JP2013541347A - Analysis of fragmented genomic DNA in droplets - Google Patents

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    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/686Polymerase chain reaction [PCR]

Abstract

ゲノムDNAを分析する方法。標的を含むゲノムDNAを入手してもよい。ゲノムDNAを意志的に断片化して、断片化DNAを生成してもよい。断片化DNAを液滴形成部を通過させて、断片化DNAを含む水性液滴を形成してもよい。液滴に対してアッセイを実施して、標的のレベルを測定してもよい。一部の実施形態において、液滴は、少なくとも約5ナノグラム/マイクロリットルの濃度でゲノムDNAを含んでもよく、液滴は、少なくとも約50液滴/秒の液滴形成頻度で形成されてもよく、液滴は、各液滴の平均体積が約10ナノリットル未満であってもよく、液滴は、約50ナノリットル/秒を超える流速で形成されてもよく、またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。  A method for analyzing genomic DNA. Genomic DNA containing the target may be obtained. Genomic DNA may be intentionally fragmented to produce fragmented DNA. The fragmented DNA may be passed through the droplet forming unit to form an aqueous droplet containing the fragmented DNA. An assay may be performed on the droplet to measure the level of the target. In some embodiments, the droplets may comprise genomic DNA at a concentration of at least about 5 nanograms / microliter and the droplets may be formed with a droplet formation frequency of at least about 50 droplets / second. The droplets may have an average volume of each droplet of less than about 10 nanoliters, the droplets may be formed at a flow rate greater than about 50 nanoliters / second, or any combination thereof There may be.

Description

優先出願の相互参照
本出願は、以下の先の出願の優先権を主張するものである:2010年11月1日に出願された米国仮特許出願第61/409,106号および2010年12月22日に出願され、2011年9月8日に米国特許出願公開第2011/0217712(A1)号として公開された米国特許出願第12/976,827号。この両特許出願の内容全体を、あらゆる目的において参照によって本明細書に組み込んだものとする。
This application claims priority to the following earlier applications: U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 409,106 filed on November 1, 2010 and December 22, 2010. No. 12 / 976,827 published on Sep. 8, 2011 as U.S. Patent Application Publication No. 2011/0217712 (A1). The entire contents of both patent applications are incorporated herein by reference for all purposes.

他の参考文献の相互参照
本出願は、あらゆる目的において参照によって以下の文献を本明細書に組み込んだものとする: 2006年5月9日に発行された米国特許第7,041,481号、2010年7月8日に公開された米国特許出願公開第2010/0173394(A1)号、2011年9月29日に公開されたPCT国際公開第WO2011/120024号およびJoseph R. Lakowicz、PRINCIPLES OF FLUORESCENCE SPECTROSCOPY(第2版、1999年)。
This application incorporates the following documents by reference for all purposes: US Pat. No. 7,041,481, issued May 9, 2006, July 2010 U.S. Patent Application Publication No. 2010/0173394 (A1) published on the 8th, PCT International Publication No.WO2011 / 120024 published on September 29, 2011, and Joseph R. Lakowicz, PRINCIPLES OF FLUORESCENCE SPECTROSCOPY (No. 2) Edition, 1999).

緒言
多くの生物医学的適用は、標的核酸についてのサンプルのハイスループットアッセイに依存している。例えば、研究および臨床分野の適用では、標的特異的な試薬を使用したハイスループット遺伝子検査により、特に、薬物の発見、バイオマーカーの発見および臨床診断法のための正確で高精度な標的核酸の定量化が可能である。
Introduction Many biomedical applications rely on high-throughput assays of samples for target nucleic acids. For example, in research and clinical applications, high-throughput genetic testing using target-specific reagents enables accurate and accurate target nucleic acid quantification, especially for drug discovery, biomarker discovery and clinical diagnostics Is possible.

エマルジョンは、標的のハイスループットアッセイに大きな変革をもたらす多大な期待を有する。乳化技術により、生化学的反応のための独立した反応容器として機能する多くの水性液滴を作り出すことが可能である。例えば、水性サンプル(例えば、20マイクロリットル)を複数の液滴(例えば、それぞれが1ナノリットルの20,000の液滴)に分割することが可能であり、これにより、それぞれの液滴を用いて標的に対する個々の試験を行うことができる。   Emulsions have great expectations that will revolutionize target high-throughput assays. Emulsification techniques can create many aqueous droplets that function as independent reaction vessels for biochemical reactions. For example, an aqueous sample (e.g., 20 microliters) can be divided into multiple droplets (e.g., 20,000 droplets of 1 nanoliter each), so that each droplet can be used to target Individual tests can be performed.

水性液滴をオイル中に懸濁させて油中水滴型エマルジョン(W/O)を作り出すことが可能である。界面活性剤によりエマルジョンを安定化することによって加熱、冷却および移動の間に液滴同士が凝集するのを低減することができ、これにより熱サイクルを行うことが可能になる。したがって、エマルジョンは、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を使用して、液滴中で標的核酸分子の単一コピーの増幅を行うために使用されてきた。液滴中の個々の標的分子の存在を検出する性能によってデジタルアッセイが可能になる。   Aqueous droplets can be suspended in oil to create a water-in-oil emulsion (W / O). Stabilizing the emulsion with a surfactant can reduce the aggregation of the droplets during heating, cooling and movement, thereby enabling thermal cycling. Thus, emulsions have been used to perform single copy amplification of target nucleic acid molecules in droplets using the polymerase chain reaction (PCR). The ability to detect the presence of individual target molecules in a droplet enables a digital assay.

例示的な液滴ベースのデジタルアッセイでは、サンプルは、標的の限界希釈で一組の液滴に分割される(すなわち、一部の液滴は、標的の分子を含まない)。標的分子が液滴間でランダムに分配される場合、液滴中にある標的の所定の平均濃度に基づいて、液滴中に厳密に0、1、2、3個またはそれ以上の標的分子が見つかる確率がポアソン分布によって示される。反対に、液滴中(したがって、サンプル中)の標的分子の濃度は、液滴中に所定の数の分子が見つかる確率から算出してもよい。   In an exemplary droplet-based digital assay, the sample is divided into a set of droplets at the target limiting dilution (ie, some droplets do not contain the target molecule). If the target molecules are randomly distributed between the droplets, there will be exactly 0, 1, 2, 3 or more target molecules in the droplets based on a predetermined average concentration of the target in the droplets The probability of being found is indicated by the Poisson distribution. Conversely, the concentration of the target molecule in the droplet (and thus in the sample) may be calculated from the probability that a predetermined number of molecules are found in the droplet.

標的分子が見つからない確率と1つまたは複数の標的分子が見つかる確率の推定値は、デジタルアッセイにおいて測定されてもよい。2値アプローチ(binary approach)では、各液滴を試験して、液滴がポジティブ、ゆえに少なくとも1つの標的分子を含むか、または液滴がネガティブ、ゆえに標的分子を含まないかを求めてもよい。液滴中に標的分子が見つからない確率は、試験した液滴のネガティブであるフラクション(「ネガティブフラクション」)によって、少なくとも1つの標的分子が見つかる確率は、試験した液滴のポジティブであるフラクション(「ポジティブフラクション」)によって概算することができる。ポジティブフラクションまたはネガティブフラクションの値は、その後、液滴中の標的濃度を算出するためのポアソンアルゴリズム(Poisson algorithm)に利用することができる。他の場合には、デジタルアッセイは、2値より多いデータを生成してもよい。例えば、アッセイでは、ネガティブ(0)またはポジティブ(>0)より大きい分解能で各液滴中に標的分子がいくつ存在するかを評価してもよい(例えば、0、1または>1分子;0、1、2または>2分子など)。   The probability that a target molecule is not found and the probability that one or more target molecules are found may be measured in a digital assay. In a binary approach, each droplet may be tested to determine whether the droplet is positive and therefore contains at least one target molecule, or whether the droplet is negative and therefore does not contain a target molecule. . The probability that a target molecule is not found in a droplet is the fraction that is negative of the tested droplet (`` negative fraction ''), and the probability that at least one target molecule is found is the fraction that is positive for the tested droplet (`` It can be approximated by "positive fraction"). The positive or negative fraction value can then be used in a Poisson algorithm to calculate the target concentration in the droplet. In other cases, the digital assay may produce more than two values of data. For example, the assay may assess how many target molecules are present in each droplet with a resolution greater than negative (0) or positive (> 0) (e.g., 0, 1 or> 1 molecule; 0, 1, 2 or> 2 molecules).

さまざまなサンプルの液滴ベースのDNAアッセイがハイスループットと正確さとを併せ持つためには、液滴は、速やかに均等な大きさ(すなわち、単分散の液滴)で形成される必要がある。しかしながら、特に、液滴形成頻度が高い場合に、液滴がバルクサンプル相から分離する能力をサンプル構成成分が妨げることがある。結果的に、形成される液滴の大きさあるいは液滴を形成する能力さえもサンプル毎に変化してアッセイの信頼度が低下する可能性がある。   In order for various sample droplet-based DNA assays to combine high throughput and accuracy, the droplets must be rapidly formed in uniform sizes (ie, monodisperse droplets). However, the sample component may interfere with the ability of the droplets to separate from the bulk sample phase, particularly when the droplet formation frequency is high. As a result, the size of the droplets formed or even the ability to form droplets can vary from sample to sample, reducing the reliability of the assay.

米国仮特許出願第61/409,106号US Provisional Patent Application No. 61 / 409,106 米国特許出願第12/976,827号U.S. Patent Application No. 12 / 976,827 米国特許第7,041,481号U.S. Patent No. 7,041,481 米国特許出願公開第2010/0173394(A1)号US Patent Application Publication No. 2010/0173394 (A1) PCT国際公開第WO2011/120024号PCT International Publication No.WO2011 / 120024

Joseph R. Lakowicz、PRINCIPLES OF FLUORESCENCE SPECTROSCOPY(第2版、1999年)Joseph R. Lakowicz, PRINCIPLES OF FLUORESCENCE SPECTROSCOPY (2nd edition, 1999)

高い形成頻度で、確実で一貫した液滴形成を提供する新しいアプローチが必要とされている。   There is a need for new approaches that provide reliable and consistent droplet formation with high formation frequency.

本開示は、ゲノムDNAを分析する方法を提供する。標的を含むゲノムDNAを入手してもよい。ゲノムDNAを意志的に断片化して、断片化DNAを生成してもよい。断片化DNAを液滴形成部(droplet generator)を通過させて、断片化DNAを含む水性液滴を形成してもよい。液滴に対してデジタルアッセイが実施して、標的のレベルを測定してもよい。一部の実施形態において、液滴は、少なくとも約5ナノグラム/マイクロリットルの濃度でゲノムDNAを含んでもよく、液滴は、少なくとも約50液滴/秒の液滴形成頻度(droplet generation frequency)で形成されてもよく、液滴は、各液滴の平均体積が約10ナノリットル未満であってもよく、液滴は、約50ナノリットル/秒を超えるサンプル流速で形成されてもよく、またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。   The present disclosure provides a method for analyzing genomic DNA. Genomic DNA containing the target may be obtained. Genomic DNA may be intentionally fragmented to produce fragmented DNA. The fragmented DNA may be passed through a droplet generator to form an aqueous droplet containing the fragmented DNA. A digital assay may be performed on the droplet to measure the level of the target. In some embodiments, the droplets may comprise genomic DNA at a concentration of at least about 5 nanograms / microliter, and the droplets have a droplet generation frequency of at least about 50 droplets / second. The droplets may be formed, the average volume of each droplet may be less than about 10 nanoliters, the droplets may be formed at a sample flow rate greater than about 50 nanoliters / second, or Any combination thereof may be used.

本開示の態様に従ったゲノムDNA分析の例示的な方法を示すフローチャートである。2 is a flowchart illustrating an exemplary method of genomic DNA analysis according to aspects of the present disclosure. 3つの異なるサンプルを4つの異なる駆動圧のそれぞれにおいて処理している液滴形成部の写真から作製されたマトリックス図である。FIG. 5 is a matrix diagram made from photographs of droplet formations processing three different samples at each of four different driving pressures. ゲノムDNAを含まない、あるいは消化(EcoRI)または未消化のゲノムDNA(RajiもしくはCoriell)を含むサンプルについて液滴形成頻度の関数としてグラフ化した液滴の体積のグラフである。FIG. 6 is a graph of droplet volume graphed as a function of droplet formation frequency for samples containing no genomic DNA or digested (EcoRI) or undigested genomic DNA (Raji or Coriell). 図3の各サンプルについてサンプル流速の関数としてグラフ化した液滴の体積のグラフである。FIG. 4 is a drop volume graph graphed as a function of sample flow rate for each sample of FIG. 図3の各サンプルについて液滴形成頻度の関数としてグラフ化した最大伸長のグラフである。FIG. 4 is a graph of maximum elongation plotted as a function of droplet formation frequency for each sample of FIG. 図3の各サンプルについてサンプル流速の関数としてグラフ化した最大伸長のグラフである。FIG. 4 is a graph of maximum elongation graphed as a function of sample flow rate for each sample of FIG.

本開示は、ゲノムDNAを分析する方法を提供する。標的を含むゲノムDNAを入手してもよい。ゲノムDNAを意志的に断片化して、断片化DNAを生成してもよい。断片化DNAを液滴形成部を通過させて、断片化DNAを含む水性液滴を形成してもよい。液滴に対してアッセイを実施して、標的のレベルを測定してもよい。一部の実施形態において、液滴は、少なくとも約5ナノグラム/マイクロリットルの濃度でゲノムDNAを含んでもよく、液滴は、少なくとも約50液滴/秒の液滴形成頻度で形成されてもよく、液滴は、各液滴の平均体積が約10ナノリットル未満であってもよく、液滴は、約50ナノリットル/秒を超える流速で形成されてもよく、またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。   The present disclosure provides a method for analyzing genomic DNA. Genomic DNA containing the target may be obtained. Genomic DNA may be intentionally fragmented to produce fragmented DNA. The fragmented DNA may be passed through the droplet forming unit to form an aqueous droplet containing the fragmented DNA. An assay may be performed on the droplet to measure the level of the target. In some embodiments, the droplets may comprise genomic DNA at a concentration of at least about 5 nanograms / microliter and the droplets may be formed with a droplet formation frequency of at least about 50 droplets / second. The droplets may have an average volume of each droplet of less than about 10 nanoliters, the droplets may be formed at a flow rate greater than about 50 nanoliters / second, or any combination thereof There may be.

