用于分析核酸序列的组件和方法技术

本发明专利技术涉及借助所谓的合成测序法分析核酸序列的组件和方法。根据本发明专利技术，检测在核苷酸与待测序的核酸序列结合的过程中释放的化学物质群。借助于喷雾装置将试剂施加至检测所释放的物质群的传感器。这样做的优势在于，不会发生横向流动。假阴性和假阳性结果的比例得以显著降低。此外，少量的试剂就足以浸润所述传感器。就流动室而言不必要充填输送管道和排放管道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及通过所谓的合成测序法(sequencing-by-synthesis)分析核酸序列的组件和方法。在“下一代测序技术”(NGS) ( “next generat1n sequencing”)的领域中主要追求两个目的。第一，应显著缩短分析的持续时间。这应使分析人类基因组的价格低于1000美元。第二，应保持所获得的数据的质量或者进而在进行快速分析的同时进一步改进数据的质量。所述NGS方法包括合成测序(sequencing-by-synthesis),例如焦磷酸测序(pyrosequencing)和“离子半导体测序”(“ 1n semiconductor sequencing，，)。焦磷酸测序的基础是在DNA链中纳入核苷酸。提供作为结合至微球(或“微珠”)的单链形式的待测序的DNA并将其用作模板。一个接一个地加入四种类型的核苷酸。当添加匹配模板的核苷酸时，通过DNA聚合酶会释放焦磷酸(盐)(pyrophosphate)。这导致了由酶级联而触发的闪光，其可以光学的方式被检测到。为了能平行分析，将微球布置在阵列中的微凹部(micro-depress1ns)或“微孔”中。然后分析各个孔的光学信号。离子半导体测序法也是基于核苷酸的纳入。质子的释放表明DNA矩阵(matrix)链中成功地纳入了核苷酸。为此，具体地，使用化学敏感场效应晶体管(chemicallysensitive field effect transistors) (chemFETs)(其也被称为离子选择性场效应晶体管(1n-selective field effect transistors) (ISFETs))来测量 pH 值。US 2009/0026082 Al则结合了这两种方法。在该过程中，将具有DNA单链的微球布置在凹部。借助于由chemFET测得的pH值来检测各个核酸的装配(installat1n)。所述测序技术需要大量的不同试剂，其被相继输送至相应的分析单元。这些试剂特别包括四种类型的核苷酸中的一种或核苷三磷酸(NTP)。试剂的进料通常在流动室(flow cells)中进行。此处发生的试剂在传感器阵列上方的横向流动对焦磷酸(盐)(pyrophosphate)物质群或所释放的质子是不利的。这些物质可以在流动方向上从第一凹部流向第二凹部并在那里导致假阳性的结果。此外，由于横向的流动，在第一凹部形成了测试组分的浓度的降低，这导致了假阴性的结果。质子扩散远离chemFET也会导致极低的pH值变化并且会不利地导致假阴性的结果。此外，不利的是，由于极小的测量效果，使得对均聚物的分辨率不足。此处的均聚物指的是类型相同的几个核苷酸附着在一起。上述测序技术的另一缺点是试剂的高使用率。这是因为必须将每种新的试剂充满包括所有输送管道和排放管道的流动室的整个体积。此外，阵列上方的液体层的厚度必须为约100 μ m以使新的试剂能够被输送至阵列中所有的凹部。本专利技术的目的是提供克服上述缺点的。与组件相关的这一目的是通过权利要求1所述的组件来实现的。与方法相关的目的是通过具有权利要求10的特征的方法来实现的。从属权利要求涉及本专利技术的优选的实施方式。[0011 ] 根据本专利技术的组件被设计用来通过所谓的合成测序法分析核酸序列。在通过合成的核酸序列的测序中，检测在核苷酸与待测序的核酸序列结合的过程中释放的化学物质群。为此，该组件包括用于检测所释放的物质群的传感器。最后，该组件包括用于将试剂施加至该传感器的喷雾装置(spraying device)。在本专利技术的通过合成测序法分析核酸序列的方法中，将至少一种试剂施加至该传感器。以将试剂喷雾到所述传感器上的方式来施加试剂。在该组件和该方法中，有利的是不会发生横向流动。因此，有利的是减少了假阴性和假阳性的结果。因此，获得了更大的测量效果从而改善了均聚物的分析。此外，少量的试剂就足以完全浸润传感器。传感器上试剂的液体层的厚度优选为I μ Π1。另外，对于流动室来说无需充填输送管道和排放管道。这也有利地减少了试剂的使用。在本专利技术优选的发展和构造中，组件包括被设置成可相对于所述喷雾装置旋转的传感器支架。将传感器牢靠地连接在所述传感器支架上。