载体向下插入板中，使梳状反应载体上的DNA模块与板中的反应液结合，或利用喷头依次将四种不同的dNTP喷射到一只装有DNA聚合酶和其他反应缓冲液的微孔板里，此时，如果板中的dNTP找到与其相对应的碱基，则通过缓冲液中的酶的作用，会发出一定波长的生物光，如无合适的碱基，则无光产生，如此循环工作重复4次，完成整个生化反应。所述的光电转换部分和数据处理部分的工作原理为，当生化反应产生生物光时，安装于梳状反应载体正下方的棱镜组接受这些光并进行集束和滤去560-620nm以外的光，所采集的光由置于下方的光电管或CCD进行光电转换，所得的电信号传送到相连的电脑进行数据处理，输出所需的数据。
全自动基因测序仪的工作原理是：首先，准备若干只分别装有不同反应缓冲液的微孔板，依次放在机内的工作台上，在纵向水平移动装置的带动下，将微孔板移到梳状反应载体的下方，梳状反应载体在滑块带动向下准确插入第一只微孔板，与板中的反应缓冲液进行反应，当反应完成后，梳状反应载体提升，反应的结合物沾附在梳状反应载体上，此时，纵向移动装置把完成后的微孔板向前移动，再将下一只微孔板推到梳状反应载体的下方，梳状反应载体又向下，插入板中，与板中的反应缓冲液反应，如此工作重复多次，当梳状反应载体与所准备的载有不同的反应缓冲液的微孔板都进行反应后，即完成了整个样品制备部分，此时梳状反应载体上即沾固了所需的DNA模板。然后工作台继续向前纵向移动带动已准备好的四只分别装有4种不同的dNTP及DNA聚合酶和不同反应缓冲液的微孔板，依次移动梳状反应载体的下方，通过滑块的垂直移动，梳状反应载体向下插入板中，使梳状反应载体上的DNA模块与板中的反应液结合，或利用喷头依次将四种不同的dNTP喷射到一只装有DNA聚合酶和其他反应缓冲液的微孔板里，此时，如果板中的dNTP找到与其相对应的碱基，则通过缓冲液中的酶的作用，会发出一定波长的生物光，如无合适的碱基，则无光产生，如此循环工作重复4次，完成整个生化反应。当生化反应产生生物光时，安装于梳状反应载体正下方的棱镜组接受这些光并进行集束和滤去560-620nm以外的光，所采集的光由置于下方的光电管或CCD进行光电转换，所得的电信号传送到相连的电脑进行数据处理，输出所需的数据。
本实用新型与现有技术的测序仪相比，主要的优点体现在样品制备和生化反应部分，如上所述，在样品制备部分，特测DNA的纯度是测序粗度的重要因素之一，目前常用的有液相提纯法(如酒精沉淀)或固相提纯法(如使用磁性微载体)。这些方法是目前去除样品中没有整合的ATP，dNTP引物等的主要手段，需人工完成且成本极高。在生化反应部分，传统的测序方法如Maxam和Sanger方法，工艺复杂。而最近发明的DNA芯片法虽然快速高效，但价格仍高，本实用新型基于梳状反应载体的使用，实现了高效、快速、准确和低价的基因测序的目标。
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步的说明。
图1为96根凸杆梳状反应载体；
图2为移动装置；
图3为回转工作台式移动装置；
图4为dNTP供应系统。
图中：1为移动装置的滑块，2为移动装置的滑座，3为移动装置的横梁，4为工作台，5为移动装置的立柱，6为移动装置的机身，7为回转工作台式移动装置的立柱，8为回转工作台式移动装置的滑座，9为回转工作台式移动装置的滑块，10为梳状反应载体，11为回转工作台，12为回转工作台式移动装置的机身，13为装dNTP的瓶，14为接喷头的管，15为接瓶的管，16为泵1，17为泵2，18为泵3，19为泵4。
实施例1，参见图1，图2
待测基因可用生物素(biotin)标记的引物或可光切的生物素引物来进行100-200碱基对片段的扩增后放置于一只96孔微孔板，称为板B。另准备五只向孔板，分别称为板A、板C、板D、板E和板F。其中板A装有streptavidin，板C装有0.5m NaoH试剂，板D为清洗缓冲液，板E装有退火缓冲液和测序引物，板F为清洗缓冲液。另准备4只微孔板，称为板G、板H、板I、板J。其中板G装有dATP、板H装有dCTP、板I装有dGTP、板J装有dTTP。另外板G，H，I，J都装有DNA聚合酶、Sulfurylase、APS、Luciferin和Luciferase。分别把它们按A-J的顺序放置于机内的工作台上，然后开机。通过纵向移动装置，工作台带动微孔板A移到梳状反应载体下方，梳状反应载体准确地向下插入微孔板孔中后提升。此时，梳状反应载体沾附了streptavidin。工作台继续向前移动，将板B移至梳状反应载体下方，启动加热装置至65℃，将梳状反应载体与板B结合，然后提升板F。这时待测基因已沾附其上，再将板C带至它的下方，当梳状反应载体与板C结合，可将其上的基因片段的双链分离，得到单链模板。如此重复工作，直到梳状反应载体与板F结合，即完成整个样品制备，此时，梳状反应载体上即粘固了所需的DNA模板。然后再移动板H到梳状反应载体的下方，与梳状反应载体结合。如板中的dATP找到与其相对应的碱基，则可整合到测序引物上，使引物得以延长，即DNA单链有延长，所放出的PPI则可通过缓冲液中的酶而产生光。如果没有适当的碱基，则无光产生。同时置于工作台下方的棱镜阵列集束并滤去560-620nm以外的光，所采集的光通过下方的光电管或CCD进行光电转换，再由电脑进行数据处理，输出所需的数据。如此循环工作4次，完成一个完整的碱基对检测。进而完成整个基因序列的测定。
实施例2，参见图3
在本实施例中，与实施例1的主要区别在于：它的工作台为一回转工作台，它可进行定角旋转，当它转过一定分度角时，可带动微孔板从起始位置转到梳状反应载体的下方。其它部分与实施例1完全相同。当工作台旋转一周就完成一个工作循环。
实施例3，参见图4
在此实施例中，需加装带有4个喷头的容器，容器内分4格，分别装有dATP，dCTP，dGTP，dTTP，其样品制备部分与实施例1相同，而生化反应部分只需一只微孔板，用来装有聚合酶、Sulfurylase、APS、Luciferin、Luciferase、Apyrase。其待测基因的引物为光切生物素标记，因此，在样品制备部分完成后，DNA模板在近紫外光的作用下释放到微孔板上。而进行生化反应的每一步则只喷入一种dNTP，进行生化反应。其光电转换部分和数据处理部分与实施例1完全相同。
Claims (7)
1、一种全自动基因测序仪是由样品制备部分、生化反应部分，光电转换部分和数据处理部分组成，其特征在于所述的样品制备部分包括一个梳状反应载体，若干只微孔板和一台具有纵、横、垂直导轨的移动装置或一台回转工作台和垂直移动装置；所述的生化反应部分是由其上粘附了样品的梳状反应载体，移动装置，4只载有不同的dNTP和其他反应缓冲液的微孔板或1只微孔板及1组带有喷嘴的喷头组成。
2、根据权利要求1所述的全自动基因测序仪，其特征在于所述的微孔板是由8孔或12孔或96孔或384孔组成，所述的梳状反应载体是由8根或12根或96根或384根凸杆组成的一个整体梳状型状，其凸杆每根长0.2-0.8cm，相距0.5-1.25cm。
3、根据权利要求1所述的全自动基因测序仪，其特征在于所述的移动装置包括机座，立柱，横梁，工作台，滑台，纵向、横向及垂直移动的传动装置，其中工作台置于纵向导轨上，其上可放置微孔板，而纵向导轨固定于机座上，借助于传动装置做纵向移动，而梳状反应载体装于一滑台上，滑台装于横梁上，横梁装于立柱上，滑台借助于横梁上的导轨，横梁借助于立体上的导轨，通过传动装置可进行横向及垂直方向往返运动，传动装置是由一个步进电机和一付精密丝杆螺母付组成，或采用回转工作台式的传送方式，回转工作台的传动装置可用步进电机和一付精密涡轮涡杆付完成，回转工作台的旋转带动微孔板运动。
4、根据权利要求1所述的全自动基因测序仪，其特征在于所述的光电转换部分是由一组可对生物光进行滤波和聚光的棱镜阵列及一组光电管或数码相机(CCD)组成，它被安装于梳状反应载体所对的工作台的下方，用于收集生化反应所产生的光并将之转换为电信号。
5、根据权利要求1所述的全自动基因测序仪，其特征在于所述的样品制备部分的工作原理为，准备若干只分别装有不同反应缓冲液的微孔板，依次放在机内的工作台上，在纵向水平移动装置的带动下，将微孔板移到梳状反应载体的下方，梳状反应载体在滑块带动向下准确插入第一只微孔板，与板中的反应缓冲液进行反应，当反应完成后，梳状反应载体提升，反应的结合物沾附在梳状反应载体上，此时，纵向移动装置把完成后的微孔板向前移动，再将下一只微孔板推到梳状反应载体的下方，梳状反应载体又向下，插入板中，与板中的反应缓冲液反应，如此工作重复多次，当梳状反应载体与所准备的载有不同的反应缓冲液的微孔板都进行反应后，即完成了整个样品制备部分，此时梳状反应载体上即沾固了所需的DNA模板。
6、根据权利要求1所述的全自动基因测序仪，其特征在于所述的生化反应部分的工作原理为，当样品制备完成后，梳状反应载体已沾固了DNA模板，此时，工作台继续向前纵向移动带动已准备好的四只分别装有4种不同的dNTP及DNA聚合酶和不同反应缓冲液的微孔板，依次移动梳状反应载体的下方，通过滑块的垂直移动，梳状反应载体向下插入板中，使梳状反应载体上的DNA模块与板中的反应液结合，或利用喷头依次将四种不同的dNTP喷射到一只装有DNA聚合酶和其他反应缓冲液的微孔板里，此时，如果板中的dNTP找到与其相对应的碱基，则通过缓冲液中的酶的作用，会发出一定波长的生物光，如无合适的碱基，则无光产生，如此循环工作重复4次，完成整个生化反应。
7、根据权利要求1所述的全自动基因测序仪，其特征在于所述的光电转换部分和数据处理部分的工作原理为，当生化反应产生生物光时，安装于梳状反应载体正下方的棱镜组接受这些光并进行集束和滤去560-620nm以外的光，所采集的光由置于下方的光电管或CCD进行光电转换，所得的电信号传送到相连的电脑进行数据处理，输出所需的数据。
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