纳米孔SBS信号的标准化和基线移位移除制造技术

一种使用测序单元（300）的方法包括：跨测序单元之上施加交流电压（328），同时对核酸测序（332），从测序单元获取多个信号值(P(ti))，同时将标签分子（338）样式匹配到测序单元的纳米孔（316）中，以及获取与多个获取的信号值(P(ti))的相应值相互关联的多个相互关联的信号值(X(ti))，由此形成多个二维数据点（1201,1203,1205,1207,1209,1303,1305,1307,1309,1311）。二维数据点包括针对获取的信号值的第一维度和针对相互关联的信号值的第二维度。该方法进一步包括：通过对二维数据点应用二维变换来计算多个经变换的信号值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纳米孔SBS信号的标准化和基线移位移除相关申请的交叉引用本申请要求2017年11月27日提交的美国临时专利申请No.62/591,099的权益，该美国临时专利申请的内容通过引用整体地并入本文中。
技术介绍
具有在内径方面约为一纳米的孔大小的纳米孔膜器件在快速核苷酸测序方面显示出前景。当电势施加在浸入导电流体中的纳米孔之上时，归因于离子在纳米孔之上的传导，可以存在小的离子电流。电流的大小对孔大小以及哪个分子在纳米孔中是敏感的。该分子可以是附接到特定核苷酸的特定标签，由此允许在核酸的特定位置处的核苷酸检测。可以测量包括纳米孔的电路中的电压（例如，在积分电容器处），作为测量分子电阻的方式，由此允许检测哪个分子在纳米孔中。基于纳米孔的测序芯片可以被用于DNA测序。基于纳米孔的测序芯片可以并入被配置为阵列的大量传感器单元。例如，一百万个单元的阵列可以包括1000行乘1000列的单元。由于制造可变性，被测量的电压可能因不同芯片以及因同一芯片的不同单元而不同。因此，可能难以确定正确的分子，该正确的分子可以是或可以对应于细胞中特定核酸或其他聚合物中的正确核苷酸。此外，所测量的电压中其他时间依赖的非理想性也会导致不准确性。并且，因为这些电路采用生物化学电路元件，例如，脂质双分子层、纳米孔等，所以电特性中的可变性可以比针对传统半导体电路的高得多。因此，期望信号标准化技术来改进测序过程的准确性和稳定性。
技术实现思路
各种实施例提供了与处理来自基于多单元纳米孔的测序芯片的单元的输出信号有关的技术和系统。可以通过采用本文中公开的各种实施例来构建改进的基于多单元纳米孔的测序芯片。例如，实施例可以包括用于实行测序信号处理的系统和方法，其可以补偿可以由例如零点电压波动/漂移、增益漂移和基线移位引起的测序信号中的非理想性。根据一个实施例，可以通过使用改进的信号处理技术来补偿测序信号中的非理想性，该改进的信号处理技术可以更有效地补偿测序信号中诸如基线移位引发的误差之类的影响。该技术可以包括：通过将每个亮模式信号值与对应的相互关联的信号值相关联，根据一维亮模式信号值来生成二维信号值，即，二维数据点。二维数据点然后可以被用来确定一个或多个二维变换，该一个或多个二维变换可以减少亮模式数据中的方差。该技术还可以包括：将二维变换应用于新获取的亮模式信号值，以减少新获取的亮模式信号值中的方差。根据另一个实施例，可以通过改进的信号处理系统和方法来补偿测序信号中的非理想性，该系统和方法采用暗模式信号作为从亮模式信号中减去的基线。暗模式信号是在AC信号的“暗模式”时期期间获取的，当暗模式信号被施加到测序单元时，标签被施加的电场推出纳米孔的圆筒。例如，为了补偿单元的零点电压中的波动，可以通过从亮模式开放通道信号值和亮模式匹配样式（threaded）信号值二者中减去暗模式信号值来计算零点补偿信号值。零点补偿信号值可以被用作对其他中间处理阶段的输入，该其他中间处理阶段例如是采用如下所述的运行（running）直方图和/或二维处理方法的阶段。即使零点电压本身的值是未知的，该技术也可以针对由诸如在单元的零点电压中的变化和/或漂移之类的现象所引发的误差来校正测序信号。根据另一个实施例，可以使用改进的信号处理技术来确定标准化因子的改进的估计。该技术可以使用运行/移动直方图来基于在任何时刻处的历史测量结果的集合确定在该时刻处的开放通道孔状态（例如，孔中没有标签）。历史数据对直方图的贡献可以通过根据历史数据的经时（age）对其进行加权/折现（discount）来控制。用于在对利用孔中的标签所测量的信号进行标准化时使用的标准化因子可以被确定为与运行/移动直方图中的最大峰值相关联的测序信号值。以上技术可以独立地使用或以任何组合或次序使用，以改进基于纳米孔的测序单元的测序信号。以上技术中的一个或多个也可以在逐单元的基础上应用，以改进基于多单元纳米孔的测序芯片的测序信号。其他实施例涉及与本文中描述的方法相关联的系统和计算机可读介质。参照以下详细描述和附图，可以得到对本专利技术实施例的性质和优点的更好理解。附图说明图1是具有纳米孔单元的阵列的纳米孔传感器芯片的实施例的俯视图。图2图示了可以被用来表征多核苷酸或多肽的纳米孔传感器芯片中的纳米孔单元的实施例。图3图示了使用基于纳米孔的合成测序（纳米-SBS）技术实行核苷酸测序的纳米孔单元的实施例。图4图示了纳米孔单元中的电路的实施例。图5示出了在AC循环的亮时期和暗时期期间从纳米孔单元捕获的示例数据点。图6A-6B图示了根据一些实施例的理想化ADC信号的标准化概念。图7示出了根据某些实施例的遭受增益漂移影响的理想化信号。图8示出了根据某些实施例的展现基线移位的理想化信号。图9示出了在近似5秒的过程之内从纳米孔单元测量到的原始测序信号的样本数据的一个示例。图10示出了图示了根据某些实施例的用于处理测序信号以移除非零和变化的V0的影响的方法1000的流程图。图11示出了根据某些实施例的已经仅使用逐点开放通道标准化例程来标准化的数据的示例，该逐点开放通道标准化例程使用开放通道值来标准化所测量的亮模式信号。图12A-12C示出了根据某些实施例的通过在暗-亮平面中旋转进行的偏移移位校正。图13A-13B示出了图示了根据某些实施例的通过由积分历史值和亮值限定的2D平面中的变换进行偏移移位校正的方法的标绘图。图14示出了图示了根据某些实施例的使用测序单元的方法1400的流程图。图15示出了图示了根据某些实施例的使用测序单元的方法的流程图。图16A和图16B示出了根据某些实施例的仅通过逐点标准化处理的与通过在积分历史亮模式平面中的二维变换、继之以逐点标准化处理的样本数据的比较。图17示出了一个示例运行直方图1701，其可以根据类似于图16B中所示的经处理的测序信号数据来计算。图18示出了图示了根据某些实施例的使用测序单元的方法的流程图。图19示出了根据一些实施例的用于标准化和偏移校正的示例系统。图20是根据本公开的某些方面的计算机系统。术语除非另行限定，否则本文中使用的技术和科学术语具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。与本文中描述的方法、设备和材料类似或等同的方法、设备和材料可以在所公开技术的实践中使用。提供以下术语以便于理解某些频繁使用的术语，并且不意味着限制本公开的范围。本文中使用的缩写在化学和生物领域内具有其常规含义。“核酸”可以指代采用单链或双链形式的脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸及其聚合物。该术语可以涵盖含有已知核苷酸类似物或修饰的主链残基或键的核酸，该已知核苷酸类似物或修饰的主链残基或键是合成的、天然存在的和非天然存在的，它们具有与参考核酸类似的结合属性，并且以与参考核苷酸类似的方式代谢。这样的类似物的示例可以包括但不限于硫代磷酸酯、亚磷酰胺、甲基膦酸酯、手性甲基膦酸酯、2-O-甲基核糖核苷酸、肽核酸（PNA）本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用测序单元的方法，所述方法包括：/n跨测序单元之上施加电压，测序单元包括核酸，其中，所施加的电压包括相对于参考电压具有第一部分和第二部分的交流信号；/n在交流信号的第一部分期间，从测序单元获取多个信号值，其中，在交流信号的第一部分期间，标签分子被样式匹配到测序单元的纳米孔中，标签分子对应于特定的核苷酸，其中，信号值随时间的推移变化；/n获取与多个获取的信号值的相应值相互关联的多个相互关联的信号值，由此形成多个二维数据点，其中，多个二维数据点包括在第一维度上等于多个获取的信号值的值和在第二维度上等于多个相互关联的信号值的值；以及/n通过对多个二维数据点应用二维变换来计算多个经变换的信号值，其中，所述二维变换补偿获取的信号值的变化。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171127 US 62/5910991.一种使用测序单元的方法，所述方法包括：
跨测序单元之上施加电压，测序单元包括核酸，其中，所施加的电压包括相对于参考电压具有第一部分和第二部分的交流信号；
在交流信号的第一部分期间，从测序单元获取多个信号值，其中，在交流信号的第一部分期间，标签分子被样式匹配到测序单元的纳米孔中，标签分子对应于特定的核苷酸，其中，信号值随时间的推移变化；
获取与多个获取的信号值的相应值相互关联的多个相互关联的信号值，由此形成多个二维数据点，其中，多个二维数据点包括在第一维度上等于多个获取的信号值的值和在第二维度上等于多个相互关联的信号值的值；以及
通过对多个二维数据点应用二维变换来计算多个经变换的信号值，其中，所述二维变换补偿获取的信号值的变化。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过计算多个获取的电压的多个积分历史来确定多个相互关联的信号值。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，多个相互关联的信号值是在交流信号的第二部分期间获取的多个获取的信号值，其中，在交流信号的第二部分期间，没有标签分子被样式匹配到测序单元的纳米孔中。


4.权利要求1所述的方法，其中，二维变换是矩阵乘法。


5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
基于多个经变换的信号值的直方图来计算标准化因子；
使用标准化因子来标准化多个经变换的信号值，以获得多个标准化的信号值；以及
基于多个标准化的信号值来标识纳米孔的一个或多个状态。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，标准化因子被确定为在多个经变换的信号值的直方图中具有最大振幅峰值的获取的信号值。


7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括通过将至少一个经变换的信号值除以标准化因子来标准化多个经变换的信号值中的至少一个经变换的信号值。


8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
将二维变换确定为减少多个信号值的变化的变换，其中，二维变换被应用于多个二维数据点，并且其中，二维变换补偿单元的电压偏移移位。


9.一种使用测序单元的方法，所述方法包括：
获得针对具有跨测序单元之上施加的电压的测序单元的多个测量信号值，所述单元包括核酸，其中，所施加的电压包括相对于参考电压具有第一部分和第二部分的交流信号；
确定在交流信号的第一部分期间测量的信号值的第一集合；
根据信号值的第一集合来创建直方图；
通过标识直方图中的峰值来确定标准化因子，其中，峰值对应于测序单元的开放通道信号值；
确定在交流信号的第一部分期间测量的信号值的第二集合；以及
使用标准化因子来标准化信号值的第二集合中的至少一个值，以获得至少一个标准化的信号值。


10.根据权利要求9所述的方法，其中，标识直方图中的峰值包括挑选最大振幅峰值作为与测序单元的开放通道信号值相对应的峰值。


11.根据权利要求9所述的方法，其中，标识直方图中的峰值包括：当第二最大振幅峰值的信号值在限定了开放通道范围的信号值的范围内、并且最大振幅峰值的信号值在信号值的范围外部时，挑选第二最大振幅峰值作为与测序单元的开放通道信号值相对应的峰值。


12.根据权利要求9所述的方法，其中，根据信号值的第一集合来创建直方图包括：对于信号值的第一集合的每个点，基于每个点的经时，对每个点对直方图的贡献进行折现。


13.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：在创建直方图...

【专利技术属性】
技术研发人员：S霍，
申请(专利权)人：豪夫迈·罗氏有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH