專利名稱：測序反應(yīng)小室、基因測序反應(yīng)臺及基因測序系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核苷酸領(lǐng)域，特別涉及一種測序反應(yīng)小室、基因測序反應(yīng)臺 及基因測序系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有傳統(tǒng)測序技術(shù)普遍采用凝膠電泳的方式來區(qū)分不同堿基長度。
現(xiàn)有一種技術(shù)是在DNA聚合時加入雙脫氧核苷三磷酸(ddNTP)，雙脫 氧核苷三磷酸在脫氧核糖的3'位置缺少一個羥基，故不能同后續(xù)的dNTP形 成磷酸二酯鍵。在存在ddCTP、 dCTP和三種其他的dNTP的情況下，將引物、 模板和DNA聚合酶一起保溫，形成一種全部具有相同的5'-引物端和以ddC 殘基為3，端結(jié)尾的一系列長短不一片段的混合物，對于四種堿基，每組制品 中(選用標記四個堿基中的任一種)的各個組分將按其鏈長的不同得到分離， 制得相應(yīng)的放射性自顯影，或熒光圖譜。從所得圖譜即可直接讀得DNA的堿 基序列。采用該現(xiàn)有技術(shù)為對于基因片段單獨一個一個的測序，讀序比較長； 由于基因片段必須每一個單獨操作上樣，導(dǎo)致通量無法得到很大程度上的提 高，目前仍然為十個到幾十。另外該現(xiàn)有技術(shù)對每一個基因片段都需要單獨 地進行克隆，工作繁瑣而且時間周期長。
現(xiàn)有另一種技術(shù)是寡核苷酸陣列，又稱DNA芯片技術(shù)， 一般采取利用事 先在芯片表面準備的寡核苷酸陣列來做為雜交探針，將須測樣品的基因片段 處理成耙片斷，通過對探針和靶的雜交來測定樣品中基因片段的序列和數(shù)量。 由于探針只能是根據(jù)已知序列事先合成，所以該現(xiàn)有技術(shù)是一個封閉系統(tǒng)， 不能測定未知序列，只能是對樣品中是否含已知的基因片段進行分析。該現(xiàn) 有技術(shù)采用在同一基底上合成多種探針，具有高通量的特點，但是由于雜交 反應(yīng)是非獨立進行，各序列間相互影響較大，所以數(shù)據(jù)準確性不夠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一在于提出一種測序反應(yīng)系統(tǒng)，實現(xiàn)高通量快速測序反應(yīng)。
本發(fā)明提出一種測序反應(yīng)小室，用于DNA片段與試劑進行測序反應(yīng)，包 括
反應(yīng)腔，所述反應(yīng)腔的 一側(cè)內(nèi)壁上固定多個DNA片段；試劑入口和試劑出口 ，分別設(shè)于反應(yīng)腔另一側(cè)內(nèi)壁的兩端，分別用于供試劑流入反應(yīng)腔中和供試劑 從反應(yīng)腔中流出。
優(yōu)選地，上述測序反應(yīng)小室包括平行相對的帶孔蓋樣片、載樣片，和 夾在帶孔蓋樣片和載樣片之間的墊片；所述墊片中部設(shè)有通孔，墊片的兩面 分別與帶孔蓋樣片和載樣片緊密貼合，通孔與帶孔蓋樣片內(nèi)側(cè)和載樣片內(nèi)側(cè) 形成封閉的反應(yīng)腔；所述載樣片內(nèi)側(cè)作為反應(yīng)腔的一側(cè)內(nèi)壁固定DNA片段； 作為反應(yīng)腔的另一側(cè)內(nèi)壁，帶孔蓋樣片兩端設(shè)有第一通孔和第二通孔，分別 將所述反應(yīng)腔與外部導(dǎo)通，形成試劑入口和試劑出口 。
優(yōu)選地，上述墊片的通孔采用兩段狹小中部寬大的葉狀，通孔狹小的兩 端分別與帶孔蓋樣片的第一通孔和第二通孔對應(yīng)，形成試劑入口和試劑出口 。
優(yōu)選地，上述測序反應(yīng)小室固定DNA片l爻的一側(cè)和/或另一側(cè)為透明。
優(yōu)選地，上述DNA片段附著在至少一小珠上，所述至少一小珠固定在反 應(yīng)腔內(nèi)壁。
優(yōu)選地，上述DNA片段分別直接固定在所述反應(yīng)腔的一側(cè)內(nèi)壁上。 本發(fā)明還提供一種基因測序反應(yīng)臺，用于實現(xiàn)并控制DNA片段與試劑進 行測序反應(yīng)，包括內(nèi)壁固定多個DNA片段的測序反應(yīng)小室；對測序反應(yīng)進 行加熱和溫度控制的溫度控制組件；和對測序反應(yīng)試劑進行控制的試劑控制 組件。
優(yōu)選地，上述溫度控制組件包括加熱組件和測溫組件；測溫組件對測序 反應(yīng)的溫度進行實時測定，測得的反應(yīng)溫度用于控制加熱組件對測序反應(yīng)小 室進4于加熱。
優(yōu)選地，上述基因測序反應(yīng)臺還包括加熱玻片，用于實現(xiàn)對測序反應(yīng)加 熱；加熱玻片覆在所述測序反應(yīng)小室外，由力口熱組件力。熱，通過測序反應(yīng)小 室熱傳導(dǎo)實現(xiàn)為反應(yīng)腔中的測序反應(yīng)加熱并控制反應(yīng)溫度。
優(yōu)選地，上述基因測序反應(yīng)臺對測序反應(yīng)小室固定DNA片段的一側(cè)或另 一側(cè)進行力口熱。
優(yōu)選地，上述試劑控制組件包括貯存至少一種試劑的試劑倉；從所述 試劑倉貯存的至少一種試劑中選取一種或幾種試劑的試劑閥門；將選取的試 劑注入所述測序反應(yīng)小室的試劑注入組件；和將經(jīng)過測序反應(yīng)的試劑從測序 反應(yīng)小室中導(dǎo)出的試劑導(dǎo)出組件。
優(yōu)選地，上述測序反應(yīng)小室采用平ii、直立或傾斜;改置。 本發(fā)明還提出 一種基因測序系統(tǒng)，用于實現(xiàn)并控制DNA片段與試劑進行 測序反應(yīng)，并對測序反應(yīng)進行數(shù)據(jù)采集和處理，包括內(nèi)壁固定多個DNA片 段，用于進行基因測序反應(yīng)的測序反應(yīng)小室；用于對測序反應(yīng)觀察和/或成像 的成像組件；采集成像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集組件；和對測序反應(yīng)進行控制，處理
采集到的成像數(shù)據(jù)的控制組件。
優(yōu)選地，上述測序反應(yīng)小室包括反應(yīng)腔，所述反應(yīng)腔的一側(cè)內(nèi)壁上固
定多個DNA片段；試劑入口和試劑出口，分別設(shè)于反應(yīng)腔另一側(cè)內(nèi)壁的兩端， 分別用于供試劑流入反應(yīng)腔中和供試劑從反應(yīng)腔中流出。
優(yōu)選地，上述DNA片段附著在至少一小珠上，至少一小珠固定在測序反 應(yīng)小室一側(cè)內(nèi)壁上；或所述DNA片段分別直接固定在所述測序反應(yīng)小室的一 側(cè)內(nèi)壁上。
優(yōu)選地，上述基因測序系統(tǒng)還包括測溫組件，對測序反應(yīng)的溫度進行 實時測定，將測得的反應(yīng)溫度發(fā)送給所述控制組件，供控制組件分析測得的 反應(yīng)溫度，產(chǎn)生溫度控制指令；加熱組件，根據(jù)所述控制組件發(fā)出的溫度控 制指令對所述測序反應(yīng)小室進行加熱。
優(yōu)選地，上述基因測序系統(tǒng)還包括根據(jù)所述控制組件控制，對測序反 應(yīng)試劑進行選:f又、注入和/或?qū)С龅脑噭┛刂平M件。
優(yōu)選地，上述成l象組件包括固定于測序反應(yīng)小室一側(cè)的光源；位于測 序反應(yīng)小室同側(cè)的成^f象器件和透鏡組；所述成像器件通過透鏡組對所述測序 反應(yīng)小室進行成像。
上述測序反應(yīng)小室采用平放、直立或傾斜放置。
優(yōu)選地，上述基因測序系統(tǒng)還包括支撐組件，將所述測序反應(yīng)小室和 成像組件分別固定和/或排布，使基因測序系統(tǒng)平穩(wěn)。
上述支撐組件還包括調(diào)節(jié)裝置，供調(diào)節(jié)測序反應(yīng)小室和成像組件之間 的位置關(guān)系。
本發(fā)明將多個DNA片段固定在小容量反應(yīng)腔中以作為測序時的短標簽陣 列，使得測序反應(yīng)在沒有擴散勢壘的試劑中進行，大大提高試劑與DNA片段 的可接觸性，進而縮短反應(yīng)時間；對試劑的濃度和劑量要求較低，即對試劑 的消耗較少，降低測序成本。而多個DNA片段的同時固定在一個反應(yīng)小室里 為對于多個片斷的平行反應(yīng)的實現(xiàn)提供一個平臺。本發(fā)明實現(xiàn)高通量測序的 自動化，可整合反應(yīng)溫度控制、試劑控制、成像、數(shù)據(jù)采集和處理等多種功 能，可實現(xiàn)快速測序反應(yīng)，且讀出序列的通量較大，效率較高。


圖1是本發(fā)明第 一 實施例的測序反應(yīng)小室結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明第二、第七實施例的測序反應(yīng)小室詳細結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明第二實施例的反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)爆炸示意圖4是本發(fā)明第三實施例的基因測序反應(yīng)臺組件結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明第三實施例的基因測序反應(yīng)臺詳細結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明第四實施例的基因測序反應(yīng)臺另 一詳細結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是本發(fā)明第五實施例的基因測序系統(tǒng)組件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是本發(fā)明第六實施例的基因測序系統(tǒng)詳細組件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是本發(fā)明第七、第八實施例的基因測序系統(tǒng)部分組件結(jié)構(gòu)示意圖。 本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步 說明。
具體實施例方式
本發(fā)明通過將多個DNA片段固定在測序反應(yīng)小室中以作為測序時的短標 簽陣列，使試劑直接流過DNA片段，避免了擴散勢壘，實現(xiàn)試劑DNA片段發(fā) 生測序反應(yīng)。
本發(fā)明提出第一實施例。參照圖l所示的測序反應(yīng)小室結(jié)構(gòu)示意圖，測序 反應(yīng)小室l包括反應(yīng)腔ll、試劑入口12和試劑出口13，反應(yīng)腔ll的一側(cè)內(nèi)壁上 固定多個DNA片段IOO,試劑入口 12和試劑出口 13分別設(shè)于反應(yīng)腔11另一側(cè)內(nèi) 壁的兩端，分別用于供試劑流入反應(yīng)腔11中和供試劑從反應(yīng)腔11中流出。
上述反應(yīng)腔l 1固定DNA片段100的 一側(cè)和/或另 一側(cè)為透明。
利用本測序反應(yīng)小室l進行基因測序，是將多個DNA片段100固定在反應(yīng) 腔11中，供試劑通過試劑入口 12流入反應(yīng)腔11,與DNA片段100發(fā)生測序反應(yīng)； 透過反應(yīng)腔ll固定DNA片段100的一側(cè)，對發(fā)生測序反應(yīng)的DNA片段觀察和/ 或成像；經(jīng)過測序反應(yīng)的試劑從試劑出口 13流出反應(yīng)腔11。
本實施例的DNA片段100可以分別固定在所述反應(yīng)腔11的一側(cè)內(nèi)壁上；也 可以附著在至少一小珠上，至少一小珠固定在反應(yīng)腔內(nèi)壁。
具體來說，DNA片段分別固定在所述反應(yīng)腔11的一側(cè)內(nèi)壁上，是將由軟 性物質(zhì)制成的帶有至少 一位點陣列的罩具壓覆在一表面，作為DNA分子之間 的分隔物，DNA分子相互分隔開并單獨擴增，擴增后在該表面上形成符合至 少一位點陣列的可尋址的DNA片段陣列。固定了DNA片段100的該表面即反應(yīng) 腔ll的一側(cè)內(nèi)壁。
DNA片段100附著在至少一小珠上，至少一小珠固定在反應(yīng)腔內(nèi)壁，是將 DNA片段通過在DNA鏈末端標記生物素的方法固定在離散的固體表面例如平 面上的獨立位點或者獨立的小珠上，所述獨立位點或者小珠固定在反應(yīng)腔內(nèi) 壁形成符合至少一位點的陣列。
基于上述第一實施例，本發(fā)明以DNA片段固定在小珠為例提出第二實施 例。參照圖2所示的測序反應(yīng)小室詳細結(jié)構(gòu)示意圖，測序反應(yīng)小室l包括平行 相對的帶孔蓋樣片14、載樣片15,和夾在帶孔蓋樣片14和載樣片15之間的墊
片16。結(jié)合圖3所示的反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)爆炸示意圖，墊片16中部設(shè)有通孔161，墊 片16的兩面分別與帶孔蓋樣片14和載樣片15緊密貼合，通孔161與帶孔蓋樣片 14內(nèi)側(cè)和載樣片15內(nèi)側(cè)形成封閉的反應(yīng)腔11 。載樣片15內(nèi)側(cè)作為反應(yīng)腔11的 一側(cè)內(nèi)壁固定多個小珠IO，小珠IO上分別固定DNA片段IOO (圖未示)。作為 反應(yīng)腔ll的另一側(cè)內(nèi)壁，帶孔蓋樣片14兩端設(shè)有第一通孔141和第二通孔142， 分別將反應(yīng)腔ll與外部導(dǎo)通，形成試劑入口12和試劑出口13 。
本實施例中，小珠10為玻璃制成，按照預(yù)先設(shè)定的至少一位點固定在載 樣片15內(nèi)側(cè)，形成富集的小珠陣列或平面點陣。
上述帶孔蓋樣片14選用平整的玻片或石英片；采用激光或機械鉆孔工藝 形成第一通孔141和第二通孔142。載樣片15選用平整的玻片。帶孔蓋樣片14 和/或載樣片15為透明。墊片16選用自粘性墊片，優(yōu)選采用軟性高分子材料如 硅膠、橡膠、PDMA、聚苯乙烯等，兩面可分別與帶孔蓋樣片14和載樣片15 粘貼，優(yōu)選為墊片16自粘貼。墊片16的通孑L161采用兩段狹小中部寬大的葉狀， 通孑U61狹小的兩端分別與帶孔蓋樣片14的第一通孑U41和第二通孑L142對應(yīng)， 形成試劑入口 12和試劑出口 13。墊片16分別與帶孔蓋樣片14和載樣片15大面 積接觸形成非強壓力條件下的密封。
本實施例可通過改變墊片16的厚度和通孔161的面積實現(xiàn)不同容量和尺 寸的測序反應(yīng)小室。墊片16的厚度可以根據(jù)需要選擇，優(yōu)選方案為從0.125 mm 到0.5mm;通孔161的面積也可根據(jù)需要選擇，優(yōu)選采用240mm2,形成的反 應(yīng)腔ll優(yōu)選容量為60微升。
本實施例提出通孔161的面積為240 mnf為優(yōu)選方案，該方案足以以50% 的填充率容納多于5百萬個直徑為5 um的小珠10，或可容納1600萬個直徑為3 um的塑料珠，或可容納1億2000萬個直徑為1 um的小珠10。本實施例提出墊片 16的厚度為250um為優(yōu)選方案，結(jié)合上述通孑U61的面積為240mm2，形成的反 應(yīng)腔ll優(yōu)選容量為60微升。該優(yōu)選方案保證昂貴的試劑(如連接酶和熒光 寡核芬酸、聚合酶和熒光核苷酸)可以被最大限度地利用。
本實施例可供靈活選擇反應(yīng)腔ll容量以適應(yīng)實際要求，僅需要更換墊片 16的尺寸即可實現(xiàn)改變反應(yīng)腔11容量。由于一般測序預(yù)實驗要求只耗費少量 的試劑以確定一項試驗計劃的可行性，上述特性對于測序預(yù)實驗尤其有利。 由于反應(yīng)腔ll容量可以較小，沒有擴散勢壘，測序反應(yīng)速度很快從而使得每 次測序反應(yīng)耗費的試劑很少，僅約相當于現(xiàn)有技術(shù)方案的10%，進一步降低測 試成本。
為^f更于注入試劑，本實施例還設(shè)置試劑入口導(dǎo)管17和試劑出口導(dǎo)管18， 分別與試劑入口 12和試劑出口 13連通，實現(xiàn)將試劑導(dǎo)入反應(yīng)腔ll和將試劑從 反應(yīng)腔ll中導(dǎo)出。
利用本測序反應(yīng)小室1進行基因測序的工作原理與上一 實施例類似，具體
是將多個小珠10固定在載樣片15內(nèi)側(cè)。試劑沿試劑入口導(dǎo)管17，通過試劑入 口12流入反應(yīng)腔11，與小珠10上的DNA片段100發(fā)生測序反應(yīng)。透過載樣片15 和/或帶孔蓋樣片14對發(fā)生測序反應(yīng)的DNA片段100觀察和/或成像；經(jīng)過測序 反應(yīng)的試劑通過試劑出口 13,沿試劑出口導(dǎo)管18流出反應(yīng)腔11 。
本發(fā)明提出第三實施例，參照圖4所示， 一種基因測序反應(yīng)臺包括測序反 應(yīng)小室1 、對測序反應(yīng)進行加熱和溫度控制的溫度控制組件2和對測序反應(yīng)試 劑進行控制的試劑控制組件3 。
溫度控制組件2包括加熱組件21和測溫組件22，測溫組件22對測序反應(yīng)的 溫度進行實時測定，測得的反應(yīng)溫度用于控制加熱組件21對測序反應(yīng)小室1進 行力口熱。
為便于實現(xiàn)測序反應(yīng)溫度控制，本實施例在前述實施例基礎(chǔ)上提出采用 蓋玻片19實現(xiàn)對測序反應(yīng)加熱。參照圖5所示的基因測序反應(yīng)臺詳細結(jié)構(gòu)示意 圖，蓋玻片19覆在測序反應(yīng)小室1外，蓋玻片19由加熱組件21加熱，通過測序 反應(yīng)小室l熱傳導(dǎo)實現(xiàn)為反應(yīng)腔ll中的測序反應(yīng)加熱并控制反應(yīng)溫度。蓋玻片 19優(yōu)選采用氧化銦錫(ITO)鍍膜玻片。
試劑控制組件3包括試劑倉31、試劑閥門32、試劑注入組件33和試劑導(dǎo)出 組件34。其中試劑倉31貯存至少一種試劑，試劑闊門32從多種試劑中選取一 種或幾種試劑；試劑注入組件33通過試劑入口導(dǎo)管17將選取的試劑注入測序 反應(yīng)小室l的反應(yīng)腔ll;試劑導(dǎo)出組件34將經(jīng)過測序反應(yīng)的試劑沿試劑出口導(dǎo) 管18，從測序反應(yīng)小室l中導(dǎo)出。
本實施例的試劑注入組件33和/或試劑導(dǎo)出組件34選用注射器式的液體泵 實現(xiàn)。
優(yōu)選的，本實施例提出測序反應(yīng)小室1包括平行相對的帶孔蓋樣片14、載 樣片15,和夾在帶孔蓋樣片14和載樣片15之間的墊片16。參照圖5，墊片16中 部設(shè)有通孔161，墊片16的兩面分別與帶孔蓋樣片14和載樣片15緊密貼合，通 孔161與帶孔蓋樣片14內(nèi)側(cè)和載樣片15內(nèi)側(cè)形成封閉的反應(yīng)腔11。載樣片15內(nèi) 側(cè)作為反應(yīng)腔11的一側(cè)內(nèi)壁固定多個DNA片段100 (圖未示)或多個附著了 DNA片段的小珠IO (以下簡稱小珠IO)。本實施例的蓋玻片19覆在測序反應(yīng)小 室1帶孔蓋樣片14的外側(cè)，蓋玻片19由加熱組件21加熱，通過帶孔蓋樣片14熱 傳導(dǎo)實現(xiàn)為反應(yīng)腔ll中的測序反應(yīng)加熱并控制反應(yīng)溫度。即蓋玻片19對測序 反應(yīng)小室1未固定DNA片段100或小珠10的一側(cè)(即前文所述另一側(cè))加熱。
蓋玻片19優(yōu)選采用氧化銦錫(ITO)鍍膜玻片。帶孔蓋樣片14釆用玻片或石 英片以實現(xiàn)良好的熱傳導(dǎo)。
利用本基因測序反應(yīng)臺進行基因測序，具體是將多個DNA片段100或小珠 IO固定在測序反應(yīng)小室I內(nèi)。試劑閥門32選取試劑倉31中的試劑，試劑注入組 件33通過試劑入口導(dǎo)管17將試劑注入測序反應(yīng)小室1 。加熱組件21才艮據(jù)測溫組 件22測得的反應(yīng)溫度對蓋玻片19加熱，對測序反應(yīng)實現(xiàn)溫度控制。反應(yīng)腔ll 中的試劑與DNA片段100發(fā)生測序反應(yīng)，透過測序反應(yīng)小室l對發(fā)生測序反應(yīng) 的DNA片段100觀察和/或成像。試劑導(dǎo)出組件34將經(jīng)過測序反應(yīng)的試劑沿試 劑出口導(dǎo)管18，從測序反應(yīng)小室l中導(dǎo)出。
本實施例的蓋玻片19和帶孔蓋樣片14均具有一定的牢固性，熱傳導(dǎo)性 能良好，可重復(fù)用于多次測序反應(yīng)，實現(xiàn)進一步降低測序反應(yīng)成本；蓋玻片 19和帶孔蓋樣片14透光性好，有利于對發(fā)生測序反應(yīng)的DNA片段100觀察
源,用普通的成像^件清晰地觀察和/丄ii，極大地降低測序成本:、'
基于上述實施例，本發(fā)明提出第四實施例，控制測序反應(yīng)的溫度和試劑， 以便采集并處理成像數(shù)據(jù)。
一種基因測序反應(yīng)臺包括測序反應(yīng)小室1 、對測序反應(yīng)進行加熱和溫度控 制的溫度控制組件2和根據(jù)所述控制組件控制，對測序反應(yīng)試劑進行選取、注 入和/或?qū)С龅脑噭┛刂平M件3。
參照圖6，與第三實施例相比，本實施例的蓋玻片19緊密貼覆在測序反應(yīng) 小室1載樣片15的外側(cè)，蓋玻片19由加熱組件21加熱，通過載樣片15熱傳導(dǎo)實 現(xiàn)為反應(yīng)腔ll中的測序反應(yīng)加熱并控制反應(yīng)溫度。即蓋玻片19對測序反應(yīng)小 室I固定多個DNA片段IOO (圖未示)或小珠10的一側(cè)加熱。蓋玻片19優(yōu)選采 用氧化銦錫(ITO)鍍膜玻片。載樣片15采用透光的玻片或石英片以實現(xiàn)良好的 熱傳導(dǎo)。
本實施例的蓋玻片19和載樣片15均具有一定的牢固性，熱傳導(dǎo)性能良 好，可重復(fù)用于多次測序反應(yīng)，實現(xiàn)進一步降低測序反應(yīng)成本；蓋玻片19和 載樣片15透光性好，有利于對發(fā)生測序反應(yīng)的DNA片段100觀察和/或成像。
通的成i器件清晰地觀察^/口或i像:極大地降^氐測序成本。'''、°
本實施例還包括底座7，固定測序反應(yīng)小室l,保持其平穩(wěn)以便進行測序 反應(yīng)。
本實施例與上述實施例的測序反應(yīng)小室l均可采用平放，也可采用直立或 傾斜放置。例如第二實施例的測序反應(yīng)小室l，其平行相對的帶孔蓋樣片14、 載樣片15可以與水平面平行、垂直或呈一定夾角傾斜，使試劑入口12和試劑 出口13不處于同一水平面。為提高成像效果，本實施例提出將測序反應(yīng)小室l
直立放置，試劑從反應(yīng)腔ll一端注入反應(yīng)腔ll,,人另一端導(dǎo)出反應(yīng)腔ll。上述 一端可以比另一端高，也可比另一端低。
優(yōu)選地，本實施例提出將試劑從反應(yīng)腔ll較低的一端注入反應(yīng)腔ll,從
較高的另一端導(dǎo)出反應(yīng)腔ll，可使試劑充滿反應(yīng)腔ll,與多個DNA片段100充 分接觸，保證DNA片段100與試劑充分發(fā)生測序反應(yīng)，進而使成像數(shù)據(jù)質(zhì)量更 高。
本發(fā)明提出第五實施例，如圖7所示的基因測序系統(tǒng)，包括內(nèi)壁固定多個 DNA片段，用于進行基因測序反應(yīng)的測序反應(yīng)小室l、用于對測序反應(yīng)觀察和 /或成像的成像組件4、采集成像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集組件5和對測序反應(yīng)的溫度和/ 或試劑進^^控制，處理采集到的成像數(shù)據(jù)的控制組件6。
測序反應(yīng)系統(tǒng)還包括對測序反應(yīng)進行加熱和溫度控制的溫度控制組件2 和對測序反應(yīng)試劑進行控制的試劑控制組件3 ?？刂平M件6控制溫度控制組件2 實現(xiàn)對測序反應(yīng)進行加熱和溫度控制；控制試劑控制組件3實現(xiàn)對測序反應(yīng)試 劑的控制。成像組件4對測序反應(yīng)小室1中測序反應(yīng)采集成像數(shù)據(jù)，獲得的成 像數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集組件5發(fā)送給控制組件6，控制組件6對成像數(shù)據(jù)進行管理和 分析處理。
基于上述實施例，本發(fā)明提出第六實施例，如圖8所示的基因測序系統(tǒng)。 本實施例基因測序系統(tǒng)的溫度控制組件2包括加熱組件21和測溫組件22，測溫 組件22對測序反應(yīng)的溫度進行實時測定，將測得的反應(yīng)溫度發(fā)送給控制組件 6?？刂平M件6分析測得的反應(yīng)溫度，產(chǎn)生溫度控制指令并發(fā)送給加熱組件21， 控制加熱組件21對測序反應(yīng)小室l進行加熱，具體是采用氧化銦錫(ITO)鍍膜玻 片實現(xiàn)加熱。
本實施例的試劑控制組件3包括試劑倉31、試劑閥門32、試劑注入組件33 和試劑導(dǎo)出組件34。其中試劑倉31貯存多種試劑；控制組件6控制試劑閥門32 從多種試劑中選取一種或幾種試劑，進而控制試劑注入組件33通過試劑入口 導(dǎo)管17注入測序反應(yīng)小室1的反應(yīng)腔l 1 ?？刂平M件6控制試劑導(dǎo)出組件34將經(jīng) 過測序反應(yīng)的試劑沿試劑出口導(dǎo)管18，從測序反應(yīng)小室1中導(dǎo)出。
本實施例的成像組件4包括光源41、透鏡組42和成像器件43 (圖8未示)， 光源41固定于測序反應(yīng)小室1的一側(cè)，成像器件43和透鏡組42位于測序反應(yīng)小 室1的同側(cè)，成像器件43通過透鏡組42對測序反應(yīng)小室1進行成像。具體來說， 光源41采用熒光光源；透鏡組42包括入射光濾色片、分光鏡、聚焦成像透鏡 組和出射光濾色片；成像器件43采用CCD探頭。
本實施例產(chǎn)生的測序反應(yīng)成像信號強度很高，可采用常規(guī)的汞短弧光燈
作為光源41實現(xiàn)對測序反應(yīng)小室1的照明，并且使得成像器件43可采用大 規(guī)格CCD探頭實現(xiàn)，具體可采用如400萬到1100萬像素的CCD探頭。本實 施例的數(shù)據(jù)采集組件5采用讀出器(亞秒全幅時間)實現(xiàn)，可實現(xiàn)高速率數(shù) 據(jù)采集并提高全部數(shù)據(jù)的通量。本實施例可供靈活選擇測序反應(yīng)小室1尺寸
及容量以適應(yīng)實際要求，較小尺寸的測序反應(yīng)小室1使得可以利用整個成像 器件43的像素，而單幅成像時間僅需0.5-5秒即可獲取測序所需的足夠成像 數(shù)據(jù)。
本實施例的光源41通過分光濾色系統(tǒng)和透鏡組42組成聚焦成像系統(tǒng)照射 到測序反應(yīng)小室1中的DNA片段100上，還可采用自動切換關(guān)學(xué)濾色模塊實現(xiàn) 多色成像。
本實施例對成像數(shù)據(jù)進行分析，還可建立數(shù)據(jù)庫以管理成像數(shù)據(jù)。具體 來說，采用數(shù)據(jù)庫儲存并管理至少一位點得到的圖像數(shù)據(jù)，從中提取生成反 映計算后信號強度的數(shù)據(jù)文件。
本實施例的基因測序系統(tǒng)由控制組件6控制進行DNA片段循環(huán)測序，整合 反應(yīng)溫度控制、試劑控制、成像、數(shù)據(jù)采集和處理等多種功能。
基于上述實施例，本發(fā)明提出第七實施例。參照圖2，基因測序系統(tǒng)的測 序反應(yīng)小室1包括平行相對的帶孔蓋樣片14、載樣片15,和夾在帶孔蓋樣片14 和載樣片15之間的墊片16。墊片16中部設(shè)有通孔161，墊片16的兩面分別與帶 孔蓋樣片14和載樣片15緊密貼合，通孔161與帶孔蓋樣片14內(nèi)側(cè)和載樣片15內(nèi) 側(cè)形成封閉的反應(yīng)腔ll。載樣片15內(nèi)側(cè)作為反應(yīng)腔11的一側(cè)內(nèi)壁固定多個 DNA片I殳IOO (圖未示)或小i朱10。
結(jié)合圖9，本實施例的光源41固定于測序反應(yīng)小室1的帶孔蓋樣片14一側(cè)， 成{象器件43和透鏡組42位于測序反應(yīng)小室1的同側(cè)，成^f象器件43通過透鏡組42 透過載樣片15對反應(yīng)腔11中的測序反應(yīng)進行成像。
本實施例的光源41也可固定于測序反應(yīng)小室1的載樣片15—側(cè)，成像器件 43和透鏡組42位于測序反應(yīng)小室1的帶孔蓋樣片14一側(cè)，成像器件43通過透鏡 組42透過帶孔蓋樣片14對反應(yīng)腔11中的測序反應(yīng)進行成像。采用該方案與透 過載樣片15對反應(yīng)腔11中的測序反應(yīng)進行成像方案相比，測序反應(yīng)更充分， 成像效果好，但基因測序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。
基于上述各實施例，本發(fā)明提出第八實施例。參照圖9示出的基因測序系 統(tǒng)部分結(jié)構(gòu)，基因測序系統(tǒng)還包括支撐組件8，將基因測序系統(tǒng)的測序反應(yīng)小 室l、溫度控制組件2、試劑控制組件3 (圖未示)和成像組件4等多個組件分
別固定或排布，使組件間滿足上述位置關(guān)系和工作關(guān)系，并使得基因測序系 統(tǒng)平穩(wěn)。
具體來說，支撐組件8包括系統(tǒng)底板81、架設(shè)在系統(tǒng)底板81上的平臺82， 和實現(xiàn)82平穩(wěn)、減少晃動的至少二支柱83。支撐組件8還包括分別與平臺82垂 直的第一支柱84和第二支柱85,第一支柱84和第二支柱85平行并立，分別固 定承托測序反應(yīng)小室l、溫度控制組件2、試劑控制組件3 (圖未示)和成像組 件4等多個組件。為便于操作本實施例的基因測序系統(tǒng)，第一支柱84和第二支 柱85上還可設(shè)置調(diào)節(jié)裝置，以調(diào)節(jié)測序反應(yīng)小室l、溫度控制組件2、試劑控 制組件3 (圖未示)和成像組件4等多個組件的位置關(guān)系。調(diào)節(jié)裝置可采用旋 鈕結(jié)合螺桿實現(xiàn)。
本實施例進行測序反應(yīng)過程如下測序反應(yīng)的多種不同反應(yīng)試劑通過試 劑閥門32分裝在試劑倉31中。進行測序反應(yīng)時，由控制組件6選取所需試劑， 并控制試劑注入組件33抽取定量試劑，注入到測序反應(yīng)小室l。溫度控制組件 2調(diào)節(jié)控制測序反應(yīng)小室1內(nèi)溫度，以保證測序反應(yīng)的進行。在每一個反應(yīng)結(jié) 束后，控制組件6從試劑倉31選取清洗試劑，清洗測序反應(yīng)小室l，然后換取 下一步反應(yīng)的試劑。在所有的測序反應(yīng)步驟結(jié)束后，DNA片斷的堿基的信息 通過成像組件4記錄下來。通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)裝置使測序反應(yīng)小室l中固定在不同 位置的DNA片斷分別對準成^f象組件4，以便對測序反應(yīng)小室l中每一處成像面 積上的DNA片斷采集成像數(shù)據(jù)，供儲存和后期序列分析。
本實施例與上述實施例的測序反應(yīng)小室l均可釆用平放，也可采用直立或 傾斜放置。例如第二實施例的測序反應(yīng)小室l,其平行相對的帶孔蓋樣片14、 載樣片15可以與水平面平行、垂直或呈一定夾角傾斜，使試劑入口12和試劑 出口13不處于同一水平面。
為避免氣泡影響成像，保證成像效果，本實施例提出測序反應(yīng)小室l直立 放置，試劑從反應(yīng)腔ll底端注入反應(yīng)腔ll,從頂端導(dǎo)出反應(yīng)腔ll。
測序反應(yīng)小室l也可傾斜放置，測序反應(yīng)小室l兩端間具有以高度差。將 試劑從反應(yīng)腔ll較低的一端注入反應(yīng)腔ll,從較高的另一端導(dǎo)出反應(yīng)腔ll，可 使試劑充滿反應(yīng)腔ll,與DNA片段100充分接觸，保證DNA片段100與試劑充 分發(fā)生測序反應(yīng)，并且避免氣泡影響成像效果，使成像數(shù)據(jù)質(zhì)量更高。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍， 凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接 或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種測序反應(yīng)小室，用于DNA片段與試劑進行測序反應(yīng)，包括反應(yīng)腔，所述反應(yīng)腔的一側(cè)內(nèi)壁上固定多個DNA片段；試劑入口和試劑出口，分別設(shè)于反應(yīng)腔另一側(cè)內(nèi)壁的兩端，分別用于供試劑流入反應(yīng)腔中和供試劑從反應(yīng)腔中流出。
2. 如權(quán)利要求l所述的測序反應(yīng)小室，其特征在于，包括 平行相對的帶孔蓋樣片、載樣片，和夾在帶孔蓋樣片和載樣片之間的墊片；所述墊片中部設(shè)有通孔，墊片的兩面分別與帶孔蓋樣片和載樣片緊密貼 合，通孔與帶孔蓋樣片內(nèi)側(cè)和載樣片內(nèi)側(cè)形成封閉的反應(yīng)腔； 所述載樣片內(nèi)側(cè)作為反應(yīng)腔的一側(cè)內(nèi)壁固定DNA片段； 作為反應(yīng)腔的另 一側(cè)內(nèi)壁，帶孔蓋樣片兩端設(shè)有第 一通孔和第二通孔， 分別將所述反應(yīng)腔與外部導(dǎo)通，形成試劑入口和試劑出口 。
3. 如權(quán)利要求l所述的測序反應(yīng)小室，其特征在于 所述墊片的通孔釆用兩段狹小中部寬大的葉狀，通孔狹小的兩端分別與 帶孔蓋樣片的第一通孔和第二通孔對應(yīng)，形成試劑入口和試劑出口 。
4. 如權(quán)利要求1至3任意一項所述的測序反應(yīng)小室，其特征在于 所述測序反應(yīng)小室固定DNA片4殳的一側(cè)和/或另 一側(cè)為透明。
5. 如權(quán)利要求1至3任意一項所述的測序反應(yīng)小室，其特征在于 所述DNA片段附著在至少一小珠上，所述至少一小珠固定在反應(yīng)腔內(nèi)壁。
6. 如權(quán)利要求1至3任意一項所述的測序反應(yīng)小室，其特征在于 所述DNA片段分別直接固定在所述反應(yīng)腔的一側(cè)內(nèi)壁上。
7. —種基因測序反應(yīng)臺，用于實現(xiàn)并控制DNA片段與試劑進行測序反應(yīng)， 包括內(nèi)壁固定多個DNA片段的測序反應(yīng)小室； 對測序反應(yīng)進行加熱和溫度控制的溫度控制組件； 和對測序反應(yīng)試劑進行控制的試劑控制組件。
8. 如權(quán)利要求7所述的基因測序反應(yīng)臺，其特征在于 所述溫度控制組件包括加熱組件和測溫組件；測溫組件對測序反應(yīng)的溫度進行實時測定，測得的反應(yīng)溫度用于控制加 熱組件對測序反應(yīng)小室進行加熱。
9. 如權(quán)利要求8所述的基因測序反應(yīng)臺，其特征在于 還包括加熱玻片，用于實現(xiàn)對測序反應(yīng)加熱；加熱玻片;ft在所述測序反應(yīng)小室外，由加熱組件加熱，通過測序反應(yīng)小 室熱傳導(dǎo)實現(xiàn)為反應(yīng)腔中的測序反應(yīng)加熱并控制反應(yīng)溫度。
10. 如權(quán)利要求7至9任意一項所述的基因測序反應(yīng)臺，其特征在于 對測序反應(yīng)小室固定DNA片段的一側(cè)或另 一側(cè)進行加熱。
11. 如權(quán)利要求7所述的基因測序反應(yīng)臺，其特征在于，所述試劑控制組 件包括貯存至少 一種試劑的試劑倉；從所述試劑倉貯存的至少一種試劑中選取一種或幾種試劑的試劑閥門； 將選取的試劑注入所述測序反應(yīng)小室的試劑注入組件； 和將經(jīng)過測序反應(yīng)的試劑^v測序反應(yīng)小室中導(dǎo)出的試劑導(dǎo)出組件。
12. 如權(quán)利要求7、 8、 9或11所述的基因測序反應(yīng)臺，其特征在于 所述測序反應(yīng)小室釆用平放、直立或傾斜放置。
13. —種基因測序系統(tǒng)，用于實現(xiàn)并控制DNA片段與試劑進行測序反應(yīng)， 并對測序反應(yīng)進行l(wèi)t據(jù)采集和處理，包括內(nèi)壁固定多個DNA片段，用于進行基因測序反應(yīng)的測序反應(yīng)小室； 用于對測序反應(yīng)觀察和/或成像的成像組件； 采集成像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集組件；和對測序反應(yīng)進行控制，處理采集到的成像數(shù)據(jù)的控制組件。
14. 如權(quán)利要求13所述的基因測序系統(tǒng)，其特征在于，所述測序反應(yīng)小 室包括反應(yīng)腔，所述反應(yīng)腔的一側(cè)內(nèi)壁上固定多個DNA片段； 試劑入口和試劑出口，分別設(shè)于反應(yīng)腔另一側(cè)內(nèi)壁的兩端，分別用于供 試劑流入反應(yīng)腔中和供試劑從反應(yīng)腔中流出。
15. 如權(quán)利要求13所述的基因測序系統(tǒng)，其特征在于 所述DNA片段附著在至少一小珠上，至少一小珠固定在測序反應(yīng)小室一側(cè)內(nèi)壁上；或所述DNA片段分別直接固定在所述測序反應(yīng)小室的 一側(cè)內(nèi)壁上。
16. 如權(quán)利要求13至15任意一項所述的基因測序系統(tǒng)，其特征在于，還 包括測溫組件，對測序反應(yīng)的溫度進行實時測定，將測得的反應(yīng)溫度發(fā)送給 所述控制組件，供控制組件分析測得的反應(yīng)溫度，產(chǎn)生溫度控制指令；加熱組件，根據(jù)所述控制組件發(fā)出的溫度控制指令對所述測序反應(yīng)小室 進行力口熱。
17. 如權(quán)利要求13至15任意一項所述的基因測序系統(tǒng)，其特征在于，還 包括根據(jù)所述控制組件控制，對測序反應(yīng)試劑進行選取、注入和/或?qū)С龅脑?劑控制組件。
18. 如權(quán)利要求13至15任意一項所述的基因測序系統(tǒng)，其特征在于，所 述成像組件包括固定于測序反應(yīng)、室 一側(cè)的光源； 位于測序反應(yīng)小室同側(cè)的成像器件和透鏡組； 所述成像器件通過透鏡組對所述測序反應(yīng)小室進行成像。
19. 如權(quán)利要求13至15任意一項所述的基因測序系統(tǒng)，其特征在于 所述測序反應(yīng)小室采用平》文、直立或傾斜放置。
20. 如權(quán)利要求13至15任意一項所述的基因測序系統(tǒng)，其特征在于，還 包括支撐組件，將所述測序反應(yīng)小室和成像組件分別固定和/或排布，使基因 測序系統(tǒng)平穩(wěn)。
21. 如權(quán)利要求20所述的基因測序系統(tǒng)，其特征在于，所述支撐組件還 包括調(diào)節(jié)裝置，供調(diào)節(jié)測序反應(yīng)小室和成像組件之間的位置關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明提出一種測序反應(yīng)小室，用于DNA片段與試劑進行測序反應(yīng)，包括反應(yīng)腔，所述反應(yīng)腔的一側(cè)內(nèi)壁上固定多個DNA片段；試劑入口和試劑出口，分別設(shè)于反應(yīng)腔另一側(cè)內(nèi)壁的兩端，分別用于供試劑流入反應(yīng)腔中和供試劑從反應(yīng)腔中流出。本發(fā)明將多個DNA片段固定在小容量反應(yīng)腔中以作為測序時的短標簽陣列，使得測序反應(yīng)在沒有擴散勢壘的試劑中進行，大大提高試劑與DNA片段的可接觸性，進而縮短反應(yīng)時間；對試劑的濃度和劑量要求較低，即對試劑的消耗較少，降低測序成本。而多個DNA片段的同時固定在一個反應(yīng)小室里為對于多個片斷的平行反應(yīng)的實現(xiàn)提供一個平臺。本發(fā)明實現(xiàn)高通量測序的自動化，可實現(xiàn)快速測序反應(yīng)。
文檔編號C12Q1/68GK101368206SQ200810132008
公開日2009年2月18日 申請日期2008年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日
發(fā)明者盛司潼 申請人:深圳華因康基因科技有限公司