自动处理核酸和电泳样品制备的装置、方法和系统制造方法及图纸

呈现了用于自动提取、纯化和处理生物样品的核酸的方法、系统和装置。在一些实施方式中，水凝胶支撑物用于固定特定的生物输入样品并在操作中提取核酸。水凝胶的使用促进了机器液体处理系统上的自动化样品处理。还提供了用于电泳样品制备的设备、方法和系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自动处理核酸和电泳样品制备的装置、方法和系统本专利技术得到政府支持，在美国国立卫生研究院给予的SBIR二期拨款No.1R44HG008720-01PI下作出的。政府拥有本专利技术的某些权利。相关申请的交叉引用本申请要求2014年10月15日提交的名称为“Apparatuses,MethodsandSystemsforAutomatedProcessingofNucleicAcids”的美国临时申请NO.62/064,054和2015年6月23日提交的名称为“MethodsandDevicesforElectrophoreticSamplePreparation”的美国临时申请NO.62/183,514的优先权。本申请通过引用将上述申请的每一个的整体结合至本文。
本公开内容的一些实施方式呈现了从包含核酸和其他非核酸成分的样品中分离核酸的装置、方法和系统，一些实施方式涉及电泳样品制备的方法和设备。
技术介绍
长读测序(Long-readsequencing)和远程作图(long-rangemapping)技术可用于产生更精确的基因组。简而言之，有很多的基因组区域，和多种类型的结构变化，其不能从短读(short-read)双末端测序数据进行正确组合，包括典型的由行业先锋生产的测序数据(例如IlluminaandThermoFisherLifeTechnologies)。然而，许多这些区域和变体能够使用更新的技术进行正确组合，其产生测度为10-100千碱基(kb)的主要阅读长度(或基因图谱)，例如由PacificBiosciences、OxfordNanopore、10XGenomics、GenomicVision、Roche/Genia和BionanoGenomics开发的那些技术。尽管这些长读技术仍然处于早期发展阶段，他们可用于补充短读长测序功能。例如，DNA提取和库制备技术可用于产生长的和高质量的DNA库。然而，市场存在能产生长DNA片段的商业技术空缺。大多数的商业基因DNA提取试剂盒产生的最大DNA大小为20-50kb。因为一些当前系统能够主要读取大于50kb，然而，现有的DNA提取试剂盒限制了这些系统的能力。另外，长DNA片段可用于光学作图和合成长读系统(例如10XGenomics、BionanoGenomics)，其要求产生自100kb长度的基因组DNA样品库。因此，需要生产极长(例如长度为100-1000kb)、高质量基因组DNA样品的自动的可复制方法。尽管阐明了获得这些样品的需求和作出的努力，然而还没有开发出解决方案。另外，库制备是多步骤程序，分为两个主要部分，1)从生物样品(生物流体、微粒、细胞和组织)中提取DNA，和2)库构建。由于DNA测序对临床研究、诊断和治疗管理非常有用，一体化流程可使整个过程合理化和自动化。再次，尽管有明确的需要，尚未实现全体样本对库流程的一体化的提升。此外，检测和诊断感染性疾病的下一代测序(NGS)在分子诊断中有很大的潜力。例如，使用临床样品(经常是全血或来自全血的白血细胞(WBC))的临床流程可经历NGS测序，然后通过将所有序列进行电脑差集运算，其可映射到人参考序列。对其余的“非人类”序列进行检验以鉴定任何已知的病菌序列。尽管这一过程可能是成功的，它需要非常高效的建库方法和深度测序运行，这两者都可能是昂贵的。这笔费用阻止了电脑差集方法的广泛使用。
技术实现思路
本公开内容的实施方式呈现了多个专利技术构思，例如涉及从包含核酸和其他非核酸成分的样品中分离核酸的装置、方法和系统，以及涉及电泳样品制备的方法和设备的实施方式。以下是对本文公开的一些实施方式的阐述。一种从样品分离核酸的系统可包括配置用于固定包含核酸和非核酸成分的样品的水凝胶骨架。系统还可具有配置用于扩散至水凝胶骨架、与固定的生物样品反应并释放细胞样品的非核酸成分的试剂。此外，该系统可包括在释放非核酸成分后从水凝胶骨架洗脱核酸的装置。在一些实施方式中，水凝胶基质可包含琼脂糖胶。水凝胶骨架可包含大约相同等份体积的水凝胶和生物样品。试剂可以是用于裂解的洗涤剂溶液，包含配置用于消化细菌、真菌和/或植物细胞壁的酶的溶液，蛋白酶溶液，包含DNA处理酶的溶液，包含制作测序库的酶和合成连接体的溶液和/或包含转座酶(transposasome)的溶液。该系统也可包含至少一种自动化液体处理设备，配置成进行以下一种或两种操作：将生物样品和包含水凝胶的熔融凝胶混合以制备水凝胶骨架，以及调节添加和去除试剂。该系统可具有一载体，配置成一形状与水凝胶骨架交叉，以允许水凝胶骨架和载体的连接。在一些实施方式中，该系统也可具有过滤膜，促进核酸从水凝胶骨架电泳洗脱，并且过滤膜可包含孔，其尺寸定为根据尺寸选择性保留核酸。也可提供用于从包含核酸和非核酸成分的样品分离核酸的方法。该方法可包括在温控容器中混合样品和熔融凝胶，降低容器温度以造成生物样品和熔融凝胶的胶化，形成水凝胶骨架。水凝胶骨架配置成固定生物样品。试剂可引入水凝胶骨架，且试剂可配置成扩散至水凝胶骨架以与固定的生物样品反应并释放非核酸成分。然后可从水凝胶骨架提取核酸。在一些实施方式中，水凝胶骨架可包括琼脂糖胶，且生物样品可包括DNA分子。另外，自动化液体处理设备可用于混合生物样品和熔融凝胶。而且，为了将水凝胶骨架引入试剂，承载水凝胶骨架的载体可浸入试剂混合物。还可通过电泳将试剂移动到水凝胶骨架，从而将该试剂引入水凝胶骨架。在一些实施方式中，该方法可包括使用过滤膜过滤核酸，该过滤膜包含孔其尺寸定为基于尺寸选择性保留核酸。该方法还可包括在释放非核酸成分后从水凝胶骨架电泳移除非核酸成分。电泳盒可包括具有电泳缓冲液的容器、置于容器内的电泳凝胶骨架部分以及置于电泳凝胶骨架部分内的样品孔。电泳凝胶骨架部分可横向延伸穿过容器，以将容器分成两个腔室。每一部分可填充电泳缓冲液。通过电泳凝胶骨架部分可将样品孔与电泳缓冲液隔离。电泳凝胶骨架部分可以是琼脂糖，或者其可以至少是淀粉、琼脂、琼脂糖和聚丙烯酰胺的一种。电泳缓冲液pH可为7-9，且其可包含EDTA作为螯合剂。在一些实施方式中，盒子还可包含至少一个正电极和至少一个负电极，其中正电极连接至第一腔室且负电极连接至第二腔室。各腔室可填充电泳缓冲液，并可配置成接收裂解试剂。试剂孔可置于样品孔和第二腔室之间。裂解试剂可以是阴离子洗涤剂和与洗涤剂相容的蛋白酶中的一种或多种。如果试剂包括阴离子洗涤剂，该洗涤剂可为SDS，浓度在约0.1％至约10％wt/体积之间。裂解试剂也可为阴离子洗涤剂SDS和蛋白酶K的混合物。当在电极之间施加电压，驱动裂解试剂穿过电泳凝胶骨架部分进入样品孔。在一些实施方式中，样品孔包含生物样品，施加电压造成生物样品中的DNA分子在靠近第二腔室的样品孔一侧聚集。施加反向电压可将DNA分子移出样品孔一侧。还可提供电泳系统。该系统可包含具有第一末端、第二末端、一长度、一宽度、第一纵向侧和第二纵向侧的电泳凝胶骨架。试剂孔可包含试剂并可置于靠近第一末端的电泳凝胶骨架部分。包含生物细胞样品的样品孔可置于靠近第一末端的电泳凝胶骨架中，并位于试剂孔和第二末端之间。一对电泳电极的第一负电极可置于第一末端，且该对电泳电极的第一正电极可置于第二末端。在该对电泳电极间施加的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从样品分离核酸的系统，所述系统包含：水凝胶骨架，配置为固定包含核酸和非核酸成分的样品；试剂，配置为：扩散进水凝胶骨架，与经固定的生物样品反应，以及释放细胞样品的非核酸成分；以及，装置，用于在释放非核酸成分后从水凝胶骨架洗脱核酸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.15 US 62/064,454;2015.06.23 US 62/183,5141.一种用于从样品分离核酸的系统，所述系统包含：水凝胶骨架，配置为固定包含核酸和非核酸成分的样品；试剂，配置为：扩散进水凝胶骨架，与经固定的生物样品反应，以及释放细胞样品的非核酸成分；以及，装置，用于在释放非核酸成分后从水凝胶骨架洗脱核酸。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，水凝胶骨架包含琼脂糖胶。3.根据权利要求1所述的系统，进一步包含：一种或多种自动化液体处理设备，配置成进行以下至少一种操作：将生物样品和包含水凝胶的熔融凝胶混合以制备水凝胶骨架，以及调节添加物和去除试剂。4.根据权利要求1所述的系统，进一步包含：载体，配置成一形状与水凝胶骨架交叉，以允许水凝胶骨架和载体的连接。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，水凝胶骨架包含大约相同等份体积的水凝胶和生物样品。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，试剂包含用于裂解的洗涤剂溶液，包含配置用于消化细菌、真菌和/或植物细胞壁的酶的溶液，蛋白酶溶液，包含DNA处理酶的溶液，包含制作测序库的酶和合成连接体的溶液和/或包含转座酶的溶液。7.根据权利要求1所述的系统，进一步包含：过滤膜，促进核酸从水凝胶骨架电泳洗脱，所述过滤膜包含孔，其尺寸定为根据尺寸选择性保留核酸。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，控制电场以根据尺寸选择性回收核酸。9.一种用于从包含核酸和非核酸成分的样品分离核酸的方法，包含：在温控容器中混合样品和熔融水凝胶；降低容器温度从而造成生物样品和熔融凝胶的混合物的胶化以形成水凝胶骨架，将水凝胶骨架配置为固定生物样品；将试剂引入水凝胶骨架，所述试剂配置为扩散进水凝胶骨架从而与经固定的生物样品反应并释放非核酸成分；以及从水凝胶骨架提取核酸。10.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，水凝胶骨架包含琼脂糖胶。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，生物样品包含DNA分子。12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，混合生物样品和熔融凝胶是通过自动化液体处理设备进行的。13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过将携带水凝胶骨架的载体浸入试剂混合物，从而将水凝胶骨架引入试剂。14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过电泳将试剂移进凝胶骨架，从而将水凝胶骨架引入试剂。15.根据权利要求10所述方法，进一步包含：通过过滤膜过滤核酸，所述过滤膜包含孔，其尺寸定为基于尺寸选择性保留核酸。16.根据权利要求10所述方法，进一步包含：在释放非核酸成分后从水凝胶骨架电泳移除非核酸成分。17.一种电泳盒，包含：具有电泳缓冲液的容器；配置于容器内的电泳凝胶骨架部分；和配置于电泳凝胶骨架部分内的样品孔；其中：电泳凝胶骨架部分横向延伸过容器从而将容器分成两个腔室，其中每个腔室用电泳缓冲液填充；而且通过电泳凝胶骨架部分将样品孔与电泳缓冲液隔离。18.根据权利要求17所述的电泳盒，其特征在于，电泳凝胶骨架部分是琼脂糖。19.根据权利要求17所述的电泳盒，其特征在于，电泳凝胶骨架部分是以下至少一种：淀粉、琼脂、琼脂糖和聚丙烯酰胺。20.根据前述权利要求中任一项所述的电泳盒，其特征在于，电泳缓冲液的pH为7-9。21.根据前述权利要求中任一项所述的电泳盒，其特征在于，电泳缓冲液包含EDTA作为螯合剂。22.根据权利要求17所述的电泳盒，进一步包含至少一种正电极和至少一种负电极，其中：所述至少一种正电极连接至两个腔室的第一个，以及所述至少一种负电极连接至两个腔室的第二个。23.根据权利要求22所述的电泳盒，其特征在于，填充有电泳缓冲液的两个腔室进一步配置为容纳裂...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·S·阿布拉姆斯，D·尤恩，T·J·巴贝拉，D·G·萨宾，T·C·博尔斯，
申请(专利权)人：赛琪科学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US