有利的是，甚至通过旋转传感器支架来实现传感器的浸润。此外，通过高速的旋转可将过量的试剂，特别是清洗液运送至传感器支架的外边缘。优选地，在施加含核苷酸的试剂期间不旋转或仅是缓慢地旋转所述传感器支架。由此，有利地防止了横向流动。有利的是，在传感器支架中可内置电子装置，其接收来自于所述传感器的电子的传感信号并将它们传递至外部的测量值记录系统。所述传感器被适当地集成进芯片中。在本专利技术另一有利的实施方式和发展中，传感器为离子选择性场效应晶体管(ISFET)。由此，在合成期间可以检测所释放的质子。在进行分析之前，将待测序的核酸序列连同引物一起施加至ISFET。此外，将用于核酸合成的酶加入待测序的核酸序列中。在核酸序列为DNA的情况下，例如添加DNA聚合酶。在其它核酸序列的情况下，添加相应的合成酶。可替代地或额外地，可使用测量化学发光光信号(chemiluminescence light signal)的传感器。优选地，所述传感器测量由以焦磷酸(盐)的释放为基础的酶级联产生的光信号。在本专利技术又一有利的实施方式和发展中，组件包括两个传感器。因此，有利的是可同时进行多个测量，从而可实施众多序列的快速、平行的检测。有利地，在一个操作中同时对两个传感器进行试剂的喷雾。优选将传感器布置在传感器阵列中。在本专利技术另一有利的实施方式和发展中，在每两个传感器之间布置疏水的边界层。该疏水边界层用作传感器上试剂的隔离。由此，有利地防止了相邻排列的传感器上的试剂的交错(running together)。此外,有利地避免了将待测序的核酸布置在微孔中。在本专利技术又一有利的实施方式和发展中，疏水边界层包括金属，特别是金。在本专利技术另一有利的实施方式和发展中，疏水边界层为用于离子选择性场效应晶体管的参比电极(reference electrode)。有利的是，随后布置所述参比电极使其在空间上接近传感器。因此，在传感器和参比电极之间仅产生小的电阻，从而有利地降低了信号噪曰?在本专利技术又一有利的实施方式和发展中，喷雾装置为超声波雾化器(ultrasonicatomizer)。有利的是，由此可实现小于Iym的雾滴尺寸(droplet sizes)。在本专利技术另一有利的实施方式和发展中，试剂是含核苷酸的溶液、清洗液或保护液。有利的是，在用于分析核酸序列的方法中首先将含核苷酸的溶液，特别是dNTP溶液施加至传感器。该溶液仅含一种类型的核苷酸。在施加含核苷酸的溶液期间可缓慢地旋转传感器支架。有利地是，施加核苷酸溶液的方式使得在每个传感器上形成与其相邻的传感器局部分离的液体体积，并且所述液体体积在传感器和参比电极的边缘之间形成电化学接触。如果待测序的核酸序列纳入所述核苷酸，那么之后就产生了质子。这些质子仅在各自的传感器中产生信号。从而有利地防止质子从第一传感器向第二传感器转移(carry-over)。在接受信号之后，优选显著增加旋转速度并将通常体积大于核苷酸溶液的清洗液喷雾至传感器并离心(spun off)。清洗液通常为能完全除去第一溶液中存在的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种借助所谓的合成测序法分析核酸序列的组件，其中能够检测在核苷酸与待测序的核酸序列(14)结合的过程中释放的化学物质群，所述组件包括：‑用于检测所释放的物质群的传感器(3)和‑用于将试剂(11,12,13)施加至所述传感器(3)的喷雾装置(1,100)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.18 DE 102012210183.71.一种借助所谓的合成测序法分析核酸序列的组件，其中能够检测在核苷酸与待测序的核酸序列(14)结合的过程中释放的化学物质群，所述组件包括: -用于检测所释放的物质群的传感器(3)和 -用于将试剂(11，12，13)施加至所述传感器(3)的喷雾装置(1，100)。2.如权利要求1所述的组件，包括能够相对于所述喷雾装置(1，100)旋转的传感器支架(9)。3.如前述权利要求中任一项所述的组件，其中将所述传感器(3)集成进芯片(2)中。4.如前述权利要求中任一项所述的组件，其中所述传感器(3)为离子选择性场效应晶体管(ISFETs) (3)。5.如前述权利要求中任一项所述的组件，包括至少两个传感器(3)。6.如权利要求5所述的组件，其中在两个传感器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：W冈布雷赫特，O海登，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE