DE202019106695U1 - System for sequencing nucleic acids in fluid foam - Google Patents
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Abstract
Durchflusszelle, umfassendeinen ternären Komplex, der innerhalb eines Durchflusszellenkanals immobilisiert ist, wobei der ternäre Komplex eine Polymerase, eine geprimete Matrizen-Nukleinsäure und ein nächstes richtiges Nukleotid für die Matrize aufweist; undeinen Fluidschaum, der mit dem ternären Komplex in dem Durchflusszellenkanal in Kontakt steht, wobei der Fluidschaum eine Vielzahl von Gasblasen in einer Flüssigkeit aufweist, wobei der Fluidschaum einen Volumenanteil von Blasen aufweist, der mindestens 25% des Gesamtvolumens des Fluidschaums in dem Durchflusszellenkanal ausmacht, und wobei der durchschnittliche effektive Durchmesser der Gasblasen höchstens 95% des Durchmessers des Durchflusszellenkanals beträgt.A flow cell comprising a ternary complex immobilized within a flow cell channel, the ternary complex comprising a polymerase, a primed template nucleic acid and a next correct nucleotide for the template; anda fluid foam in contact with the ternary complex in the flow cell channel, the fluid foam having a plurality of gas bubbles in a liquid, the fluid foam having a volume fraction of bubbles which is at least 25% of the total volume of the fluid foam in the flow cell channel, and wherein the average effective diameter of the gas bubbles is at most 95% of the diameter of the flow cell channel.
Description
Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht den Vorteil der vorläufigen
HINTERGRUNDBACKGROUND
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf molekulare Assays und hat eine spezifische Anwendbarkeit auf Nukleinsäuresequenzierungsverfahren.The present disclosure relates generally to molecular assays and has specific applicability to nucleic acid sequencing methods.
Eine genaue Sequenzbestimmung eines Matrizen-Nukleinsäurestrangs ist wichtig für die molekulare Diagnostik. Die Identifizierung einer einzelnen Nukleotidbase unter Alternativen an einer bekannten Position kann als Grundlage für die Analyse von Einzelnukleotidpolymorphismen (d. h. „SNPs“) dienen. Ein SNP kann wiederum verwendet werden, um einen Phänotyp für das Individuum zu bestimmen, wie etwa die Anfälligkeit für eine Krankheit oder die Neigung, ein gewünschtes Merkmal zu haben. Der Nachweis genetischer Varianten bei einem Patienten kann auf die Wirksamkeit bestimmter Medikamente zur Behandlung des Patienten oder auf das Risiko von Nebenwirkungen bei der Behandlung des Patienten mit bestimmten Medikamenten hinweisen.An exact sequence determination of a template nucleic acid strand is important for molecular diagnostics. The identification of a single nucleotide base among alternatives at a known position can serve as the basis for the analysis of single nucleotide polymorphisms (i.e. "SNPs"). An SNP, in turn, can be used to determine a phenotype for the individual, such as susceptibility to disease or the propensity to have a desired trait. Evidence of genetic variations in a patient can indicate the efficacy of certain medications for treating the patient or the risk of side effects when treating the patient with certain medications.
Im Handel erhältliche Nukleinsäuresequenzierungsplattformen haben unser Wissen über die genetischen Grundlagen umsetzbarer Merkmale erheblich erweitert. Die Verbesserungen bei der Sequenzierung von Biochemie- und Detektionshardware schreiten voran. Die Kosten der derzeit verfügbaren Sequenzierungsplattformen haben jedoch die Aufnahme der Sequenzierung in der Klinik trotz des breiten Einsatzes in Forschungslabors gehemmt. Außerdem sind Sequenzierungsplattformen relativ langsam, wenn es darum geht, eine diagnostische oder prognostische Antwort innerhalb eines Zeitrahmens zu liefern, der den Erwartungen der Patienten und der behandelnden Ärzte entspricht. Die vorliegende Offenbarung stellt Fluidiksysteme und -verfahren bereit, die die Sequenzierungszeit reduzieren, die Sequenzierungskosten senken, das Reagenzvolumen reduzieren und auch verwandte Vorteile bieten. Die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung können für chemische und biologische Assays jenseits der Nukleinsäuresequenzierung verwendet werden.Commercially available nucleic acid sequencing platforms have significantly expanded our knowledge of the genetic basis of implementable traits. The improvements in the sequencing of biochemistry and detection hardware are progressing. However, the cost of the sequencing platforms currently available has hampered sequencing in the clinic despite widespread use in research laboratories. In addition, sequencing platforms are relatively slow to deliver a diagnostic or prognostic response within a timeframe that meets patient and physician expectations. The present disclosure provides fluidic systems and methods that reduce sequencing time, reduce sequencing costs, reduce reagent volume, and also offer related advantages. The systems and methods of the present disclosure can be used for chemical and biological assays beyond nucleic acid sequencing.
KURZE ZUSAMMENFASSUNGSHORT SUMMARY
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Nukleinsäuresequenzierungssystem bereit, das einen Tisch, eine Flüssigkeitsabgabekomponente, eine Gasabgabekomponente, eine Blasengeneratorkomponente, und eine optische Detektionskomponente umfasst, wobei der Tisch konfiguriert ist, um eine Durchflusszelle mit einem Detektionskanal aufzunehmen, wobei die optische Detektionskomponente konfiguriert ist, um das Innere des Detektionskanals zu detektieren, wobei die Flüssigkeitsabgabekomponente konfiguriert ist, um Flüssigkeit aus einer Vielzahl von Behältern/Reservoirs an den Detektionskanal abzugeben, wobei die Gasabgabekomponente konfiguriert ist, um Gas aus einer oder mehreren Quellen an die Blasengeneratorkomponente abzugeben, und wobei die Blasengeneratorkomponente konfiguriert ist, um Blasen von der Gasabgabekomponente in Flüssigkeit von der Flüssigkeitsabgabekomponente an einer Stelle einzuführen, die sich zwischen der Vielzahl von Reservoirs und der Durchflusszelle befindet, wodurch sie dem Detektionskanal einen Fluidschaum zuführt, der Gasblasen von der Gasabgabekomponente enthält.The present disclosure provides a nucleic acid sequencing system that includes a table, a liquid delivery component, a gas delivery component, a bubble generator component, and an optical detection component, the table configured to receive a flow cell with a detection channel, the optical detection component configured to do this Detect interior of the detection channel, wherein the liquid delivery component is configured to deliver liquid from a plurality of containers / reservoirs to the detection channel, the gas delivery component is configured to deliver gas from one or more sources to the bubble generator component, and the bubble generator component is configured to introduce bubbles from the gas delivery component into liquid from the liquid delivery component at a location that is between the plurality of reservoirs and the flow cell, thereby e feeds a fluid foam to the detection channel, which contains gas bubbles from the gas delivery component.
Es wird auch eine Durchflusszelle bereitgestellt, die einen ternären Komplex, der innerhalb eines Durchflusszellenkanals immobilisiert ist, wobei der ternäre Komplex eine Polymerase, eine geprimete Matrizennukleinsäure und ein nächstes richtiges Nukleotid für die Matrize enthält; und
einen Fluidschaum enthält, der mit dem ternären Komplex in dem Durchflusszellenkanal in Kontakt steht, wobei der Fluidschaum eine Vielzahl von Gasblasen in einer Flüssigkeit enthält, wobei der Fluidschaum einen Volumenanteil von Blasen hat, der mindestens 25% des Gesamtvolumens des Fluidschaums in dem Durchflusszellenkanal ausmacht, und wobei der durchschnittliche effektive Durchmesser der Gasblasen höchstens 95% des Durchmessers des Durchflusszellenkanals beträgt.A flow cell is also provided which contains a ternary complex immobilized within a flow cell channel, the ternary complex containing a polymerase, a primed template nucleic acid and a next correct nucleotide for the template; and
contains a fluid foam that is in contact with the ternary complex in the flow cell channel, the fluid foam containing a plurality of gas bubbles in a liquid, the fluid foam having a volume fraction of bubbles that makes up at least 25% of the total volume of the fluid foam in the flow cell channel, and wherein the average effective diameter of the gas bubbles is at most 95% of the diameter of the flow cell channel.
Figurenliste Figure list
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1 zeigt eine Durchflusszelle mit zwei Detektionskanälen, wobei jeder der Detektionskanäle fluidisch mit einer Gasmischkomponente verbunden ist, wobei die Gasmischkomponente einen T-Übergang zum Verbinden eines Flüssigkeitskanals und eines Gaskanals verwendet.1 shows a flow cell with two detection channels, each of the detection channels being fluidly connected to a gas mixing component, the gas mixing component using a T-transition for connecting a liquid channel and a gas channel. -
2 zeigt eine Durchflusszelle mit zwei Detektionskanälen, wobei jeder der Detektionskanäle fluidisch mit einer Gasmischkomponente verbunden ist, wobei die Gasmischkomponente einen Y-Übergang zum Verbinden eines Flüssigkeitskanals und eines Gaskanals verwendet.2nd shows a flow cell with two detection channels, each of the detection channels being fluidly connected to a gas mixing component, the gas mixing component using a Y transition for connecting a liquid channel and a gas channel. -
3 zeigt einen Blasengenerator mit einem T-Übergang und einer Gewindekupplung für eine Gasleitung.3rd shows a bubble generator with a T-transition and a threaded coupling for a gas line. -
4 zeigt einen Blasengenerator mit einem T-Übergang und Gewindekupplungen für eine Gasleitung und eine Flüssigkeitsleitung.4th shows a bubble generator with a T-transition and threaded couplings for a gas line and a liquid line. -
5 zeigt einen Blasengenerator mit einem Y-Übergang und einer hydrophoben Filtermembran, die an dem Übergang als Gaswiderstand fungiert.5 shows a bubble generator with a Y junction and a hydrophobic filter membrane, which acts as a gas resistor at the junction. -
6 zeigt einen Fluidkreislauf zur Abgabe eines Fluidschaums an eine Durchflusszelle.6 shows a fluid circuit for dispensing a fluid foam to a flow cell. -
7 zeigt Diagramme der Signalintensität gegen den Sequenzierungszyklus für Sequenzierungsläufe, bei denen die Abgabe von Reagenzien in Flüssigkeit (7A ) oder die Abgabe von Reagenzien in Fluidschaum (7B ) verwendet wurde.7 shows graphs of signal intensity versus sequencing cycle for sequencing runs where the delivery of reagents in liquid (7A ) or dispensing reagents in fluid foam (7B ) has been used. -
8 zeigt eine schematische Darstellung von Funktionskomponenten eines Nukleinsäuresequenzierungssystems.8th shows a schematic representation of functional components of a nucleic acid sequencing system. -
9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anordnung mehrerer Komponenten eines Nukleinsäuresequenzierungssystems.9 shows a perspective view of an arrangement of several components of a nucleic acid sequencing system. -
10 zeigt eine Draufsicht auf einen Verteiler, der fluidisch mit Sipper-Arrays verbunden ist.10th shows a plan view of a distributor which is fluidly connected to sipper arrays. -
11 zeigt eine Unteransicht eines Verteilers, der mit Drehventilen in Eingriff steht.11 shows a bottom view of a manifold which is engaged with rotary valves. -
12A zeigt eine perspektivische Ansicht der fluidischen Verbindung zwischen einem Nukleinsäuresequenzierungssystem und einer Durchflusszelle;12B zeigt dieselbe Perspektive, jedoch mit getrennten Verbindern.12A shows a perspective view of the fluidic connection between a nucleic acid sequencing system and a flow cell;12B shows the same perspective, but with separate connectors. -
13 zeigt die Verbindung zwischen einer Durchflusszelle und der Flüssigkeitsabgabekomponente eines Nukleinsäuresequenzierungssystems.13 shows the connection between a flow cell and the fluid delivery component of a nucleic acid sequencing system. -
14A und14B zeigen Explosionsansichten von Fluidverbindern, die einen Blasengenerator enthalten.14A and14B show exploded views of fluid connectors that contain a bubble generator. -
15A zeigt einen Blasengenerator;15B zeigt eine Explosionsansicht des Blasengenerators;15C zeigt das Innere eines Teils des Blasengenerators und15D zeigt das andere Teil des Blasengenerators.15A shows a bubble generator;15B shows an exploded view of the bubble generator;15C shows the inside of part of the bubble generator and15D shows the other part of the bubble generator.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Es ist bekannt, dass Blasen nachteilige Auswirkungen auf molekulare Analysen wie etwa Nukleinsäuresequenzierungsprozesse und Proteinaktivitätsassays haben. Dementsprechend war das Vermeiden oder Entfernen von Blasen zuvor ein Entwurfsziel und eine Benutzeranforderung für Verfahren und Vorrichtungen, die bei molekularen Analysen verwendet werden. Analytische Verfahren, die typischerweise konfiguriert sind, um Blasen zu vermeiden, umfassen beispielsweise solche, bei denen ein Protein mit Analyten von Interesse unter Bedingungen in Kontakt gebracht wird, bei denen die Proteine an die Analyten binden oder bei denen die Proteine eine Änderung der Analyten katalysieren. Die Bindung oder Katalyse kann ein Signal oder ein anderes detektierbares Ereignis erzeugen, das auf das Vorhandensein, die Menge, die Zusammensetzung, die Funktion oder eine andere Eigenschaft des Proteins und/oder Analyten hinweist. Die analytischen Verfahren werden typischerweise in Flüssigkeiten durchgeführt, die so formuliert sind, dass die Stabilität der Reaktionskomponenten, insbesondere der Proteine, erhalten bleibt. Es wird angenommen, dass Blasen Proteine aufgrund der Denaturierung der Oberfläche an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche schädigen. Siehe zum Beispiel Clarkson et al., J Colloid Interface Sei. 215 (2):323-332 (1999), das hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen ist. Infolgedessen werden Blasen bei molekularen Analysen vermieden, insbesondere bei solchen, bei denen Proteine verwendet werden.Bubbles are known to adversely affect molecular analyzes such as nucleic acid sequencing processes and protein activity assays. Accordingly, avoiding or removing bubbles has previously been a design goal and user requirement for methods and devices used in molecular analysis. Analytical methods that are typically configured to avoid bubbles include, for example, those in which a protein is contacted with analytes of interest under conditions in which the proteins bind to the analytes or in which the proteins catalyze a change in the analytes . The binding or catalysis can generate a signal or other detectable event that indicates the presence, amount, composition, function, or other property of the protein and / or analyte. The analytical methods are typically carried out in liquids which are formulated in such a way that the stability of the reaction components, in particular of the proteins, is retained. Bubbles are believed to damage proteins due to surface denaturation at the gas-liquid interface. See, for example, Clarkson et al., J Colloid Interface Sci. 215 (2): 323-332 (1999), which is hereby expressly incorporated by reference. As a result, bubbles are avoided in molecular analysis, especially in those that use proteins.
Blasen können auch Interferenzen für die Detektionsvorrichtungen verursachen, die für viele molekulare Analysen wie etwa Nukleinsäuresequenzierungsprozesse und Proteinaktivitätsassays verwendet werden. Zum Beispiel streut eine Blase, die in den Strahlengang eines Lumineszenzdetektors gelangt, das Licht, das sonst detektiert würde. Viele Sequenzierungsprozesse und andere analytische Assays/Tests verwenden Festphasensubstrate. In diesen Assays interagieren flüssige Reagenzien mit Analyten auf einer Oberfläche, um ein detektierbares Produkt oder Signal zu erzeugen. Blasen, die an der Oberfläche haften, können jedoch optische Signale streuen und die flüssigen Reagenzien, zumindest vorübergehend, daran hindern, mit den Analyten in Kontakt zu kommen, und können die Analyten durch Austrocknen dauerhaft beschädigen. Bubbles can also cause interference to the detection devices used in many molecular analyzes such as nucleic acid sequencing processes and protein activity assays. For example, a bubble that enters the beam path of a luminescence detector scatters the light that would otherwise be detected. Many sequencing processes and other analytical assays / tests use solid phase substrates. In these assays, liquid reagents interact with analytes on a surface to produce a detectable product or signal. However, bubbles adhering to the surface can scatter optical signals and, at least temporarily, prevent the liquid reagents from coming into contact with the analytes and can permanently damage the analytes by drying them out.
Blasen werden routinemäßig in molekularen Analysen wie etwa Nukleinsäuresequenzierungsprozessen und Proteinaktivitätsassays vermieden, da man annimmt, dass Probleme auftreten werden, wie die oben genannten. Die vorliegende Offenbarung stellt Systeme bereit, die Blasen zur guten Verwendung in Nukleinsäuresequenzierungsprozessen und anderen analytischen Verfahren einsetzen. Überraschenderweise wurde gefunden, dass Blasen in einen Flüssigkeitsstrom eingeführt werden können, um einen Fluidschaum zu erzeugen, der seinerseits in der Lage ist, an einem oder mehreren Schritten einer Nukleinsäuresequenzierungsreaktion teilzunehmen. Die Blasen können unter kontrollierten Bedingungen in den Flüssigkeitsstrom eingeführt werden, um eine Vielzahl von gewünschten Effekten zu erzielen und unerwünschte Ergebnisse zu vermeiden. Beispielsweise kann ein Fluidschaum verwendet werden, um einen festen Träger zu waschen, auf dem eine Sequenzierungsreaktion stattfindet, wobei beispielsweise eine zuvor gelieferte Lösung relativ effizient entfernt und durch eine neue Lösung ersetzt wird.Bubbles are routinely avoided in molecular analysis such as nucleic acid sequencing processes and protein activity assays because it is believed that problems such as those mentioned above will occur. The present disclosure provides systems that use bubbles for good use in nucleic acid sequencing processes and other analytical methods. Surprisingly, it has been found that bubbles can be introduced into a liquid stream to create a fluid foam that is in turn able to participate in one or more steps of a nucleic acid sequencing reaction. The bubbles can be introduced into the liquid stream under controlled conditions to achieve a variety of desired effects and to avoid undesirable results. For example, a fluid foam can be used to wash a solid support on which a sequencing reaction is taking place, for example, where a previously supplied solution is removed relatively efficiently and replaced with a new solution.
Darüber hinaus hat die Strömung eines Fluidschaum durch einen Kanal ein anderes Profil als eine flüssige laminare Strömung. Eine laminare Strömung hat ein parabolisches Geschwindigkeitsprofil (in der Mitte schneller, außen langsamer). In einer Strömung aus Fluidschaum können die Blasen beispielsweise durch geeignete Wahl der Strömungsrate in Gleichschritt gehalten werden und gemeinsam strömen. Dies hilft beim Austausch eines Fluides gegen ein anderes, da der Schaum eine flache Front beibehält, unabhängig davon, wie weit er sich durch das System ausgebreitet hat. Eine verringerte Diffusion zwischen proximal fließenden Fluiden sowie eine verringerte Geschwindigkeitsscherung können dazu beitragen, dass jeder fluide Reagenzienblock erhalten bleibt, während er sich durch eine Durchflusszelle oder einen anderen Fluidkanal ausbreitet. Zusammen können diese beiden Effekte die Zeitdauer verringern, die zum Erreichen eines bestimmten Niveaus des Fluidaustauschs erforderlich ist im Vergleich zu der Zeit, die ein Fluid benötigt, das kein Schaum ist, um das gleiche Niveau an Austausch für die gleichen Fluidreagenzien zu erreichen.In addition, the flow of a fluid foam through a channel has a different profile than a liquid laminar flow. A laminar flow has a parabolic velocity profile (faster in the middle, slower on the outside). In a flow of fluid foam, the bubbles can be kept in step, for example, by suitable selection of the flow rate and flow together. This helps swap one fluid for another, as the foam maintains a flat front regardless of how far it has spread through the system. Reduced diffusion between proximally flowing fluids and reduced speed shear can help maintain each fluid reagent block as it propagates through a flow cell or other fluid channel. Together, these two effects can reduce the amount of time it takes to reach a certain level of fluid exchange compared to the time it takes for a non-foam fluid to achieve the same level of exchange for the same fluid reagents.
Darüber hinaus können Blasen das Mischen in einer Lösung erleichtern, um die Effizienz des Reagenztransfers zwischen einem Fluidschaum und der Oberfläche eines festen Trägers zu erhöhen. Schnelle konvektive Diffusion in der Nähe von Blasen kann die Reaktionsgeschwindigkeit der diffusionsbegrenzten Kinetik in der Nähe der Oberfläche erhöhen, indem der Verarmungsbereich wieder aufgefüllt (oder vollständig zerstört) wird. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Blasen ist eine Verringerung der Reagenzkosten aufgrund einer Verringerung des Volumens oder der Menge des verwendeten Fluids. Insbesondere, weil Gase, die zur Erzeugung von Blasen verwendet werden, billiger sind als viele Reagenzien, die zur Nukleinsäuresequenzierung verwendet werden, und weil ein relativ großes Volumen an Fluid erforderlich sein kann, um einen bestimmten Schritt/bestimmte Schritte einer Sequenzierungsreaktion durchzuführen, kann das Hinzufügen von Blasen zu dem Fluid als inerter Füllstoff wirken, um die Menge an verbrauchtem Reagenzfluid zu verringern, um den bestimmten Schritt/die bestimmten Schritte effektiv durchzuführen. Die kontrollierte Abgabe und Entfernung von Blasen, wie sie hierin dargelegt sind, kann ermöglichen, dass Blasen aus einer Durchflusszelle entfernt werden, wenn dies gewünscht wird, um beispielsweise die optische Detektion des Innenraums der Durchflusszelle zu erleichtern.In addition, bubbles can facilitate mixing in a solution to increase the efficiency of reagent transfer between a fluid foam and the surface of a solid support. Rapid convective diffusion near bubbles can increase the rate of reaction of diffusion-limited kinetics near the surface by replenishing (or completely destroying) the depletion area. Another advantage of using bubbles is a reduction in reagent costs due to a reduction in the volume or amount of fluid used. In particular, because gases used to generate bubbles are cheaper than many reagents used for nucleic acid sequencing, and because a relatively large volume of fluid may be required to perform a particular step / steps in a sequencing reaction, this can Adding bubbles to the fluid act as an inert filler to reduce the amount of reagent fluid consumed to effectively perform the particular step (s). The controlled delivery and removal of bubbles, as set forth herein, can allow bubbles to be removed from a flow cell if desired, for example to facilitate optical detection of the interior of the flow cell.
Blasen können zur verbesserten Wärmeregulierung verwendet werden, beispielsweise, wenn Lösungen auf die Temperatur einer Durchflusszelle oder eines anderen Fluidkanals voräquilibriert werden. Zum Beispiel kann die Temperatur eines flüssigen Reagenzes durch Einleiten eines Gases, das erwärmt bzw. gekühlt wird, erhöht bzw. erniedrigt werden. Die Blasen in dem resultierenden Schaum stellen eine große Kontaktfläche mit der flüssigen Bulkphase bereit und dies kann eine schnelle und effiziente Änderung der Temperatur der Reagenzien in der Bulkflüssigkeit ermöglichen.Bubbles can be used for improved heat regulation, for example when solutions are pre-equilibrated to the temperature of a flow cell or other fluid channel. For example, the temperature of a liquid reagent can be raised or lowered by introducing a gas that is heated or cooled. The bubbles in the resulting foam provide a large contact area with the bulk liquid phase and this can allow for a quick and efficient change in the temperature of the reagents in the bulk liquid.
Ein Fluidschaum kann auch verwendet werden, um andere Blasen zu entfernen, beispielsweise Oberflächenblasen, die sich ansonsten nur schwer von einer Oberfläche lösen lassen. Schäume können Oberflächenblasen in einigen Situationen effizienter entfernen als homogene Flüssigkeiten, die sich ähnlich wie die Bulkphase der Schäume zusammensetzen. Blasen können auch eine nützliche visuelle Hilfe zur Bestimmung der Durchflussraten in einer Durchflusszelle sein.A fluid foam can also be used to remove other bubbles, such as surface bubbles that are otherwise difficult to remove from a surface. In some situations, foams can remove surface bubbles more efficiently than homogeneous liquids, which are similar to the bulk phase of the foams. Bubbles can also be a useful visual aid in determining flow rates in a flow cell.
Es versteht sich, dass die hierin verwendeten Begriffe, sofern nicht anders angegeben, in der einschlägigen Technik ihre gewöhnliche Bedeutung haben. Einige hier verwendete Begriffe und ihre Bedeutungen sind nachstehend aufgeführt. It is understood that the terms used herein, unless otherwise stated, have their ordinary meaning in the relevant art. Some of the terms used here and their meanings are listed below.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Array“ auf eine Population von Molekülen, die an einen oder mehrere feste Träger gebunden sind, so dass die Moleküle an einer Stelle von Molekülen an anderen Stellen unterschieden werden können. Ein Array kann verschiedene Moleküle enthalten, die sich jeweils an verschiedenen adressierbaren Stellen auf einem festen Träger befinden. Alternativ kann ein Array separate feste Träger enthalten, die jeweils als eine Stelle fungieren, die ein anderes Molekül trägt, wobei die verschiedenen Moleküle gemäß den Positionen der festen Träger auf einer Oberfläche, an die die festen Träger gebunden sind, oder gemäß den Positionen der festen Träger in einer Flüssigkeit wie etwa einem Fluidstrom identifiziert werden können. Die Moleküle des Arrays können beispielsweise Nukleotide, Nukleinsäureprimer, Nukleinsäurematrizen, geprimete Nukleinsäurematrizen oder Nukleinsäureenzyme wie etwa Polymerasen, Ligasen, Exonukleasen oder Kombinationen davon sein.As used herein, the term "array" refers to a population of molecules attached to one or more solid supports so that the molecules in one location can be distinguished from molecules in other locations. An array can contain different molecules, each of which is located on a solid support at different addressable locations. Alternatively, an array may contain separate solid supports, each functioning as a site carrying another molecule, with the different molecules according to the positions of the solid supports on a surface to which the solid supports are attached, or according to the positions of the solid Carriers in a liquid such as a fluid stream can be identified. The molecules of the array can be, for example, nucleotides, nucleic acid primers, nucleic acid matrices, primed nucleic acid matrices or nucleic acid enzymes such as polymerases, ligases, exonucleases or combinations thereof.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „befestigt/gebunden“ auf den Zustand zweier Dinge, die miteinander verbunden, befestigt, verklebt, oder aneinandergebunden sind. Beispielsweise kann eine Reaktionskomponente, wie etwa eine geprimete Matrizen-Nukleinsäure oder eine Polymerase, durch eine kovalente oder nicht-kovalente Bindung an eine Festphasenkomponente befestigt/gebunden sein. Eine kovalente Bindung ist gekennzeichnet durch das Teilen von Elektronenpaaren zwischen Atomen. Eine nicht-kovalente Bindung ist eine chemische Bindung, bei der keine Elektronenpaare gemeinsam genutzt werden. Hierzu zählen beispielsweise Wasserstoffbrücken, Ionenbrücken, Van-der-Waals-Kräfte, hydrophile Wechselwirkungen und hydrophobe Wechselwirkungen.As used here, the term "attached / bound" refers to the state of two things that are connected, attached, glued, or tied together. For example, a reaction component, such as a primed template nucleic acid or a polymerase, can be attached / bound to a solid phase component by a covalent or non-covalent bond. A covalent bond is characterized by the sharing of electron pairs between atoms. A non-covalent bond is a chemical bond in which no electron pairs are shared. These include, for example, hydrogen bridges, ion bridges, Van der Waals forces, hydrophilic interactions and hydrophobic interactions.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „blockierende Einheit“, wenn er in Bezug auf ein Nukleotid verwendet wird, auf einen Teil des Nukleotids, der den 3'-Sauerstoff des Nukleotids daran hindert, eine kovalente Bindung an ein nächstes richtiges/korrektes Nukleotid während einer Nukleinsäure-Polymerisationsreaktion zu bilden, oder dieses verhindert. Die blockierende Einheit eines „reversiblen Terminator“ -Nukleotids kann vom Nukleotidanalog entfernt oder auf andere Weise modifiziert werden, um zu ermöglichen, dass der 3'-Sauerstoff des Nukleotids kovalent an ein nächstes richtiges Nukleotid bindet. Dieser Prozess wird als „Deblocking“ des Nukleotidanalogs bezeichnet. Eine solche blockierende Einheit wird hier als „reversible Terminator-Einheit“ bezeichnet. Beispielhafte reversible Terminator-Einheiten sind in den
Der Begriff „Blase“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Gaskugel in einer Flüssigkeit oder einem Feststoff. In einem Fluid kann eine Blase beobachtet werden, da das Gas einen anderen Brechungsindex aufweist als die umgebende Flüssigkeit. Eine Blase, die vollständig von Flüssigkeit umgeben ist, wird als „Bulk-Blase“ bezeichnet. Eine Blase, die an einer Festphasenoberfläche haftet, wird als „Oberflächenblase“ bezeichnet.The term "bubble" as used here refers to a gas ball in a liquid or solid. A bubble can be observed in a fluid because the gas has a different refractive index than the surrounding liquid. A bubble that is completely surrounded by liquid is called a "bulk bubble". A bubble that adheres to a solid phase surface is called a "surface bubble".
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „katalytisches Metallion“ auf ein Metallion, das die Bildung von Phosphodiesterbindungen zwischen dem 3'-Sauerstoff einer Nukleinsäure (z. B. eines Primers) und dem Phosphat eines ankommenden Nukleotids durch eine Polymerase erleichtert. Ein „zweiwertiges katalytisches Metallkation“ ist ein katalytisches Metallion mit einer Wertigkeit von zwei. Katalytische Metallionen können in Konzentrationen vorliegen, die die Bildung eines Komplexes zwischen einer Polymerase, einem Nukleotid und einer geprimeten Matrizen-Nukleinsäure stabilisieren, die als nichtkatalytische Konzentrationen eines Metallions bezeichnet werden, sofern keine Phosphodiesterbindung entsteht. Die katalytischen Konzentrationen eines Metallions beziehen sich auf die Menge eines Metallions, die für Polymerasen ausreicht, um die Reaktion zwischen dem 3'-Sauerstoff einer Nukleinsäure (z. B. eines Primers) und der Phosphateinheit eines eingehenden Nukleotids zu katalysieren. Beispielhafte katalytische Metallionen umfassen Mg2+ und Mn2+.As used herein, the term "catalytic metal ion" refers to a metal ion that facilitates the formation of phosphodiester bonds between the 3'-oxygen of a nucleic acid (e.g., a primer) and the phosphate of an incoming nucleotide by a polymerase. A "divalent catalytic metal cation" is a catalytic metal ion with a valence of two. Catalytic metal ions can be present in concentrations that stabilize the formation of a complex between a polymerase, a nucleotide and a primed template nucleic acid, which are referred to as non-catalytic concentrations of a metal ion, unless a phosphodiester bond is formed. The catalytic concentrations of a metal ion refer to the amount of a metal ion sufficient for polymerases to catalyze the reaction between the 3'-oxygen of a nucleic acid (e.g. a primer) and the phosphate unit of an incoming nucleotide. Exemplary catalytic metal ions include Mg 2+ and Mn 2+ .
Der Begriff „umfassend/aufweisend“ soll hier offen sein und nicht nur die genannten Elemente einschließen, sondern auch beliebige zusätzliche Elemente umfassen.The term “comprising / having” should be open here and should not only include the elements mentioned, but also include any additional elements.
Wie hierin verwendet, soll der Begriff „jeder/jede/jedes“, wenn er in Bezug auf eine Sammlung von Gegenständen verwendet wird, einen einzelnen Gegenstand in der Sammlung identifizieren, bezieht sich jedoch nicht notwendigerweise auf jeden Gegenstand in der Sammlung. Ausnahmen können auftreten, wenn die ausdrückliche Offenlegung oder der Zusammenhang eindeutig etwas anderes vorschreibt.As used herein, the term "everyone" when used in relation to a collection of items is intended to identify a single item in the collection but not necessarily on every item in the collection. Exceptions can occur if the explicit disclosure or context clearly dictates otherwise.
Wie hierin verwendet, bezieht sich „Gleichgewicht“ auf einen Gleichgewichtszustand aufgrund der gleichen Wirkung von entgegengesetzten Kräften. Beispielsweise befindet sich ein ternärer Komplex, der zwischen einer geprimeten Matrizennukleinsäure, Polymerase und einem verwandten Nukleotid gebildet wird, im Gleichgewicht mit nicht-gebundener Polymerase und nicht-gebundenem Nukleotid, wenn die Bildungsrate des ternären Komplexes durch die Dissoziationsrate ausgeglichen wird. Unter dieser Bedingung hört die reversible Bindungsreaktion auf, ihr Nettoverhältnis von Produkten (z. B. ternärem Komplex) zu Reaktanten (z. B. Polymerase, Nukleotid und Nukleinsäure) zu ändern. Wenn die Geschwindigkeit einer Vorwärtsreaktion (z. B. Bildung eines ternären Komplexes) durch die Geschwindigkeit einer Rückwärtsreaktion (z. B. Dissoziation des ternären Komplexes) ausgeglichen wird, gibt es keine Nettoveränderung im Verhältnis von Produkten zu Reaktanten.As used herein, "balance" refers to a state of equilibrium due to the same effect of opposing forces. For example, a ternary complex formed between a primed template nucleic acid, polymerase and a related nucleotide is in equilibrium with unbound polymerase and unbound nucleotide when the rate of formation of the ternary complex is balanced by the rate of dissociation. Under this condition, the reversible binding reaction stops changing its net ratio of products (e.g. ternary complex) to reactants (e.g. polymerase, nucleotide and nucleic acid). If the rate of a forward reaction (e.g. formation of a ternary complex) is balanced by the rate of a reverse reaction (e.g. dissociation of the ternary complex), there is no net change in the ratio of products to reactants.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „exogen“, wenn er in Bezug auf eine Einheit eines Moleküls verwendet wird, auf eine chemische Einheit, die in einem natürlichen Analogon des Moleküls nicht vorhanden ist. Beispielsweise ist eine exogene Markierung eines Nukleotids eine Markierung, die auf einem natürlich vorkommenden Nukleotid nicht vorhanden ist. In ähnlicher Weise wird eine exogene Markierung, die auf einer Polymerase vorhanden ist, auf der Polymerase in ihrem ursprünglichen Milieu nicht gefunden.As used herein, the term "exogenous" when used in relation to a unit of a molecule refers to a chemical unit that is not present in a natural analogue of the molecule. For example, an exogenous label of a nucleotide is a label that is not present on a naturally occurring nucleotide. Similarly, an exogenous label present on a polymerase is not found on the polymerase in its original milieu.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Extension/Verlängerung“, wenn er in Bezug auf eine Nukleinsäure verwendet wird, auf einen Vorgang des Hinzufügens von mindestens einem Nukleotid an das 3'-Ende der Nukleinsäure. Der Begriff „Polymerase-Verlängerung“ bezieht sich, wenn er in Bezug auf eine Nukleinsäure verwendet wird, auf einen Polymerase-katalysierten Prozess des Hinzufügens von mindestens einem Nukleotid an das 3'-Ende der Nukleinsäure. Ein Nukleotid oder Oligonukleotid, das einer Nukleinsäure durch Verlängerung hinzugefügt wird, soll in die Nukleinsäure eingebaut sein. Dementsprechend kann der Begriff „Einbau“ verwendet werden, um den Vorgang des Verbindens eines Nukleotids oder Oligonukleotids mit dem 3'-Ende einer Nukleinsäure durch Bildung einer Phosphodiesterbindung zu bezeichnen.As used herein, the term "extension" when used in relation to a nucleic acid refers to a process of adding at least one nucleotide to the 3 'end of the nucleic acid. The term "polymerase extension" when used in relation to a nucleic acid refers to a polymerase-catalyzed process of adding at least one nucleotide to the 3 'end of the nucleic acid. A nucleotide or oligonucleotide that is added to a nucleic acid by extension is said to be incorporated into the nucleic acid. Accordingly, the term "incorporation" can be used to refer to the act of connecting a nucleotide or oligonucleotide to the 3 'end of a nucleic acid by forming a phosphodiester bond.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „verlängerbar“, wenn er in Bezug auf ein Nukleotid verwendet wird, dass das Nukleotid eine Sauerstoff- oder Hydroxylgruppe an der 3'-Position aufweist und in der Lage ist, eine kovalente Bindung zu einem nächsten richtigen Nukleotid zu bilden, falls und wenn es in eine Nukleinsäure eingebaut wird. Ein verlängerbares Nukleotid kann sich an der 3'-Position eines Primers befinden oder es kann sich um ein monomeres Nukleotid handeln. Einem Nukleotid, das verlängerbar ist, fehlen blockierende Einheiten, wie beispielsweise reversible Terminator-Einheiten.As used herein, the term "extendable" when used with respect to a nucleotide means that the nucleotide has an oxygen or hydroxyl group at the 3 'position and is capable of covalently linking to a next correct nucleotide to form if and when it is incorporated into a nucleic acid. An extendable nucleotide can be at the 3 'position of a primer or it can be a monomeric nucleotide. A nucleotide that can be extended lacks blocking units, such as reversible terminator units.
Wie hierin verwendet, ist eine „Durchflusszelle“ eine Reaktionskammer, die einen oder mehrere Kanäle umfasst, die Fluid zu einer Detektionszone leiten. Die Detektionszone kann funktional mit einem Detektor gekoppelt sein, so dass eine in der Reaktionskammer ablaufende Reaktion beobachtet werden kann. Beispielsweise kann eine Durchflusszelle geprimete Matrizen-Nukleinsäuremoleküle enthalten, die an eine Oberfläche gebunden sind, auf die Nukleotide und Hilfsreagenzien iterativ aufgebracht und abgewaschen werden. Die Durchflusszelle kann ein transparentes Material enthalten, das das Abbilden der Probe nach dem Auftreten einer gewünschten Reaktion ermöglicht. Beispielsweise kann eine Durchflusszelle einen Glas- oder Kunststoffträger enthalten, der Detektionskanäle enthält, durch die Polymerasen, dNTPs und Puffer gepumpt werden können. Das Glas oder der Kunststoff innerhalb der Kanäle kann mit einem oder mehreren zu sequenzierenden geprimeten Matrizen-Nukleinsäuremolekülen dekoriert werden. Ein externes Bildgebungssystem kann positioniert werden, um die Moleküle in einer Detektionszone im Detektionskanal oder auf einer Oberfläche im Detektionskanal zu detektieren. Beispielhafte Durchflusszellen, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verfahren zu ihrer Verwendung sind in US-Patentanmeldungsveröffentlichungs-Nr. 2010/0111768 A1 oder 2012/0270305 AI; oder in
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Fluid“ auf eine Flüssigkeit oder ein Gas, das fließfähig ist und die/das ihre/seine Form ändert, um ein Gefäß zu füllen. Unter vielen Bedingungen ändert ein Fluid seine Form mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, wenn es von einer Kraft beaufschlagt wird, die dazu neigt, seine Form zu ändern.As used herein, the term "fluid" refers to a liquid or gas that is flowable and that changes shape to fill a vessel. In many conditions, a fluid changes shape at a steady rate when it is subjected to a force that tends to change shape.
Der Ausdruck „Fluidschaum“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Flüssigkeit, die Gasblasen enthält. Die Flüssigkeit fungiert als Dispersionsphase und die Blasen fungieren als dispergierte Phase. Beispielhafte Dispersionsphasenflüssigkeiten schließen solche ein, die Reagenzien oder Produkte einer Reaktion enthalten, wie etwa einer Bindungsreaktion, einer Nukleinsäuresequenzierungsreaktion oder einer Reaktion, die in einem analytischen Assay verwendet wird. Wässrige Flüssigkeiten stellen eine besonders nützliche Dispersionsphase dar. Beispielhafte Gase umfassen Inertgase wie etwa Stickstoff (N2) oder Edelgase. Nützliche Edelgase umfassen beispielsweise Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Krypton (Kr) und Xenon (Xe). Ein weiteres nützliches Gas ist atmosphärische Luft des Planeten Erde. Ein Fluidschaum kann Bulkblasen (d. h. von Flüssigkeit umgebene Blasen) und/oder Oberflächenblasen (d. h. Blasen, die mit einer Oberfläche eines festen Trägers wie etwa einer Oberfläche einer Durchflusszelle in Kontakt stehen) enthalten. In einigen Konfigurationen kann ein Fluidschaum im Wesentlichen frei von Bulkblasen und/oder Oberflächenblasen sein. Ein Fluidmikroschaum hat Blasen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 1 Mikrometer oder weniger, wohingegen ein Fluidmakroschaum Blasen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von mehr als 1 Mikrometer hat.The term "fluid foam" as used herein refers to a liquid that contains gas bubbles. The liquid acts as a dispersion phase and the bubbles act as a dispersed phase. Exemplary dispersion phase liquids include those that contain reagents or products of a reaction, such as a binding reaction, a nucleic acid sequencing reaction, or one Reaction used in an analytical assay. Aqueous liquids are a particularly useful dispersion phase. Exemplary gases include inert gases such as nitrogen (N 2 ) or noble gases. Useful noble gases include, for example, helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr) and xenon (Xe). Another useful gas is atmospheric air from planet Earth. A fluid foam may include bulk bubbles (ie bubbles surrounded by liquid) and / or surface bubbles (ie bubbles that contact a surface of a solid support such as a surface of a flow cell). In some configurations, a fluid foam can be substantially free of bulk bubbles and / or surface bubbles. A fluid micro foam has bubbles with an average diameter of 1 micrometer or less, whereas a fluid macro foam has bubbles with an average diameter of more than 1 micrometer.
Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „fluidisch gekoppelt“, wenn er in Bezug auf zwei Dinge verwendet wird, dass ein Fluid oder ein in dem Fluid gelöster Stoff in der Lage ist, von einem der Dinge auf das andere überzugehen. Beispielsweise kann ein Reservoir über ein Rohr, durch das Fluid strömen kann, mit einer Durchflusszelle fluidisch gekoppelt sein. In einem weiteren Beispiel sind zwei Stellen in einem Array fluidisch gekoppelt, wenn sich der Array in einer Flüssigkeit befindet, so dass ein gelöster Stoff von einer Stelle zur anderen diffundieren kann.As used herein, the term "fluidly coupled," when used in relation to two things, means that a fluid or a solute in the fluid is able to transition from one thing to another. For example, a reservoir can be fluidly coupled to a flow cell via a pipe through which fluid can flow. In another example, two locations in an array are fluidly coupled when the array is in a liquid so that a solute can diffuse from one location to another.
Wie hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe „frei“ oder „nicht-gebunden“, wenn sie in Bezug auf Komponenten verwendet werden, die in einer Bindungsreaktion einen Komplex bilden können, auf Komponenten, die sich nicht in einem gebundenen Zustand befinden. Beispielsweise kann eine Gleichgewichtsbindungsreaktion ein Produkt (z. B. einen ternären Komplex) und Reaktanten umfassen, die nicht in dem Produkt gebunden sind (z. B. freie Polymerasen, freie Nukleinsäuren oder freie Nukleotide).As used herein, the terms "free" or "unbound" when used with respect to components that can complex in a binding reaction refer to components that are not in a bound state. For example, an equilibrium binding reaction can include a product (e.g., a ternary complex) and reactants that are not bound in the product (e.g., free polymerases, free nucleic acids, or free nucleotides).
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „inhibitorisches Metallion“ auf ein Metallion, das, wenn es in Gegenwart eines Polymeraseenzyms vorliegt, die Bildung von Phosphodiesterbindungen hemmt, die für den chemischen Einbau eines Nukleotids in einen Primer erforderlich sind. Ein inhibitorisches Metallion kann beispielsweise über kompetitive Bindung im Vergleich zu katalytischen Metallionen mit einer Polymerase interagieren. Ein „zweiwertiges inhibitorisches Metallion“ ist ein inhibitorisches Metallion mit einer Wertigkeit von zwei. Beispiele für zweiwertige inhibitorische Metallionen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Ca2+, Zn2+, Co2+, Ni2+, und Sr2+. Die dreiwertigen Eu3+- und Tb3+-Ionen sind inhibitorische Metallionen mit einer Wertigkeit von drei.As used herein, the term "inhibitory metal ion" refers to a metal ion that, when present in the presence of a polymerase enzyme, inhibits the formation of phosphodiester bonds necessary for the chemical incorporation of a nucleotide into a primer. An inhibitory metal ion can, for example, interact with a polymerase via competitive binding in comparison to catalytic metal ions. A "divalent inhibitory metal ion" is an inhibitory metal ion with a valence of two. Examples of divalent inhibitory metal ions include, but are not limited to, Ca 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , and Sr 2+ . The trivalent Eu 3+ and Tb 3+ ions are inhibitory metal ions with a valence of three.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „immobilisiert“, wenn er in Bezug auf ein Molekül verwendet wird, auf eine direkte oder indirekte, kovalente oder nicht-kovalente Bindung des Moleküls an einen festen Träger. In einigen Konfigurationen kann eine kovalente Bindung bevorzugt sein, aber im Allgemeinen ist lediglich erforderlich, dass die Moleküle (z. B. Nukleinsäuren) unter den Bedingungen, unter denen der Träger verwendet werden soll, am Träger immobilisiert oder gebunden bleiben, z. B. bei Anwendungen, bei denen die Immobilisierung von Nukleinsäure oder Polymerase bei oder in der Nähe von einem Sensor verwendet wird.As used herein, the term "immobilized" when used in relation to a molecule refers to a direct or indirect, covalent or non-covalent bond of the molecule to a solid support. Covalent bonding may be preferred in some configurations, but generally all that is required is that the molecules (e.g., nucleic acids) remain immobilized or bound to the support under the conditions under which the support is to be used, e.g. B. in applications where the immobilization of nucleic acid or polymerase is used at or near a sensor.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Markierung“ auf ein Molekül oder eine Einheit davon, die eine detektierbare Eigenschaft liefert. Die detektierbare Eigenschaft kann zum Beispiel ein optisches Signal sein, wie etwa Absorption von Strahlung, Lumineszenz- oder Fluoreszenzemission, Lumineszenz- oder Fluoreszenzlebensdauer, Lumineszenz- oder Fluoreszenzpolarisation oder dergleichen; Rayleigh- und/oder Mie-Streuung; Bindungsaffinität für einen Liganden oder Rezeptor; magnetische Eigenschaften; elektrische Eigenschaften; Ladung; Masse; Radioaktivität oder dergleichen. Beispielhafte Markierungen umfassen ohne Einschränkung ein Fluorophor, ein Luminophor, ein Chromophor, einen Nanopartikel (z. B. Gold, Silber, Kohlenstoffnanoröhren), ein schweres Atom, ein radioaktives Isotop, eine Massenmarkierung, eine Ladungsmarkierung, eine Spinmarkierung, einen Rezeptor, einen Liganden oder dergleichen.As used herein, the term "label" refers to a molecule or entity thereof that provides a detectable property. The detectable property can be, for example, an optical signal, such as absorption of radiation, luminescence or fluorescence emission, luminescence or fluorescence life, luminescence or fluorescence polarization or the like; Rayleigh and / or Mie scattering; Binding affinity for a ligand or receptor; magnetic properties; Electrical Properties; Charge; Dimensions; Radioactivity or the like. Exemplary labels include, without limitation, a fluorophore, a luminophore, a chromophore, a nanoparticle (e.g. gold, silver, carbon nanotubes), a heavy atom, a radioactive isotope, a mass label, a charge label, a spin label, a receptor, a ligand or similar.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „Mischphase“, wenn er in Bezug auf ein Fluid verwendet wird, eine Flüssigkeit, die eine Suspension von Gasblasen, Flüssigkeitskügelchen oder festen Teilchen enthält, die mit der Flüssigkeit nicht mischbar sind. Beispielhafte Mischphasenfluide umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, einen Fluidschaum (Gasblasen in Flüssigkeit), eine Fluidemulsion (Kügelchen einer ersten Flüssigkeit, die mit einer umgebenden zweiten Flüssigkeit nicht mischbar sind), eine Fluidaufschlämmung (feste Teilchen in Flüssigkeit). Beispielhafte Flüssigkeiten umfassen solche, welche Reagenzien oder Produkte einer Reaktion enthalten, wie etwa einer Bindungsreaktion, einer Nukleinsäuresequenzierungsreaktion, einer Synthesereaktion oder einer Reaktion, die in einem analytischen Assay verwendet wird.As used herein, the term "mixed phase" when used in relation to a fluid means a liquid that contains a suspension of gas bubbles, liquid spheres, or solid particles that are immiscible with the liquid. Exemplary mixed phase fluids include, but are not limited to, a fluid foam (gas bubbles in liquid), a fluid emulsion (beads of a first liquid that are immiscible with a surrounding second liquid), a fluid slurry (solid particles in liquid). Exemplary liquids include those that contain reagents or products of a reaction, such as a binding reaction, a nucleic acid sequencing reaction, a synthesis reaction, or a reaction used in an analytical assay.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „nächstes richtige/korrektes Nukleotid“ auf den Nukleotidtyp, der am 3'-Ende eines Primers bindet und/oder eingebaut wird, um eine Base in einem Matrizenstrang zu komplementieren, an den der Primer hybridisiert. Die Base im Matrizenstrang wird als „nächste Base“ bezeichnet und liegt direkt 5' zur Base in der Matrize, die mit dem 3'-Ende des Primers hybridisiert ist. Das nächste richtige Nukleotid kann als „verwandt“ mit der nächsten Base bezeichnet werden und umgekehrt. Man sagt, dass verwandte Nukleotide, die in einem ternären Komplex oder in einer doppelsträngigen Nukleinsäure spezifisch miteinander interagieren, miteinander „paaren“. Ein Nukleotid mit einer Base, die nicht zur nächsten Matrizenbase komplementär ist, wird als „falsches“, „nicht übereinstimmendes“ oder „nicht-verwandtes“ Nukleotid bezeichnet. As used herein, the term "next correct / correct nucleotide" refers to the type of nucleotide that binds and / or is incorporated at the 3 'end of a primer to complement a base in a template strand to which the primer hybridizes. The base in the template strand is referred to as the "next base" and lies directly 5 'to the base in the template, which is hybridized with the 3' end of the primer. The next correct nucleotide can be called “related” to the next base and vice versa. Related nucleotides that specifically interact with each other in a ternary complex or in a double-stranded nucleic acid are said to "pair" with each other. A nucleotide with a base that is not complementary to the next template base is called a "wrong", "mismatched" or "unrelated" nucleotide.
Wie hierin verwendet, kann der Begriff „Nukleotid“ verwendet werden, um ein natives Nukleotid oder ein Analog davon zu bezeichnen. Beispiele umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Nukleotidtriphosphate (NTPs) wie etwa Ribonukleotidtriphosphate (rNTPs), Desoxyribonukleotidtriphosphate (dNTPs), exogen markierte Nukleotide, oder nicht-natürliche Analoga davon wie etwa Didesoxyribonukleotidtriphosphate (ddNTPs) oder reversibel terminierte Triphosphate (rtNTPs).As used herein, the term "nucleotide" can be used to refer to a native nucleotide or an analog thereof. Examples include, but are not limited to, nucleotide triphosphates (NTPs), such as ribonucleotide triphosphates (rNTPs), deoxyribonucleotide triphosphates (dNTPs), exogenously labeled nucleotides, or non-natural analogues thereof, such as dideoxyribonucleotide triphosphates (ddNtTPsN), or reversibly.
Wie hierin verwendet, kann der Begriff „Polymerase“ verwendet werden, um ein Nukleinsäure synthetisierendes Enzym zu bezeichnen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf DNA-Polymerase, RNA-Polymerase, reverse Transkriptase, Primase und Transferase. Typischerweise hat die Polymerase eine oder mehrere aktive Stellen, an denen eine Nukleotidbindung und/oder eine Katalyse der Nukleotidpolymerisation auftreten kann. Die Polymerase kann die Polymerisation von Nukleotiden am 3'-Ende des ersten Strangs des doppelsträngigen Nukleinsäuremoleküls katalysieren. Beispielsweise katalysiert eine Polymerase die Addition eines nächsten richtigen Nukleotids an die 3'-Sauerstoffgruppe des ersten Strangs des doppelsträngigen Nukleinsäuremoleküls über eine Phosphodiesterbindung, wodurch das Nukleotid kovalent in den ersten Strang der doppelsträngigen Nukleinsäuremoleküls eingebaut wird. Gegebenenfalls muss eine Polymerase nicht in der Lage sein, Nukleotide unter einer oder mehreren Bedingungen einzubauen, die in einem hierin dargelegten Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel kann eine mutierte Polymerase in der Lage sein, einen ternären Komplex zu bilden, aber nicht in der Lage sein, den Einbau von Nukleotiden zu katalysieren. Die Menge an Polymerase in einem Fluid kann in Aktivitätseinheiten quantifiziert werden. Beispielsweise kann eine Einheit einer Polymerase gleich der Enzymmenge sein, die den Einbau von 10 nmol dNTP in DNA in 30 min bei einer bestimmten Temperatur katalysiert. Beispielsweise können thermostabile Polymerasen bei 75 °C gemessen werden, wohingegen thermolabile Polymerasen bei 37 °C gemessen werden können.As used herein, the term "polymerase" can be used to refer to a nucleic acid synthesizing enzyme, including, but not limited to, DNA polymerase, RNA polymerase, reverse transcriptase, primase and transferase. Typically, the polymerase has one or more active sites at which nucleotide binding and / or catalysis of nucleotide polymerization can occur. The polymerase can catalyze the polymerization of nucleotides at the 3 'end of the first strand of the double-stranded nucleic acid molecule. For example, a polymerase catalyzes the addition of a next correct nucleotide to the 3'-oxygen group of the first strand of the double-stranded nucleic acid molecule via a phosphodiester bond, as a result of which the nucleotide is covalently incorporated into the first strand of the double-stranded nucleic acid molecule. A polymerase may not be able to incorporate nucleotides under one or more conditions used in a method set forth herein. For example, a mutant polymerase may be able to form a ternary complex, but may not be able to catalyze the incorporation of nucleotides. The amount of polymerase in a fluid can be quantified in units of activity. For example, one unit of a polymerase can be equal to the amount of enzyme that catalyzes the incorporation of 10 nmol dNTP into DNA in 30 min at a certain temperature. For example, thermostable polymerases can be measured at 75 ° C, whereas thermolabile polymerases can be measured at 37 ° C.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „vordefiniert“, wenn er in Bezug auf eine funktionale Eigenschaft eines Systems verwendet wird, dass die Eigenschaft ein bekanntes, vorhersagbares oder erwartetes Ergebnis einer Manipulation des Systems ist, die die Eigenschaft erzeugen soll. Beispielsweise ist die Schaumigkeit eines Fluids ein bekanntes und erwartetes Ergebnis des Einführens von Blasen in eine Flüssigkeit unter Verwendung eines Blasengenerators, wie beispielsweise eines Gas-Flüssigkeits-Mischsystems. Beispielhafte vordefinierte Eigenschaften eines Systems können optional die Geschwindigkeit, mit der eine dispergierte Phase in einer Bulkphase gebildet wird, die Menge an dispergierter Phase, die in eine Bulkphase eingeführt wird, das relative Verhältnis von dispergierter Phase und Bulkphase, die durch das System erzeugt wird, die Größe von dispergierten Phasenelementen (z. B. Blasen, Teilchen oder Kügelchen), die vom System erzeugt werden, oder dergleichen einschließen.As used herein, the term "predefined" when used in relation to a functional property of a system means that the property is a known, predictable, or expected result of manipulation of the system that is intended to produce the property. For example, the fluidity of a fluid is a known and expected result of introducing bubbles into a liquid using a bubble generator, such as a gas-liquid mixing system. Exemplary predefined properties of a system can optionally include the rate at which a dispersed phase is formed in a bulk phase, the amount of dispersed phase that is introduced into a bulk phase, the relative ratio of dispersed phase and bulk phase that is generated by the system, include the size of dispersed phase elements (e.g., bubbles, particles, or beads) generated by the system or the like.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „geprimete Matrizen-Nukleinsäure“ auf ein Nukleinsäurehybrid mit einer doppelsträngigen Region, so dass einer der Stränge ein 3'-Ende hat, das durch eine Polymerase verlängert werden kann. Die zwei Stränge können Teile eines zusammenhängenden Nukleinsäuremoleküls (z. B. eine Haarnadelstruktur) sein, oder die zwei Stränge können trennbare Moleküle sein, die nicht kovalent aneinander gebunden sind.As used herein, the term "primed template nucleic acid" refers to a nucleic acid hybrid with a double-stranded region so that one of the strands has a 3 'end that can be extended by a polymerase. The two strands can be parts of a contiguous nucleic acid molecule (e.g. a hairpin structure), or the two strands can be separable molecules that are not covalently bound to one another.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Primer“ auf eine Nukleinsäure mit einer Sequenz, die an eine Nukleinsäuresequenz an oder nahe einer Matrizensequenz bindet. Im Allgemeinen bindet der Primer in einer Konfiguration, die die Replikation der Matrize ermöglicht, beispielsweise über die Polymerase-Verlängerung des Primers. Der Primer kann ein erster Teil eines Nukleinsäuremoleküls sein, der an einen zweiten Teil des Nukleinsäuremoleküls bindet, wobei der erste Teil eine Primersequenz und der zweite Teil eine Primerbindungssequenz ist (z. B. ein Haarnadelprimer). Alternativ kann der Primer ein erstes Nukleinsäuremolekül sein, das an ein zweites Nukleinsäuremolekül mit der Matrizensequenz bindet (z. B. ein dissoziierbarer Primer). Ein Primer kann aus DNA, RNA oder Analoga davon bestehen. Ein Primer kann am 3'-Ende blockiert oder verlängerbar sein.As used herein, the term "primer" refers to a nucleic acid with a sequence that binds to a nucleic acid sequence at or near a template sequence. In general, the primer binds in a configuration that enables replication of the template, for example via the polymerase extension of the primer. The primer may be a first part of a nucleic acid molecule that binds to a second part of the nucleic acid molecule, the first part being a primer sequence and the second part being a primer binding sequence (e.g. a hairpin primer). Alternatively, the primer can be a first nucleic acid molecule that binds to a second nucleic acid molecule with the template sequence (e.g. a dissociable primer). A primer can consist of DNA, RNA or analogues thereof. A primer can be blocked at the 3 'end or extendable.
Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „Stelle“, wenn er in Bezug auf ein Array verwendet wird, einen Ort in einem Array, an dem ein bestimmtes Molekül vorhanden ist. Eine Stelle kann nur ein einzelnes Molekül enthalten, oder sie kann eine Population von mehreren Molekülen derselben Spezies enthalten (d. h. ein Ensemble von Molekülen). Alternativ kann eine Stelle eine Population von Molekülen umfassen, die verschiedene Spezies sind (z. B. eine Population von ternären Komplexen mit verschiedenen Matrizensequenzen). Die Stellen eines Arrays sind normalerweise diskret. Die diskreten Stellen können zusammenhängend sein oder Zwischenräume aufweisen. Ein hierin nützliches Array kann zum Beispiel Stellen aufweisen, die durch weniger als 100 Mikrometer, 50 Mikrometer, 10 Mikrometer, 5 Mikrometer, 1 Mikrometer oder 0,5 Mikrometer getrennt sind. Alternativ oder zusätzlich kann ein Array Stellen haben, die durch mindestens 0,5 Mikrometer, 1 Mikrometer, 5 Mikrometer, 10 Mikrometer, 50 Mikrometer oder 100 Mikrometer getrennt sind. Die Stellen können jeweils eine Fläche von weniger als 1 Quadratmillimeter, 500 Quadratmikrometer, 100 Quadratmikrometer, 25 Quadratmikrometer, 1 Quadratmikrometer oder weniger aufweisen. Der Begriff „Merkmal/Feature“, wenn er in Bezug auf ein Array verwendet wird, soll synonym mit dem Begriff „Stelle“ sein. As used herein, the term "location" when used in relation to an array means a location in an array where a particular molecule is present. A site can contain only a single molecule, or it can contain a population of several molecules of the same species (ie an ensemble of molecules). Alternatively, a site may include a population of molecules that are different species (e.g., a population of ternary complexes with different template sequences). The locations of an array are usually discrete. The discrete locations can be contiguous or have spaces. For example, an array useful herein may have locations separated by less than 100 microns, 50 microns, 10 microns, 5 microns, 1 micron, or 0.5 microns. Alternatively or additionally, an array may have locations separated by at least 0.5 microns, 1 microns, 5 microns, 10 microns, 50 microns or 100 microns. The locations can each have an area of less than 1 square millimeter, 500 square micrometers, 100 square micrometers, 25 square micrometers, 1 square micrometer or less. The term “feature” when used in relation to an array is intended to be synonymous with the term “job”.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „fester Träger“ auf ein starres Substrat, das in einer wässrigen Flüssigkeit unlöslich ist. Das Substrat kann nicht-porös oder porös sein. Das Substrat kann wahlweise in der Lage sein, eine Flüssigkeit aufzunehmen (z. B. aufgrund der Porosität), wird jedoch typischerweise ausreichend starr sein, dass das Substrat beim Aufnehmen der Flüssigkeit nicht wesentlich aufquillt und sich nicht wesentlich zusammenzieht, wenn die Flüssigkeit durch Trocknen entfernt wird. Ein nicht-poröser fester Träger ist im Allgemeinen für Flüssigkeiten oder Gase undurchlässig. Beispielhafte feste Träger umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Glas und modifiziertes oder funktionalisiertes Glas, Kunststoffe (einschließlich Acryl, Polystyrol und Copolymeren aus Styrol und anderen Materialien, Polypropylen, Polyethylen, Polybutylen, Polyurethanen, Teflon™, cyclischen Olefinen, Polyimiden usw.), Nylon, Keramik, Harze, Zeonor™, Siliciumdioxid oder Materialien auf Siliciumdioxidbasis, einschließlich Silicium und modifiziertem Silicium, Kohlenstoff, Metalle, anorganische Glase, optische Faserbündel und Polymere.As used herein, the term "solid support" refers to a rigid substrate that is insoluble in an aqueous liquid. The substrate can be non-porous or porous. The substrate may optionally be able to absorb a liquid (e.g. due to porosity), but will typically be sufficiently rigid that the substrate does not swell significantly when the liquid is absorbed and does not contract significantly when the liquid dries Will get removed. A non-porous solid support is generally impervious to liquids or gases. Exemplary solid supports include, but are not limited to, glass and modified or functionalized glass, plastics (including acrylic, polystyrene and copolymers of styrene and other materials, polypropylene, polyethylene, polybutylene, polyurethane, Teflon ™, cyclic olefins, polyimides, etc.) , Nylon, ceramics, resins, Zeonor ™, silica or silica based materials including silicon and modified silicon, carbon, metals, inorganic glasses, optical fiber bundles and polymers.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „im Wesentlichen frei von“, dass keine wirksame oder detektierbare Menge einer bestimmten Sache oder Eigenschaft vorhanden ist. Zum Beispiel kann eine Flüssigkeit ohne Blasen, mit Blasen, die zu klein oder zu wenige sind, um von einem bestimmten System beobachtet zu werden, mit Blasen, die zu klein oder zu wenige sind, um bei einem bestimmten Verfahren beobachtet zu werden, oder mit Blasen, die zu klein oder zu wenige sind, um eine signifikante Auswirkung auf eine Reaktion (z. B. auf eine Bindungs- oder Sequenzierungsreaktion) zu haben, als eine Flüssigkeit charakterisiert werden, die im Wesentlichen frei von Blasen ist. In einem weiteren Beispiel kann ein Gas ohne molekularen Sauerstoff (z. B. Disauerstoff (O2), Trisauerstoff oder Ozon (O3) oder Singulettsauerstoff), mit einer Konzentration von molekularem Sauerstoff, die in einem hier beschriebenen System oder Verfahren nicht detektierbar ist, oder mit einer Konzentration von molekularem Sauerstoff, die keinen signifikanten Einfluss auf eine Reaktion hat (z. B. auf eine Bindungsreaktion oder eine Sequenzierungsreaktion), als ein Gas charakterisiert werden, das im Wesentlichen frei von molekularem Sauerstoff ist.As used herein, the term "substantially free of" means that there is no effective or detectable amount of a particular thing or property. For example, a liquid can be without bubbles, with bubbles that are too small or too few to be observed by a particular system, with bubbles that are too small or too few to be observed in a particular method, or with Bubbles that are too small or too few to have a significant impact on a response (e.g., a binding or sequencing reaction) can be characterized as a liquid that is substantially free of bubbles. In another example, a gas may be without molecular oxygen (e.g., disoxygen (O 2 ), tri-oxygen or ozone (O 3 ), or singlet oxygen), with a concentration of molecular oxygen that is undetectable in a system or method described herein , or with a concentration of molecular oxygen that has no significant effect on a reaction (e.g., a binding reaction or a sequencing reaction), can be characterized as a gas that is substantially free of molecular oxygen.
Der Begriff „Oberfläche“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf einen Teil eines festen Trägers, der mit einem Fluid in Kontakt steht. Das Fluid kann ein Gas oder flüssig sein. Die Oberfläche kann im Wesentlichen flach oder eben sein. Alternativ kann die Oberfläche abgerundet oder konturiert sein. Beispielhafte Konturen, die auf einer Oberfläche enthalten sein können, sind Bohrungen, Vertiefungen, Säulen, Rippen, Kanäle oder dergleichen. Beispielhafte Materialien, die als fester Träger verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Glas wie etwa modifiziertes oder funktionalisiertes Glas; Kunststoff wie etwa Acryl, Polystyrol oder ein Copolymer aus Styrol und einem anderen Material, Polypropylen, Polyethylen, Polybutylen, Polyurethan oder Teflon™; Nylon; Nitrozellulose; Harz; Siliciumdioxid oder Materialien auf Siliciumdioxidbasis, einschließlich Silicium und modifiziertem Silicium; Kohlefaser; Metall; anorganisches Glas; optisches Faserbündel oder dergleichen.The term "surface" as used herein refers to a portion of a solid support that is in contact with a fluid. The fluid can be a gas or liquid. The surface can be essentially flat or flat. Alternatively, the surface can be rounded or contoured. Exemplary contours that can be contained on a surface are bores, depressions, columns, ribs, channels or the like. Exemplary materials that can be used as a solid support include, but are not limited to, glass such as modified or functionalized glass; Plastic such as acrylic, polystyrene or a copolymer of styrene and another material, polypropylene, polyethylene, polybutylene, polyurethane or Teflon ™; Nylon; Nitrocellulose; Resin; Silica or silica-based materials including silicon and modified silicon; Carbon fiber; Metal; inorganic glass; optical fiber bundle or the like.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „ternärer Komplex“ auf eine intermolekulare Assoziation zwischen einer Polymerase, einer doppelsträngigen Nukleinsäure und einem Nukleotid. Typischerweise erleichtert die Polymerase die Wechselwirkung zwischen einem nächsten richtigen Nukleotid und einem Matrizenstrang der geprimeten Nukleinsäure. Ein nächstes richtiges Nukleotid kann über eine Watson-Crick-Wasserstoffbindung mit dem Matrizenstrang interagieren. Der Begriff „stabilisierter ternärer Komplex“ bedeutet einen ternären Komplex mit geförderter oder verlängerter Lebensdauer oder einen ternären Komplex, dessen Zerstörung inhibiert wurde. Im Allgemeinen verhindert die Stabilisierung des ternären Komplexes den kovalenten Einbau der Nukleotidkomponente des ternären Komplexes in die geprimete Nukleinsäurekomponente des ternären Komplexes.As used herein, the term "ternary complex" refers to an intermolecular association between a polymerase, a double-stranded nucleic acid and a nucleotide. Typically, the polymerase facilitates the interaction between a next correct nucleotide and a template strand of the primed nucleic acid. A next correct nucleotide can interact with the template strand via a Watson-Crick hydrogen bond. The term "stabilized ternary complex" means a ternary complex with a promoted or extended lifespan or a ternary complex whose destruction has been inhibited. In general, stabilization of the ternary complex prevents covalent incorporation of the nucleotide component of the ternary complex into the primed nucleic acid component of the ternary complex.
Wie hier verwendet, wird der Begriff „Typ“ oder „Art/Spezies“ verwendet, um Moleküle zu identifizieren, die dieselbe chemische Struktur aufweisen. Beispielsweise kann eine Mischung von Nukleotiden mehrere dCTP-Moleküle enthalten. Es wird verstanden, dass die dCTP-Moleküle der gleiche Typ (oder die gleiche Art) von Nukleotiden sind, jedoch ein anderer Typ (oder eine andere Art) von Nukleotiden im Vergleich zu dATP, dGTP, dTTP usw. Ebenso wird verstanden, dass einzelne DNA-Moleküle mit der gleichen Sequenz Nukleotide des gleichen Typs (oder der gleichen Art) von DNA sind, wohingegen DNA-Moleküle mit unterschiedlichen Sequenzen unterschiedliche Typen (oder Arten) von DNA sind. Der Begriff „Typ“ oder „Art/Spezies“ kann auch Einheiten identifizieren, die dieselbe chemische Struktur aufweisen. Beispielsweise ist zu verstehen, dass die Cytosinbasen in einer Matrizennukleinsäure unabhängig von ihrer Position in der Matrizensequenz den gleichen Basentyp (oder die gleichen Basenspezies) haben. As used herein, the term "type" or "species" is used to identify molecules that have the same chemical structure. For example, a mixture of nucleotides can contain several dCTP molecules. It is understood that the dCTP molecules are the same type (or type) of nucleotides but a different type (or type) of nucleotides compared to dATP, dGTP, dTTP etc. It is also understood that individual DNA molecules with the same sequence are nucleotides of the same type (or type) of DNA, whereas DNA molecules with different sequences are different types (or types) of DNA. The term "type" or "species / species" can also identify entities that have the same chemical structure. For example, it should be understood that the cytosine bases in a template nucleic acid have the same base type (or the same base species) regardless of their position in the template sequence.
Die nachstehend aufgeführten und in den Ansprüchen aufgeführten Ausführungsformen können im Hinblick auf die obigen Definitionen verstanden werden.The embodiments listed below and listed in the claims can be understood in view of the above definitions.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Sequenzierungssystem bereit, das einen Tisch, eine Abgabekomponente für eine flüssige Phase, eine Abgabekomponente für eine zweite Phase und eine Phasenmischkomponente aufweist, wobei die flüssige Phase mit der zweiten Phase nicht mischbar ist, wobei der Tisch dazu konfiguriert ist, eine Durchflusszelle aufzunehmen, wobei die Flüssigkeitsabgabekomponente konfiguriert ist, um Flüssigkeit aus einem oder mehreren Reservoirs an die Phasenmischkomponente abzugeben, wobei die Abgabekomponente für die zweite Phase konfiguriert ist, um die zweite Phase an die Phasenmischkomponente abzugeben, und wobei die Phasenmischkomponente konfiguriert ist, um Flüssigkeiten von der Flüssigkeitsabgabekomponente mit der zweiten Phase zu mischen, um ein Mischphasenfluid in das Innere der Durchflusszelle abzugeben, wobei das Mischphasenfluid Blasen der zweiten Phase in der Flüssigkeit enthält.The present disclosure provides a sequencing system that includes a table, a liquid phase delivery component, a second phase delivery component, and a phase mix component, the liquid phase being immiscible with the second phase, the table configured to have one Receive flow cell, wherein the liquid delivery component is configured to deliver liquid from one or more reservoirs to the phase mixing component, the second phase delivery component is configured to deliver the second phase to the phase mixing component, and wherein the phase mixing component is configured to deliver liquids from mix the liquid delivery component with the second phase to deliver a mixed phase fluid to the interior of the flow cell, the mixed phase fluid containing bubbles of the second phase in the liquid.
Ein System kann beispielsweise als monolithische Vorrichtung konfiguriert sein, die alle für einen bestimmten Zweck verwendeten Subsysteme oder Komponenten in einem einzigen Gehäuse enthält. Alternativ können eines oder mehrere der hier beschriebenen Subsysteme oder Komponenten entfernt von anderen Komponenten gelegen sein oder bequem von anderen Komponenten trennbar sein. Beispielsweise kann ein Nukleinsäuresequenzierungssystem eine fluidische Komponente und eine Detektionskomponente enthalten, die in einem einzigen Gehäuse zusammengehalten werden, wohingegen eine Computerverarbeitungseinheit, die betriebsmäßig mit der fluidischen Komponente und der Detektionskomponente verbunden ist, physikalisch in einem separaten Gehäuse untergebracht sein kann. Nichtsdestotrotz können Komponenten, die voneinander getrennt sind oder entfernt voneinander gelegen sind, über Hardware (z. B. Fluidleitungen, optische Fasern oder elektrische Leitungen) oder drahtlose Kommunikation funktional vernetzt werden.For example, a system can be configured as a monolithic device that contains all subsystems or components used for a specific purpose in a single housing. Alternatively, one or more of the subsystems or components described here can be located away from other components or can be easily separated from other components. For example, a nucleic acid sequencing system can include a fluidic component and a detection component that are held together in a single housing, whereas a computer processing unit that is operatively connected to the fluidic component and the detection component can be physically housed in a separate housing. Nonetheless, components that are separated from one another or that are located at a distance from one another can be functionally networked via hardware (e.g. fluid lines, optical fibers or electrical lines) or wireless communication.
Ein System der vorliegenden Offenbarung kann konfiguriert sein, um eine Durchflusszelle zu verwenden. Die Durchflusszelle ist eine Vorrichtung, die einen Detektionskanal enthalten kann, in dem eine analytische Reaktion von Interesse beobachtet werden kann. Die analytische Reaktion kann in Bulklösung innerhalb der Durchflusszelle stattfinden. Zum Beispiel können zwei Lösungen gemischt werden und das Produkt der Mischung kann im Detektionskanal beobachtet werden. Alternativ kann eine analytische Reaktion auf einem festen Träger innerhalb des Detektionskanals stattfinden. Beispielsweise kann eine Reagenzlösung über einen festen Träger geströmt werden, der an Analyten von Interesse wie etwa Nukleinsäuren gebunden ist, und eine resultierende Reaktion kann auf dem festen Träger beobachtet werden. Eine Durchflusszelle ermöglicht eine bequeme Fluidmanipulation, indem Lösungen durch eine Einlassöffnung in den Detektionskanal und durch eine Auslassöffnung aus dem Innenraum geleitet werden. Der Detektionskanal weist auch einen Beobachtungsbereich oder ein Beobachtungsvolumen, beispielsweise ein optisch transparentes Fenster, durch das optische Signale beobachtet werden können, einen elektrischen Kontakt, durch den elektronische Signale beobachtet werden können, oder dergleichen, auf. Eine besonders nützliche Durchflusszelle weist ein Fenster auf, das für Anregungs- und Emissionsstrahlung, die zur Lumineszenzdetektion verwendet werden, transparent ist. Beispielhafte Durchflusszellen, die für ein hier dargelegtes System oder Verfahren verwendet werden können, sind z. B. in US-Patentanmeldungsveröffentlichungs-Nr. 2010/0111768 A1, WO 05/065814 oder US-Patentanmeldungsveröffentlichungs-Nr. 2012/0270305 A1 beschrieben, die hiermit jeweils durch Bezugnahme aufgenommen sind.A system of the present disclosure may be configured to use a flow cell. The flow cell is a device that can include a detection channel in which an analytical reaction of interest can be observed. The analytical reaction can take place in bulk solution within the flow cell. For example, two solutions can be mixed and the product of the mixture can be observed in the detection channel. Alternatively, an analytical reaction can take place on a solid support within the detection channel. For example, a reagent solution can be flowed over a solid support bound to analytes of interest such as nucleic acids and a resulting reaction can be observed on the solid support. A flow cell enables easy fluid manipulation by guiding solutions through an inlet opening into the detection channel and through an outlet opening from the interior. The detection channel also has an observation area or an observation volume, for example an optically transparent window through which optical signals can be observed, an electrical contact through which electronic signals can be observed, or the like. A particularly useful flow cell has a window that is transparent to excitation and emission radiation used for luminescence detection. Exemplary flow cells that can be used for a system or method set forth herein are e.g. B. in U.S. Patent Application Publication No. 2010/0111768 A1, WO 05/065814 or U.S. Patent Application Publication No. 2012/0270305 A1, each of which is hereby incorporated by reference.
Eine Durchflusszelle oder eine ähnliche Vorrichtung kann einen oder mehrere Detektionskanäle aufweisen. Der oder die Detektionskanäle können gegenüber der Atmosphäre (oder einer anderen umgebenden Umgebung, wie beispielsweise der lokalen Umgebung, die die Durchflusszelle unmittelbar umgibt) verschlossen sein und beispielsweise eine Röhre oder einen Tunnel innerhalb der Durchflusszellenstruktur bilden. Der Detektionskanal kann eine Vielzahl von Querschnittsformen haben, einschließlich beispielsweise kreisförmig, oval, dreieckig, quadratisch, rechteckig, polyedrisch oder andere geschlossene Formen. Die Querschnittsfläche des Detektionskanals kann über seine Länge gleichmäßig sein. Beispielsweise hat ein Detektionskanal mit einer kreisförmigen Querschnittsfläche, die über die Länge des Kanals gleichmäßig ist, eine zylindrische Form, während ein Detektionskanals mit einer kreisförmigen Querschnittsfläche, die über die Länge des Kanals zunimmt oder abnimmt, eine konische oder Trichterform haben wird. Die Querschnittsfläche eines Detektionskanals kann mindestens etwa 1 µm2, 10 µm2, 100 µm2, 1 mm2, 10 mm2, oder 100 mm2 oder mehr betragen. Alternativ oder zusätzlich kann die Querschnittsfläche eines Detektionskanals höchstens etwa 100 mm2, 10 mm2, 1 mm2, 100 µm2, 10 µm2, 1 µm2, oder weniger betragen. Das Volumen eines Detektionskanals in einer Durchflusszelle kann mindestens etwa 1 nl, 10 nl, 100 nl, 1 µl, 10 µl, 100 µl, 1 ml oder mehr betragen. Alternativ oder zusätzlich kann das Volumen eines Detektionskanals in einer Durchflusszelle höchstens etwa 1 ml, 100 µl, 10 µl, 1 µl, 100 nl, 10 nl, 1 nl oder weniger betragen.A flow cell or similar device can have one or more detection channels. The detection channel (s) can be closed off from the atmosphere (or another surrounding environment, such as, for example, the local environment that immediately surrounds the flow cell) and can form, for example, a tube or a tunnel within the flow cell structure. The detection channel can have a variety of cross-sectional shapes, including, for example, circular, oval, triangular, square, rectangular, polyhedral, or other closed shapes. The Cross-sectional area of the detection channel can be uniform over its length. For example, a detection channel with a circular cross-sectional area that is uniform over the length of the channel has a cylindrical shape, while a detection channel with a circular cross-sectional area that increases or decreases over the length of the channel will have a conical or funnel shape. The cross-sectional area of a detection channel can be at least about 1 µm 2 , 10 µm 2 , 100 µm 2 , 1 mm 2 , 10 mm 2 , or 100 mm 2 or more. Alternatively or additionally, the cross-sectional area of a detection channel can be at most approximately 100 mm 2 , 10 mm 2 , 1 mm 2 , 100 µm 2 , 10 µm 2 , 1 µm 2 , or less. The volume of a detection channel in a flow cell can be at least about 1 nl, 10 nl, 100 nl, 1 µl, 10 µl, 100 µl, 1 ml or more. Alternatively or additionally, the volume of a detection channel in a flow cell can be at most about 1 ml, 100 μl, 10 μl, 1 μl, 100 nl, 10 nl, 1 nl or less.
Eine Durchflusszelle der vorliegenden Offenbarung kann eine oder mehrere Öffnungen zur Übertragung von Fluiden aufweisen. In bestimmten Konfigurationen kann eine erste Öffnung als Einlass für die Fluide und eine zweite Öffnung als Auslass für die Fluide fungieren. Alternativ kann eine Durchflusszelle eine einzige Öffnung aufweisen, die sowohl als Ein- als auch als Auslass fungiert. Das Fluid kann ein Flüssig-, Gas- oder Mischphasenfluid sein. Die Durchflusszelle kann ferner einen Bereich enthalten, in dem Analyten detektiert werden. Ein Fluid kann über den Einlass in die Durchflusszelle, dann durch den Bereich und dann aus dem Auslass fließen, um die Durchflusszelle zu verlassen. Beispielsweise kann der Bereich durch ein Fenster in der Durchflusszelle untersucht oder detektiert werden. Beispielsweise kann ein optischer Detektor einen Innenbereich der Durchflusszelle durch ein optisch transparentes Fenster der Durchflusszelle beobachten. Der Bereich der Durchflusszelle kann durch andere Techniken als optische Techniken untersucht oder beobachtet werden, einschließlich zum Beispiel der hier dargelegten Detektionstechniken. Dementsprechend kann die Durchflusszelle eine Übertragungsfläche haben, die Signale aus dem Bereich der Durchflusszelle an die entsprechende Detektorvorrichtung überträgt. Es versteht sich, dass eine Durchflusszelle nicht zur Detektion von Analyten konfiguriert sein muss. Beispielsweise kann die Durchflusszelle eine Kammer für das Auftreten einer Reaktion bereitstellen, und ein Reaktionsprodukt kann zur nachfolgenden Verwendung oder zur anschließenden Detektion aus der Durchflusszelle fließen. Dementsprechend muss eine Durchflusszelle kein optisch transparentes Fenster oder eine andere Oberfläche aufweisen, die zum Übertragen von analytischen Signalen konfiguriert ist.A flow cell of the present disclosure may have one or more openings for transferring fluids. In certain configurations, a first opening can function as an inlet for the fluids and a second opening as an outlet for the fluids. Alternatively, a flow cell can have a single opening that functions as both an inlet and an outlet. The fluid can be a liquid, gas or mixed phase fluid. The flow cell may also include an area in which analytes are detected. Fluid can flow into the flow cell through the inlet, then through the area and then out of the outlet to exit the flow cell. For example, the area can be examined or detected through a window in the flow cell. For example, an optical detector can observe an inner region of the flow cell through an optically transparent window of the flow cell. The area of the flow cell can be examined or observed by techniques other than optical techniques, including, for example, the detection techniques set forth herein. Accordingly, the flow cell can have a transmission surface which transmits signals from the area of the flow cell to the corresponding detector device. It goes without saying that a flow cell need not be configured to detect analytes. For example, the flow cell can provide a chamber for a reaction to occur, and a reaction product can flow out of the flow cell for subsequent use or subsequent detection. Accordingly, a flow cell need not have an optically transparent window or other surface that is configured to transmit analytical signals.
In einigen Konfigurationen ist eine Durchflusszelle eine fixierte Komponente eines Fluidsystems, für deren Entfernung beispielsweise spezielle Werkzeuge und/oder spezielle Schulungen erforderlich sind. Alternativ kann eine Durchflusszelle eine entfernbare Komponente eines Fluidsystems sein. Beispielsweise kann ein System der vorliegenden Offenbarung einen Tisch umfassen, der zum bequemen Platzieren und Entfernen der Durchflusszelle konfiguriert ist. Somit kann die Durchflusszelle eine Verbrauchskomponente sein, die zur Verwendung in einem ersten analytischen Test vorgesehen ist und dann entfernt wird, um durch eine zweite Durchflusszelle ersetzt zu werden, die für einen zweiten analytischen Test verwendet wird. Die zwei Durchflusszellen können ähnlich zueinander konfiguriert sein, zum Beispiel ähnliche Analyten, ähnliche Proben oder Unterfraktionen einer bestimmten Probe enthalten.In some configurations, a flow cell is a fixed component of a fluid system, for example special tools and / or special training are required to remove it. Alternatively, a flow cell can be a removable component of a fluid system. For example, a system of the present disclosure may include a table configured to conveniently place and remove the flow cell. Thus, the flow cell can be a consumable component that is intended for use in a first analytical test and is then removed to be replaced by a second flow cell that is used for a second analytical test. The two flow cells can be configured similarly to one another, for example contain similar analytes, similar samples or sub-fractions of a specific sample.
Ein Tisch kann zur Detektion einer Durchflusszelle konfiguriert sein. Der Tisch kann fixiert oder verschiebbar sein. Beispielsweise kann ein verschiebbarer Tisch relativ zu einem Detektor linear in eine oder mehrere Richtungen bewegt werden, die durch ein kartesisches Koordinatensystem definiert sind. Beispielsweise kann eine Durchflusszelle in einer oder mehrere Richtungen verschoben werden (z. B. um einen Streifen einer Durchflusszelle entlang der y-Dimension zu scannen), einer zweiten Richtung (z. B. um die Durchflusszelle entlang der x-Dimension zu verschieben, um sie für das Scannen eines zweiten Streifens der Durchflusszelle auszurichten) und einer dritten Richtung (z. B. um die Durchflusszelle entlang der z-Dimension in den Fokus eines Detektors zu bringen). Beispiele für Schiebetische sind in US-Patent-Nm. 8,951,781 oder 10,227,636 dargelegt, von denen jede durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist. Beispiele für fixierte Tische, die nützlich sein können, sind in
In einer Durchflusszelle oder einem anderen hier beschriebenen Gefäß kann ein beliebiger einer Vielzahl von Analyten vorhanden sein. Die Analyten können mit einer Mischphasenflüssigkeit in Kontakt gebracht werden. Das Mischphasenfluid kann in Kontakt mit den Analyten fließen oder statisch sein. Beispielhafte Analyten umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, die Analyten, die hierin oder in hierin zitierten Referenzen beispielhaft angegeben sind. Besonders nützliche Analyten sind an Nukleinsäuresequenzierungsprozessen beteiligt. Dementsprechend kann eine Durchflusszelle eine oder mehrere Nukleinsäuren, Polymerasen, Polymeraseinhibitoren, Polymerasecofaktoren (z. B. katalytische Metallionen), ternäre Komplexstabilisierungsmittel (z. B. inhibitorische Metallionen), Nukleotide, Nukleinsäurebindungsproteine, Nukleotiddeblockierungsreagenzien, oder dergleichen enthalten. Any of a variety of analytes may be present in a flow cell or other vessel described herein. The analytes can be brought into contact with a mixed phase liquid. The mixed phase fluid can flow in contact with the analytes or be static. Exemplary analytes include, but are not limited to, the analytes exemplified herein or in references cited herein. Particularly useful analytes are involved in nucleic acid sequencing processes. Accordingly, a flow cell may contain one or more nucleic acids, polymerases, polymerase inhibitors, polymerase cofactors (e.g. catalytic metal ions), ternary complex stabilizers (e.g. inhibitory metal ions), nucleotides, nucleic acid binding proteins, nucleotide blocking reagents, or the like.
Andere Analyten, die in einer Durchflusszelle vorhanden sein können, umfassen beispielsweise biologische Gewebe, biologische Zellen; Organellen; proteinbasierte Enzyme; proteinbasierte Rezeptoren wie etwa Antikörper, Lectine oder Streptavidin; Peptide; RNA-Moleküle; Aptamere oder dergleichen. Der Inhalt der Durchflusszelle kann optional in Kontakt mit einem Mischphasenfluid (z. B. einem Fluidschaum) stehen. Beispielhafte proteinbasierte Enzyme, die verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Polymerase, Transposase, Ligase, Rekombinase, Kinase, Phosphatase, Exonuklease, Endonuklease, Sulfurylase, Apyrase, Luciferase, grün fluoreszierendes Protein (GFP), oder Phycobiliprotein (z. B. Phycocyanin, Allophycocyanin, oder Phycoerythrin). Es versteht sich, dass einer oder mehrere der in der vorliegenden Offenbarung dargelegten oder auf dem Gebiet der biologischen oder chemischen Analyse bekannten Analyten den Kontakt mit einem Mischphasenfluid in einem oder mehreren Schritten eines hierin dargelegten Verfahrens vermeiden können.Other analytes that may be present in a flow cell include, for example, biological tissues, biological cells; Organelles; protein-based enzymes; protein-based receptors such as antibodies, lectins or streptavidin; Peptides; RNA molecules; Aptamers or the like. The content of the flow cell can optionally be in contact with a mixed-phase fluid (e.g. a fluid foam). Exemplary protein-based enzymes that can be used include, but are not limited to, polymerase, transposase, ligase, recombinase, kinase, phosphatase, exonuclease, endonuclease, sulfurylase, apyrase, luciferase, green fluorescent protein (GFP), or phycobiliprotein (e.g. B. Phycocyanin, Allophycocyanin, or Phycoerythrin). It is understood that one or more of the analytes set forth in the present disclosure or known in the field of biological or chemical analysis may avoid contact with a mixed phase fluid in one or more steps of a method set forth herein.
In einigen Aspekten wird eine Durchflusszelle oder ein anderes Gefäß bereitgestellt, wobei die Durchflusszelle einen stabilisierten ternären Komplex, der innerhalb der Durchflusszelle immobilisiert ist, wobei der stabilisierte ternäre Komplex eine Polymerase, eine geprimete Matrizennukleinsäure und ein nächstes richtiges Nukleotid für die Matrize enthält; und ein Mischphasenfluid mit mehreren Gasblasen in einer Flüssigkeit enthält, wobei das Mischphasenfluid mit dem stabilisierten ternären Komplex in Kontakt steht.In some aspects, a flow cell or other vessel is provided, the flow cell containing a stabilized ternary complex immobilized within the flow cell, the stabilized ternary complex containing a polymerase, a primed template nucleic acid, and a next correct nucleotide for the template; and contains a mixed phase fluid with multiple gas bubbles in a liquid, the mixed phase fluid being in contact with the stabilized ternary complex.
In einigen Konfigurationen der hierin dargelegten Systeme, wie beispielsweise einigen Nukleinsäuresequenzierungssystemen, wird ein Mischphasenfluid (z. B. Fluidschaum) in einigen Schritten verwendet, die einen stabilisierten ternären Komplex verwenden, jedoch nicht in anderen Schritten, die einen stabilisierten ternären Komplex verwenden. In einer beispielhaften Konfiguration kann ein Mischphasenfluid optional in Kontakt mit Komponenten stehen, die einen ternären Komplex bilden oder sich von einem ternären Komplex gelöst haben.In some configurations of the systems set forth herein, such as some nucleic acid sequencing systems, a mixed-phase fluid (e.g., fluid foam) is used in some steps that use a stabilized ternary complex, but not in other steps that use a stabilized ternary complex. In an exemplary configuration, a mixed phase fluid may optionally be in contact with components that form a ternary complex or have detached from a ternary complex.
Eine Durchflusszelle oder ein anderes Gefäß, das in einem System der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, kann eine Polymerase enthalten. Die Polymerase kann in Kontakt mit einem Mischphasenfluid (z. B. einem Fluidschaum) stehen. Eine Vielzahl von Polymerasen kann verwendet werden. Die Bezugnahme auf eine bestimmte Polymerase, wie jene, die in dieser Offenbarung beispielhaft angegeben sind, schließt, sofern nicht anders angegeben, funktionelle Varianten davon ein. Besonders nützliche Funktionen einer Polymerase umfassen die Bildung eines ternären Komplexes, die Verlängerung eines Primers zur Einführung eines Nukleotids (wie etwa eines reversibel terminierten Nukleotids) oder die Katalyse der Polymerisation eines Nukleinsäurestrangs unter Verwendung einer vorhandenen Nukleinsäure als Matrize.A flow cell or other vessel used in a system of the present disclosure may contain a polymerase. The polymerase may be in contact with a mixed phase fluid (e.g. a fluid foam). A variety of polymerases can be used. Reference to a particular polymerase, such as that exemplified in this disclosure, includes functional variants thereof, unless otherwise specified. Particularly useful functions of a polymerase include the formation of a ternary complex, the extension of a primer to introduce a nucleotide (such as a reversibly terminated nucleotide) or the catalysis of the polymerization of a nucleic acid strand using an existing nucleic acid as a template.
Polymerasen können basierend auf struktureller Homologie wie etwa der Klassifizierung von Polymerasen in die als A, B, C, D, X, Y, und RT identifizierten Familien klassifiziert werden. DNA-Polymerasen in Familie A umfassen beispielsweise T7-DNA-Polymerase, eukaryotische mitochondriale DNA-Polymerase γ, E. coli DNA Pol I, Thermus aquaticus Pol I, und Bacillus stearothermophilus Pol I. DNA-Polymerasen in Familie B umfassen beispielsweise eukaryotische DNA-Polymerasen α, δ, und ε; DNA-Polymerase ζ; T4-DNA-Polymerase; Phi29-DNA-Polymerase; und RB69-Bakteriophagen-DNA-Polymerase. Zur Familie C gehört beispielsweise die E. coli-DNA-Polymerase III-alpha-Untereinheit. Familie B-Archäon-DNA-Polymerasen umfassen beispielsweise Vent-, Deep Vent-, Pfu- und 9°N-Polymerasen (z. B. Therminator™-DNA-Polymerase von New England BioLabs Inc.; Ipswich, MA). Familie D umfasst zum Beispiel Polymerasen, die von der Euryarchaeota-Subdomäne von Archaea abgeleitet sind. DNA-Polymerasen in Familie X umfassen zum Beispiel eukaryotische Polymerasen Pol β, pol σ, Pol λ und Pol µ, und S. cerevisiae Pol4. DNA-Polymerasen in Familie Y umfassen zum Beispiel Pol η, Pol ɩ, Pol κ, E. coli Pol IV (DINB) und E. coli Pol V (UmuD'2C). Die RT-Familie (Reverse Transkriptase) von DNA-Polymerasen umfasst zum Beispiel Reverse Transkriptasen von Retroviren und eukaryotische Telomerasen. Beispielhafte RNA-Polymerasen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, virale RNA-Polymerasen wie etwa T7-RNA-Polymerase; eukaryotische RNA-Polymerasen wie etwa RNA-Polymerase I, RNA-Polymerase II, RNA-Polymerase III, RNA-Polymerase IV, und RNA-Polymerase V; und Archaea-RNA-Polymerase.Polymerases can be classified into families identified as A, B, C, D, X, Y, and RT based on structural homology, such as the classification of polymerases. DNA polymerases in family A include, for example, T7 DNA polymerase, eukaryotic mitochondrial DNA polymerase γ, E. coli DNA Pol I, Thermus aquaticus Pol I, and Bacillus stearothermophilus Pol I. DNA polymerases in family B include, for example, eukaryotic DNA Polymerases α, δ, and ε; DNA polymerase ζ; T4 DNA polymerase; Phi29 DNA polymerase; and RB69 bacteriophage DNA polymerase. For example, family C includes the E. coli DNA polymerase III alpha subunit. Family B archaeon DNA polymerases include, for example, Vent, Deep Vent, Pfu, and 9 ° N polymerases (e.g., Therminator ™ DNA polymerase from New England BioLabs Inc .; Ipswich, MA). For example, family D includes polymerases derived from Archaea's Euryarchaeota subdomain. DNA polymerases in family X include, for example, eukaryotic polymerases Pol β, pol σ, Pol λ and Pol µ, and S. cerevisiae Pol4. DNA polymerases in family Y include, for example, Pol η, Pol ɩ, Pol κ, E. coli Pol IV (DINB) and E. coli Pol V (UmuD'2C). The RT family (reverse transcriptase) of DNA polymerases includes, for example, reverse transcriptases from retroviruses and eukaryotic telomerases. Exemplary RNA polymerases include, but are not limited to, viral RNA polymerases such as T7 RNA polymerase; eukaryotic RNA polymerases such as RNA polymerase I, RNA polymerase II, RNA polymerase III, RNA polymerase IV, and RNA polymerase V; and Archaea RNA polymerase.
Eine Polymerase mit einer intrinsischen 3'-5'-Korrekturlese-Exonukleaseaktivität kann für einige Anwendungen der hier dargelegten Systeme nützlich sein. Polymerasen, die im Wesentlichen keine 3'-5'-Korrekturlese-Exonukleaseaktivität aufweisen, sind auch in einigen Konfigurationen nützlich, beispielsweise in den meisten Sequenzierungssystemen. Das Fehlen einer Exonukleaseaktivität kann eine Wildtyp-Eigenschaft oder eine Eigenschaft sein, die durch eine Variante oder eine konstruierte Polymerasestruktur vermittelt wird.A polymerase with 3'-5 'intrinsic proofreading exonuclease activity may be useful for some applications of the systems set forth herein. Polymerases that have essentially no 3'-5 'proofreading exonuclease activity are also useful in some configurations, for example in most sequencing systems. The lack of exonuclease activity can be a wild-type property or a property mediated by a variant or a constructed polymerase structure.
Polymerasen, die in einem hierin dargelegten System verwendet werden können, umfassen natürlich vorkommende Polymerasen und modifizierte Variationen davon, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Mutanten, Rekombinanten, Fusionen, genetische Modifikationen, chemische Modifikationen, Synthetika, und Analoga. Nützliche Polymerasen zur Bildung und zur Detektion von ternären Komplexen sind nicht auf Polymerasen beschränkt, die die Fähigkeit haben, eine Polymerisationsreaktion zu katalysieren. Optional kann eine nützliche Polymerase eine Polymerisationsreaktion in mindestens einem Zustand katalysieren, der während der Bildung oder Untersuchung eines stabilisierten ternären Komplexes nicht verwendet wird. Beispielhafte Polymerasen, die zur Bildung eines stabilisierten ternären Komplexes verwendet werden können, umfassen beispielsweise Wildtyp- und mutierte Polymerasen, die in
Polymerasen, die eine exogene Markierungskomponente enthalten (z. B. ein exogenes Luminophor), die zur Detektion der Polymerase verwendet werden kann, können in einigen Ausführungsformen nützlich sein. Optional kann die exogene Markierungskomponente chemisch an die Polymerase gebunden sein. Eine exogene Markierungskomponente kann auch über Proteinfusion an eine Polymerase gebunden sein. Beispielhafte Markierungskomponenten, die über Proteinfusion gebunden werden können, umfassen beispielsweise grün fluoreszierendes Protein (GFP), Phycobiliprotein (z. B. Phycocyanin und Phycoerythrin) oder wellenlängenverschobene Varianten von GFP oder Phycobiliprotein.Polymerases that contain an exogenous labeling component (e.g., an exogenous luminophore) that can be used to detect the polymerase may be useful in some embodiments. Optionally, the exogenous labeling component can be chemically bound to the polymerase. An exogenous labeling component can also be bound to a polymerase via protein fusion. Exemplary labeling components that can be bound via protein fusion include, for example, green fluorescent protein (GFP), phycobiliprotein (e.g. phycocyanin and phycoerythrin) or wavelength-shifted variants of GFP or phycobiliprotein.
Polymerasen können in einem Mischphasenfluid (z. B. einem Fluidschaum) in einer Konzentration vorhanden sein, die mindestens etwa 1 nM, 10 nM, 100 nM, 1 µM, 10 µM, 100 µM oder mehr beträgt. Alternativ oder zusätzlich kann die Konzentration von Polymerasen in einem Mischphasenfluid höchstens etwa 100 µM, 10 µM, 1 µM, 100 nM, 10 nM, 1 nM oder weniger betragen. Die Polymerasekonzentration kann basierend auf Aktivitätseinheiten (U) bestimmt werden. Beispielsweise können Polymerasen in einem Mischphasenfluid in einer Konzentration vorhanden sein, die mindestens etwa 5 U/ml, 10 U/ml, 25 U/ml, 50 U/ml, 75 U/ml, 100 U/ml oder mehr beträgt. Alternativ oder zusätzlich kann die Konzentration von Polymerasen in einer Mischphasenflüssigkeit höchstens etwa 100 U/ml, 75 U/ml, 50 U/ml, 25 U/ml, 10 U/ml, 5 U/ml oder weniger betragen.Polymerases can be present in a mixed phase fluid (e.g., a fluid foam) in a concentration that is at least about 1 nM, 10 nM, 100 nM, 1 µM, 10 µM, 100 µM or more. Alternatively or additionally, the concentration of polymerases in a mixed phase fluid can be at most about 100 μM, 10 μM, 1 μM, 100 nM, 10 nM, 1 nM or less. The polymerase concentration can be determined based on activity units (U). For example, polymerases can be present in a mixed phase fluid in a concentration that is at least about 5 U / ml, 10 U / ml, 25 U / ml, 50 U / ml, 75 U / ml, 100 U / ml or more. Alternatively or additionally, the concentration of polymerases in a mixed phase liquid can be at most about 100 U / ml, 75 U / ml, 50 U / ml, 25 U / ml, 10 U / ml, 5 U / ml or less.
Eine Durchflusszelle oder ein anderes Gefäß, das in einem System oder Verfahren der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, kann eine Nukleinsäure enthalten. Die Nukleinsäure kann in Kontakt mit einem Mischphasenfluid (z. B. einem Fluidschaum) stehen. In einigen Konfigurationen soll ein einzelnes Nukleinsäuremolekül manipuliert oder detektiert werden. Das Nukleinsäuremolekül kann in ein Gefäß abgegeben und gegebenenfalls an eine Oberfläche im Gefäß gebunden werden. In einigen Ausführungsformen wird das Molekül einer Detektion unter Bedingungen unterworfen, bei denen einzelne Moleküle voneinander getrennt werden (z. B. Einzelmolekülsequenzierung). Alternativ können mehrere Kopien der Nukleinsäure angefertigt werden und das resultierende Ensemble kann nachgewiesen oder sequenziert werden. Beispielsweise kann das Nukleinsäureensemble an einer Oberfläche (z. B. an der Innenwand einer Durchflusszelle) befestigt sein.A flow cell or other vessel used in a system or method of the present disclosure may contain a nucleic acid. The nucleic acid can be in contact with a mixed phase fluid (e.g. a fluid foam). In some configurations, a single nucleic acid molecule is to be manipulated or detected. The nucleic acid molecule can be dispensed into a vessel and optionally bound to a surface in the vessel. In some embodiments, the molecule is subjected to detection under conditions in which individual molecules are separated from one another (e.g. single molecule sequencing). Alternatively, multiple copies of the nucleic acid can be made and the resulting ensemble can be detected or sequenced. For example, the nucleic acid ensemble can be attached to a surface (e.g. on the inner wall of a flow cell).
In Multiplex-Ausführungsformen werden mehrere unterschiedliche Nukleinsäuremoleküle (d. h. eine Population mit einer Vielzahl unterschiedlicher Sequenzen) manipuliert oder detektiert. Die Moleküle können wahlweise an eine Oberfläche in einer Durchflusszelle oder einem anderen Gefäß gebunden sein. Die Nukleinsäuren können an eindeutigen Stellen auf der Oberfläche gebunden sein und einzelne räumlich voneinander unterscheidbare Nukleinsäuremoleküle können parallel detektiert oder sequenziert werden. Alternativ können Nukleinsäure-Ensembles räumlich voneinander unterscheidbar sein und parallel modifiziert, detektiert oder sequenziert werden.In multiplex embodiments, several different nucleic acid molecules (i.e. a population with a multitude of different sequences) are manipulated or detected. The molecules can optionally be bound to a surface in a flow cell or other vessel. The nucleic acids can be bound at unique locations on the surface and individual nucleic acid molecules that can be spatially distinguished from one another can be detected or sequenced in parallel. Alternatively, nucleic acid ensembles can be spatially distinguishable from one another and modified, detected or sequenced in parallel.
Eine Durchflusszelle oder ein anderes Gefäß kann beliebige Nukleinsäureprodukte einer Vielzahl von Nukleinsäureamplifikationstechniken enthalten. Mischphasenfluide können mit den Nukleinsäuren in Kontakt stehen. Beispielhafte Techniken, die verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Polymerasekettenreaktion (PCR), Rolling Circle Amplification (RCA), Multiple Displacement Amplification (MDA), Brückenamplifikation, oder Random Prime Amplification (RPA). Mischphasenfluid kann in Kontakt mit Primern, Matrizen oder anderen Amplifikationsreagenzien wie etwa denen, die hier oder in den hierin zitierten Referenzen beispielhaft angegeben sind, stehen. In bestimmten Ausführungsformen können ein oder mehrere zur Amplifikation verwendete Primer an eine Oberfläche in einer Durchflusszelle gebunden werden. In solchen Ausführungsformen führt die Verlängerung der an die Oberfläche gebundenen Primer entlang der Matrizen-Nukleinsäuren dazu, dass Kopien der Matrizen an die Oberfläche gebunden werden. Dementsprechend können ein oder beide Stränge einer doppelsträngigen Nukleinsäure an eine Oberfläche in einer Durchflusszelle gebunden werden.A flow cell or other vessel can contain any nucleic acid product from a variety of nucleic acid amplification techniques. Mixed phase fluids can be in contact with the nucleic acids. Exemplary techniques that can be used include, but are not limited to, polymerase chain reaction (PCR), rolling circle amplification (RCA), multiple displacement amplification (MDA), bridge amplification, or random prime amplification (RPA). Mixed phase fluid may be in contact with primers, matrices, or other amplification reagents such as those exemplified here or in the references cited herein. In certain embodiments, one or more primers used for amplification can be bound to a surface in a flow cell. In such embodiments, extending the surface-bound primers along the template nucleic acids results in copies of the templates being bound to the surface. Accordingly, one or both strands of a double-stranded nucleic acid can be bound to a surface in a flow cell.
Nukleinsäurematrizen, die in einem Verfahren oder einer Zusammensetzung hierin verwendet werden, können DNA wie etwa genomische DNA, synthetische DNA, amplifizierte DNA, komplementäre DNA (cDNA) oder dergleichen sein. RNA kann auch verwendet werden, wie etwa mRNA, ribosomale RNA, tRNA oder dergleichen. Nukleinsäure-Analoga können hierin auch als Matrizen verwendet werden. Hierin verwendete Primer können DNA, RNA oder Analoga davon sein.Nucleic acid matrices used in a method or composition herein can be DNA such as genomic DNA, synthetic DNA, amplified DNA, complementary DNA (cDNA), or the like. RNA can also be used, such as mRNA, ribosomal RNA, tRNA or the like. Nucleic acid analogs can also be used as templates herein. Primers used herein can be DNA, RNA, or analogs thereof.
Eine Nukleinsäure, die in einer Vorrichtung hierin verwendet wird, kann linear sein, zum Beispiel flankiert von einem 3'-Ende und einem 5'-Ende. Alternativ kann eine Nukleinsäure kreisförmig sein, wodurch ein 3'- und 5'-Ende fehlt. Ob linear, kreisförmig oder in irgendeiner anderen Konformation, eine Nukleinsäure, die hier verwendet wird, kann eine Größe haben, die für eine bestimmte Verwendung erwünscht ist oder die das Ergebnis von Manipulationen ist, die an der Nukleinsäure durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Nukleinsäure eine Länge haben, die mindestens 50 Basen, 100 Basen, 1 × 103 Basen, 1 × 104 Basen, 1 × 105 Basen, 1 × 106 Basen lang oder länger ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Nukleinsäurelänge höchstens 1 × 106 Basen, 1 × 105 Basen, 1 × 104 Basen, 1 × 103 Basen, 100 Basen, 50 Basen lang oder kürzer sein. Wenn eine Population von Nukleinsäuren verwendet wird, kann die durchschnittliche Länge für die Population eine untere und/oder obere Grenze haben, die aus diesen Bereichen ausgewählt wird.A nucleic acid used in a device herein can be linear, for example flanked by a 3 'end and a 5' end. Alternatively, a nucleic acid can be circular, missing a 3 'and 5' end. Whether linear, circular, or in any other conformation, a nucleic acid used herein can have a size that is desirable for a particular use or is the result of manipulations performed on the nucleic acid. For example, a nucleic acid may have a length that is at least 50 bases, 100 bases, 1 × 10 3 bases, 1 × 10 4 bases, 1 × 10 5 bases, 1 × 10 6 bases long or longer. Alternatively or additionally, the nucleic acid length can be at most 1 × 10 6 bases, 1 × 10 5 bases, 1 × 10 4 bases, 1 × 10 3 bases, 100 bases, 50 bases long or shorter. If a population of nucleic acids is used, the average length for the population may have a lower and / or an upper limit selected from these ranges.
Eine Durchflusszelle oder ein anderes Gefäß, das in einem System oder Verfahren der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, kann ein Array von Nukleinsäuren, Proteinen oder anderen Analyten enthalten. In bestimmten Konfigurationen sind stabilisierte ternäre Komplexe an einer oder mehreren Stellen eines Arrays vorhanden. Das Array von Analyten kann in Kontakt mit einem Mischphasenfluid (z. B. einem Fluidschaum) stehen.A flow cell or other vessel used in a system or method of the present disclosure may contain an array of nucleic acids, proteins, or other analytes. In certain configurations, stabilized ternary complexes are present at one or more locations in an array. The array of analytes can be in contact with a mixed phase fluid (e.g., a fluid foam).
Arrays bieten den Vorteil der Multiplexverarbeitung von Analyten, wobei die vielen verschiedenen Arten von Analyten parallel manipuliert oder detektiert werden. Ein Array kann mindestens 2, 10, 100, 1 × 103, 1 × 104, 1 × 105, 1 × 106, 1 × 109, oder mehr verschiedene Analytstellen enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann ein Array höchstens 1 × 109, 1 × 106, 1 × 105, 1 × 104, 1 × 103, 100, 10, 2 oder weniger verschiedene Analytstellen enthalten.Arrays offer the advantage of multiplex processing of analytes, with the many different types of analytes being manipulated or detected in parallel. An array can contain at least 2, 10, 100, 1 × 10 3 , 1 × 10 4 , 1 × 10 5 , 1 × 10 6 , 1 × 10 9 , or more different analyte sites. Alternatively or additionally, an array can contain at most 1 × 10 9 , 1 × 10 6 , 1 × 10 5 , 1 × 10 4 , 1 × 10 3 , 100, 10, 2 or fewer different analyte sites.
Ein Array kann an einer Innenfläche einer Durchflusszellenwand oder an einem festen Träger innerhalb einer Durchflusszelle angebracht werden. Die Durchflusszelle oder der feste Träger kann aus einem beliebigen einer Vielzahl von Materialien hergestellt sein, die für die analytische Biochemie verwendet werden. Geeignete Materialien können Glas, Polymermaterialien, Silicium, Quarz (Quarzglas), Borfloatglas, Siliciumdioxid, Materialien auf Siliciumdioxidbasis, Kohlenstoff, Metalle, eine optische Faser oder ein Bündel von optischen Fasern, Saphir oder Kunststoffmaterialien einschließen. Das Material kann basierend auf Eigenschaften ausgewählt werden, die für eine bestimmte Verwendung erwünscht sind. Zum Beispiel sind Materialien, die für eine gewünschte Wellenlänge von Strahlung transparent sind, für analytische Techniken nützlich, die Strahlung bei dieser Wellenlänge verwenden. Umgekehrt kann es wünschenswert sein, ein Material auszuwählen, das keine Strahlung einer bestimmten Wellenlänge durchlässt (z. B. undurchsichtig, absorbierend oder reflektierend). Andere Eigenschaften eines Materials, die ausgenutzt werden können, sind Inertheit oder Reaktivität gegenüber bestimmten Reagenzien, die in einem nachgeschalteten Verfahren verwendet werden, wie beispielsweise den hier angegebenen, oder einfache Handhabbarkeit oder niedrige Herstellungskosten.An array can be attached to an inner surface of a flow cell wall or to a solid support within a flow cell. The flow cell or solid support can be made from any of a variety of materials used in analytical biochemistry. Suitable materials can include glass, polymer materials, silicon, quartz (quartz glass), boron float glass, silicon dioxide, silicon dioxide-based materials, carbon, metals, an optical fiber or a bundle of optical fibers, sapphire or plastic materials. The material can be selected based on properties that are desired for a particular use. For example, materials that are transparent to a desired wavelength of radiation are useful for analytical techniques that use radiation at that wavelength. Conversely, it may be desirable to select a material that does not transmit radiation of a particular wavelength (e.g., opaque, absorbent, or reflective). Other properties of a material that can be exploited are inertness or reactivity to certain reagents used in a downstream process, such as those given here, or ease of use or low manufacturing costs.
Ein besonders nützlicher fester Träger zur Verwendung in einer Durchflusszelle oder einem anderen Gefäß ist ein Teilchen wie etwa ein Kügelchen oder eine Mikrokugel. Populationen von Kügelchen können zum Anheften von Populationen von Analyten verwendet werden, wie beispielsweise stabilisierten ternären Komplexen oder Komponenten, die zur Bildung der Komplexe befähigt sind (z. B. Polymerasen, Matrizen, Primer oder Nukleotide). In einigen Konfigurationen weist jedes Kügelchen einen einzelnen Typ eines stabilisierten ternären Komplexes oder einen einzelnen Typ einer Komponente auf, die in der Lage ist, den Komplex oder einen einzelnen Typ eines anderen Analyten zu bilden, wie hierin oder in hierin zitierten Referenzen dargelegt. Beispielsweise kann ein einzelnes Kügelchen an einen einzelnen Typ eines ternären Komplexes, einen einzelnen Typ eines Matrizen-Allels, einen einzelnen Typ eines Matrizen-Locus, einen einzelnen Typ eines Primers oder einen einzelnen Typ eines Nukleotids gebunden werden. Alternativ müssen verschiedene Arten von Komponenten nicht Kügelchen für Kügelchen getrennt werden. Als solches kann ein einzelnes Kügelchen mehrere verschiedene Typen tragen: ternäre Komplexe, Matrizennukleinsäuren, Primer, geprimete Matrizennukleinsäuren und/oder Nukleotide. Die Zusammensetzung eines Kügelchens kann beispielsweise in Abhängigkeit von Format, Chemie und/oder Art der Befestigung variieren. Beispielhafte Kügelchenzusammensetzungen umfassen beispielsweise Kunststoffe, Keramiken, Glas, Polystyrol, Melamin, Methylstyrol, Acrylpolymere, paramagnetische Materialien, Thoriumsol, Kohlenstoffgraphit, Titandioxid, Glas mit kontrollierten Poren (CPG), Latex oder vernetzte Dextrane wie etwa Sepharose™, Cellulose, Nylon, vernetzte Mizellen und Teflon™ sowie andere Materialien, die im „Microsphere Detection Guide“ von Bangs Laboratories, Fishers Ind. aufgeführt sind, das hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen ist.A particularly useful solid support for use in a flow cell or other vessel is a particle such as a bead or microsphere. Populations of beads can be used to attach populations of analytes, such as stabilized ternary complexes or components capable of forming the complexes (e.g. polymerases, matrices, primers or nucleotides). In some configurations, each bead has a single type of stabilized ternary complex or a single type of component that is capable of forming the complex or single type of another analyte, as set forth herein or in references cited herein. For example, a single bead can be attached to a single type of ternary complex, one single type of a template allele, a single type of a template locus, a single type of a primer or a single type of a nucleotide. Alternatively, different types of components do not have to be separated bead by bead. As such, a single bead can carry several different types: ternary complexes, template nucleic acids, primers, primed template nucleic acids and / or nucleotides. The composition of a bead can vary, for example, depending on the format, chemistry and / or type of attachment. Exemplary bead compositions include, for example, plastics, ceramics, glass, polystyrene, melamine, methylstyrene, acrylic polymers, paramagnetic materials, thorium sol, carbon graphite, titanium dioxide, glass with controlled pores (CPG), latex or cross-linked dextrans such as Sepharose ™, cellulose, nylon, cross-linked micelles and Teflon ™ and other materials listed in the "Microsphere Detection Guide" by Bangs Laboratories, Fishers Ind., which is hereby expressly incorporated by reference.
Kügelchen können eine symmetrische Form haben, wie beispielsweise kugelförmig, polyedrisch, zylindrisch oder dergleichen. Alternativ können Kügelchen eine unregelmäßige oder nicht symmetrische Form haben. Beispielhafte Größen für Kügelchen, die hier verwendet werden, können einen durchschnittlichen Durchmesser aufweisen, der mindestens etwa 10 nm, 100 nm, 1 µm, 5 µm, 10 µm, 100 µm, 1 mm oder größer ist. Alternativ oder zusätzlich können die hierin verwendeten Kügelchen einen durchschnittlichen Durchmesser aufweisen, der höchstens etwa 1 mm, 100 µm, 10 µm, 5 µm, 1 µm, 100 nm, 10 nm, 1 nm oder kleiner ist. Kügelchen in diesen Größenbereichen können als Arraymerkmale oder als Teilchen in einer fluiden Aufschlämmung verwendet werden.Beads may have a symmetrical shape, such as spherical, polyhedral, cylindrical, or the like. Alternatively, beads can have an irregular or non-symmetrical shape. Exemplary bead sizes used herein can have an average diameter that is at least about 10 nm, 100 nm, 1 µm, 5 µm, 10 µm, 100 µm, 1 mm or larger. Alternatively or additionally, the beads used herein can have an average diameter that is at most about 1 mm, 100 µm, 10 µm, 5 µm, 1 µm, 100 nm, 10 nm, 1 nm or smaller. Beads in these size ranges can be used as array features or as particles in a fluid slurry.
Beispielhafte Zusammensetzungen und Techniken, die verwendet werden können, um ein Array von Kügelchen herzustellen, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, diejenigen, die für BeadChip™-Arrays verwendet werden, die von Illumina, Inc. (San Diego, CA) erhältlich sind; die in US-Patent-Nm. 6,266,459; 6,355,431; 6,770,441; 6,859,570; oder 7,622,294; oder PCT-Veröffentlichungs-Nr.
Andere nützliche Arrays schließen diejenigen ein, die in Nukleinsäuresequenzierungsanwendungen verwendet werden. Beispielsweise können Arrays, die zur Immobilisierung von Amplikons genomischer Fragmente (oft als Cluster bezeichnet) verwendet werden, besonders nützlich sein. Beispiele für Nukleinsäuresequenzierungs-Arrays, die hier verwendet werden können, schließen diejenigen ein, die in
Nukleinsäuren oder andere Analyten können so an ein Array gebunden werden, dass sie auf Einzelmolekül- oder Ensembleebene detektiert werden können. Beispielsweise kann eine Vielzahl von verschiedenen Nukleinsäuren so an ein Array gebunden werden, dass ein einzelner stabilisierter ternärer Komplex, der sich auf einem Nukleinsäuremolekül im Array bildet, von allen benachbarten ternären Komplexen, die sich im Array bilden, unterschieden werden kann. Alternativ kann ein Array der vorliegenden Offenbarung eine Vielzahl von Ensembles umfassen, wobei ein Ensemble eine Population von Analyten des gleichen Typs ist, wie etwa eine Population von Nukleinsäuren mit einer gemeinsamen Matrizensequenz. Ein Array kann eine Vielzahl von Ensembles aufweisen, wobei jedes der Ensembles unter Verwendung von auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren wie etwa Brückenamplifikation, Emulsions-PCR oder anderen hier dargelegten Verfahren gebildet wird.Nucleic acids or other analytes can be bound to an array in such a way that they can be detected at the single molecule or ensemble level. For example, a large number of different nucleic acids can be bound to an array in such a way that a single stabilized ternary complex which forms on a nucleic acid molecule in the array can be distinguished from all adjacent ternary complexes which form in the array. Alternatively, an array of the present disclosure may include a plurality of ensembles, an ensemble being a population of analytes of the same type, such as a population of nucleic acids with a common template sequence. An array may have a plurality of ensembles, each of the ensembles being formed using methods known in the art such as bridge amplification, emulsion PCR, or other methods set forth herein.
Eine Durchflusszelle oder ein anderes Gefäß, das in einem System oder Verfahren der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, kann ein Nukleotid enthalten. Das Nukleotid kann in Kontakt mit einem Mischphasenfluid (z. B. einem Fluidschaum) stehen. Das Nukleotid kann je nach Wunsch ein natives Nukleotid, ein Nukleotidanalogon oder ein modifiziertes Nukleotid sein, um zu einer bestimmten Anwendung oder Konfiguration der Verfahren zu passen. Solche Nukleotide können in einem ternären Komplex vorliegen oder in einem Sequenzierungsverfahren verwendet werden.A flow cell or other vessel used in a system or method of the present disclosure may contain a nucleotide. The nucleotide may be in contact with a mixed phase fluid (e.g. a fluid foam). The nucleotide can be a native nucleotide, a nucleotide analog or a modified nucleotide, as desired, to suit a particular application or configuration of the methods. Such nucleotides can be in a ternary complex or used in a sequencing process.
Optional weist ein Nukleotidanalogon eine stickstoffhaltige Base, einen Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen und eine Phosphatgruppe auf, wobei jede Einheit des Nukleotids im Vergleich zu einem nativen Nukleotid modifiziert, entfernt und/oder ersetzt werden kann. Nukleotidanaloga können nicht-einbaubare Nukleotide sein (d. h. Nukleotide, die nicht in der Lage sind, mit dem 3'-Sauerstoff eines Primers unter Bildung einer kovalenten Bindung zu reagieren). Solche Nukleotide, die nicht eingebaut werden können, umfassen beispielsweise Monophosphat- und Diphosphat-Nukleotide, Nukleotide, die Modifikationen an der Triphosphat-Gruppe enthalten, die das Nukleotid nicht-einbaubar machen, alpha-Phosphat-modifizierte Nukleotide, alpha-beta-Nukleotid-Analoga, beta-Phosphat-modifizierte Nukleotide, beta-gamma-Nukleotidanaloga, gamma-Phosphat-modifizierte Nukleotide, oder Caged-Nukleotide.Optionally, a nucleotide analog has a nitrogen-containing base, a sugar with five carbon atoms and a phosphate group, each unit of the nucleotide being modified, removed and / or replaced in comparison to a native nucleotide. Nucleotide analogs can be non-insertable nucleotides (ie nucleotides that are unable to react with the 3'-oxygen of a primer to form a covalent bond). Such nucleotides that cannot be incorporated include, for example, monophosphate and diphosphate nucleotides, nucleotides that contain modifications to the triphosphate group that make the nucleotide non-insertable, alpha-phosphate-modified nucleotides, alpha-beta nucleotide Analogs, beta-phosphate-modified nucleotides, beta-gamma-nucleotide analogs, gamma-phosphate-modified nucleotides, or caged nucleotides.
Nukleotidanaloga, die in einer Vorrichtung oder einem System hierin verwendet werden, können Terminatoren einschließen, die den nachfolgenden Nukleotideinbau am 3'-Ende des Primers reversibel verhindern, nachdem das Analogon in den Primer eingebaut wurde. Beispielsweise beschreiben
Alternativ dazu verhindern Nukleotidanaloga irreversibel den Einbau von Nukleotiden am 3'-Ende des Primers, in den sie eingebaut wurden. Irreversible Nukleotidanaloga umfassen 2',3'-Didesoxynukleotide (ddNTPs wie etwa ddGTP, ddATP, ddTTP, ddCTP). Didesoxynukleotiden fehlt die 3'-OH-Gruppe von dNTPs, die ansonsten an der Polymerase-vermittelten Primerverlängerung beteiligt wäre. Somit hat die 3'-Position einen Wasserstoffrest anstelle der nativen Hydroxyleinheit.Alternatively, nucleotide analogs irreversibly prevent the incorporation of nucleotides at the 3 'end of the primer into which they were incorporated. Irreversible nucleotide analogs include 2 ', 3'-dideoxynucleotides (ddNTPs such as ddGTP, ddATP, ddTTP, ddCTP). Dideoxynucleotides lack the 3'-OH group of dNTPs, which would otherwise be involved in the polymerase-mediated primer extension. Thus the 3 'position has a hydrogen residue instead of the native hydroxyl unit.
In bestimmten Ausführungsformen umfassen Nukleotidanaloga, die hierin verwendet werden, um beispielsweise an stabilisierten ternären Komplexen teilzunehmen, keine blockierenden Gruppen (z. B. reversible Terminatoren).In certain embodiments, nucleotide analogs used herein, for example, to participate in stabilized ternary complexes, do not include blocking groups (e.g., reversible terminators).
In einigen Ausführungsformen kann ein Nukleotid, das hierin verwendet wird, um beispielsweise an der Bildung eines stabilisierten ternären Komplexes teilzunehmen, eine exogene Markierung enthalten. Ein exogen markiertes Nukleotid kann eine reversible oder irreversible Terminatoreinheit umfassen, ein exogen markiertes Nukleotid kann nicht-einbaubar sein, ein exogen markiertes Nukleotid kann keine Terminatoreinheiten aufweisen, ein exogen markiertes Nukleotid kann einbaubar sein, oder ein exogen markiertes Nukleotid kann sowohl einbaubar als auch nicht-terminiert sein. Exogen markierte Nukleotide können besonders nützlich sein, wenn sie zur Bildung eines stabilisierten ternären Komplexes mit einer nicht-markierten Polymerase verwendet werden.In some embodiments, a nucleotide used herein, for example, to participate in the formation of a stabilized ternary complex, may contain an exogenous label. An exogenously labeled nucleotide may include a reversible or irreversible terminator unit, an exogenously labeled nucleotide may not be insertable, an exogenously labeled nucleotide may not have terminator units, an exogenously labeled nucleotide may be insertable, or an exogenously labeled nucleotide may be both insertable and not - be terminated. Exogenously labeled nucleotides can be particularly useful when used to form a stabilized ternary complex with an unlabeled polymerase.
Alternativ kann ein Nukleotid, das hier zum Beispiel zur Teilnahme an der Bildung eines ternären Komplexes verwendet wird, keine exogenen Markierungen aufweisen (d. h. das Nukleotid kann „nicht-markiert“ sein). Ein nicht-markiertes Nukleotid kann eine reversible oder irreversible Terminatoreinheit umfassen, ein nicht-markiertes Nukleotid kann nicht-einbaubar sein, ein nicht-markiertes Nukleotid kann keine Terminatoreinheiten aufweisen, ein nicht-markiertes Nukleotid kann einbaubar sein, oder ein nicht-markiertes Nukleotid kann sowohl einbaubar als auch nicht-terminiert sein. Es versteht sich, dass sich das Fehlen einer Einheit oder Funktion für ein Nukleotid auf das Nukleotid bezieht, das keine solche Funktion oder Einheit aufweist. Es versteht sich jedoch auch, dass eine oder mehrere der Funktionen oder Einheiten, die hierin für ein Nukleotid oder ein Analogon davon dargelegt oder anderweitig auf dem Fachgebiet für ein Nukleotid oder ein Analogon davon bekannt sind, in einem Verfahren oder einer Zusammensetzung wie hier dargelegt speziell weggelassen werden können.Alternatively, a nucleotide used here, for example, to participate in the formation of a ternary complex may not have any exogenous labels (i.e. the nucleotide may be "unlabeled"). An unlabeled nucleotide can include a reversible or irreversible terminator unit, an unlabeled nucleotide can be non-insertable, an unlabeled nucleotide cannot have terminator units, an unlabeled nucleotide can be insertable, or an unlabeled nucleotide can be both installable and non-terminated. It is understood that the lack of a unit or function for a nucleotide refers to the nucleotide that has no such function or unit. However, it is also understood that one or more of the functions or units set forth herein for a nucleotide or an analog thereof, or otherwise known in the art for a nucleotide or an analog thereof, specifically in a method or composition as set forth herein can be omitted.
Optional liegt ein Nukleotid (z. B. ein natives Nukleotid oder ein Nukleotidanalogon) in einer Mischung während oder nach der Bildung eines stabilisierten ternären Komplexes vor. Beispielsweise können mindestens 1, 2, 3, 4 oder mehr Nukleotidtypen vorhanden sein. Alternativ oder zusätzlich können höchstens 4, 3, 2 oder 1 Nukleotidtypen vorhanden sein. In ähnlicher Weise können ein oder mehrere vorhandene Nukleotidtypen zu mindestens 1, 2, 3 oder 4 Basentypen in einer Matrizennukleinsäure komplementär sein. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere vorhandene Nukleotidtypen zu höchstens 4, 3, 2 oder 1 Basentypen in einer Matrizennukleinsäure komplementär sein. Verschiedene Basentypen können durch das Vorhandensein verschiedener exogener Markierungen auf den verschiedenen Nukleotiden identifizierbar sein. Alternativ können zwei oder mehr Nukleotidtypen exogene Markierungen aufweisen, die nicht unterscheidbar sind.Optionally, a nucleotide (e.g., a native nucleotide or a nucleotide analog) is present in a mixture during or after the formation of a stabilized ternary complex. For example, there may be at least 1, 2, 3, 4 or more types of nucleotides. Alternatively or additionally, a maximum of 4, 3, 2 or 1 nucleotide types can be present. Similarly, one or more existing nucleotide types can be complementary to at least 1, 2, 3 or 4 base types in a template nucleic acid. Alternatively or additionally, one or more existing nucleotide types can be complementary to at most 4, 3, 2 or 1 base types in a template nucleic acid. Different base types can be created by the Presence of different exogenous labels on the different nucleotides should be identifiable. Alternatively, two or more types of nucleotides may have exogenous labels that are indistinguishable.
Nukleotide können in einem Mischphasenfluid (z. B. einem Fluidschaum) in einer Konzentration vorhanden sein, die mindestens etwa 1 nM, 10 nM, 100 nM, 1 µM, 10 µM, 100 µM oder mehr beträgt. Alternativ oder zusätzlich kann die Konzentration von Nukleotiden in einem Mischphasenfluid höchstens etwa 100 µM, 10 µM, 1 µM, 100 nM, 10 nM, 1 nM oder weniger betragen. Die vorherigen Konzentrationen können für die Konzentration eines einzelnen Nukleotidtyps gelten, der in dem Fluid vorkommt, oder für die Gesamtkonzentration von zwei oder mehr Nukleotidtypen, die in dem Fluid vorkommen.Nucleotides can be present in a mixed phase fluid (e.g. a fluid foam) in a concentration which is at least about 1 nM, 10 nM, 100 nM, 1 uM, 10 uM, 100 uM or more. Alternatively or additionally, the concentration of nucleotides in a mixed phase fluid can be at most about 100 μM, 10 μM, 1 μM, 100 nM, 10 nM, 1 nM or less. The previous concentrations may apply to the concentration of a single nucleotide type that is present in the fluid or to the total concentration of two or more nucleotide types that are present in the fluid.
Systeme der vorliegenden Offenbarung, die optische Detektoren verwenden, können weiterhin optisch detektierbare Markierungen auf Reaktanten oder Produkten verwenden, die detektiert werden sollen. In vielen Fällen handelt es sich bei den Markierungen um exogene Markierungen, die einem Reaktanten oder Produkt zugesetzt werden, beispielsweise einer Polymerase, einer Nukleinsäure oder einem Nukleotid. Beispiele für nützliche exogene Markierungen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, radioaktive Markierungseinheiten, Luminophoreinheiten, Fluorophoreinheiten, Quantenpunkteinheiten, Chromophoreinheiten, Enzymeinheiten, durch elektromagnetischen Spin markierte Einheiten, Nanopartikel-Lichtstreuungseinheiten und beliebige einer Vielzahl im Stand der Technik bekannter anderer Signalerzeugender Einheiten. Geeignete Enzymeinheiten umfassen beispielsweise Meerrettichperoxidase, alkalische Phosphatase, Beta-Galactosidase oder Acetylcholinesterase. Beispielhafte Fluorophormarkierungen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Rhodole; Resorufine; Cumarine; Xanthene; Acridine; Fluoresceine; Rhodamine; Erythrine; Cyanine; Phthalaldehyde; Naphthylamine; Fluorescamine; Benzoxadiazole; Stilbene; Pyrene; Indole; Borapolyazaindacene; Chinazolinone; Eosin; Erythrosin; Malachitgrün; CY-Farbstoffe (GE Biosciences), einschließlich Cy3 (und seiner Derivate), Cy5 (und seiner Derivate) und Cy7 (und seiner Derivate); DYOMICS- und DYLIGHT-Farbstoffe (Dyomics) einschließlich DY-547, DY-630, DY-631, DY-632, DY-633, DY-634, DY-635, DY-647, DY-649, DY-652, DY-678, DY-680, DY-682, DY-701, DY-734, DY-752, DY-777 und DY-782; Lucifer-Gelb; CASCADE BLUE; TEXAS RED; BODIPY (Boron-dipyrromethen) (Molecular Probes) Farbstoffe einschließlich BODIPY 630/650 und BODIPY 650/670; ATTO-Farbstoffe (Atto-Tec) einschließlich ATTO 390, ATTO 425, ATTO 465, ATTO 610 611X, ATTO 610 , ATTO 635; ALEXA FLUORS einschließlich ALEXA FLUOR 633, ALEXA FLUOR 647, ALEXA FLUOR 660, ALEXA FLUOR 700, ALEXA FLUOR 750, und ALEXA FLUOR 680 (Molecular Probes); DDAO (7-Hydroxy-9H-(1,3-dichlor-9,9-dimethylacridin-2-on oder ein beliebiges Derivat davon) (Molecular Probes); QUASAR-Farbstoffe (Biosearch); IRDYES-Farbstoffe (LiCor) einschließlich IRDYE 700DX (NHS-Ester), IRDYE 800RS (NHS-Ester) und IRDYE 800CW (NHS-Ester); EVOBLUE-Farbstoffe (Evotech Biosystems); JODA 4-Farbstoffe (Applied Biosystems); HILYTE-Farbstoffe (AnaSpec); MR121 und MR200-Farbstoffe (Roche); Hoechst-Farbstoffe 33258 und 33242 (Invitrogen); FAIR OAKS RED (Molecular Devices); SUNNYVALE RED (Molecular Devices); LIGHT CYCLER RED (Roche); EPOCH (Glen Research) Farbstoffe einschließlich EPOCH REDMOND RED, EPOCH YAKIMA YELLOW, EPOCH GIG HARBOR GREEN; Tokyo-Grün (M. Kamiya, et al., 2005 Angew. Chem. Int. Ed. 44:5439-5441); und CF-Farbstoffe einschließlich CF
In alternativen Ausführungsformen können einem Reaktanten oder Produkt exogene Markierungen fehlen. Beispielsweise kann einem stabilisierten ternären Komplex und allen am stabilisierten ternären Komplex beteiligten Komponenten (z. B. Polymerase, Matrizennukleinsäure, Primer und/oder verwandtes Nukleotid) eine, mehrere oder alle der hierin oder in den zitierten und hierin aufgenommenen Referenzen beschriebenen exogenen Markierungen fehlen. In solchen Ausführungsformen können ternäre Komplexe basierend auf intrinsischen Eigenschaften des stabilisierten ternären Komplexes wie etwa Masse, Ladung, intrinsischen optischen Eigenschaften oder dergleichen detektiert werden. Beispielhafte Detektionsvorrichtungen zum Detektieren von nicht-markierten ternären Komplexen sind in gemeinschaftlichen
Ein System der vorliegenden Offenbarung kann eine Blasengeneratorkomponente verwenden, um einer Flüssigkeit Gas zuzuführen, wodurch ein Fluidschaum gebildet wird. Die Blasengeneratorkomponente kann konfiguriert sein, um eine Population von Blasen mit einer gewünschten Größe (z. B. gemessen als Durchmesser oder Volumen) und/oder Anzahl (z. B. gemessen als Konzentration oder Zählung) abzugeben.A system of the present disclosure may use a bubble generator component to supply gas to a liquid, thereby forming a fluid foam. The bubble generator component can be configured to deliver a population of bubbles of a desired size (e.g., measured as diameter or volume) and / or number (e.g., measured as concentration or count).
Blasen können eine Vielzahl von Größen haben, einschließlich beispielsweise kleiner Nanoblasen mit einem effektiven Durchmesser zwischen etwa 1 nm und 100 nm, großer Nanoblasen mit einem effektiven Durchmesser von mehr als 100 nm und weniger als 500 nm, kleiner Mikroblasen mit einem effektiven Durchmesser zwischen etwa 0,5 µm und 100 µm, großer Mikroblasen mit einem effektiven Durchmesser größer als 100 µm und kleiner als 1 mm. Blasen mit einem effektiven Durchmesser von weniger als 500 µm, 250 µm, 100 µm, 50 µm, 40 µm, 30 µm, 20 µm, 10 µm, 5 µm oder 1 µm können beispielsweise aufgrund ihrer relativen Stabilität in Flüssigkeiten nützlich sein. Blasen, die noch kleiner sind und beispielsweise einen effektiven Durchmesser von kleiner als 500 nm, 100 nm, 50 nm oder 10 nm haben, können nützlich sein, da sie stabiler sind und kleiner als die Wellenlängen des Lichts sind, die typischerweise für die Lumineszenzdetektion verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich zu diesen beispielhaften Obergrenzen können Blasen einen effektiven Durchmesser aufweisen, der größer ist als 10 nm, 50 nm, 100 nm, 500 nm, 1 µm, 5 µm, 10 µm, 25 µm, 50 µm, 100 µm, 250 µm oder 500 µm, als beispielhafte Untergrenzen. Eine Population von Blasen kann einen durchschnittlichen Durchmesser, einen durchschnittlichen effektiven Durchmesser, einen maximalen Durchmesser oder einen minimalen Durchmesser haben, der durch eine oder beide der oben beispielhaft angegebenen oberen und unteren Grenzen abgegrenzt ist.Bubbles can be of a variety of sizes, including, for example, small nanobubbles with an effective diameter between about 1 nm and 100 nm, large nanobubbles with an effective one Diameters of more than 100 nm and less than 500 nm, small microbubbles with an effective diameter between approximately 0.5 µm and 100 µm, large microbubbles with an effective diameter greater than 100 µm and less than 1 mm. Bubbles with an effective diameter of less than 500 µm, 250 µm, 100 µm, 50 µm, 40 µm, 30 µm, 20 µm, 10 µm, 5 µm or 1 µm can be useful, for example, due to their relative stability in liquids. Bubbles that are even smaller and have, for example, an effective diameter of less than 500 nm, 100 nm, 50 nm or 10 nm can be useful because they are more stable and smaller than the wavelengths of light that are typically used for luminescence detection will. Alternatively or in addition to these exemplary upper limits, bubbles can have an effective diameter which is greater than 10 nm, 50 nm, 100 nm, 500 nm, 1 µm, 5 µm, 10 µm, 25 µm, 50 µm, 100 µm, 250 µm or 500 µm, as exemplary lower limits. A population of bubbles can have an average diameter, an average effective diameter, a maximum diameter, or a minimum diameter delimited by one or both of the upper and lower limits exemplified above.
Es versteht sich, dass der „effektive“ Durchmesser einer Blase ein Maß für die Blase in einem kugelförmigen Zustand ist. Handelt es sich bei der Blase um einen Scheibe (z. B. durch die Wände einer Durchflusszelle gequetscht) oder um eine andere Form, so ist der effektive Durchmesser der Scheibenblase ein Maß für den Durchmesser der Blase, wenn sie in einen kugelförmigen Zustand mit gleichem Volumen umgewandelt wird.It is understood that the "effective" diameter of a bubble is a measure of the bubble in a spherical state. If the bladder is a disc (e.g. squeezed through the walls of a flow cell) or some other shape, the effective diameter of the disc bladder is a measure of the diameter of the bladder when in a spherical state with the same Volume is converted.
In bestimmten Konfigurationen können die Blasen in einem Fluidschaum einen durchschnittlichen Durchmesser, einen maximalen Durchmesser oder einen minimalen Durchmesser haben, der relativ zu den Abmessungen eines Detektionskanals in einem bestimmten Detektionsbereich in einer Durchflusszelle gemessen wird. Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass die Blasen kleiner sind als der Detektionskanal einer Durchflusszelle, durch die die Blasen fließen. Beispielsweise kann der durchschnittliche effektive Durchmesser, der maximale effektive Durchmesser oder der minimale Durchmesser der Blasen höchstens 99%, 95%, 90%, 75%, 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0,1%, oder 0,01% oder weniger einer relevanten Abmessung des Detektionskanalbereichs betragen. Alternativ oder zusätzlich kann der durchschnittliche effektive Durchmesser, der maximale effektive Durchmesser oder der minimale effektive Durchmesser der Blasen mindestens 0,01%, 0,1%, 1%, 5%, 10%, 25%, 50%, 75%, 90%, 95%, 99% oder mehr der relevanten Abmessung des Detektionskanals am Detektionspunkt betragen. Die relevante Abmessung kann beispielsweise die Breite des Kanals sein (z. B. die x-Dimension, wobei die y-Dimension die Richtung des Fluidstroms und die z-Dimension die Tiefe des Kanals oder die Fokusdimension für die optische Detektion durch den Kanal ist). Die relevante Dimension kann die Tiefe des Kanals in der z-Dimension sein, oder die relevante Dimension kann entlang der y-Dimension sein. Die relevante Dimension kann die Querschnittsfläche des Kanals sein.In certain configurations, the bubbles in a fluid foam can have an average diameter, a maximum diameter, or a minimum diameter that is measured relative to the dimensions of a detection channel in a particular detection area in a flow cell. In general, it is preferred that the bubbles be smaller than the detection channel of a flow cell through which the bubbles flow. For example, the average effective diameter, the maximum effective diameter or the minimum diameter of the bubbles can be at most 99%, 95%, 90%, 75%, 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1%, or 0.01% or less of a relevant dimension of the detection channel area. Alternatively or additionally, the average effective diameter, the maximum effective diameter or the minimum effective diameter of the bubbles can be at least 0.01%, 0.1%, 1%, 5%, 10%, 25%, 50%, 75%, 90 %, 95%, 99% or more of the relevant dimension of the detection channel at the detection point. The relevant dimension can be, for example, the width of the channel (e.g. the x dimension, where the y dimension is the direction of the fluid flow and the z dimension is the depth of the channel or the focus dimension for optical detection through the channel) . The relevant dimension can be the depth of the channel in the z dimension or the relevant dimension can be along the y dimension. The relevant dimension can be the cross-sectional area of the channel.
In einigen Konfigurationen kann eine Blase einen Bolus oder Pfropfen bilden, der die gesamte Querschnittsfläche eines Durchflusszellenkanals einnimmt, in dem sich die Blase befindet. Ein Blasenpfropfen oder Bolus kann nützlich sein, um ein bestimmtes Fluid aus einer Durchflusszelle zu entfernen, beispielsweise ein Fluid, das eines oder mehrere der Reagenzien oder Analyten enthält, die in einem hier beschriebenen Verfahren auftreten. Als solche können verschiedene Flüssigkeiten, die an eine Durchflusszelle abgegeben werden, durch eine Blase oder einen Bolus getrennt werden. Obwohl die Querschnittsfläche der Durchflusszelle die maximale Querschnittsfläche des Blasenbolus oder -pfropfens einschränkt, werden größere Blasen aufgenommen, indem sie durch den Kanal verformt werden. Wenn das Volumen der Blase zunimmt, nimmt die Länge des Kanals, den die Blase einnimmt, zu. Beispielsweise kann ein Blasenbolus oder -pfropfen ein Volumen haben, das in einem nicht deformierten Zustand (d. h. einer Kugelform) eine maximale Querschnittsfläche hat, die mindestens 1x, 2x, 5x, 10x oder 100x größer ist als die Querschnittsfläche des Kanals, in dem er sich befindet. Blasenpfropfen mit größeren Volumina können eine erhöhte physikalische Trennung von zwei Fluiden bewirken. Dies kann Vorteile der Verringerung der Genauigkeit bieten, die für Detektions- oder Fluidabgabeschritte erforderlich ist. Blasenpfropfen mit kleinerem Volumen können für die Trennung von Fluiden sorgen und gleichzeitig die Zeit verkürzen, in der die Oberfläche der Durchflusszelle Gas ausgesetzt ist. Diese verringerte Exposition kann vorteilhaft sein, wenn ein Array oder eine andere Oberfläche einer aktiven Durchflusszelle empfindlich gegen Austrocknung oder andere Effekte durch Exposition gegenüber Gas ist.In some configurations, a bladder can form a bolus or plug that occupies the entire cross-sectional area of a flow cell channel in which the bladder is located. A blister plug or bolus can be useful to remove a particular fluid from a flow cell, such as a fluid that contains one or more of the reagents or analytes that occur in a method described herein. As such, various liquids that are delivered to a flow cell can be separated by a bladder or bolus. Although the cross-sectional area of the flow cell limits the maximum cross-sectional area of the bubble bolus or plug, larger bubbles are absorbed by being deformed by the channel. As the volume of the bladder increases, the length of the channel the bladder occupies increases. For example, a blister bolus or plug can have a volume that, in an undeformed state (i.e., spherical shape), has a maximum cross-sectional area that is at least 1x, 2x, 5x, 10x, or 100x larger than the cross-sectional area of the channel in which it is located located. Bubble plugs with larger volumes can cause an increased physical separation of two fluids. This can offer advantages in reducing the accuracy required for detection or fluid delivery steps. Smaller volume bubble plugs can separate fluids while reducing the time the surface of the flow cell is exposed to gas. This reduced exposure can be beneficial when an array or other surface of an active flow cell is sensitive to dehydration or other effects from exposure to gas.
Eine Population von Blasen in einem Mischphasenfluid kann monodispers oder polydispers sein. Monodisperse Populationen haben beispielsweise Blasen mit einheitlicher Größe, wobei der Größenänderungskoeffizient (CV) nicht mehr als 10% beträgt. In einigen Konfigurationen kann eine noch engere Gleichmäßigkeit nützlich sein, einschließlich beispielsweise, dass die Größe CV nicht mehr als 1% oder 5% vom Mittelwert beträgt. Die Größe CV für eine polydisperse Population von Blasen kann zum Beispiel von mehr als 10% bis höchstens etwa 25%, 50%, 100%, 2-fach, 5-fach, 10-fach, 100-fach oder mehr reichen. In einigen Situationen tritt ein relativ hoher Grad an Polydispersität auf und als solcher kann die Größe CV für die Blasen mindestens etwa 25%, 50%, 75%, 100%, 2-fach, 5-fach, 10-fach, 100-fach oder mehr sein. Die Größen der Blasen in einer polydispersen Population können beispielsweise innerhalb eines oben angegebenen Bereichs liegen.A population of bubbles in a mixed phase fluid can be monodisperse or polydisperse. For example, monodisperse populations have bubbles of uniform size, with the coefficient of resizing (CV) being no more than 10%. Even closer uniformity may be useful in some configurations, including, for example, that the size CV is no more than 1% or 5% of the mean. For example, the size CV for a polydisperse population of bubbles can range from more than 10% to at most about 25%, 50%, 100%, 2-fold, 5-fold, 10-fold, 100-fold or more. In some situations there is a relatively high degree of polydispersity and as such the size can be at least CV for the bubbles about 25%, 50%, 75%, 100%, 2-fold, 5-fold, 10-fold, 100-fold or more. For example, the sizes of the bubbles in a polydisperse population can be within a range given above.
Die Konzentration von Gasblasen in einem Fluidschaum kann für eine bestimmte Anwendung ausgewählt werden. In einigen Fällen kann die Konzentration von Gasblasen in einem Fluidschaum durch eine Blasengeneratorkomponente kontrolliert werden. Beispielsweise kann die Konzentration (d. h. der Volumenanteil) der Blasen in einem Fluidschaum mindestens 0,01%, 0,1%, 1%, 5%, 10%, 25%, 50%, 75%, 90%, 95%, 99 % oder mehr des Gesamtvolumens des Fluidschaums in einem bestimmten Gefäß, beispielsweise einem Detektionskanal einer Durchflusszelle, betragen. Das Erhöhen des Volumenanteils von Blasen in einem Fluid kann einen Vorteil beim Reduzieren des Reagenzverbrauchs bieten, ohne notwendigerweise die wirksame Konzentration des Reagenzes im Schaum im Vergleich zu dem ursprünglichen flüssigen Reagenz zu reduzieren. Dies kann zu einer Kostensenkung führen, insbesondere, wenn relativ teure Reagenzien verwendet werden. Das nachstehende Beispiel 1 zeigt die Einsparung von Reagenzien aufgrund der Einführung von Blasen in verschiedene Reagenzienlösungen, die für die Nukleinsäuresequenzierung verwendet werden. Ein weiterer Vorteil der Erhöhung der Blasenkonzentration in einem Fluidschaum ist die gleichzeitige Verringerung des Volumens der zu transportierenden, zu lagernden, zu verwerfenden oder auf andere Weise zu handhabenden Flüssigkeit.The concentration of gas bubbles in a fluid foam can be selected for a particular application. In some cases, the concentration of gas bubbles in a fluid foam can be controlled by a bubble generator component. For example, the concentration (ie the volume fraction) of the bubbles in a fluid foam can be at least 0.01%, 0.1%, 1%, 5%, 10%, 25%, 50%, 75%, 90%, 95%, 99 % or more of the total volume of the fluid foam in a specific vessel, for example a detection channel of a flow cell. Increasing the volume fraction of bubbles in a fluid can provide an advantage in reducing reagent consumption without necessarily reducing the effective concentration of the reagent in the foam compared to the original liquid reagent. This can lead to a cost reduction, especially if relatively expensive reagents are used. Example 1 below shows the savings in reagents due to the introduction of bubbles into various reagent solutions used for nucleic acid sequencing. Another advantage of increasing the bubble concentration in a fluid foam is the simultaneous reduction in the volume of the liquid to be transported, stored, discarded or otherwise handled.
Alternativ oder zusätzlich zu den oben beispielhaft angegebenen optionalen Untergrenzen kann die Konzentration von Blasen in einem Fluidschaum höchstens 99%, 95%, 90%, 75%, 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0,1% oder 0,01% oder weniger des Gesamtvolumens des Fluidschaums in einem bestimmten Gefäß, wie etwa einem Detektionskanal einer Durchflusszelle, betragen. Das Reduzieren der Blasenfraktion kann die Abgabe einer größeren Menge eines bestimmten Reagenzes in demselben Fluidvolumen ermöglichen.As an alternative or in addition to the optional lower limits given above, the concentration of bubbles in a fluid foam can be at most 99%, 95%, 90%, 75%, 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% or less of the total volume of the fluid foam in a particular vessel, such as a flow cell detection channel. Reducing the bubble fraction can allow the delivery of a larger amount of a particular reagent in the same volume of fluid.
Ein Blasengenerator kann konfiguriert sein, um Fluidschäume mit einer Vielzahl von Blasengrößen, Blasenkonzentrationen oder Blasenpolydispersitäten beispielsweise in den vorstehend beispielhaft angegebenen Bereichen abzugeben. Alternativ oder zusätzlich kann eine Blasengeneratorkomponente konfiguriert sein, um eine gewünschte Anzahl von Blasen zu liefern. Zum Beispiel kann die Blasengeneratorkomponente Blasen mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1 s-1, 5 s-1, 10 s-1, 50 s-1, 100 s-1, 250 s-1, 500 s-1 oder mehr erzeugen oder abgeben. Alternativ oder zusätzlich kann die Geschwindigkeit der Blasenerzeugung oder -abgabe höchstens 500 s-1, 250 s-1, 100 s-1, 50 s-1, 10 s-1, 5 s-1, 1 s-1 oder weniger betragen. Wiederum kann eine Blasengeneratorkomponente der vorliegenden Offenbarung konfiguriert sein, um eine Population von Blasen mit einer Anzahl von Blasen in einem oben beispielhaft angegebenen Bereich und mit einer Blasengröße in einem oben beispielhaft angegebenen Bereich zu erzeugen.A bubble generator can be configured to deliver fluid foams with a variety of bubble sizes, bubble concentrations, or bubble polydispersities, for example in the ranges exemplified above. Alternatively or additionally, a bubble generator component can be configured to deliver a desired number of bubbles. For example, the bubble generator component can generate or deliver bubbles at a rate of at least 1 s -1 , 5 s -1 , 10 s -1 , 50 s -1 , 100 s -1 , 250 s -1 , 500 s -1 or more . Alternatively or additionally, the speed of bubble generation or delivery can be at most 500 s -1 , 250 s -1 , 100 s -1 , 50 s -1 , 10 s -1 , 5 s -1 , 1 s -1 or less. Again, a bubble generator component of the present disclosure can be configured to generate a population of bubbles with a number of bubbles in an exemplary range and with a bubble size in an exemplary range above.
Eine beispielhafte Blasengeneratorkomponente, die zur Herstellung eines Fluidschaums verwendet werden kann, ist in
Eine alternativ konfigurierte Durchflusszelle ist in FIG: 2 gezeigt. Die Durchflusszelle
Die Y-Übergänge in der Durchflusszelle
Wie durch die in den
Ein Blasengenerator muss nicht notwendigerweise einen T-Übergang verwenden (d. h., wenn ein gasführender Kanal einen geraden Kanal unter einem orthogonalen Winkel schneidet, wobei der gerade Kanal an einem Ende einen Fluideinlass und am anderen Ende einen Schaumauslass hat). Vielmehr können sich Kanäle in nicht-orthogonalen Winkeln schneiden. Der Schnittwinkel kann konfiguriert werden, um die gewünschten Eigenschaften eines Schaums für eine bestimmte Verwendung zu erzielen. In einer weiteren Alternative kann ein T-Übergang so konfiguriert sein, dass ein flüssigkeitsführender Kanal einen geraden Kanal in einem orthogonalen Winkel schneidet, wobei der gerade Kanal an einem Ende einen Gaseinlass und am anderen Ende einen Schaumauslass hat.A bubble generator does not necessarily have to use a T-junction (i.e., when a gas-carrying channel intersects a straight channel at an orthogonal angle, with the straight channel having a fluid inlet at one end and a foam outlet at the other end). Rather, channels can intersect at non-orthogonal angles. The cutting angle can be configured to achieve the desired properties of a foam for a particular use. In a further alternative, a T-junction can be configured such that a fluid-carrying channel intersects a straight channel at an orthogonal angle, the straight channel having a gas inlet at one end and a foam outlet at the other end.
Die Membran
Die Membrandicke kann eine beliebige sein, die die gewünschten Eigenschaften für das Mischphasenfluid erreicht. Beispielsweise kann die Membran eine Dicke von mindestens 100 nm, 500 nm, 1 µm, 10 µm, 100 µm, 500 µm oder mehr haben. Die obere Grenze der Membrandicke kann basierend auf den gewünschten Eigenschaften des Mischphasenfluids bestimmt werden. Beispielsweise kann als Alternative oder Ergänzung zu dem beispielhaften unteren Ende des oben angegebenen Bereichs die Dicke höchstens 500 µm, 100 µm, 10 µm, 1 µm, 500 nm, 100 nm oder weniger betragen. Natürlich ist die Verwendung einer Membran eine Option. In einigen Konfigurationen kann der Phasenmischkomponente eine Membran fehlen.The membrane thickness can be any that achieves the desired properties for the mixed phase fluid. For example, the membrane can have a thickness of at least 100 nm, 500 nm, 1 μm, 10 μm, 100 μm, 500 μm or more. The upper limit of the membrane thickness can be determined based on the desired properties of the mixed phase fluid. For example, as an alternative or supplement to the exemplary lower end of the range specified above, the thickness can be at most 500 μm, 100 μm, 10 μm, 1 μm, 500 nm, 100 nm or less. Of course, using a membrane is an option. In some configurations, the phase mixing component may lack a membrane.
Alternativ oder zusätzlich zur Einstellung der Membrandicke können die Anzahl, Größe und der Abstand der Löcher in der Membran eingestellt werden, um einen Schaum mit den gewünschten Eigenschaften bereitzustellen. Im Allgemeinen kann eine Lochgröße zwischen 1 Mikrometer und 80 Mikrometer nützlich sein, um ein Mittel zur Kontrolle der Blasenfraktion über Unterschiede im Gasdruck bzw. in der Ölflussrate bereitzustellen. Zum Beispiel ermöglicht das Ändern des Gasdrucks im Bereich von 15 bis 50 psi für Gas, das durch eine Membran mit 1 µm Löchern strömt, die Kontrolle der Blasenfraktion und der Polydispersität. Wenn die Membran stattdessen Löcher von 5 µm aufweist, beträgt der Gasdruckbereich, der die Kontrolle der Blasenfraktion und der Polydispersität ermöglicht, 5 bis 30 psi. Obwohl eine Membran mit Löchern von 80 µm Blasen erzeugen kann, reagieren die Blasenfraktion und die Polydispersität weniger auf Änderungen des Gasdrucks. Dementsprechend werden Membranen mit Löchern, die kleiner als etwa 80 Mikrometer sind, im Allgemeinen bevorzugt, beispielsweise in Konfigurationen, in denen eine variable Kontrolle der Schaumeigenschaften erwünscht ist. Größere Lochgrößen können verwendet werden, wenn die Variabilität der Schaumeigenschaften minimiert werden soll.Alternatively or in addition to adjusting the membrane thickness, the number, size and spacing of the holes in the membrane can be adjusted to provide a foam with the desired properties. In general, a hole size between 1 micron and 80 microns can be useful to provide a means of controlling the bubble fraction for differences in gas pressure and oil flow rate, respectively. For example, changing the gas pressure in the range of 15 to 50 psi for gas flowing through a membrane with 1 µm holes enables control of the bubble fraction and polydispersity. If the membrane has 5 µm holes instead, the gas pressure range that allows control of the bubble fraction and polydispersity is 5 to 30 psi. Although a membrane with 80 µm holes can create bubbles, the bubble fraction and polydispersity are less responsive to changes in gas pressure. Accordingly, membranes with holes smaller than about 80 microns are generally preferred, for example in configurations where variable control of foam properties is desired. Larger hole sizes can be used if the variability in foam properties is to be minimized.
Der durchschnittliche Abstand für eine Ansammlung von Löchern in einer Membran kann eine Vielzahl von Längen aufweisen, einschließlich beispielsweise mindestens 1 µm, 5 µm, 10 µm, 25 µm, 50 µm, 100 µm oder mehr. Alternativ oder zusätzlich kann der Abstand für die Löcher in einer bestimmten Membran höchstens 100 µm, 50 µm, 25 µm, 10 µm, 5 µm, 1 µm oder weniger betragen. Im Allgemeinen kann das Erhöhen des Abstands für die Löcher ein erhöhtes Ansprechen der Blasenfraktion und der Polydispersität auf den Druck des aufgebrachten Gases bereitstellen. Eine Verringerung des Abstands kann wünschenswert sein, wenn eine geringere Variabilität der Schaumeigenschaften gewünscht wird.The average distance for an accumulation of holes in a membrane can be of a variety of lengths, including, for example, at least 1 µm, 5 µm, 10 µm, 25 µm, 50 µm, 100 µm or more. Alternatively or additionally, the distance for the holes in a particular membrane can be at most 100 µm, 50 µm, 25 µm, 10 µm, 5 µm, 1 µm or less. In general, increasing the distance for the holes can increase the response of the bubble fraction and the polydispersity to the pressure provide the applied gas. A reduction in distance may be desirable if less variability in foam properties is desired.
Andere Eigenschaften der Membran können auch die Eigenschaften des Schaums beeinflussen. Beispielsweise wird im Allgemeinen ein hydrophobes Material für die Membran bevorzugt. Beispielhafte Materialien, die für die Membran verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Polycarbonat und Polytetrafluorethylen (PTFE). Eine weitere beispielhafte Eigenschaft ist die Oberfläche der Membran. Es wurde beobachtet, dass eine größere Oberfläche zwischen der Gasphase und der flüssigen Phase eine bessere Kontrolle der Gasfraktion und der Blasenpolydispersität in einem Schaumgenerator liefert. Die Fläche für eine Membran, die zur Herstellung eines Schaums verwendet wird, kann mindestens etwa 10 µm2, 50 µm2, 100 µm2, 500 µm2, oder 1 mm2 oder mehr betragen. Alternativ oder zusätzlich kann die Fläche für eine Membran, die zur Herstellung eines Schaums verwendet wird, höchstens etwa 1 mm2, 500 µm2, 100 µm2, 50 µm2, 10 µm2 oder weniger betragen.Other properties of the membrane can also affect the properties of the foam. For example, a hydrophobic material for the membrane is generally preferred. Exemplary materials that can be used for the membrane include, but are not limited to, polycarbonate and polytetrafluoroethylene (PTFE). Another exemplary property is the surface of the membrane. It has been observed that a larger surface area between the gas phase and the liquid phase provides better control of the gas fraction and the bubble polydispersity in a foam generator. The area for a membrane used to produce a foam can be at least about 10 µm 2 , 50 µm 2 , 100 µm 2 , 500 µm 2 , or 1 mm 2 or more. As an alternative or in addition, the area for a membrane which is used to produce a foam can be at most about 1 mm 2 , 500 µm 2 , 100 µm 2 , 50 µm 2 , 10 µm 2 or less.
Die oben beschriebenen gasbeständigen Membranen sind optional und müssen nicht verwendet werden. Ob eine gasresistente Membran verwendet wird oder nicht. Die Größe des Lufteinlasses, der die Flüssigkeitsleitung an einem Phasenmischungsübergang schneidet, kann von wenigen Mikrometern bis zu mehreren hundert Mikrometern reichen. Beispielsweise kann der Übergang für eine Phasenmischvorrichtung einen Querschnitt aufweisen, der in den oben angegebenen Bereichen für die Oberfläche der oben angegebenen Membranen liegt.The gas resistant membranes described above are optional and do not have to be used. Whether or not a gas resistant membrane is used. The size of the air inlet that intersects the liquid line at a phase mixture transition can range from a few microns to several hundred microns. For example, the transition for a phase mixing device can have a cross section which lies in the above-mentioned ranges for the surface of the above-mentioned membranes.
Zur Erzeugung von Blasen kann eine Vielzahl von Blasengeneratorsystemen verwendet werden, wie sie beispielsweise in Garstecki et al., Bulletin of the Polish Academy ofSciences 53:361-372 (2005), beschrieben sind, das hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen ist. In bestimmten Konfigurationen kann ein Kanalübergang verwendet werden, um Gasblasen in eine Flüssigkeit einzuführen. In dieser Geometrie wird das Gas in einen Hauptkanal eingespeist, der die Flüssigkeit führt. Die Flüssigkeit benetzt bevorzugt die Wände des Kanals und die Gasphase bricht beim Eintritt in den Hauptkanal in Blasen auf. Ein weiterer beispielhafter Blasengenerator verwendet Geometrien, bei denen Flüssigkeit durch eine enge Verengung im Hauptkanal gepresst wird und das Gas - das aus einer nahe stromaufwärts der Verengung angeordneten Düse abgegeben wird - durch die konvergierenden Stromlinien der Flüssigkeit in diese Öffnung fokussiert wird. Nützliche Blasengeneratoren umfassen solche, die auf dem Fachgebiet als Blaseninjektoren, Emulgatoren (z. B. Ultraschallemulgatoren), Venturi-Injektoren und Blasendiffusoren bekannt sind.A variety of bubble generator systems can be used to generate bubbles, such as those described in Garstecki et al., Bulletin of the Polish Academy of Sciences 53: 361-372 (2005), which is hereby expressly incorporated by reference. In certain configurations, a channel transition can be used to introduce gas bubbles into a liquid. In this geometry, the gas is fed into a main channel that carries the liquid. The liquid preferably wets the walls of the channel and the gas phase breaks up into bubbles as it enters the main channel. Another exemplary bubble generator uses geometries in which liquid is forced through a narrow constriction in the main channel and the gas - which is emitted from a nozzle located close upstream of the constriction - is focused into this opening by the converging flow lines of the liquid. Useful bubble generators include those known in the art as bubble injectors, emulsifiers (e.g., ultrasonic emulsifiers), venturi injectors, and bubble diffusers.
In einigen Konfigurationen kann ein Mischphasenfluid in einem Fluidsystem an einer Stelle gebildet werden, die sich stromabwärts eines Flüssigkeitsreservoirs (z. B. eines Flüssigkeitsreservoirs, das ein Nukleinsäuresequenzierungsreagenz enthält) und stromaufwärts eines Gefäßes befindet, das für die analytische Detektion oder die synthetische Reaktion verwendet wird (z. B. Durchflusszelle, die ein Array von zu sequenzierenden Nukleinsäuren enthält). Diese Konfiguration bietet den Vorteil, dass relativ große Reservoirs vermieden werden, um das Mischphasenfluid-Volumen im Vergleich zum Volumen der flüssigen Phase allein aufzunehmen. Das Einbringen einer dispergierten Phase stromabwärts von einem Reservoir kann auch die Beschädigung eines Reagenzes verringern, das gegenüber dem Material der dispergierten Phase empfindlich ist. In alternativen Konfigurationen können Blasen in Reservoirs eingeführt werden, die verschiedene Flüssigkeiten enthalten, um Fluidschaum in den Reservoirs zu erzeugen, bevor die Flüssigkeiten aus dem Reservoir heraus befördert werden.In some configurations, a mixed phase fluid can be formed in a fluid system at a location that is downstream of a fluid reservoir (e.g., a fluid reservoir containing a nucleic acid sequencing reagent) and upstream of a vessel used for analytical detection or synthetic reaction (e.g. flow cell containing an array of nucleic acids to be sequenced). This configuration has the advantage that relatively large reservoirs are avoided to accommodate the mixed phase fluid volume compared to the volume of the liquid phase alone. Introducing a dispersed phase downstream of a reservoir can also reduce damage to a reagent that is sensitive to the material of the dispersed phase. In alternative configurations, bubbles can be introduced into reservoirs that contain various liquids to create fluid foam in the reservoirs before the liquids are conveyed out of the reservoir.
Ein Mischphasenfluid kann in einer einzigen Richtung in eine Durchflusszelle hinein und aus dieser heraus fließen. Alternativ kann das Mischphasenfluid in eine Durchflusszelle hinein, und nach Richtungsumschaltung aus dieser heraus fließen, um beispielsweise ein Mischen zu erreichen oder unerwünschte Materialien zu entfernen. Das Umschalten kann durch Ändern der Druckrichtung erreicht werden, die auf das Mischphasenfluid ausgeübt wird. Ein Beispiel für das Umschalten (auch als „Wackeln“ bezeichnet) eines Fluidschaums ist in Beispiel 1 unten angegeben.A mixed phase fluid can flow in and out of a flow cell in a single direction. Alternatively, the mixed phase fluid can flow into a flow cell and flow out of it after a change of direction, for example in order to achieve mixing or to remove unwanted materials. Switching can be accomplished by changing the direction of pressure applied to the mixed phase fluid. An example of switching (also called "wiggle") a fluid foam is given in Example 1 below.
Ein System der vorliegenden Offenbarung kann eine Heizvorrichtung oder eine Kühlvorrichtung umfassen, die konfiguriert ist, um die Temperatur eines Materials zu kontrollieren, das verwendet wird, um eine dispergierte Phase in einem Mischphasenfluid zu erzeugen. Zum Beispiel kann eine Heizvorrichtung verwendet werden, um die Temperatur eines Gases zu erhöhen, das zur Erzeugung von Blasen in einem Fluidschaum verwendet wird. Die erhitzte dispergierte Phase hat eine große Kontaktfläche mit der Bulkphase und kann als solche die Bulkphase sehr effizient erhitzen. In anderen Beispielen kann eine Kühlvorrichtung verwendet werden, um die Temperatur eines Gases zu senken, das zur Erzeugung von Blasen in einem Fluidschaum verwendet wird. Auch hier kann aufgrund der großen Kontaktfläche zwischen der dispergierten Phase und der Bulkphase eine effiziente Kühlung erreicht werden.A system of the present disclosure may include a heater or cooler configured to control the temperature of a material used to create a dispersed phase in a mixed phase fluid. For example, a heater can be used to raise the temperature of a gas used to create bubbles in a fluid foam. The heated dispersed phase has a large contact area with the bulk phase and as such can heat the bulk phase very efficiently. In other examples, a cooling device can be used to lower the temperature of a gas used to create bubbles in a fluid foam is used. Here too, efficient cooling can be achieved due to the large contact area between the dispersed phase and the bulk phase.
Eine Heizvorrichtung oder eine Kühlvorrichtung kann positioniert sein, um die Temperatur der Materialien zu kontrollieren, wenn sie in einem Fluidreservoir, einem Fluidzufuhrkanal, einem Gefäß oder einer anderen Fluidkomponente vorhanden sind. In bestimmten Konfigurationen kann der Ort des Erhitzens oder Abkühlens stromabwärts eines Fluidreservoirs und stromaufwärts einer Phasenmischkomponente sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Erhitzen oder Abkühlen an dem Ort auftreten, an dem ein Phasenmischen auftritt (d. h. an dem Ort der Phasenmischungskomponente). Als solches kann ein flüssiges Reagenz in einem Reservoir bei einer ersten Temperatur (z. B. einer Temperatur, die Stabilität liefert) gelagert werden, und die Temperatur einer Subfraktion des Reagenzes kann später zur Verwendung in einem nachgeschalteten Prozess geändert werden.A heater or cooler can be positioned to control the temperature of the materials when present in a fluid reservoir, fluid supply channel, vessel, or other fluid component. In certain configurations, the location of heating or cooling may be downstream of a fluid reservoir and upstream of a phase mixing component. Alternatively or additionally, heating or cooling can occur at the location where phase mixing occurs (i.e., the location of the phase mixing component). As such, a liquid reagent can be stored in a reservoir at a first temperature (e.g., a temperature that provides stability) and the temperature of a sub-fraction of the reagent can later be changed for use in a downstream process.
Wenn die gewünschte Temperatur für ein Mischphasenfluid höher ist als die Temperatur der flüssigen Phase, aus der es gebildet wird, kann das Gas, das die dispergierte Phase bildet, auf eine Temperatur erwärmt werden, die höher als die gewünschte Temperatur ist. Zum Beispiel kann die Heizvorrichtung einen Sollwert haben, der mindestens etwa 5 °C, 10 °C, 15 °C oder höher als die gewünschte Temperatur des Fluids in einer stromabwärtigen Durchflusszelle ist. Insbesondere kann die Heizvorrichtung, die sich stromaufwärts der Durchflusszelle befindet, einen Sollwert haben, der höher ist als der Sollwert für eine Heizvorrichtung oder eine Kühlvorrichtung, die die Temperatur der Durchflusszelle reguliert. Die Temperaturdifferenz kann ausgewählt werden, um die Abkühlung zu berücksichtigen, die für das Mischphasenfluid auftreten kann, während es sich zur Durchflusszelle bewegt. Die Temperaturdifferenz kann auf der Grundlage der Wärmekapazität der Mischphase, des Isolationsniveaus für die fluidischen Komponenten, der Temperaturdifferenz zwischen Umgebungstemperatur und Durchflusszelle, und der Zeit, die das Mischphasenfluid zwischen dem Erhitzen und der Verwendung in der Durchflusszelle verbringt, ausgewählt werden.If the desired temperature for a mixed phase fluid is higher than the temperature of the liquid phase from which it is formed, the gas which forms the dispersed phase can be heated to a temperature which is higher than the desired temperature. For example, the heater may have a set point that is at least about 5 ° C, 10 ° C, 15 ° C or higher than the desired temperature of the fluid in a downstream flow cell. In particular, the heater located upstream of the flow cell may have a setpoint that is higher than the setpoint for a heater or cooler that regulates the temperature of the flow cell. The temperature difference can be selected to account for the cooling that can occur for the mixed phase fluid as it moves to the flow cell. The temperature difference can be selected based on the heat capacity of the mixed phase, the isolation level for the fluidic components, the temperature difference between the ambient temperature and the flow cell, and the time the mixed phase fluid spends between heating and use in the flow cell.
Wenn die gewünschte Temperatur für ein Mischphasenfluid niedriger als die Temperatur der flüssigen Phase ist, aus der es gebildet wird, kann das Gas, das die dispergierte Phase bildet, auf eine Temperatur abgekühlt werden, die niedriger als die gewünschte Temperatur ist. Zum Beispiel kann die Kühlvorrichtung einen Sollwert haben, der mindestens etwa 15 °C, 10 °C, 5 °C oder niedriger als die gewünschte Temperatur des Fluids in einer stromabwärtigen Durchflusszelle ist. Insbesondere kann die Kühlvorrichtung, die sich stromaufwärts der Durchflusszelle befindet, einen Sollwert haben, der niedriger ist als der Sollwert für eine Heizvorrichtung oder eine Kühlvorrichtung, die die Temperatur der Durchflusszelle reguliert. Die Temperaturdifferenz kann ausgewählt werden, um die Erwärmung zu berücksichtigen, die für das Mischphasenfluid auftreten kann, während es sich zur Durchflusszelle bewegt. Die Temperaturdifferenz kann auf der Grundlage von Eigenschaften ausgewählt werden, die den oben für das Erhitzen beispielhaft angegebenen ähnlich sind.If the desired temperature for a mixed phase fluid is lower than the temperature of the liquid phase from which it is formed, the gas forming the dispersed phase can be cooled to a temperature which is lower than the desired temperature. For example, the cooling device may have a set point that is at least about 15 ° C, 10 ° C, 5 ° C or lower than the desired temperature of the fluid in a downstream flow cell. In particular, the cooling device located upstream of the flow cell may have a setpoint that is lower than the setpoint for a heating device or a cooling device that regulates the temperature of the flow cell. The temperature difference can be selected to account for the heating that can occur for the mixed phase fluid as it moves to the flow cell. The temperature difference can be selected based on properties similar to those exemplified above for the heating.
In einigen Konfigurationen kann die flüssige Phase, die die Bulkphase bildet (z. B. die flüssige Phase, die Reagenzien, Analyten oder dergleichen trägt), erwärmt oder gekühlt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Mischphasenfluid stromabwärts einer Phasenmischkomponente erwärmt oder gekühlt werden, einschließlich beispielsweise in Fluidleitungen, die das Mischphasenfluid zu einer Durchflusszelle liefern, und/oder in den Bahnen einer Durchflusszelle oder einem anderen Gefäß.In some configurations, the liquid phase that forms the bulk phase (e.g., the liquid phase that carries reagents, analytes, or the like) can be heated or cooled. Alternatively or additionally, a mixed phase fluid may be heated or cooled downstream of a phase mixed component, including, for example, in fluid lines that deliver the mixed phase fluid to a flow cell and / or in the passages of a flow cell or other vessel.
Erhitzen oder Abkühlen kann unter Verwendung einer Vielzahl von Wärmeübertragungsmechanismen erreicht werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Joule-Erhitzen, Konvektion, Peltier-Steuerung, oder Strahlung. Vorrichtungen und Systeme zum Erhitzen oder Abkühlen von Fluiden stromaufwärts einer Durchflusszelle, die zur Verwendung mit Mischphasenfluiden modifiziert werden können, sind in US-Patentanmeldungs-Nr. 62/782,565, die hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen ist, dargelegt.Heating or cooling can be accomplished using a variety of heat transfer mechanisms, including but not limited to Joule heating, convection, Peltier control, or radiation. Devices and systems for heating or cooling fluids upstream of a flow cell that can be modified for use with mixed phase fluids are disclosed in U.S. Patent Application No. 62 / 782,565, which is hereby expressly incorporated by reference.
Ventile, Heizvorrichtungen, Kühlvorrichtungen, oder andere Elemente einer Phasenmischkomponente oder einer Blasengeneratorkomponente können durch ein Kontrollmodul kontrolliert werden. Beispielhafte Konfigurationen für ein Kontrollmodul werden nachstehend ausführlicher dargelegt. Beispielsweise kann das Kontrollmodul so programmiert sein, dass es ein Ventil öffnet, damit sich Gas mit einer Dispersionsflüssigkeit mischen kann, wodurch der Durchflusszelle ein Mischphasenfluid zugeführt wird, und das Kontrollmodul kann auch so programmiert sein, dass es das Ventil schließt, um ein einphasiges Fluid zur Durchflusszelle zu liefern.Valves, heaters, coolers, or other elements of a phase mixing component or a bubble generator component can be controlled by a control module. Exemplary configurations for a control module are set out in more detail below. For example, the control module can be programmed to open a valve to allow gas to mix with a dispersion liquid, thereby supplying a mixed phase fluid to the flow cell, and the control module can also be programmed to close the valve to a single phase fluid to deliver to the flow cell.
Die inneren Oberflächen der Fluidleitungen in der Blasengeneratorkomponente und dem Durchflusszellenkanal können hydrophil oder hydrophob sein. Die Oberfläche kann somit angepasst werden, um das Anhaften von Blasen an den Oberflächen zu verringern oder zu verhindern. Bei Verwendung einer wässrigen Flüssigkeit kann es vorteilhaft sein, Komponenten (z. B. Durchflusszellen und Röhrchen) mit hydrophilen Oberflächen zu verwenden. Die Hydrophilie verhindert, dass sich Blasen an den Oberflächen festsetzen. Tenside können in einem Schaum enthalten sein, um das Anhaften von Blasen an Oberflächen weiter zu verhindern. Besonders nützliche Oberflächen werden aus Cycloolefincopolymer (COP) hergestellt, das einen nützlichen hydrophilen Charakter zeigt, wenn es mit wässrigen Lösungen in Kontakt kommt, die Tenside enthalten.The inner surfaces of the fluid lines in the bubble generator component and the flow cell channel can be hydrophilic or hydrophobic. The surface can thus be adjusted to reduce or prevent bubbles from adhering to the surfaces. When using an aqueous liquid, it may be advantageous to use hydrophilic components (e.g. flow cells and tubes) Surfaces. The hydrophilicity prevents bubbles from sticking to the surfaces. Surfactants can be included in a foam to further prevent bubbles from adhering to surfaces. Particularly useful surfaces are made from cycloolefin copolymer (COP), which shows a useful hydrophilic character when it comes into contact with aqueous solutions containing surfactants.
Flüssigkeiten können einer Phasenmischkomponente, einer Blasengeneratorkomponente und/oder einer Durchflusszelle unter Druck zugeführt werden. Normalerweise werden Flüssigkeiten unter Überdruck abgegeben, in einigen Konfigurationen kann jedoch auch Unterdruck angewendet werden. Geeignete Pumpen sind beispielsweise solche, die einen hydrodynamischen Fluiddruck induzieren, wie etwa solche, die nach mechanischen Prinzipien (z. B. externe Spritzenpumpen, pneumatische Membranpumpen, Vibrationsmembranpumpen, Vakuumvorrichtungen, Zentrifugalkräfte, piezoelektrische/Ultraschallpumpen und akustische Kräfte); elektrischen oder magnetischen Prinzipien (z. B. elektroosmotischer Fluss, elektrokinetische Pumpen, ferrofluidische Stopfen, elektrohydrodynamische Pumpen, Anziehung oder Abstoßung unter Verwendung magnetischer Kräfte und magnetohydrodynamischer Pumpen); Schwerkraft; elektrostatischen Kräfte (z. B. elektroosmotischer Fluss); Zentrifugalströmung (Substrat auf einer CD angeordnet und gedreht); magnetischen Kräften (z. B. oszillierende Ionen verursachen Fluss); magnetohydrodynamischen Kräften; und Vakuum oder Druckdifferential arbeiten.Liquids can be fed to a phase mixing component, a bubble generator component and / or a flow cell under pressure. Liquids are typically dispensed under positive pressure, but in some configurations negative pressure can also be used. Suitable pumps include those that induce hydrodynamic fluid pressure, such as those based on mechanical principles (e.g. external syringe pumps, pneumatic diaphragm pumps, vibrating diaphragm pumps, vacuum devices, centrifugal forces, piezoelectric / ultrasonic pumps and acoustic forces); electrical or magnetic principles (e.g. electroosmotic flow, electrokinetic pumps, ferrofluidic plugs, electrohydrodynamic pumps, attraction or repulsion using magnetic forces and magnetohydrodynamic pumps); Gravity; electrostatic forces (e.g. electroosmotic flow); Centrifugal flow (substrate arranged on a CD and rotated); magnetic forces (e.g. oscillating ions cause flux); magnetohydrodynamic forces; and vacuum or pressure differential work.
Die Flüssigkeiten, die in einem hierin dargelegten System verwendet werden, können so formuliert werden, dass sie gewünschte reaktive Reagenzien enthalten, einschließlich beispielsweise derjenigen, die hierin im Kontext von Sequenzierungsprozessen dargelegt sind. Die flüssigen Reagenzien können in Reservoirs aufbewahrt werden. Beispielsweise können ein oder mehrere Reservoirs in einem hierin dargelegten System Polymerasen, Nukleotide, Nukleinsäuren, Deblockierungsreagenzien, Polymerasecofaktoren, Polymeraseinhibitoren, ternäre Komplexstabilisierungsmittel oder dergleichen enthalten.The fluids used in a system set forth herein may be formulated to contain desired reactive reagents, including, for example, those set forth herein in the context of sequencing processes. The liquid reagents can be stored in reservoirs. For example, one or more reservoirs in a system set forth herein may contain polymerases, nucleotides, nucleic acids, deblocking reagents, polymerase cofactors, polymerase inhibitors, ternary complex stabilizers, or the like.
Eine oder mehrere der Flüssigkeiten können ferner Tenside enthalten, um beispielsweise das Zusammenschließen von Blasen zu verhindern, wenn die Flüssigkeit zur Herstellung eines Mischphasenfluids verwendet wird. Tenside können anionisch, kationisch, nichtionisch oder zwitterionisch sein. Beispielhafte Tenside umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Natriumdodecylsulfat (SDS), Tween-20 (Polysorbat 20), Tween-80 (Polysorbat 80), Cetrimoniumbromid, Cetyltrimethylammoniumbromid, Triton X-100, CHAPS, oder NP-40. Tenside können dabei helfen, Blasen in einem Fluidschaum zu stabilisieren. Tenside können auch dazu beitragen, andere Komponenten eines Schaums wie etwa Proteine oder Nukleinsäuren zu stabilisieren. Eine relativ niedrige Tensidkonzentration kann in einem Mischphasenfluid nützlich sein. Beispielsweise kann ein Mischphasenfluid mindestens 0,005%, 0,01%, 0,05%, 0,1%, 0,5%, 1%, 5% oder mehr Tensid enthalten. Für einige Anwendungen ist die Menge an Tensid begrenzt, um beispielsweise unerwünschte Wechselwirkungen mit anderen Komponenten in einem Mischphasenfluid zu verhindern. Beispielsweise kann die Konzentration des Tensids in einem Mischphasenfluid höchstens 5%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05%, 0,01%, 0,005% oder weniger Tensid betragen.One or more of the liquids may also contain surfactants, for example to prevent bubbles from joining together when the liquid is used to produce a mixed phase fluid. Surfactants can be anionic, cationic, nonionic or zwitterionic. Exemplary surfactants include, but are not limited to, sodium dodecyl sulfate (SDS), Tween-20 (Polysorbate 20), Tween-80 (Polysorbate 80), cetrimonium bromide, cetyltrimethylammonium bromide, Triton X-100, CHAPS, or NP-40. Surfactants can help stabilize bubbles in a fluid foam. Surfactants can also help stabilize other components of a foam, such as proteins or nucleic acids. A relatively low concentration of surfactant can be useful in a mixed phase fluid. For example, a mixed phase fluid may contain at least 0.005%, 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.5%, 1%, 5% or more surfactant. For some applications, the amount of surfactant is limited, for example to prevent undesirable interactions with other components in a mixed phase fluid. For example, the concentration of the surfactant in a mixed phase fluid can be at most 5%, 1%, 0.5%, 0.1%, 0.05%, 0.01%, 0.005% or less surfactant.
Alternativ oder zusätzlich zur Anwesenheit von Tensiden können eine oder mehrere der Flüssigkeiten gelöste Stoffe enthalten, die die Viskosität erhöhen oder erniedrigen. Zum Beispiel kann die Viskosität durch Zugabe von Polyolen oder Zuckern wie etwa Glycerin, Erythrit, Agarose, Arabit, Sorbit, Mannit, Xylit, Mannisdomannit, Glucosylglycerin, Glucose, Fructose, Saccharose, Trehalose oder Isofluorosid; oder Polymere wie etwa Dextrane, Levane, Gelatine oder Polyethylenglykol erhöht werden. Nanopartikel können auch nützlich sein, um Blasen zu stabilisieren.Alternatively or in addition to the presence of surfactants, one or more of the liquids can contain solutes which increase or decrease the viscosity. For example, the viscosity can be adjusted by adding polyols or sugars such as glycerin, erythritol, agarose, arabitol, sorbitol, mannitol, xylitol, mannisdomannitol, glucosylglycerol, glucose, fructose, sucrose, trehalose or isofluoroside; or polymers such as dextrans, levane, gelatin or polyethylene glycol can be increased. Nanoparticles can also be useful to stabilize bubbles.
Eine Gasabgabekomponente ist typischerweise so konfiguriert, dass sie Gas unter positivem Druck einer Blasengeneratorkomponente oder Durchflusszelle zuführt. In einigen Konfigurationen kann Gas jedoch unter Unterdruck abgegeben werden. Inertgase wie etwa N2 oder Edelgase sind besonders vorteilhaft, da sie das Risiko einer nachteiligen Wechselwirkung mit biologischen Bestandteilen wie etwa Enzymen und Nukleinsäuren verringern. In einigen Konfigurationen wird ein System der vorliegenden Offenbarung und insbesondere die Gasabgabekomponente konfiguriert, um zu verhindern, dass molekularer Sauerstoff in einen Fluidschaum eintritt. Zum Beispiel können das System und seine fluidischen Komponenten so konfiguriert werden, dass Luftsauerstoff ausgeschlossen wird. Als solches können die Gasblasen in einem Fluidschaum im Wesentlichen frei von molekularem Sauerstoff sein. Beispielsweise können die Blasen in einem Fluidschaum weniger als 20%, 10%, 1%, 0,5%, 0,1%, 100 ppm, 10 ppm oder weniger molekularen Sauerstoff enthalten. Alternativ kann ein System oder eine Gasabgabekomponente konfiguriert sein, um molekularen Sauerstoff oder Luftsauerstoff abzugeben, falls dies für eine bestimmte Anwendung gewünscht wird. In einigen Konfigurationen ist das Gas atmosphärische Luft, die gegebenenfalls gefiltert werden kann, bevor sie in den Flüssigkeitsstrom eintritt. Durch Filtern von Luft oder anderen Gasen können Partikel und andere Verunreinigungen entfernt werden.A gas delivery component is typically configured to supply gas to a bubble generator component or flow cell under positive pressure. In some configurations, however, gas can be released under negative pressure. Inert gases such as N 2 or noble gases are particularly advantageous because they reduce the risk of an adverse interaction with biological components such as enzymes and nucleic acids. In some configurations, a system of the present disclosure, and particularly the gas delivery component, is configured to prevent molecular oxygen from entering a fluid foam. For example, the system and its fluidic components can be configured to exclude atmospheric oxygen. As such, the gas bubbles in a fluid foam can be substantially free of molecular oxygen. For example, the bubbles in a fluid foam may contain less than 20%, 10%, 1%, 0.5%, 0.1%, 100 ppm, 10 ppm or less molecular oxygen. Alternatively, a system or gas delivery component can be configured to deliver molecular oxygen or atmospheric oxygen if desired for a particular application. In some configurations, the gas is atmospheric air, which may or may not be filtered before entering the liquid stream. Filtering air or other gases can remove particles and other contaminants.
Ein beispielhafter Fluidkreislauf, der einen Blasengenerator („Bubbler“) zum Zuführen eines Schaums zu einer Durchflusszelle enthält, ist in
Wie in
Ein System der vorliegenden Offenbarung kann optional eine optische Detektionskomponente umfassen, die konfiguriert ist, um das Innere einer Durchflusszelle wie etwa das Innere eines Detektionskanals in einer Durchflusszelle zu detektieren. Besonders nützliche optische Detektionskomponenten umfassen diejenigen, die in Untersystemen oder Komponenten von Nukleinsäuresequenzierungssystemen zu finden sind. Mehrere derartige Detektionsvorrichtungen sind zur optischen Detektion, beispielsweise zur Detektion von Lumineszenzsignalen, konfiguriert. Dementsprechend kann eine optische Detektionskomponente ein Erregungssystem enthalten, das konfiguriert ist, um das Innere eines Durchflusszellenkanals zu bestrahlen. Die optische Detektionskomponente kann ferner ein Emissionssystem umfassen, das zum Detektieren von Lumineszenz aus dem Inneren des Durchflusszellenkanals konfiguriert ist. Die Detektion der Lumineszenz kann unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Detektionsgeräten durchgeführt werden, die sich auf Nukleinsäurearrays oder die Nukleinsäuresequenzierung beziehen. Ein Luminophor kann basierend auf einer Vielzahl von Lumineszenzeigenschaften detektiert werden, einschließlich beispielsweise Emissionswellenlänge, Anregungswellenlänge, Fluoreszenzresonanzenergietransfer (FRET)-Intensität, Quenching, Anisotropie oder Lebensdauer.A system of the present disclosure may optionally include an optical detection component configured to detect the interior of a flow cell, such as the interior of a detection channel in a flow cell. Particularly useful optical detection components include those found in subsystems or components of nucleic acid sequencing systems. Several such detection devices are configured for optical detection, for example for the detection of luminescence signals. Accordingly, an optical detection component can include an excitation system configured to irradiate the interior of a flow cell channel. The optical detection component may further include an emission system configured to detect luminescence from inside the flow cell channel. The detection of the luminescence can be carried out using detection devices known in the prior art which relate to nucleic acid arrays or nucleic acid sequencing. A luminophore can be detected based on a variety of luminescent properties, including, for example, emission wavelength, excitation wavelength, fluorescence resonance energy transfer (FRET) intensity, quenching, anisotropy or lifetime.
Beispiele für Detektionsvorrichtungen und deren Komponenten, die in einem System oder Verfahren hierin verwendet werden können, sind beispielsweise in US-Patentanmeldungsveröffentlichungs-Nr. 2010/0111768 A1 oder US-Patent-Nrn. 7,329,860; 8,951,781 oder 9,193,996 beschrieben, die hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen sind. Andere Detektionsvorrichtungen umfassen solche, die für die Nukleinsäuresequenzierung im Handel sind, wie etwa die von Illumina™, Inc. (z. B. HiSeq™-, MiSeq™-, NextSeq™- oder NovaSeq™-Systeme), Life Technologies™ (z. B. ABI PRISM™- oder SOLiD™-Systeme), Pacific Biosciences (z. B. Systeme, die SMRT™-Technologie verwenden, wie etwa Sequel™- oder RS II™-Systeme) oder Qiagen (z. B. Genereader™-System). Andere nützliche Detektoren sind in US-Patent-Nm. 5,888,737; 6,175,002; 5,695,934; 6,140,489; oder 5,863,722; oder US-Patentanmeldungsveröffentlichungs-Nm. 2007/007991 A1, 2009/0247414 A1 oder 2010/0111768; oder
Obwohl das System und die Verfahren der vorliegenden Offenbarung im Zusammenhang mit der optischen Detektion in mehreren beispielhaften Ausführungsformen hierin dargestellt sind, versteht es sich, dass andere Detektionsmodalitäten zusätzlich oder stattdessen verwendet werden können. Beispielsweise kann der Detektor ein elektronischer Detektor sein, der zur Detektion von Protonen oder Pyrophosphat verwendet wird (siehe beispielsweise US-Patentanmeldungsveröffentlichungs-Nm. 2009/0026082 A1; 2009/0127589 A1; 2010/0137143 A1; oder 2010/0282617 AI, die hiermit jeweils in vollem Umfang durch Bezugnahme aufgenommen sind, oder die von ThermoFisher, Waltham, MA, im Handel erhältlichen Ion Torrent™-Systeme, oder wie sie zur Detektion von Nanoporen verwendet werden, wie etwa die von Oxford Nanopore™, Oxford UK im Handel erhältlichen Systeme, (z. B. MinlON™ oder PromethION™-Systeme) oder die in
Die Kontrolle von Systemkomponenten wie etwa einem Blasengenerator oder einer Phasenmischkomponente kann einen Universalprozessor, einen digitalen Signalprozessor (DSP), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Field Programmable Gate Array (FPGA) oder eine andere programmierbare Logikvorrichtung, diskrete Gate- oder Transistorlogik, diskrete Hardwarekomponenten oder eine beliebige Kombination davon, die zur Ausführung der hier beschriebenen Funktionen ausgelegt sind, verwenden. Ein Universalprozessor kann ein Mikroprozessor sein, aber alternativ kann der Prozessor ein beliebiger herkömmlicher Prozessor, ein Controller, ein Mikrocontroller oder eine Zustandsmaschine sein. Ein Prozessor kann auch als eine Kombination von Rechenvorrichtungen implementiert sein, z. B. eine Kombination eines DSP und eines Mikroprozessors, einer Vielzahl von Mikroprozessoren, eines oder mehrerer Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder eine beliebige andere derartige Konfiguration. Beispielsweise kann ein Prozessor oder eine andere Vorrichtung programmiert sein, um ein Ventil oder eine andere Fluidkomponente zu betätigen, die den Fluss von Partikeln, Gas oder Flüssigkeit in eine Phasenmischkomponente kontrolliert, wodurch ein Mischphasenfluid mit einer gewünschten Anzahl von Blasen, Blasen mit einer gewünschten Größe oder Zusammensetzung, oder anderen wünschenswerten Eigenschaften von Blasen erzeugt wird. Alternativ oder zusätzlich zur Kontrolle des Materialflusses, der die dispergierte Phase des Mischphasenfluids bildet, kann ein Prozessor oder eine andere Vorrichtung so programmiert sein, dass ein Ventil oder eine andere Fluidkomponente betätigt wird, die den Flüssigkeitsfluss kontrolliert, der die Bulkphase des Mischphasenfluids bildet. Der gleiche oder ein anderer Prozessor, der zur Kontrolle von Fluiden verwendet wird, kann mit dem System interagieren, um Signale zu erfassen, zu speichern und zu verarbeiten (z. B. Signale, die unter Verwendung einer hier beschriebenen Vorrichtung detektiert werden). In bestimmten Ausführungsformen kann ein Prozessor verwendet werden, um aus den Signalen die Identität des Nukleotids zu bestimmen, das an einer bestimmten Stelle in einer Matrizennukleinsäure vorhanden ist. In einigen Fällen wird der Prozessor aus den detektierten Signalen eine Sequenz von Nukleotiden für die Matrize identifizieren.The control of system components such as a bubble generator or a phase mixing component can include a general-purpose processor, a digital signal processor (DSP), an application-specific integrated circuit (ASIC), a field programmable gate array (FPGA) or another programmable logic device, discrete gate or transistor logic, use discrete hardware components or any combination thereof designed to perform the functions described herein. A general purpose processor may be a microprocessor, but alternatively the processor may be any conventional processor, controller, microcontroller, or state machine. A processor can also be implemented as a combination of computing devices, e.g. B. a combination of a DSP and a microprocessor, a plurality of microprocessors, one or more microprocessors in conjunction with a DSP core or any other such configuration. For example, a processor or other device may be programmed to actuate a valve or other fluid component that controls the flow of particles, gas or liquid into a phase mixing component, thereby creating a mixed phase fluid with a desired number of bubbles, bubbles of a desired size or composition, or other desirable properties of bubbles. Alternatively or in addition to controlling the flow of material forming the dispersed phase of the mixed phase fluid, a processor or other device may be programmed to actuate a valve or other fluid component that controls the flow of liquid that forms the bulk phase of the mixed phase fluid. The same or a different processor used to control fluids can interact with the system to acquire, store, and process signals (e.g., signals that are detected using a device described herein). In certain embodiments, a processor can be used to determine from the signals the identity of the nucleotide present at a particular location in a template nucleic acid. In some cases, the processor will identify a sequence of nucleotides for the template from the detected signals.
Die Speicherarchitektur eines Prozessors kann mindestens ein Programmprodukt enthalten, das mindestens ein Programmmodul aufweist, das als ausführbare Anweisungen implementiert ist, die zum Betreiben einer oder mehrerer Komponenten eines hier dargelegten Systems konfiguriert sind. Beispielsweise können ausführbare Anweisungen ein Betriebssystem, ein oder mehrere Anwendungsprogramme, andere Programmmodule, und Programmdaten enthalten. Im Allgemeinen können Programmmodule Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Logik, Datenstrukturen usw. enthalten, die bestimmte hierin dargelegte Aufgaben ausführen, wie z. B. das Kontrollieren der Konzentration, Anzahl, Größe, Polydispersität oder Zusammensetzung von Blasen, die an eine Flüssigkeit abgegeben werden, um ein Mischphasenfluid zu erzeugen.The memory architecture of a processor can include at least one program product that has at least one program module that is implemented as executable instructions that are configured to operate one or more components of a system described here. For example, executable instructions can include an operating system, one or more application programs, other program modules, and program data. In general, program modules can include routines, programs, objects, components, logic, data structures, etc. that perform certain tasks set forth herein, such as: For example, controlling the concentration, number, size, polydispersity, or composition of bubbles delivered to a liquid to produce a mixed phase fluid.
Besonders nützliche Sequenzierungsprozesse, die in einem hier beschriebenen System oder einer hier beschriebenen Vorrichtung ausgeführt werden können, sind zyklische Prozesse, die wiederholte Zyklen der Reagenzabgabe verwenden. Jeder Zyklus kann einen oder mehrere Schritte umfassen. Beispielsweise kann jeder Zyklus alle Schritte enthalten, die zur Detektion einer einzelnen Nukleotidposition in einer Matrizennukleinsäure erforderlich sind. Einige Sequenzierungsverfahren verwenden die Chemie eines zyklischen reversiblen Terminators (CRT), wobei jeder Zyklus die folgenden Schritte umfasst: (i) Hinzufügen eines einzelnen reversibel terminierten Nukleotids, um einen entstehenden Primer schrittweise zu verlängern, an eine zu detektierende Nukleotidposition; (ii) Detektieren des Nukleotids an der einzelnen Nukleotidposition und (iii) Deblockieren des entstehenden Primers, um eine Rückkehr zu Schritt (i) zu ermöglichen, um einen nachfolgenden Zyklus zu starten. Einer oder mehrere dieser Schritte können in einem Mischphasenfluid wie etwa einem Fluidschaum durchgeführt werden. In einigen Konfigurationen werden alle drei Schritte in einem Mischphasenfluid ausgeführt. Ein Mischphasenfluid kann verwendet werden, um Reagenzien oder Produkte von einem oder mehreren dieser Schritte abzugeben und/oder zu entfernen. Beispiele für Reaktionsschritte, Reagenzien und Produkte, die in einem CRT-Verfahren unter Verwendung von Mischphasenfluiden verwendet werden können, sind nachstehend und in den nachstehend angegebenen Referenzen aufgeführt. Alternativ können einer oder mehrere der beispielhaften Schritte, Reagenzien oder Produkte in Abwesenheit eines Mischphasenfluids durchgeführt werden.Particularly useful sequencing processes that can be performed in a system or device described herein are cyclic processes that use repeated cycles of reagent delivery. Each cycle can consist of one or more steps. For example, each cycle can include all of the steps required to detect a single nucleotide position in a template nucleic acid. Some sequencing methods use the chemistry of a cyclic reversible terminator (CRT), with each cycle comprising the steps of: (i) adding a single reversibly terminated nucleotide to gradually extend an emerging primer to a nucleotide position to be detected; (ii) detecting the nucleotide at the single nucleotide position and (iii) unblocking the resulting primer to allow return to step (i) to start a subsequent cycle. One or more of these steps can be performed in a mixed phase fluid such as a fluid foam. In some configurations, all three steps are in one Mixed phase fluid executed. A mixed phase fluid can be used to dispense and / or remove reagents or products from one or more of these steps. Examples of reaction steps, reagents and products that can be used in a CRT process using mixed phase fluids are listed below and in the references given below. Alternatively, one or more of the exemplary steps, reagents, or products can be performed in the absence of a mixed phase fluid.
Ein spezifisches Beispiel für ein nützliches CRT-Nukleinsäuresequenzierungsverfahren ist eine Sequencing By Binding™ (SBB™)-Reaktion, wie sie beispielsweise beschrieben ist in den gemeinschaftlichen US-Patentanmeldungsveröffentlichungs-Nm. 2017/0022553 A1; 2018/0044727 A1; 2018/0187245 A1; oder 2018/0208983 AI, die hier jeweils durch Bezugnahme aufgenommen sind. Im Allgemeinen können SBB™-Verfahren zur Bestimmung der Sequenz eines Matrizen-Nukleinsäuremoleküls auf der Bildung eines stabilisierten ternären Komplexes (zwischen Polymerase, geprimeter Nukleinsäure und verwandtem Nukleotid) unter bestimmten Bedingungen basieren. Das Verfahren kann eine Untersuchungsphase und eine Nukleotideinbauphase umfassen. Eine oder mehrere Sequenzierungsphasen können unter Verwendung eines Mischphasenfluids (z. B. eines Fluidschaums) durchgeführt werden.A specific example of a useful CRT nucleic acid sequencing method is a Sequencing By Binding ™ (SBB ™) reaction, as described, for example, in U.S. Patent Application Publication No. Nm. 2017/0022553 A1; 2018/0044727 A1; 2018/0187245 A1; or 2018/0208983 AI, each of which is incorporated herein by reference. In general, SBB ™ methods for determining the sequence of a template nucleic acid molecule can be based on the formation of a stabilized ternary complex (between polymerase, primed nucleic acid and related nucleotide) under certain conditions. The method may include an investigation phase and a nucleotide incorporation phase. One or more sequencing phases can be performed using a mixed phase fluid (e.g., a fluid foam).
Die Untersuchungsphase eines SBB™-Prozesses kann für mindestens ein Matrizen-Nukleinsäuremolekül durchgeführt werden, das mit einem Primer, einer Polymerase und mindestens einem Nukleotidtyp geprimet ist. Die Wechselwirkung von Polymerase und einem Nukleotid mit dem oder den geprimeten Matrizen-Nukleinsäuremolekül(en) kann unter Bedingungen beobachtet werden, bei denen das Nukleotid nicht kovalent zu dem oder den Primern hinzugefügt wird; und die nächste Base in jeder Matrizennukleinsäure kann basierend auf der beobachteten Wechselwirkung identifiziert werden. Beispielsweise können die Nukleotide eine detektierbare Markierung enthalten. In einigen Ausführungsformen kann die Polymerase markiert sein. Eine Vielzahl von Bedingungen und Reagenzien kann nützlich sein, um einen ternären Komplex während der Untersuchungsphase zu stabilisieren. Zum Beispiel kann der Primer eine reversible Blockierungseinheit enthalten, die eine kovalente Bindung von Nukleotiden verhindert; und/oder Polymerase-Cofaktoren, die zur Verlängerung erforderlich sind, wie etwa zweiwertige Metallionen, können fehlen; und/oder inhibitorische zweiwertige Kationen, die die Polymerase-basierte Primerverlängerung inhibieren, können vorhanden sein; und/oder die in der Untersuchungsphase vorhandene Polymerase kann eine chemische Modifikation und/oder Mutation aufweisen, die die Primerverlängerung hemmt; und/oder die Nukleotide können chemische Modifikationen aufweisen, die den Einbau hemmen.The investigation phase of an SBB ™ process can be carried out for at least one template nucleic acid molecule which is primed with a primer, a polymerase and at least one nucleotide type. The interaction of polymerase and a nucleotide with the primed template nucleic acid molecule (s) can be observed under conditions where the nucleotide is not covalently added to the primer (s); and the next base in each template nucleic acid can be identified based on the observed interaction. For example, the nucleotides can contain a detectable label. In some embodiments, the polymerase can be labeled. A variety of conditions and reagents can be useful to stabilize a ternary complex during the study phase. For example, the primer may contain a reversible blocking moiety that prevents nucleotide covalent binding; and / or polymerase cofactors required for extension, such as divalent metal ions, may be absent; and / or inhibitory divalent cations that inhibit polymerase based primer extension may be present; and / or the polymerase present in the test phase can have a chemical modification and / or mutation which inhibits primer extension; and / or the nucleotides can have chemical modifications that inhibit incorporation.
Die Verlängerungsphase kann durchgeführt werden, indem Bedingungen geschaffen werden, bei denen ein Nukleotid zu dem Primer auf jedem Matrizen-Nukleinsäuremolekül hinzugefügt werden kann. In einigen Ausführungsformen umfasst dies das Entfernen von Reagenzien, die in der Untersuchungsphase verwendet wurden, und das Ersetzen dieser Reagenzien durch Reagenzien, die die Verlängerung erleichtern. Zum Beispiel können Untersuchungsreagenzien durch eine Polymerase und ein oder mehrere reversibel terminierte Nukleotide ersetzt werden.The extension phase can be carried out by creating conditions in which a nucleotide can be added to the primer on each template nucleic acid molecule. In some embodiments, this includes removing reagents that were used in the assay phase and replacing those reagents with reagents that facilitate extension. For example, test reagents can be replaced by a polymerase and one or more reversibly terminated nucleotides.
Ein weiteres nützliches CRT-Sequenzierungsverfahren ist das Sequenzieren durch Synthese (SBS). SBS beinhaltet im Allgemeinen die enzymatische Verlängerung eines entstehenden Primers durch die iterative Addition von Nukleotiden komplementär zu einem Matrizenstrang, an den der Primer hybridisiert ist. Kurz gesagt kann SBS durch Inkontaktbringen von mit Primem versehenen Zielnukleinsäuren mit einem oder mehreren markierten Nukleotiden, DNA-Polymerase usw. initiiert werden. Die Primer werden ein markiertes Nukleotid einbauen, das detektiert werden kann. Optional können die markierten Nukleotide ferner eine reversible Terminatoreinheit enthalten. Als solches wird ein einzelnes reversibel terminiertes Nukleotid zu dem Primer hinzugefügt, so dass eine anschließende Verlängerung nicht stattfinden kann, bis ein Deblockierungsmittel abgegeben wird, um die reversible Terminatoreinheit von dem Primer zu entfernen. Der SBS-Zyklus kann n-mal durchgeführt werden, um den Primer um n Nukleotide zu verlängern, wodurch eine Sequenz der Länge n detektiert wird. Beispielhafte SBS-Verfahren, Reagenzien und Detektionskomponenten, die leicht zur Verwendung mit einem System oder einer Vorrichtung hierin angepasst werden können, sind beispielsweise in
Einige SBS-Ausführungsformen sind zyklisch, müssen jedoch keine reversiblen Terminator-Nukleotide verwenden. Solche Verfahren können auch Mischphasenfluide verwenden. Ein besonders nützliches Verfahren umfasst die Detektion eines Protons, das beim Einbau eines Nukleotids in ein Verlängerungsprodukt freigesetzt wird. Beispielsweise können für eine Sequenzierung auf der Basis der Detektion freigesetzter Protonen Reagenzien und ein elektrischer Detektor verwendet werden, die von Thermo Fisher (Waltham, MA) im Handel erhältlich sind, oder in US-Patentanmeldungsveröffentlichungs-Nm. 2009/0026082 A1; 2009/0127589 A1; 2010/0137143 A1; oder 2010/0282617 A1 beschrieben sind, die hiermit jeweils durch Bezugnahme aufgenommen sind. Ein weiteres zyklisches Sequenzierungsverfahren, bei dem keine reversiblen Terminator-Nukleotide eingesetzt werden müssen, ist die Pyrosequenzierung. Pyrosequenzierung detektiert die Freisetzung von anorganischem Pyrophosphat (PPi), wenn Nukleotide in einen an einen Matrizen-Nukleinsäurestrang hybridisierten entstehenden Primer eingebaut werden (Ronaghi et al.,Analytical Biochemistry 242 (1), 84-9 (1996); Ronaghi, Genome Res. 11 (1), 3-11 (2001), Ronaghi et al., Science 281 (5375), 363 (1998), US-Patente Nrn. 6,210,891, 6,258,568 und 6,274,320, von denen jedes durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist).Some SBS embodiments are cyclic, but do not need to use reversible terminator nucleotides. Such methods can also use mixed phase fluids. A particularly useful method involves the detection of a proton that occurs when a nucleotide is incorporated into an extension product is released. For example, sequencing based on the detection of released protons can use reagents and an electrical detector commercially available from Thermo Fisher (Waltham, MA) or in U.S. Patent Application Publication Nm. 2009/0026082 A1; 2009/0127589 A1; 2010/0137143 A1; or 2010/0282617 A1, each of which is hereby incorporated by reference. Another cyclic sequencing method in which no reversible terminator nucleotides have to be used is pyrosequencing. Pyrosequencing detects the release of inorganic pyrophosphate (PPi) when nucleotides are incorporated into an emerging primer hybridized to a template nucleic acid strand (Ronaghi et al., Analytical Biochemistry 242 (1), 84-9 (1996); Ronaghi, Genome Res. 11 (1), 3-11 (2001), Ronaghi et al., Science 281 (5375), 363 (1998), U.S. Patent Nos. 6,210,891, 6,258,568 and 6,274,320, each of which is incorporated herein by reference).
Sequenzierung durch Ligation-Reaktionen sind ebenfalls nützlich, einschließlich beispielsweise derjenigen, die in Shendure et al. Science 309: 1728-1732 (2005);
Beispiel 1example 1
Nukleinsäuresequenzierung mit und ohne BlasenNucleic acid sequencing with and without bubbles
Dieses Beispiel liefert einen Vergleich der Nukleinsäuresequenzierung unter Verwendung einer Flüssigkeit zur Abgabe von Reagenzien oder eines Fluidschaums zur Abgabe der Reagenzien. Der Vergleich zeigte, dass ein Fluidschaum anstelle einer Flüssigkeit verwendet werden kann, um einem Array von Nukleinsäuren während eines Sequenzierungslaufs Sequenzierungsreagenzien zuzuführen. Die Ergebnisse zeigten auch, dass die Verwendung eines Fluidschaums anstelle eines flüssigen Abgabemediums eine wesentliche Verringerung des Reagenzienverbrauchs zur Folge hatte, was zu geringeren Reagenzienkosten und einer Verringerung des Abfallvolumens führte. Die Qualität der Sequenzierungsdaten, die unter Verwendung von Fluidschaum zur Abgabe von Sequenzierungsreagenzien erhalten wurden, war vergleichbar mit der Qualität der Ergebnisse, die unter Verwendung einer Flüssigkeit zur Abgabe der Reagenzien erhalten wurden.This example provides a comparison of nucleic acid sequencing using a reagent delivery fluid or a fluid foam for the reagent delivery. The comparison showed that a fluid foam instead of a liquid could be used to deliver sequencing reagents to an array of nucleic acids during a sequencing run. The results also showed that the use of a fluid foam instead of a liquid delivery medium resulted in a significant reduction in reagent consumption, which resulted in lower reagent costs and a decrease in waste volume. The quality of the sequencing data obtained using fluid foam to deliver sequencing reagents was comparable to the quality of the results obtained using a liquid to deliver the reagents.
Materialien und VerfahrenMaterials and processes
Durchflusszellen, die geprimete Matrizennukleinsäuren enthalten, wurden unter Verwendung flüssiger Reagenzien wie folgt hergestellt. Matrizen-Nukleinsäurestränge, die in 12 PCR-Reaktionen synthetisiert wurden, wurden hergestellt und dann unabhängig an Kügelchen gebunden. Dies führte zu einer Population von 12 Typen von Kügelchen, wobei jedes Kügelchen eine homogene Sammlung von einem der 12 Matrizenstränge enthielt. Kügelchen, die immobilisierte Matrizenstränge enthielten, wurden als nächstes an der inneren Oberfläche einer Durchflusszelle befestigt. Die innere Oberfläche der Durchflusszelle wurde hydrophilisiert, um zu verhindern, dass Blasen an der Oberfläche der Durchflusszelle anhaften. Als nächstes wurden Sequenzierungsprimer in die Durchflusszelle geleitet und an die immobilisierten Matrizenstränge hybridisieren gelassen, um immobilisierte Primer-Matrizen-Hybride zu bilden.Flow cells containing primed template nucleic acids were made using liquid reagents as follows. Template nucleic acid strands synthesized in 12 PCR reactions were made and then independently bound to beads. This resulted in a population of 12 types of beads, each bead containing a homogeneous collection of one of the 12 template strands. Beads containing immobilized template strands were next attached to the inner surface of a flow cell. The flow cell interior surface was hydrophilized to prevent bubbles from adhering to the flow cell surface. Next, sequencing primers were passed into the flow cell and allowed to hybridize to the immobilized template strands to form immobilized primer-template hybrids.
Die Sequenzierung wurde zyklisch durchgeführt, wobei jeder Zyklus die folgenden Schritte umfasste: (i) Verlängerung: Zugabe eines reversibel terminierten Nukleotids zu den Primem der immobilisierten Primer-Matrizen-Hybride; (ii) Untersuchung: Bildung und Detektion von stabilisierten ternären Komplexen auf den reversibel terminierten, immobilisierten Primer-Matrizen-Hybriden, und (iii) Aktivierung: Abspaltung des reversiblen Terminators von den verlängerten Primern. Jeder Zyklus führte zum Hinzufügen eines einzelnen Nukleotids und zur Detektion einer nachfolgenden Nukleotidposition. Somit korrelierte die Anzahl der Zyklen direkt mit der Länge der für jedes Kügelchen gelesenen Sequenz. Tabelle 1 zeigt die Schritte, die für jeden einzelnen Zyklus eines Kontrollsequenzierungslaufs durchgeführt wurden, der in flüssiger Phase durchgeführt wurde (d. h. ohne eingebrachte Blasen), zusammen mit der Zeit für jeden Schritt, der Durchflussrate für die fluidischen Reagenzien und dem Gesamtvolumen des in jedem Schritt verbrauchten flüssigen Reagenz.
TABELLE 1: Sequenzierungszyklus für Flüssigphasensequenzierung (keine Blasen
Der Sequenzierungszyklus wurde durch Einbau von reversiblen Terminator-Nukleotiden an den 3'-Enden der Primer der immobilisierten Primer-Matrizen-Hybride eingeleitet. Dies wurde durch den RTS-Schritt erreicht, bei dem die Durchflusszelle mit nicht-markierten reversibel terminierten Nukleotidanaloga von dATP, dGTP, dCTP und dTTP in Gegenwart von M15-Polymerase in Kontakt gebracht wurde (siehe US-Patentanmeldungs-Nr. 62/732,510, die hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen ist). Das in diesem veranschaulichenden Verfahren verwendete reversible Terminator-Nukleotid enthielt eine reversible 3'-ONH2-Terminator-Einheit. Eine Beschreibung dieses reversiblen Terminator-Nukleotids findet sich in
Der NSB-Schritt wurde durchgeführt, um die dNTPs aus der RTS-Lösung zu entfernen und die Durchflusszelle zu waschen. Insbesondere wurde für den NSB-Schritt eine Lösung, die Isopropanol, Tween-80, Hydroxylamin und EDTA enthielt, durch die Durchflusszelle geleitet. Der NSB-Schritt behielt die M15-Polymerase bei (siehe US-Patentanmeldungs-Nr. 16/518,321, die hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen ist).The NSB step was performed to remove the dNTPs from the RTS solution and wash the flow cell. In particular, for the NSB step, a solution containing isopropanol, Tween-80, hydroxylamine and EDTA was passed through the flow cell. The NSB step retained the M15 polymerase (see U.S. Patent Application No. 16 / 518,321, which is hereby expressly incorporated by reference).
Der Zyklus wurde dann mit einer Untersuchungssubroutine fortgesetzt, in der jedes von vier verschiedenen Nukleotiden einzeln an die Durchflusszelle abgegeben wurde (EXT, EXA, EXC und EXG lieferten Cy5-markiertes dTTP, Cy5-markiertes dATP, Cy5-markiertes dCTP bzw. Cy5-markiertes dGTP). Das System unterbrach den Fluidfluss, um die Bildung eines ternären Komplexes zu ermöglichen. Das freie Nukleotid wurde durch Abgabe eines IMG-Reagenz aus der Durchflusszelle entfernt, und dann wurde die Durchflusszelle auf die Bildung eines ternären Komplexes an den immobilisierten Primer-Matrizen-Hybriden untersucht. Das IMG-Reagenz umfasste LiCl, Betain, Tween-80, KCI, Ammoniumsulfat, Hydroxylamin und EDTA, was die ternären Komplexe nach Entfernung freier Nukleotide stabilisierte (siehe
Nach der Untersuchungssubroutine wurde die NSB-Wäsche durchgeführt, um die Durchflusszelle von den Nukleotiden aus der Untersuchungssubroutine zu befreien. Dann wurde der Sequenzierungszyklus mit dem CLV-Schritt fortgesetzt, in dem die reversiblen Terminatoreinheiten von den Primem unter Verwendung von Natriumacetat und Natriumnitrit entfernt wurden, wie in
Tabelle 2 zeigt die Schritte, die für jeden einzelnen Zyklus eines Sequenzierungslaufs durchgeführt wurden, der in Fluidschaum durchgeführt wurde. Die Tabelle zeigt die Zeit, die Durchflussrate des flüssigen Reagenzes, den Flüssigkeitsvolumenverbrauch und den Gasdruck, die für jeden Schritt verwendet werden. Die flüssige Phase jedes Schritts war die gleiche wie die des gleichen Namens im Kontrollsequenzierungslauf, wie oben im Zusammenhang mit Tabelle 1 angegeben. Die flüssige Phase wurde jedoch für mehrere der Schritte unter Verwendung eines Blasengenerators mit einem Y-Übergang und einem Gasdiffusor wie in
Mehrere in Tabelle 2 angegebene Schritte umfassten ein „Wackeln“, bei dem die Fließrichtung für den Fluidschaum von der einen Richtung in die andere Richtung und zurück umgeschaltet wurde, um das Mischen in der Fließzelle zu ermöglichen. Einige Schritte umfassten auch eine anhaltende Umkehr der Fließrichtung für den Fluidschaum oder das flüssige Reagenz. Der umgekehrte Durchfluss wird durch negative Werte in der Durchflussratenspalte und Nullwerte für das Gesamtvolumen des durch die Durchflusszelle fließenden Fluids angezeigt.Several steps listed in Table 2 included a "wiggle" in which the flow direction for the fluid foam was switched from one direction to the other and back to allow mixing in the flow cell. Some steps also included a continued reversal of the flow direction for the fluid foam or liquid reagent. The reverse flow is indicated by negative values in the flow rate column and zero values for the total volume of the fluid flowing through the flow cell.
ErgebnisseResults
Der Signalabfall für die ,An`-Kurven wurde bewertet, indem die Kurven an eine Kurve angepasst wurden, die durch die folgende Gleichung definiert ist:
wobei I die Signalintensität ist, n die Anzahl von Zyklen ist und τ der Zyklus ist, wenn das Signal ungefähr 37% von I0 ist (anfängliche Signalintensität). Ein höheres τ zeigt eine verringerte Rate des Signalabfalls an, was im Allgemeinen bevorzugt wird, da es eine erhöhte Leselänge und Sequenziergenauigkeit anzeigt, während eine erhöhte Rate des Signalabfalls durch niedrigere Werte für τ gekennzeichnet ist. Die Anpassungsgüte wurde als Bestimmungskoeffizient R2 berechnet. Höhere R2-Werte korrelieren mit einer verringerten Signalintensitätsvarianz während des Sequenzierungslaufs. Die in
where I is the signal intensity, n is the number of cycles and τ is the cycle when the signal is approximately 37% of I 0 (initial signal intensity). A higher τ indicates a reduced rate of signal decay, which is generally preferred because it indicates increased read length and sequencing accuracy, while an increased rate of signal decay is characterized by lower values for τ. The goodness of fit was calculated as the coefficient of determination R 2 . Higher R 2 values correlate with a reduced signal intensity variance during the sequencing run. In the
Tabelle 3 zeigt die Nachbearbeitungsergebnisse für den Sequenzierungslauf unter Verwendung der Flüssigkeitsabgabe von Reagenzien, wie in
In Nukleinsäuresequenzierungsanwendungen ist der Q-Score eine Eigenschaft, die logarithmisch mit den Fehlerwahrscheinlichkeiten (P) der Basenbestimmung gemäß der folgenden Gleichung zusammenhängt
Wie aus den Ergebnissen von Tabelle 3 hervorgeht, wurde bei der Durchführung der Sequenzierung unter Verwendung flüssiger Reagenzien ein Q-Score von nahezu Q50 erhalten, ohne dass irgendwelche der beobachteten Daten verworfen wurden. Das Weglassen der niedrigsten Qualität 1% der Daten aus der Analyse ergab einen Q-Score von Q70 (d. h. eine falsche Basenbestimmungswahrscheinlichkeit von 1 zu 10.000.000). Im Vergleich dazu ergab die Abgabe der Reagenzien in Schaumfluid anstelle von Flüssigkeit einen Q-Wert von etwa 38, ohne irgendwelche Daten zu verwerfen. Eine Bewertung von Q70 wurde erhalten, indem lediglich 6% der Daten weggelassen wurden. Dementsprechend führte die Verwendung von Schaumfluid zur Abgabe von Sequenzierungsreagenzien zu einer hochgenauen Sequenzierung.
TABELLE 3: Sequenzierungsergebnisse (ohne Blasen)
Tabelle 5 zeigt den Verbrauch an flüssigen Reagenzien pro Schritt und Sequenzierungszyklus. Das Schaumfluid wurde durch Zugabe von Blasen zum flüssigen Reagenz erzeugt. Somit nehmen die Blasen Volumen in dem Fluidschaum ein, was die Gesamtmenge an Reagenz in einem gegebenen Volumen an Fluidschaum im Vergleich zu dem gleichen Volumen des flüssigen Reagenzes effektiv verringert. Die Konzentration des Reagenzes in der flüssigen Phase des Fluidschaums ist jedoch die gleiche wie die scheinbare Konzentration des Reagenz in dem flüssigen Reagenz, die Nukleinsäuren auf der Oberfläche der Durchflusszelle erfahren. Somit werden die Nukleinsäuren auf der Oberfläche mit Sequenzierungsreagenzien in Kontakt gebracht, die in dem Fluidschaum die gleiche „scheinbare“ Konzentration aufweisen wie in dem nicht mit Blasen versehenen flüssigen Reagenz, obwohl die Gesamtmenge des pro Sequenzierungszyklus verbrauchten Reagenz verringert wird, wenn Blasen hinzugefügt werden, um den Fluidschaum zu erzeugen.
TABELLE 5: Reagenzverbrauch pro Schritt und Zyklus
Die Ergebnisse von Tabelle 5 zeigen, dass durch Zugabe von Blasen zu den Sequenzierungsreagenzien Reagenzieneinsparungen zwischen 53% und 74% erzielt wurden. Die Gesamtersparnis an Reagenzien für jeden Zyklus betrug 63%. Wie jedoch aus den Ergebnissen von
Beispiel 2Example 2
Nukleinsäuresequenzierungssystem, das Fluidschaum verwendetNucleic acid sequencing system using fluid foam
Dieses Beispiel beschreibt ein Nukleinsäuresequenzierungssystem, das einen Tisch, eine Flüssigkeitsabgabekomponente, eine Gasabgabekomponente, eine Blasengeneratorkomponente, und eine optische Detektionskomponente umfasst, wobei der Tisch konfiguriert ist, um eine Durchflusszelle mit einem Detektionskanal aufzunehmen, wobei die optische Detektionskomponente konfiguriert ist, um das Innere des Detektionskanals zu detektieren, wobei die Flüssigkeitsabgabekomponente konfiguriert ist, um Flüssigkeit aus einer Vielzahl von Reservoirs an den Detektionskanal abzugeben, wobei die Gasabgabekomponente konfiguriert ist, um Gas aus einer oder mehreren Quellen an die Blasengeneratorkomponente abzugeben, und wobei die Blasengeneratorkomponente konfiguriert ist, um Blasen von der Gasabgabekomponente in Flüssigkeit von der Flüssigkeitsabgabekomponente an einer Stelle einzuführen, die stromabwärts von der Vielzahl von Reservoirs und stromaufwärts von der Durchflusszelle ist, um dadurch dem Detektionskanal einen Fluidschaum zu liefern, der Blasen des Gases aus der Gasabgabekomponente enthält.This example describes a nucleic acid sequencing system that includes a table, a liquid delivery component, a gas delivery component, a bubble generator component, and an optical detection component, the table configured to receive a flow cell with a detection channel, the optical detection component configured to inside the Detect the detection channel, the liquid delivery component configured to deliver liquid from a plurality of reservoirs to the detection channel, the gas delivery component configured to deliver gas from one or more sources to the bubble generator component, and the bubble generator component configured to blow bubbles introducing the gas delivery component into liquid from the liquid delivery component at a location that is downstream of the plurality of reservoirs and upstream of the flow cell, to thereby detect the det ection channel to provide a fluid foam that contains bubbles of gas from the gas delivery component.
Einige der Komponenten und Funktionen des Nukleinsäuresequenzierungssystems werden nachstehend ausführlicher dargelegt. Es versteht sich, dass das System beispielhaft ist. Eine oder mehrere der nachstehend aufgeführten Komponenten können weggelassen oder durch andere Komponenten ersetzt werden, wie dies beispielsweise an anderer Stelle hierin ausgeführt ist. Andere Komponenten, die hierin dargelegt sind, können zu dem beispielhaften System hinzugefügt werden, ohne notwendigerweise eine nachstehend beispielhaft angegebene Komponente zu ersetzen.Some of the components and functions of the nucleic acid sequencing system are set out in more detail below. It goes without saying that the system is exemplary. One or more of the components listed below may be omitted or replaced with other components, as set forth elsewhere herein, for example. Other components set forth herein may be added to the exemplary system without necessarily replacing a component exemplified below.
Ein Blockdiagramm des Nukleinsäuresequenzierungssystems
Das Nukleinsäuresequenzierungssystem
Das Nukleinsäuresequenzierungssystem
Wie in den
Wie in den
Auch gezeigt in
In Bezug auf
Wenn der Verbinder
Am Instrumentenverbinder
Das Gas tritt aus der Druckluftquelle
Beispiel 3Example 3
Durchflusszelle, die im Inneren Fluidschaum enthältFlow cell that contains fluid foam inside
Eine beispielhafte Durchflusszelle umfasst einen ternären Komplex, der innerhalb eines Durchflusszellenkanals immobilisiert ist, wobei der ternäre Komplex eine Polymerase, eine geprimete Matrizennukleinsäure und ein nächstes richtiges Nukleotid für die Matrize umfasst; und einen Fluidschaum, der mit dem ternären Komplex in dem Durchflusszellenkanal in Kontakt steht, wobei der Fluidschaum eine Vielzahl von Gasblasen in einer Flüssigkeit enthält, wobei der Fluidschaum einen Volumenanteil von Blasen enthält, der mindestens 25% des Gesamtvolumens des Fluidschaums in dem Durchflusszellenkanal ausmacht, und wobei der durchschnittliche Durchmesser der Gasblasen höchstens 95% des Querschnittsdurchmessers des Durchflusszellenkanals beträgt.An exemplary flow cell includes a ternary complex immobilized within a flow cell channel, the ternary complex comprising a polymerase, a primed template nucleic acid, and a next correct nucleotide for the template; and a fluid foam that is in contact with the ternary complex in the flow cell channel, the fluid foam containing a plurality of gas bubbles in a liquid, the fluid foam containing a volume fraction of bubbles that is at least 25% of the total volume of the fluid foam in the flow cell channel, and wherein the average diameter of the gas bubbles is at most 95% of the cross-sectional diameter of the flow cell channel.
Gegebenenfalls ist die Polymerase in der Durchflusszelle an eine exogene Lumineszenzmarkierung gebunden. Alternativ oder zusätzlich kann das nächste richtige Nukleotid an eine exogene Lumineszenzmarkierung gebunden sein.The polymerase in the flow cell may be bound to an exogenous luminescent label. Alternatively or additionally, the next correct nucleotide can be bound to an exogenous luminescent label.
Unabhängig davon, ob markierte Komponenten vorliegen oder nicht, kann der ternäre Komplex an einer Stelle eines Arrays von Nukleinsäuren vorliegen, das innerhalb des Durchflusszellenkanals immobilisiert ist. Gegebenenfalls umfasst das Array mindestens 1 × 103 Stellen, die immobilisierte ternäre Komplexe aufweisen. Gegebenenfalls beträgt die durchschnittliche Fläche für jede der Stellen in dem Array weniger als 25 Quadratmikron. Jede der Stellen kann ein Ensemble von Nukleinsäuren umfassen, wobei jedes Ensemble Nukleinsäuren mit einer gemeinsamen Matrizensequenz aufweist. Regardless of whether there are labeled components or not, the ternary complex can be present at a site of an array of nucleic acids that is immobilized within the flow cell channel. The array may include at least 1 × 10 3 sites that have immobilized ternary complexes. Optionally, the average area for each of the locations in the array is less than 25 square microns. Each of the sites can comprise an ensemble of nucleic acids, each ensemble having nucleic acids with a common template sequence.
Der ternäre Komplex kann in der Durchflusszelle durch Befestigen der geprimeten Matrizen-Nukleinsäure an einer Innenfläche des Durchflusszellenkanals immobilisiert werden. Zum Beispiel kann der ternäre Komplex durch Befestigen der geprimeten Matrizen-Nukleinsäure an ein Kügelchen innerhalb des Durchflusszellenkanals immobilisiert werden. Die geprimete Matrizen-Nukleinsäure kann durch Verknüpfung mit dem 5'-Ende des Primers, durch Verknüpfung mit dem 3'-Ende der Matrize, oder durch Verknüpfung mit dem 5'-Ende der Matrize immobilisiert werden.The ternary complex can be immobilized in the flow cell by attaching the primed template nucleic acid to an inner surface of the flow cell channel. For example, the ternary complex can be immobilized by attaching the primed template nucleic acid to a bead within the flow cell channel. The primed template nucleic acid can be immobilized by linking to the 5 'end of the primer, linking to the 3' end of the template, or linking to the 5 'end of the template.
Der Fluidschaum kann unter positivem Druck durch den Durchflusszellenkanal fließen. Der Fluidschaum kann jedoch während seiner Verwendung mindestens einige Zeit statisch sein. Die Gasblasen im Fluidschaum können im Wesentlichen sauerstofffrei sein, beispielsweise stattdessen ein Inertgas oder Edelgas enthalten. Alternativ kann ein Fluidschaum aus Blasen zusammengesetzt sein, die atmosphärische Luft oder Sauerstoff enthalten.The fluid foam can flow through the flow cell channel under positive pressure. However, the fluid foam can be static for at least some time during its use. The gas bubbles in the fluid foam can be essentially oxygen-free, for example instead contain an inert gas or noble gas. Alternatively, a fluid foam can be composed of bubbles that contain atmospheric air or oxygen.
Zusätzlich zu den immobilisierten Komponenten kann die Durchflusszelle freie Komponenten enthalten, die in der flüssigen Phase des Fluidschaums solvatisiert sind. Beispielsweise kann der Fluidschaum freie Nukleotide enthalten. Die freien Nukleotide können in jeder gewünschten Konzentration vorliegen, beispielsweise in einer Konzentration von mindestens 50 nM. Die freien Nukleotide können exogene Lumineszenzmarkierungen, blockierende Einheiten (wie etwa reversible Terminatoreinheiten), beide Arten von Einheiten oder keine Art von Einheit aufweisen. Unabhängig davon, ob der Fluidschaum freie Nukleotide enthält oder nicht, kann der Fluidschaum freie Polymerasen enthalten. Die Polymerasen können in jeder gewünschten Konzentration vorliegen, beispielsweise einer Konzentration von mindestens 5 Units/ml.In addition to the immobilized components, the flow cell can contain free components that are solvated in the liquid phase of the fluid foam. For example, the fluid foam can contain free nucleotides. The free nucleotides can be present in any desired concentration, for example in a concentration of at least 50 nM. The free nucleotides can have exogenous luminescent labels, blocking units (such as reversible terminator units), both types of units or no type of unit. Regardless of whether the fluid foam contains free nucleotides or not, the fluid foam can contain free polymerases. The polymerases can be present in any desired concentration, for example a concentration of at least 5 units / ml.
Gegebenenfalls kann die Querschnittsfläche des Detektionskanals höchstens 100 mm2 betragen. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Querschnittsfläche des Detektionskanals mindestens 100 µm2. Die Länge und die Querschnittsfläche des Detektionskanals können eingestellt werden, um ein gewünschtes Volumen an Fluidschaum aufzunehmen. Beispielsweise kann das Volumen des Detektionskanals höchstens 1 ml betragen. Alternativ oder zusätzlich beträgt das Volumen des Detektionskanals mindestens 1 µl. Andere Kanalgrößen können zum Beispiel in einem Maßstab verwendet werden, der auf dem Fachgebiet als mikrofluidischer Maßstab oder nanofluidischer Maßstab bekannt ist.If necessary, the cross-sectional area of the detection channel can be at most 100 mm 2 . Alternatively or additionally, the cross-sectional area of the detection channel is at least 100 µm 2 . The length and cross-sectional area of the detection channel can be adjusted to accommodate a desired volume of fluid foam. For example, the volume of the detection channel can be at most 1 ml. Alternatively or additionally, the volume of the detection channel is at least 1 µl. For example, other channel sizes can be used on a scale known in the art as a microfluidic scale or a nanofluidic scale.
Der Detektionskanal der Durchflusszelle kann gegebenenfalls ein optisch transparentes Fenster enthalten, durch das der ternäre Komplex sichtbar ist. Das Fenster kann für die zur Detektion verwendeten Lichtwellenlängen optisch transparent sein. Beispielsweise kann das Fenster für ultraviolettes Licht, sichtbares Licht oder Infrarotlicht oder mehrere davon transparent sein.The detection channel of the flow cell can optionally contain an optically transparent window through which the ternary complex is visible. The window can be optically transparent for the light wavelengths used for detection. For example, the window may be transparent to ultraviolet light, visible light or infrared light, or more of them.
Die geprimete Matrizen-Nukleinsäure des ternären Komplexes kann einen Primer, der reversibel terminiert ist, oder einen Primer mit einem verlängerbaren 3'-Ende umfassen (d. h. der Primer kann eine 3'-Hydroxylgruppe aufweisen). Gegebenenfalls kann der ternäre Komplex ein stabilisierter ternärer Komplex sein. Der ternäre Komplex kann jedoch alternativ während einer Reaktion gebildet werden, bei der das nächste richtige Nukleotid in den Primer eingebaut wird. Als solches muss der ternäre Komplex nicht stabilisiert oder daran gehindert werden, an der Polymerasekatalysierten Primerverlängerung teilzunehmen.The primed template nucleic acid of the ternary complex can comprise a primer that is reversibly terminated or a primer with an extendable 3 'end (i.e. the primer can have a 3'-hydroxyl group). The ternary complex can optionally be a stabilized ternary complex. However, the ternary complex can alternatively be formed during a reaction in which the next correct nucleotide is incorporated into the primer. As such, the ternary complex need not be stabilized or prevented from participating in the polymerase-catalyzed primer extension.
Gegebenenfalls können die Blasen in dem Fluidschaum einen durchschnittlichen effektiven Durchmesser aufweisen, der kleiner als 500 µm ist. Alternativ oder zusätzlich können die Blasen im Fluidschaum einen mittleren effektiven Durchmesser aufweisen, der größer als 500 nm ist. Der Fluidschaum kann Tenside, Viskositätsmittel oder andere Chemikalien enthalten, die die Stabilität, Größe oder andere Eigenschaften von Blasen im Schaum verändern.Optionally, the bubbles in the fluid foam can have an average effective diameter that is less than 500 μm. Alternatively or additionally, the bubbles in the fluid foam can have an average effective diameter that is greater than 500 nm. The fluid foam can contain surfactants, viscosity agents, or other chemicals that alter the stability, size, or other properties of bubbles in the foam.
In dieser gesamten Anmeldung wurde auf verschiedene Veröffentlichungen, Patente und/oder Patentanmeldungen Bezug genommen. Die Offenbarungen dieser Dokumente in ihrer Gesamtheit werden hiermit durch Bezugnahme in diese Anwendung aufgenommen.Throughout this application, reference has been made to various publications, patents, and / or patent applications. The disclosures of these documents in their entirety are hereby incorporated by reference into this application.
Eine Anzahl von Ausführungsformen wurde beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können. Dementsprechend liegen andere Ausführungsformen im Umfang der folgenden Ansprüche. A number of embodiments have been described. However, it should be understood that various modifications can be made. Accordingly, other embodiments are within the scope of the following claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: PACIFIC BIOSCIENCES OF CALIFORNIA, INC., MENLO, US Free format text: FORMER OWNER: OMNIOME, INC., SAN DIEGO, CA, US |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |