使用凝聚核酸顆粒的裝置制備
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)交叉參考
[0002] 本申請(qǐng)要求于2013年9月13日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)第61/877,745號(hào)的權(quán)益，所述 申請(qǐng)以全文引用的方式并入本文中。
[0003] 本申請(qǐng)要求于2014年7月2日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)第62/020,292號(hào)的權(quán)益，所述申 請(qǐng)以全文引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本公開總體涉及用于制備適用于核酸測序的裝置的系統(tǒng)和方法，具體地涉及用于 制備利用含核酸的顆粒的此類裝置的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0005] 核酸鏈(尤其DNA)的測序在包括醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和生物研究的先進(jìn)領(lǐng)域中已變得愈來 愈重要。然而，常規(guī)的用于對(duì)核酸鏈進(jìn)行測序的凝膠技術(shù)已證實(shí)耗時(shí)且昂貴。最新的研發(fā)依 賴于含核酸的樣品沉積在襯底上。依據(jù)測序技術(shù)，可通過測量對(duì)核酸添加的離子響應(yīng)或通 過測量由核酸添加引起的螢光發(fā)射來確定核酸樣品的序列。
[0006] 然而，依賴于核酸樣本沉積在襯底上的此類技術(shù)具有由一些核酸鏈結(jié)合到襯底表 面的失敗造成的缺陷或由鏈非常接近于彼此地結(jié)合造成的缺陷。此類缺陷可導(dǎo)致襯底的未 充分利用、不精確的數(shù)據(jù)、損失或不完全的樣品或其他不準(zhǔn)確性。
[0007] 因而，改進(jìn)的用于制備測序裝置的系統(tǒng)和方法將是合乎需要的。
【附圖說明】
[0008] 通過參考附圖，可更好地理解本發(fā)明，并且使本領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚其眾多特征 和優(yōu)勢。
[0009] 圖1包括用于沉積核酸樣品的示例性方法的圖解。
[0010] 圖2包括用于制備核酸顆粒和制備用于測序的裝置的示例性裝置的圖示。
[0011] 圖3包括在暴露于六氨合鈷期間珠?；蝾w粒的圖像。
[0012] 圖4、圖5、圖6、圖7和圖8包括珠?；蝾w粒對(duì)暴露于六氨合鈷的尺寸響應(yīng)的圖表圖 解。
[0013] 圖9包括在暴露于或不暴露于六氨合鈷兩者的情況下，核酸結(jié)合珠?；蝾w粒的離 解動(dòng)力學(xué)的曲線圖解。
[0014] 圖10和圖11包括凝聚劑對(duì)珠粒尺寸影響的曲線圖解。
[0015] 在不同附圖中使用相同參考符號(hào)指示相似或相同的物件。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，方法包括制備核酸珠?；蝾w粒、凝聚核酸珠粒以及將凝聚的核 酸珠粒沉積在傳感器襯底上。在另一個(gè)實(shí)例中，該方法包括將核酸珠粒沉積在傳感器襯底 上以及凝聚沉積的核酸珠粒。核酸珠?；蝾w粒包括結(jié)合到一個(gè)或多個(gè)核酸鏈的珠粒。凝聚 核酸珠粒可包括凝聚結(jié)合到珠粒的核酸、收縮珠粒的聚合物，或其組合，有效地減小核酸珠 粒的尺寸。沉積之后，可洗滌凝聚的核酸珠粒，這可展開凝聚的核酸珠粒。隨后，帶有沉積的 核酸珠粒的傳感器襯底可用于核酸試驗(yàn)，如測序，例如合成測序。凝聚核酸珠?；蝾w?？砂?括將核酸珠粒或顆粒暴露于凝聚劑。凝聚試劑可凝聚核酸珠?；蝾w粒的方面，例如凝聚核 酸、顆粒的聚合物基質(zhì)或其組合。在一個(gè)實(shí)例中，凝聚劑包括具有3+電荷的金屬絡(luò)合物。舉 例來說，金屬絡(luò)合物可為鈷絡(luò)合物，如鈷-胺絡(luò)合物。在另一實(shí)例中，凝聚劑包括的堿金屬鹽 或堿土金屬鹽，如鎂鹽。在另一個(gè)實(shí)例中，凝聚試劑包括非離子聚合物試劑，如聚乙二醇類 試劑。
[0017] 在另一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)實(shí)施一種用于制備適用于測序的裝置的方法。該系統(tǒng)可 包括溶液容器、樣品接收口或樣品室，以及耦聯(lián)到溶液容器和樣品接收口或室的混合器?；?合器可耦聯(lián)到襯底制備單元。在一個(gè)實(shí)例中，溶液容器中的溶液包括凝聚試劑，其包括凝聚 劑?；蛘?，本文所述的方法和過程可人工地進(jìn)行或伴隨使用攪拌板、渦旋器(vortexer)、移 液管、離心機(jī)或其它實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行。
[0018] 樣品接收口或樣品室用于接收核酸珠粒或顆粒，所述核酸珠粒或顆粒具有聚合物 基質(zhì)和耦聯(lián)到聚合物基質(zhì)的核酸鏈。如在混合器中，混合凝聚試劑和核酸顆粒。結(jié)果，核酸 鏈或聚合物基質(zhì)凝聚，產(chǎn)生減小的直徑或更大密度的顆粒。將已處理的顆粒轉(zhuǎn)移到襯底制 備單元，其中顆粒沉積在襯底上。在特定實(shí)例中，襯底包括限定凹孔的層，并且顆粒沉積在 凹孔內(nèi)。襯底可用于對(duì)珠?；蝾w粒的核酸鏈進(jìn)行測序。在一個(gè)實(shí)例中，將襯底轉(zhuǎn)移到執(zhí)行引 起核酸鏈的測序的功能的測序裝置。
[0019] 或者，核酸珠?？杀皇┘拥絺鞲衅饕r底，并且在沉積核酸珠粒之后，凝聚試劑施加 在傳感器襯底之上。在另一個(gè)實(shí)例中，核酸珠?？稍诔练e之前用凝聚劑處理，沉積、洗滌并 在沉積和洗滌之后用凝聚劑處理。
[0020] 如圖1中所示，核酸珠?；蝾w粒102包括聚合物基質(zhì)104和核酸鏈106。雖然核酸鏈 102示出為從聚合物基質(zhì)104的表面延伸，但聚合物基質(zhì)104可為多孔的，例如水凝膠，并且 核酸鏈102可耦聯(lián)到聚合物基質(zhì)104并且延伸貫穿聚合物基質(zhì)104。核酸珠?；蝾w粒102可被 處理以形成已處理的核酸珠粒或顆粒108。已處理的核酸顆粒108可具有比核酸顆粒102更 小的直徑。
[0021] 表面部件116包括襯底110，所述襯底110包括限定凹孔114的層112。已處理的核酸 顆粒108可沉積在凹孔114中。隨后，可洗滌已處理的核酸顆粒108同時(shí)將其保留在凹孔114 中。洗滌可產(chǎn)生具有增大的直徑的核酸顆粒?？墒褂煤怂嶂榱；蝾w粒進(jìn)行測序或其它實(shí)驗(yàn) 同時(shí)將其保留在凹孔114中。
[0022]在一個(gè)實(shí)例中，核酸珠?；蝾w粒102包括聚合物基質(zhì)104和一個(gè)或多個(gè)耦聯(lián)到聚合 物基質(zhì)104的核酸鏈106。聚合物基質(zhì)104可由疏水性聚合物形成或可由親水性聚合物(如水 凝膠基質(zhì)）形成。具體而言，聚合物基質(zhì)104可包括聚合物，如多醣如瓊脂糖、透明質(zhì)酸或甲 基纖維素；聚氧化烯烴如聚氧丁烯、聚氧乙烯或聚乙二醇，或聚氧丙烯;丙烯酰胺如二甲基 丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、N，N-聚二甲基丙烯酰胺、聚(N-異丙基丙烯酰胺）、聚-N-羥基丙烯酰 胺、聚-N-羥基烷基丙烯酰胺或其胺官能變異體;聚乙烯吡咯啶酮;聚苯乙烯;硅酮;聚(2-丙 烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸）；其它丙烯酸酯聚合物;聚乙烯醇;其共聚物或衍生物;或其任 何組合。在一個(gè)特定實(shí)例中，聚合物基質(zhì)104可由聚苯乙烯形成。在另一實(shí)例中，聚合物基質(zhì) 104由聚氧乙烯形成。在另一個(gè)實(shí)例中，聚合物基質(zhì)104由丙烯酰胺(如羥基烷基丙烯酰胺、 胺封端的丙烯酰胺或其衍生物)形成。
[0023]舉例來說，聚合物基質(zhì)104可由單體形成，所述單體包括可自由基聚合單體如乙烯 基類單體。在一個(gè)實(shí)例中，單體可包括丙烯酰胺、乙酸乙烯酯、羥烷基甲基丙烯酸酯或其任 何組合。在一個(gè)特定實(shí)例中，親水性單體為丙烯酰胺，如包括羥基末端基團(tuán)、氨基末端基團(tuán)、 羧基末端基團(tuán)或其組合的丙烯酰胺。在一個(gè)實(shí)例中，親水性單體為氨基烷基丙烯酰胺、用胺 封端的聚丙二醇官能化的丙稀酰胺(D，下文示出）、丙稀酰哌嗪(acrylopiperazine)(C，下 文示出）或其組合。在另一實(shí)例中，丙烯酰胺可為羥基烷基丙烯酰胺，如羥基乙基丙烯酰胺。 具體而言，羥基烷基丙烯酰胺可包括N-三(羥基甲基）甲基)丙烯酰胺(A，下文示出）、N-(羥 基甲基)丙烯酰胺(B，下文示出）或其組合。在另一個(gè)實(shí)例中，可使用單體的混合物，如羥基 烷基丙烯酰胺與胺官能化丙烯酰胺的混合物或丙烯酰胺與胺官能化丙烯酰胺的混合物。在 一個(gè)實(shí)例中，胺官能化丙烯酰胺可包括在100:1至1:1范圍，如100:1至2:1范圍、50:1至3:1 范圍、50:1至5:1范圍或甚至50:1至10:1范圍內(nèi)的羥基烷基丙烯酰胺:胺官能化丙烯酰胺比 率或丙烯酰胺:胺官能化丙烯酰胺比率。
[0024]
[0025] 在一個(gè)特定實(shí)例中，聚合物基質(zhì)104為水凝膠珠粒襯底。
[0026] 聚合物基質(zhì)104可包括可雜交模板多核苷酸的耦聯(lián)部位。耦聯(lián)部位可包括末端基 團(tuán)，如羥基或氨基末端基團(tuán)。舉例來說，耦聯(lián)部位可各自包括與模板多核苷酸的部分互補(bǔ)的 耦聯(lián)的寡核苷酸。模板多核苷酸可包括目標(biāo)多核苷酸或與目標(biāo)多核苷酸互補(bǔ)的片段，除此 之外還有與耦聯(lián)的寡核苷酸互補(bǔ)的片段。
[0027] 耦聯(lián)的寡核苷酸可結(jié)合到聚合物基質(zhì)104。聚合物基質(zhì)104的聚合物可被活化以促 進(jìn)與目標(biāo)分析物(如寡核苷酸或多核苷酸)的結(jié)合。舉例來說，可增強(qiáng)聚合物基質(zhì)104上的官 能團(tuán)以允許與目標(biāo)分析物或分析物受體結(jié)合。在一個(gè)特定實(shí)例中，可用能夠?qū)⒂H水性聚合 物官能團(tuán)轉(zhuǎn)化成可進(jìn)行親核或親電取代的反應(yīng)性部分的試劑改性親水性聚合物的官能團(tuán)。 舉例來說，襯底上的羥