本明細書中で開示されるように、液滴中のゲノムDNAを分析する方法は、その他の液滴ベースのアプローチに比べて相当の利点がある。その利点としては、頻度が高い、単分散性が高い、DNAの含有量が多い、かつ/または実質的にゲノムDNAからの干渉が少ない状態で液滴を形成することが挙げられる。   As disclosed herein, methods for analyzing genomic DNA in droplets have significant advantages over other droplet-based approaches. Advantages include forming droplets with high frequency, high monodispersity, high DNA content, and / or substantially less interference from genomic DNA.

上記およびその他の本開示の態様については、以下のセクション:(I)ゲノムDNA分析の例示的な方法についての概要、(II)液滴形成試験の例示的なデータおよび(III)選択された実施形態に記載される。   For these and other aspects of the present disclosure, the following sections: (I) an overview of exemplary methods of genomic DNA analysis, (II) exemplary data for drop formation tests and (III) selected implementations Described in the form.

I.ゲノムDNA分析の例示的な方法についての概要
図1は、ゲノムDNA分析の例示的な方法20を図示したフローチャートを示している。提示されるステップは、任意の適当な順序で任意の適当な組み合わせで行われてもよい。
I. Overview of an Exemplary Method of Genomic DNA Analysis FIG. 1 shows a flow chart illustrating an exemplary method 20 of genomic DNA analysis. The presented steps may be performed in any suitable combination in any suitable order.

ゲノムDNAを入手してもよく、これを22とする。DNAは、哺乳動物(例えば、ヒト、マウス、ラット、サルなど)、非哺乳脊椎動物、無脊椎動物、酵母菌もしくは真菌、植物、原生動物、細菌などの任意の適当な生物から入手してもよい。DNAは、商業的に購入する、寄贈品として受け取る、細胞または体液からの抽出によって得る、臨床サンプルとして受け取るなどの任意の適当な方法によって入手してもよい。DNAは、比較的高分子量の状態で入手してもよく、例えば、特に、分子量が少なくとも約104、105または106キロダルトン(例えば、平均長さが少なくとも約25、50、100、200、500または1,000キロベース)である。 Genomic DNA may be obtained, and this is 22. DNA can also be obtained from any suitable organism, including mammals (e.g., humans, mice, rats, monkeys, etc.), non-mammalian vertebrates, invertebrates, yeasts or fungi, plants, protozoa, bacteria, etc. Good. DNA may be obtained by any suitable method, such as commercially purchased, received as a gift, obtained by extraction from cells or body fluids, or received as a clinical sample. DNA may be obtained in a relatively high molecular weight state, for example, in particular, having a molecular weight of at least about 10 4 , 10 5 or 10 6 kilodaltons (e.g., an average length of at least about 25, 50, 100, 200 , 500 or 1,000 km base).

液滴の形成前にゲノムDNAを断片化してもよく、これを24とする。断片化は、意志的な行為、すなわち、故意に行われてもよい。断片化には、一般に、DNA鎖を切断(cutting)またはブレーク(breaking)することなどによってゲノムDNAの分子量を実質的に減少させる任意の手順が含まれる。断片化により、平均分子量および/または長さを、特に、少なくとも約5、10、20、50または100分の1など任意の適当な量に減少させてもよい。ゲノムDNAを断片化する例示的なアプローチとしては、制限酵素(例えば、特に、4、5、6または8ヌクレオチドの認識部位を有する酵素)による消化が挙げられる。標的は、標的分子のいかなる切断も避けるために制限酵素の認識部位を含まなくてもよい。制限酵素消化は、完全に行われても、または部分消化であってもよい。その代わりに、またはそれに加えて、ゲノムDNAの水性サンプルは、加熱してDNAを断片化してもよい。DNAを断片化する典型的な加熱は、特に、少なくとも95℃の温度で、少なくとも約10、15、20または30分間行ってもよい。他の場合には、DNAは、剪断、超音波処理、噴霧、放射線照射などによって断片化してもよい。   Genomic DNA may be fragmented prior to the formation of the droplets, which is 24. Fragmentation may be performed intentionally, i.e. deliberately. Fragmentation generally includes any procedure that substantially reduces the molecular weight of genomic DNA, such as by cutting or breaking the DNA strand. By fragmentation, the average molecular weight and / or length may be reduced, in particular, to any suitable amount, such as at least about 5, 10, 20, 50 or 1/100. An exemplary approach to fragmenting genomic DNA includes digestion with restriction enzymes (eg, enzymes with, among other things, 4, 5, 6 or 8 nucleotide recognition sites). The target may not include a restriction enzyme recognition site to avoid any cleavage of the target molecule. Restriction enzyme digestion may be complete or partial digestion. Alternatively or in addition, an aqueous sample of genomic DNA may be heated to fragment the DNA. Typical heating to fragment the DNA may be in particular at a temperature of at least 95 ° C. for at least about 10, 15, 20 or 30 minutes. In other cases, the DNA may be fragmented by shearing, sonication, spraying, irradiation, and the like.

ゲノムDNAは、標的、一般に試験対象の配列を含んでいてもよい。ゲノムDNAの断片化は、標的を実質的に破壊することなく行われてもよく、これは、断片化の工程によって破壊された(例えば、ブレークまたは切断)ゲノムDNAの標的配列が半分未満であることを意味する。   Genomic DNA may include a target, generally the sequence under test. Fragmentation of genomic DNA may be performed without substantially destroying the target, which is less than half the target sequence of genomic DNA destroyed (e.g. break or cleaved) by the fragmentation process Means that.

断片化DNAを含む液滴を形成してもよく、これを26とする。1つまたは複数の液滴形成部のそれぞれにより連続的に液滴を形成してもよい。断片化DNAを少なくとも1つの液滴形成部を通過させて、液滴を形成してもよい。一般に、断片化DNAは、水性サンプル中に入れられ、水性サンプルおよび非混和性の連続相は液滴形成部を通過して断片化DNAを含む水性液滴が形成され、それが連続相中に入る。適当な場合もある液滴形成部およびエマルジョン相のさらなる態様は、相互参照において先に列挙した文献に記載されており、それらの文献を参照によって本明細書に組み込んだものとし、特に、2010年7月8日に公開された米国特許出願公開第2010/0173394(A1)号および2011年9月29日に公開されたPCT国際公開第WO2011/120024号である。   A droplet containing fragmented DNA may be formed, which is designated 26. You may form a droplet continuously by each of one or several droplet formation part. The fragmented DNA may be passed through at least one droplet forming part to form droplets. Generally, the fragmented DNA is placed in an aqueous sample, and the aqueous sample and the immiscible continuous phase pass through the droplet former to form aqueous droplets containing the fragmented DNA, which are in the continuous phase enter. Further embodiments of droplet formation and emulsion phases that may be appropriate are described in the literature cited above in cross-reference, which are incorporated herein by reference, in particular in 2010. US Patent Application Publication No. 2010/0173394 (A1) published on July 8, and PCT International Publication No. WO2011 / 120024 published on September 29, 2011.

液滴は、任意の適当な大きさであってよい。例えば、液滴の平均体積は、特に、約1μL、100nL、10nL、1nL、100pL、10pLまたは1pL未満であってもよい。代わりに、あるいはさらに、液滴の平均体積は、特に、約10fL、100fL、1pL、10pLまたは100pL超であってもよい。ある場合には、液滴の平均体積は、特に、約1pLから100nL、1pLから10nLまたは0.1から10nLであってもよい。液滴は、単分散であってもよい。   The droplets can be of any suitable size. For example, the average volume of the droplets may be less than about 1 μL, 100 nL, 10 nL, 1 nL, 100 pL, 10 pL, or 1 pL, among others. Alternatively or additionally, the average volume of the droplets may be in particular greater than about 10 fL, 100 fL, 1 pL, 10 pL or more than 100 pL. In some cases, the average volume of the droplets may be in particular about 1 pL to 100 nL, 1 pL to 10 nL, or 0.1 to 10 nL. The droplets may be monodispersed.

液滴は、任意の適当な濃度の断片化DNAを含んでもよい。例えば、断片化DNAは、特に、少なくとも約0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、20、50ng/Lの濃度で液滴中に入れられてもよい。ある場合には、濃度は、約0.1〜50または0.2〜20ng/Lであってもよい。DNAを断片化することにより、液滴中に組み込まれるDNAの含有量をさらに多くできる。断片化DNAは、1液滴あたり平均約2ゲノム当量未満で存在してもよい。標的は、1液滴あたり平均約2分子未満で存在してもよい。   The droplet may contain any suitable concentration of fragmented DNA. For example, fragmented DNA may be placed in droplets, particularly at a concentration of at least about 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 5, 10, 20, 50 ng / L. In some cases, the concentration may be about 0.1-50 or 0.2-20 ng / L. By fragmenting DNA, the content of DNA incorporated in the droplet can be further increased. Fragmented DNA may be present in an average of less than about 2 genome equivalents per droplet. The target may be present at an average of less than about 2 molecules per droplet.

液滴は、特に、少なくとも約10、20、50、100、200、500または1,000Hz(液滴/秒)などの任意の適当な液滴形成頻度で形成されてもよい。一般に、液滴形成頻度は、形成されている液滴の大きさに反比例し、小さな液滴ほど液滴形成頻度を高くできる。   The droplets may be formed with any suitable droplet formation frequency, particularly at least about 10, 20, 50, 100, 200, 500 or 1,000 Hz (droplets / second). In general, the droplet formation frequency is inversely proportional to the size of the formed droplet, and the smaller the droplet, the higher the droplet formation frequency.

液滴を形成するために使用される(断片化DNAを含む)水性サンプルは、任意の適当な流速で液滴形成部を通過させ、かつ/または液滴に変換してもよい。適している場合もある例示的な流速として、特に、少なくとも約1、5、10、20、50、100、200、500、1,000、5,000または10,000nL/秒が挙げられる。一般に、サンプル流速は、形成されている液滴の大きさに直接関係し、大きな液滴ほど速い流速が可能になる。   The aqueous sample (containing fragmented DNA) used to form the droplets may be passed through and / or converted to droplets at any suitable flow rate. Exemplary flow rates that may be suitable include, among others, at least about 1, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1,000, 5,000, or 10,000 nL / sec. In general, the sample flow rate is directly related to the size of the droplet being formed, with larger droplets allowing faster flow rates.

例示的な液滴の体積、DNA濃度、液滴形成頻度および流速についての値(または範囲)は、上で挙げた(1つまたは複数の)任意の適当な組み合わせで組み合わされてもよい。   The values (or ranges) for exemplary droplet volume, DNA concentration, droplet formation frequency and flow rate may be combined in any suitable combination (s) listed above.

液滴に対してアッセイを実施してもよく、これを28とする。アッセイは、各液滴中の個々の標的分子を検出するデジタルアッセイであってもよい。デジタルアッセイには、特に、PCRまたはリガーゼ連鎖反応によるものなどの標的分子の増幅が含まれてもよい。デジタルアッセイには、液滴からの蛍光の検出も含まれてよい。アッセイは、さらにポアソンアルゴリズムを用いた各液滴中の標的のレベル(例えば、濃度)の測定を含んでもよい。   An assay may be performed on the droplet, which is 28. The assay may be a digital assay that detects individual target molecules in each droplet. Digital assays may include, in particular, amplification of target molecules such as by PCR or ligase chain reaction. Digital assays may also include detection of fluorescence from the droplets. The assay may further include measuring the level (eg, concentration) of the target in each droplet using the Poisson algorithm.

II.液滴形成試験の例示的なデータ
このセクションでは、断片化したまたは断片化していないゲノムDNAを含む液滴形成試験の代表的なデータを提示する。図2〜6を参照のこと。
II. Exemplary Data for Drop Formation Tests This section presents representative data for drop formation tests involving fragmented or unfragmented genomic DNA. See Figures 2-6.

マイクロ流体デバイスにおける液滴の形成は、サンプルが液滴形成部に移動する流速および液滴が形成される頻度に依存する場合もある。速い流速では、サンプル流が非混和性の連続相中に噴出し(jet into)、液滴を形成することができない場合もある。噴出限界(jetting limit)に近い形成速度では、液滴が形成される前にサンプルが排出流路の下に向かって伸長し始める。伸長する長さは、一連の形成条件が噴出限界にどれほど近いかを調べるために使用できる。   The formation of droplets in a microfluidic device may depend on the flow rate at which the sample moves to the droplet formation section and the frequency with which the droplets are formed. At high flow rates, the sample stream may jet into the immiscible continuous phase and be unable to form droplets. At a formation rate close to the jetting limit, the sample begins to extend down the discharge channel before the droplet is formed. The stretch length can be used to determine how close the sequence of formation conditions is to the ejection limit.

図2は、4つの異なる駆動圧、したがって流速のそれぞれにおいて3つの異なる水性サンプル32〜36を処理している液滴形成部30の写真から作製されたマトリックス図を示している。3つのサンプルは、(a) DNAを含まない対照サンプル32(鋳型を含まないPCR緩衝液)、(b)未消化で、高分子量(MW)であるヒトゲノムDNA(Raji、18.75ng/L)の水性サンプル34および(c)制限酵素によって消化され、分子量が減少したヒトゲノムDNA(Raji、18.75ng/L)の水性サンプル36である。4つの駆動圧(1、2、3および4)は、液滴形成部の下流にかけられる負の圧力(減圧)であり、ポンド/平方インチ(psi)で表わされ、1psiが約6.9キロパスカルに相当する。減圧のレベルにより、サンプル流速、全体の流速および液滴形成頻度を制御してもよい。   FIG. 2 shows a matrix diagram made from a photograph of a droplet formation unit 30 processing three different aqueous samples 32-36 at each of four different driving pressures, and hence flow rates. Three samples were (a) control sample 32 without DNA (PCR buffer without template), (b) undigested, high molecular weight (MW) human genomic DNA (Raji, 18.75 ng / L). Aqueous sample 34 and (c) Aqueous sample 36 of human genomic DNA (Raji, 18.75 ng / L) digested with restriction enzymes and reduced in molecular weight. The four drive pressures (1, 2, 3 and 4) are negative pressures (depressurization) applied downstream of the drop formation, expressed in pounds per square inch (psi), and 1 psi is approximately 6.9 kilopascals. It corresponds to. Depending on the level of vacuum, the sample flow rate, overall flow rate, and droplet formation frequency may be controlled.

液滴形成部30は、サンプル注入流路38、少なくとも1つまたは1組のオイル注入流路40、42および排出流路44からなる流路ネットワークによって形成されてもよい。注入流路38は、水性サンプル32、34または36のバルク水相46を液滴形成部に送る。注入流路40、42は、連続相48(例えば、オイルと界面活性剤)を液滴形成部に送る。排出流路44は、流路交差部52から連続相48に液滴50を送る。   The droplet forming unit 30 may be formed by a channel network including a sample injection channel 38, at least one or a set of oil injection channels 40, 42, and a discharge channel 44. The injection channel 38 sends the bulk aqueous phase 46 of the aqueous sample 32, 34 or 36 to the droplet formation section. The injection channels 40 and 42 send the continuous phase 48 (for example, oil and surfactant) to the droplet forming unit. The discharge channel 44 sends the droplet 50 from the channel intersection 52 to the continuous phase 48.

上の列は、ゲノムDNAを含まない対照サンプル32の液滴形成を示す。液滴50はおよそ1nLであり、異なる減圧レベルでも大きさがあまり変化していない。   The top row shows the droplet formation of control sample 32 without genomic DNA. The droplet 50 is approximately 1 nL and does not change much in size at different decompression levels.

真ん中の列は、未消化のゲノムDNAを含むサンプル34を用いた液滴形成を示す。ゲノムDNAが液滴形成を大幅に低下させており、試験された最も低い減圧レベル(1 psi)でのみ液滴形成が起こっている。最も低いレベルでも、流路交差部52を通過したバルク水相46は、54の矢印で示される通りかなり伸長しており、液滴50も大きい。さらに高い減圧レベル(例えば、1psiを2〜4psiと比較する)および流速では、サンプルの流れが、56の矢印で示される通り液滴に分裂することなく排出流路44に急速に流れ込むため液滴が形成されない。したがって、ヒトゲノムDNAが存在すると、液滴形成が大幅に妨げられる可能性があり、低いDNA濃度、遅い流速および低い液滴形成頻度を使用する必要がある場合もある。結果として、サンプルの処理が大幅に遅くなることもある。また、エマルジョン中の標的を含む液滴の出現率が実質的に低下する場合もあり(DNA濃度が低いため)、測定される標的レベルについて同じ信頼度を達成するためにはより多くの液滴を分析する必要があるであろう。   The middle row shows droplet formation with sample 34 containing undigested genomic DNA. Genomic DNA significantly reduces droplet formation, and droplet formation occurs only at the lowest vacuum level tested (1 psi). Even at the lowest level, the bulk aqueous phase 46 that has passed through the flow path intersection 52 is considerably elongated as indicated by the arrow 54, and the droplet 50 is also large. At higher decompression levels (e.g., comparing 1 psi to 2-4 psi) and flow rates, the sample flow rapidly flows into the discharge channel 44 without splitting into droplets as indicated by the arrows at 56. Is not formed. Thus, the presence of human genomic DNA can greatly impede droplet formation and may require the use of low DNA concentrations, slow flow rates and low droplet formation frequencies. As a result, sample processing may be significantly slower. In addition, the appearance rate of droplets containing the target in the emulsion may be substantially reduced (due to the low DNA concentration), and more droplets are needed to achieve the same confidence level for the measured target level. Will need to be analyzed.

下の列は、サンプル34と同じゲノムDNA濃度(単位体積当たりの質量)を含むがDNAが制限酵素で短いフラグメントに消化された後のものであるサンプル36を用いた液滴形成を示している。ここで示されている圧力(および流速)では、断片化された状態のゲノムDNAは、確認できるほど液滴の形成を低下させていない。このサンプルは、DNAが含まれていない対照サンプル32と同様の液滴50を生成する。   The bottom row shows droplet formation with sample 36 containing the same genomic DNA concentration (mass per unit volume) as sample 34, but after the DNA has been digested with restriction enzymes into short fragments. . At the pressures (and flow rates) shown here, the fragmented genomic DNA does not reduce the formation of droplets as appreciable. This sample produces a droplet 50 similar to the control sample 32 that does not contain DNA.

液滴形成中の、形成減圧、サンプル流速、液滴形成頻度、排出流路における速度、液滴の大きさおよび最大のサンプル伸長の間の関係を定量的に評価するためにさらに研究を行った。使用した水性サンプルは、Spectral Dye Buffer(図2のものと同じ対照サンプルであるが、DNAポリメラーゼを含まない)、RajiヒトゲノムDNA(Loftstrand Laboratories)(「Raji」)および19205ヒトDNA(Coriell Institute)(「Coriell」)とした。DNAサンプルは、未消化か、または制限酵素EcoRIで消化したもののいずれかとした。20U/μLの濃度のEcoRI(New England Biolabs)のNEB #4緩衝液溶液を用いて、最終濃度が200ng/μLのゲノムDNAでDNAの消化を行った。その混合物を37℃で1時間インキュベートし、その後、さまざまな最終濃度に希釈した。   Further studies were conducted to quantitatively evaluate the relationship between formation pressure reduction, sample flow rate, drop formation frequency, velocity in the discharge channel, drop size and maximum sample extension during drop formation. . The aqueous samples used were Spectral Dye Buffer (same control sample as in Figure 2, but without DNA polymerase), Raji human genomic DNA (Loftstrand Laboratories) (`` Raji '') and 19205 human DNA (Coriell Institute) ( "Coriell"). DNA samples were either undigested or digested with the restriction enzyme EcoRI. DNA was digested with genomic DNA at a final concentration of 200 ng / μL using NEB # 4 buffer solution of EcoRI (New England Biolabs) at a concentration of 20 U / μL. The mixture was incubated at 37 ° C. for 1 hour and then diluted to various final concentrations.

図3〜6のグラフは、Master Mix(DNAを含まない)、EcoRIで消化した18.75ng/μLのRaji DNA、EcoRIで消化した18.75ng/μLのCoriell 19205 DNA、未消化の18.75ng/μLのRaji DNAおよび未消化の18.75ng/μLのCoriell 19205 DNAのサンプルを用いて行われた液滴形成実験の結果を示している。図3は、各サンプルについて液滴形成頻度の関数としてグラフ化した液滴の体積のグラフを示している。図4は、各サンプルについてサンプル流速の関数としてグラフ化した液滴の体積のグラフを示している。図5は、各サンプルについて液滴形成頻度の関数としてグラフ化した最大伸長のグラフを示している。図6は、図3の各サンプルについてサンプル流速の関数としてグラフ化した最大伸長のグラフを示している。   The graphs in FIGS. 3-6 show Master Mix (without DNA), 18.75 ng / μL Raji DNA digested with EcoRI, 18.75 ng / μL Coriell 19205 DNA digested with EcoRI, 18.75 ng / μL undigested Shows the results of a drop formation experiment performed with samples of Raji DNA and undigested 18.75 ng / μL Coriell 19205 DNA. FIG. 3 shows a graph of droplet volume graphed as a function of droplet formation frequency for each sample. FIG. 4 shows a graph of drop volume graphed as a function of sample flow rate for each sample. FIG. 5 shows a graph of maximum elongation graphed as a function of droplet formation frequency for each sample. FIG. 6 shows a graph of maximum elongation graphed as a function of sample flow rate for each sample of FIG.

未消化のヒトゲノムDNAについては、噴出(jetting)が起こるまでには、非常に低い液滴形成頻度または非常に遅いサンプル流速のみが可能であった。例えば、Coriell 19205 DNAについては、最大で60Hzおよび83nL/秒であった。Raji DNAについては、最大で120Hzおよび162nL/秒であった。しかしながら、こうした限界より低くても、形成された液滴の体積はDNAを含まないものよりも大きく、サンプルが排出流路にずっと長く伸長した状態で液滴が形成された。   For undigested human genomic DNA, only very low droplet formation frequencies or very slow sample flow rates were possible before jetting occurred. For example, for Coriell 19205 DNA, the maximum was 60 Hz and 83 nL / sec. For Raji DNA, the maximum was 120 Hz and 162 nL / sec. However, even below these limits, the volume of the formed droplet was larger than that without DNA, and the droplet was formed with the sample extending much longer into the discharge channel.

これらのグラフは、同じ濃度の消化されたDNAでは、液滴形成に対するDNAの影響は認められなかったことも示している。試験されたあらゆる流速または形成頻度においても、噴出または長いサンプルの伸長は観察されず、液滴の体積は、DNAを含まないサンプルと同じである。   These graphs also show that no effect of DNA on droplet formation was observed with the same concentration of digested DNA. No squirt or long sample elongation is observed at any flow rate or frequency of formation tested, and the volume of the droplet is the same as the sample without DNA.

これらの結果は、未消化のヒトDNAの存在下では液滴形成が大幅に阻害されるが、制限酵素による消化後には阻害されないことを示している。   These results indicate that droplet formation is significantly inhibited in the presence of undigested human DNA, but not after digestion with restriction enzymes.

III.選択された実施形態
このセクションでは、本開示の選択された実施形態について一連の見出しをつけた段落として記載する。これらの実施形態は、本開示の全範囲を限定するものではない。
III. Selected Embodiments This section describes selected embodiments of the present disclosure as a series of headings. These embodiments do not limit the full scope of the disclosure.

A. (i)標的を含むゲノムDNAを入手するステップ;(ii)該ゲノムDNAを意志的に断片化して、断片化DNAを生成するステップ;(iii)該断片化DNAを少なくとも1つの液滴形成部を通過させて、該断片化DNAを含む水性液滴を形成するステップ;および(iv)該液滴に対してデジタルアッセイを実施して、該標的のレベルを測定するステップを含む、ゲノムDNAを分析する方法。   A. (i) obtaining genomic DNA containing a target; (ii) intentionally fragmenting the genomic DNA to produce fragmented DNA; (iii) at least one droplet of the fragmented DNA Passing through a formation to form an aqueous droplet containing the fragmented DNA; and (iv) performing a digital assay on the droplet to measure the level of the target. A method of analyzing DNA.

B.該液滴は、平均体積が約10ナノリットル未満である、段落Aに記載の方法。   B. The method of paragraph A, wherein the droplets have an average volume of less than about 10 nanoliters.

C.該液滴は、少なくとも約5ナノグラム/マイクロリットルの濃度で該ゲノムDNAを含む、段落Aに記載の方法。   C. The method of paragraph A, wherein the droplet comprises the genomic DNA at a concentration of at least about 5 nanograms / microliter.

D.該ゲノムDNAは、水性サンプル中に入れられ、該液滴は、該液滴形成部を通る該水性サンプルの流速が約50ナノリットル/秒を超える流速で形成される、段落Aに記載の方法。   D. The genomic DNA is placed in an aqueous sample and the droplet is formed at a flow rate of the aqueous sample through the droplet formation of greater than about 50 nanoliters / second. the method of.

E.該液滴は、少なくとも約50液滴/秒の液滴形成頻度で形成される、段落AからDのいずれかに記載の方法。   E. The method of any of paragraphs A through D, wherein the droplets are formed with a droplet formation frequency of at least about 50 droplets / second.

F.該液滴は、平均体積が約10ナノリットル未満であり、少なくとも約5ナノグラム/マイクロリットルの濃度で該ゲノムDNAを含む、段落Aに記載の方法。   F. The method of paragraph A, wherein the droplets have an average volume of less than about 10 nanoliters and contain the genomic DNA at a concentration of at least about 5 nanograms / microliter.

G.該液滴は、平均体積が約10ナノリットル未満であり、該ゲノムDNAは、水性サンプル中に入れられ、該液滴は、該液滴形成部を通る該水性サンプルの流速が約50ナノリットル/秒を超える流速で形成される、段落Aに記載の方法。   G. The droplets have an average volume of less than about 10 nanoliters, the genomic DNA is placed in an aqueous sample, and the droplets have a flow rate of the aqueous sample through the droplet formation of about 50 The method of paragraph A, formed at a flow rate in excess of nanoliters / second.

H.該液滴は、少なくとも約5ナノグラム/マイクロリットルの濃度で該ゲノムDNAを含み、該ゲノムDNAは、水性サンプル中に入れられ、該液滴は、該液滴形成部を通る該水性サンプルの流速が約50ナノリットル/秒を超える流速で形成される、段落Aに記載の方法。   H. The droplet comprises the genomic DNA at a concentration of at least about 5 nanograms / microliter, the genomic DNA is placed in an aqueous sample, and the droplet is passed through the droplet formation portion The method of paragraph A, wherein the flow rate of is formed at a flow rate greater than about 50 nanoliters / second.

I.該ゲノムDNAは、水性サンプル中に入れられ、該液滴は、該液滴形成部を通る該水性サンプルの流速が約50ナノリットル/秒を超える流速で形成される、段落Fに記載の方法。   I. The genomic DNA is placed in an aqueous sample and the droplet is formed at a flow rate of the aqueous sample through the droplet formation of greater than about 50 nanoliters / second. the method of.

J.該液滴は、少なくとも約50液滴/秒の液滴形成頻度で形成される、段落Fに記載の方法。   J. The method of paragraph F, wherein the droplets are formed with a droplet formation frequency of at least about 50 droplets / second.

K.該液滴は、少なくとも約50液滴/秒の液滴形成頻度で形成される、段落Gに記載の方法。   K. The method of paragraph G, wherein the droplets are formed with a droplet formation frequency of at least about 50 droplets / second.

L.該液滴は、少なくとも約50液滴/秒の液滴形成頻度で形成される、段落Hに記載の方法。   L. The method of paragraph H, wherein the droplets are formed with a droplet formation frequency of at least about 50 droplets / second.

M.該液滴は、平均体積が約10ナノリットル未満である、段落Lに記載の方法。   M. The method of paragraph L, wherein the droplets have an average volume of less than about 10 nanoliters.

N.該断片化ステップは、該ゲノムDNAを制限酵素で消化するステップを含む、段落AからMのいずれかに記載の方法。   N. The method of any of paragraphs A to M, wherein the fragmentation step comprises digesting the genomic DNA with a restriction enzyme.

O.該制限酵素は、該ゲノムDNAを1キロベースあたり平均約1回未満、切断する、段落Nに記載の方法。   O. The method of paragraph N, wherein the restriction enzyme cleaves the genomic DNA on average less than about once per kilobase.

P.該断片化ステップは、該ゲノムDNAを剪断するステップを含む、段落AからMのいずれかに記載の方法。   P. The method of any of paragraphs A through M, wherein the fragmenting step comprises shearing the genomic DNA.

Q.該断片化ステップは、該ゲノムDNAを超音波処理するステップを含む、段落AからMのいずれかに記載の方法。   Q. The method of any of paragraphs A to M, wherein the fragmenting step comprises sonicating the genomic DNA.

R.該液滴は、1液滴あたり平均約2コピー未満の該標的を含む、段落AからQのいずれかに記載の方法。   R. The method of any of paragraphs A through Q, wherein the droplets contain an average of less than about 2 copies of the target per droplet.

S.該液滴は、1液滴あたり平均約2ゲノム当量未満の該ゲノムDNAを含む、段落AからRのいずれかに記載の方法。   S. The method of any of paragraphs A through R, wherein the droplets contain an average of less than about 2 genomic equivalents of the genomic DNA per droplet.

T.該断片化ステップは、該標的を実質的に破壊しない、段落AからSのいずれかに記載の方法。   T. The method of any of paragraphs A through S, wherein the fragmentation step does not substantially destroy the target.

U.該デジタルアッセイを実施するステップは、該液滴中の該標的を増幅するステップを含む、段落AからTのいずれかに記載の方法。   U. The method of any of paragraphs A through T, wherein performing the digital assay comprises amplifying the target in the droplet.

V.該標的は、PCRによって増幅される、段落Uに記載の方法。   V. The method of paragraph U, wherein the target is amplified by PCR.

W.該デジタルアッセイを実施するステップは、該液滴の蛍光を検出するステップを含む、段落AからVのいずれかに記載の方法。   W. The method of any of paragraphs A through V, wherein performing the digital assay comprises detecting fluorescence of the droplet.

X.該デジタルアッセイを実施するステップは、ポアソンアルゴリズムを用いて該標的のレベルを測定するステップを含む、段落AからWのいずれかに記載の方法。   X. The method of any of paragraphs A through W, wherein performing the digital assay comprises measuring the level of the target using a Poisson algorithm.

Y.該液滴は、平均体積が約0.1〜10ナノリットルである、段落AからXのいずれかに記載の方法。   Y. The method of any of paragraphs A through X, wherein the droplets have an average volume of about 0.1 to 10 nanoliters.

Z. (i)少なくとも約5ng/マイクロリットルの濃度でDNAを含むサンプルを入手するステップ;(ii)該DNAを意志的に断片化して、断片化DNAを生成するステップ;および(iii)該サンプルを液滴形成部を通過させて、該断片化DNAを含む水性液滴を形成するステップであって、該液滴は、少なくとも約50液滴/秒の液滴形成頻度で形成され、平均体積が約10ナノリットル未満であるステップを含む、DNAを含む水性サンプルを液滴に分割する方法。   Z. (i) obtaining a sample comprising DNA at a concentration of at least about 5 ng / microliter; (ii) intentionally fragmenting the DNA to produce fragmented DNA; and (iii) the sample To form an aqueous droplet containing the fragmented DNA, wherein the droplet is formed with a droplet formation frequency of at least about 50 droplets / second and has an average volume A method of dividing an aqueous sample containing DNA into droplets, comprising a step of less than about 10 nanoliters.

A1. (i)ゲノムDNAを含むサンプルを入手するステップ;(ii)該DNAを意志的に断片化して断片化DNAを生成するステップ;および(iii)該サンプルを液滴形成部を通過させて、該断片化DNAを含む水性液滴を形成するステップであって、該液滴は、少なくとも約50液滴/秒の液滴形成頻度で形成され、平均体積が約10ナノリットル未満であるステップを含む、DNAを含む水性サンプルを液滴に分割する方法であって、該ゲノムDNAは、該通過させるステップが該ゲノムDNAを用いて該DNAを断片化せずに同条件下で実施される場合に液滴形成を妨げる濃度である、方法。   A1. (I) obtaining a sample containing genomic DNA; (ii) intentionally fragmenting the DNA to produce fragmented DNA; and (iii) passing the sample through a droplet formation section. Forming aqueous droplets comprising the fragmented DNA, wherein the droplets are formed with a droplet formation frequency of at least about 50 droplets / second and an average volume of less than about 10 nanoliters A method of dividing an aqueous sample containing DNA into droplets, wherein the passing of the genomic DNA is performed under the same conditions without fragmenting the DNA with the genomic DNA A method that is at a concentration that prevents droplet formation in some cases.

上記の開示は、独立して有用性をもつ複数の異なる発明を含むこともある。こうした発明をそれぞれ、好適な(1つまたは複数の)形態で開示したが、本明細書中で開示され、例示されたそれらの特定の実施形態は、数々の変形物が可能であるため限定の意味で考えるべきではない。本発明の主題には、本明細書中で開示されるさまざまな要素、特徴、機能および/または特性の新規で自明のものではないあらゆる組み合わせならびにサブコンピネーションが含まれる。添付の特許請求の範囲では、特に新規で自明のものではないとされる特定の組み合わせおよびサブコンピネーションを指し示す。特徴、機能、要素および/または特性のその他の組み合わせならびにサブコンピネーションで具現化される発明が、本出願または関連出願の優先権を主張する出願において特許請求されることもある。そのような請求項は、異なる発明または同じ発明を対象としようが、もとの請求項に対して広い、狭い、同等または異なる範囲であろうが、それらもまた本開示の発明の主題の範囲内に含まれると見なされる。さらに、特定の要素に対して第1、第2または第3などの順序を表わす表示が各要素を区別する目的で使用されているが、具体的に明記されている場合を除いて、それらの要素の特定の位置または順序を示すものではない。   The above disclosure may include a number of different inventions that have independent utility. While each of these inventions has been disclosed in a preferred form (s), the specific embodiments disclosed and illustrated herein are not limited to the numerous variations that are possible. Should not be considered in meaning. The subject matter of the present invention includes all novel and non-obvious combinations and subcombinations of the various elements, features, functions and / or properties disclosed herein. The appended claims particularly point to specific combinations and subcombinations that are novel and not obvious. Inventions embodied in other combinations and subcombinations of features, functions, elements and / or properties may be claimed in an application claiming priority from this or a related application. Such claims may be directed to different inventions or the same invention, but may be broad, narrow, equivalent or different to the original claims, which are also within the scope of the inventive subject matter of this disclosure. Is considered to be contained within. In addition, indications such as first, second, or third order for a particular element are used to distinguish each element, except where specifically stated otherwise. It does not indicate a particular position or order of the elements.

30 液滴形成部
32 サンプル
34 サンプル
36 サンプル
38 サンプル注入流路
40 オイル注入流路
42 オイル注入流路
44 排出流路
46 バルク水相
48 連続相
50 液滴
52 流路交差部
30 Droplet formation part
32 samples
34 samples
36 samples
38 Sample injection flow path
40 Oil injection flow path
42 Oil injection flow path
44 Discharge flow path
46 Bulk aqueous phase
48 Continuous phase
50 droplets
52 Channel crossing

Claims (27)

標的を含むゲノムDNAを入手するステップ;
前記ゲノムDNAを意志的に断片化して、断片化DNAを生成するステップ;
前記断片化DNAを少なくとも1つの液滴形成部を通過させて、前記断片化DNAを含む水性液滴を形成するステップ;および
前記液滴に対してデジタルアッセイを実施して、前記標的のレベルを測定するステップ
を含む、ゲノムDNAを分析する方法。
Obtaining genomic DNA containing the target;
Voluntarily fragmenting the genomic DNA to generate fragmented DNA;
Passing the fragmented DNA through at least one droplet forming unit to form an aqueous droplet containing the fragmented DNA; and performing a digital assay on the droplet to determine the level of the target A method for analyzing genomic DNA comprising the step of measuring.
前記液滴は、平均体積が約10ナノリットル未満である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the droplets have an average volume of less than about 10 nanoliters. 前記液滴は、少なくとも約5ナノグラム/マイクロリットルの濃度で前記ゲノムDNAを含む、請求項1に記載の方法。   2. The method of claim 1, wherein the droplet comprises the genomic DNA at a concentration of at least about 5 nanograms / microliter. 前記ゲノムDNAは、水性サンプル中に入れられ、前記液滴は、前記液滴形成部を通る前記水性サンプルの流速が約50ナノリットル/秒を超える流速で形成される、請求項1に記載の方法。   2. The genomic DNA is placed in an aqueous sample, and the droplets are formed at a flow rate that exceeds about 50 nanoliters / second through the droplet formation portion. Method. 前記液滴は、少なくとも約50液滴/秒の液滴形成頻度で形成される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。   5. The method of any one of claims 1-4, wherein the droplets are formed with a droplet formation frequency of at least about 50 droplets / second. 前記液滴は、平均体積が約10ナノリットル未満であり、少なくとも約5ナノグラム/マイクロリットルの濃度で前記ゲノムDNAを含む、請求項1に記載の方法。   2. The method of claim 1, wherein the droplets have an average volume of less than about 10 nanoliters and contain the genomic DNA at a concentration of at least about 5 nanograms / microliter. 前記液滴は、平均体積が約10ナノリットル未満であり、前記ゲノムDNAは、水性サンプル中に入れられ、前記液滴は、前記液滴形成部を通る前記水性サンプルの流速が約50ナノリットル/秒を超える流速で形成される、請求項1に記載の方法。   The droplets have an average volume of less than about 10 nanoliters, the genomic DNA is placed in an aqueous sample, and the droplets have a flow rate of the aqueous sample through the droplet formation of about 50 nanoliters. The method of claim 1, wherein the method is formed at a flow rate in excess of / second. 前記液滴は、少なくとも約5ナノグラム/マイクロリットルの濃度で前記ゲノムDNAを含み、前記ゲノムDNAは、水性サンプル中に入れられ、前記液滴は、前記液滴形成部を通る前記水性サンプルの流速が約50ナノリットル/秒を超える流速で形成される、請求項1に記載の方法。   The droplets contain the genomic DNA at a concentration of at least about 5 nanograms / microliter, the genomic DNA is placed in an aqueous sample, and the droplets flow through the droplet forming portion. 2. The method of claim 1, wherein is formed at a flow rate greater than about 50 nanoliters / second. 前記ゲノムDNAは、水性サンプル中に入れられ、前記液滴は、前記液滴形成部を通る前記水性サンプルの流速が約50ナノリットル/秒を超える流速で形成される、請求項6に記載の方法。   7. The genomic DNA is placed in an aqueous sample, and the droplets are formed at a flow rate that the aqueous sample flow rate through the droplet formation exceeds about 50 nanoliters / second. Method. 前記液滴は、少なくとも約50液滴/秒の液滴形成頻度で形成される、請求項6に記載の方法。   7. The method of claim 6, wherein the droplets are formed with a droplet formation frequency of at least about 50 droplets / second. 前記液滴は、少なくとも約50液滴/秒の液滴形成頻度で形成される、請求項7に記載の方法。   8. The method of claim 7, wherein the droplets are formed with a droplet formation frequency of at least about 50 droplets / second. 前記液滴は、少なくとも約50液滴/秒の液滴形成頻度で形成される、請求項8に記載の方法。   9. The method of claim 8, wherein the droplets are formed with a droplet formation frequency of at least about 50 droplets / second. 前記液滴は、平均体積が約10ナノリットル未満である、請求項12に記載の方法。   The method of claim 12, wherein the droplets have an average volume of less than about 10 nanoliters. 前記断片化ステップは、前記ゲノムDNAを制限酵素で消化するステップを含む、請求項1に記載の方法。   2. The method according to claim 1, wherein the fragmentation step comprises digesting the genomic DNA with a restriction enzyme. 前記制限酵素は、前記ゲノムDNAを1キロベースあたり平均約1回未満、切断する、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the restriction enzyme cleaves the genomic DNA on average less than about once per kilobase. 前記断片化ステップは、前記ゲノムDNAを剪断するステップを含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the fragmenting step comprises shearing the genomic DNA. 前記断片化ステップは、前記ゲノムDNAを超音波処理するステップを含む、請求項1に記載の方法。   2. The method of claim 1, wherein the fragmenting step comprises sonicating the genomic DNA. 前記液滴は、1液滴あたり平均約2コピー未満の前記標的を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the droplet comprises an average of less than about 2 copies of the target per droplet. 前記液滴は、1液滴あたり平均約2ゲノム当量未満の前記ゲノムDNAを含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the droplet comprises an average of less than about 2 genome equivalents of the genomic DNA per droplet. 前記断片化ステップは、前記標的を実質的に破壊しない、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the fragmentation step does not substantially destroy the target. 前記デジタルアッセイを実施するステップは、前記液滴中の前記標的を増幅するステップを含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein performing the digital assay comprises amplifying the target in the droplet. 前記標的は、PCRによって増幅される、請求項21に記載の方法。   24. The method of claim 21, wherein the target is amplified by PCR. 前記デジタルアッセイを実施するステップは、前記液滴から蛍光を検出するステップを含む、請求項21に記載の方法。   24. The method of claim 21, wherein performing the digital assay comprises detecting fluorescence from the droplet. 前記デジタルアッセイを実施するステップは、ポアソンアルゴリズムを用いて前記標的のレベルを測定するステップを含む、請求項21から23のいずれか一項に記載の方法。   24. The method of any one of claims 21 to 23, wherein performing the digital assay comprises measuring the level of the target using a Poisson algorithm. 前記液滴は、平均体積が約0.1〜10ナノリットルである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the droplets have an average volume of about 0.1 to 10 nanoliters. 少なくとも約5ng/マイクロリットルの濃度でDNAを含むサンプルを入手するステップ;
前記DNAを意志的に断片化して、断片化DNAを生成するステップ;および
前記サンプルを液滴形成部を通過させて、前記断片化DNAを含む水性液滴を形成するステップであって、前記液滴は、少なくとも約50液滴/秒の液滴形成頻度で形成され、平均体積が約10ナノリットル未満であるステップ
を含む、DNAを含む水性サンプルを液滴に分割する方法。
Obtaining a sample containing DNA at a concentration of at least about 5 ng / microliter;
A step of intentionally fragmenting the DNA to generate fragmented DNA; and a step of passing the sample through a droplet formation unit to form an aqueous droplet containing the fragmented DNA. A method of splitting an aqueous sample containing DNA into droplets, wherein the droplets are formed with a droplet formation frequency of at least about 50 droplets / second and the average volume is less than about 10 nanoliters.
ゲノムDNAを含むサンプルを入手するステップ;
前記DNAを意志的に断片化して、断片化DNAを生成するステップ;および
前記サンプルを液滴形成部を通過させて、前記断片化DNAを含む水性液滴を形成するステップであって、前記液滴は、少なくとも約50液滴/秒の液滴形成頻度で形成され、平均体積が約10ナノリットル未満であるステップ
を含む、DNAを含む水性サンプルを液滴に分割する方法であって、
前記ゲノムDNAは、前記通過させるステップが前記DNAを断片化せずに同条件下で実施される場合に液滴形成を妨げる濃度である、方法。
Obtaining a sample containing genomic DNA;
A step of intentionally fragmenting the DNA to generate fragmented DNA; and a step of passing the sample through a droplet formation unit to form an aqueous droplet containing the fragmented DNA. A method of dividing an aqueous sample comprising DNA into droplets, comprising droplets formed at a droplet formation frequency of at least about 50 droplets / second and having an average volume of less than about 10 nanoliters, comprising:
The method wherein the genomic DNA is at a concentration that prevents droplet formation when the passing step is performed under the same conditions without fragmenting the DNA.
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