【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间组学分析法，具体地涉及空间组学多区域拼接和高通量的空间组学样本处理，特别是用蛇形管道微流控装置和多轮dna标记反应进行空间组学的多区域拼接，以及利用蛇形管道微流控装置和多轮dna标记反应进行高通量的空间组学样本处理，再通过测序技术对组织的空间分子图谱进行分析。
技术介绍
1、动物个体是由数万亿个细胞组成的复杂系统，不同的细胞在特定的空间位置与其周围微环境协同作用进而维持器官的功能。研究器官组织中细胞的空间分布及其分子表达图谱对于研究和理解肿瘤生物学、细胞生物学、发育生物学等来说至关重要。而空间组学技术能获得细胞在组织生理环境下的空间分子图谱特征，如转录组图谱、表观组学图谱、蛋白质组学图谱等，是研究组织空间生物学功能的重要技术手段。
2、目前已报道了多种方法用于空间组学研究，例如采用自动化微量点样装置制备核酸微阵列芯片并用于空间转录组分析的技术，如将测序微球平铺于载玻片并结合原位测序技术制备核酸阵列芯片用于空间转录组和基因组分析的技术，以及利用微流控技术和确定性条形码策略正交标记mrna来分析空间转录组的技术。因其灵活性和多用途的特点使得基于微流控的确定性条形码技术成为空间组学技术中重要的方法。然而，基于微流控的确定性条形码技术在高分辨率条件下难以对大面积组织进行空间标记，例如在15微米分辨率下50个平行通道的a和b芯片仅可标记1.5×1.5平方毫米的组织，而许多器官和组织都在厘米级甚至更大。
3、因此，目前基于微流控的空间组学技术最主要的问题是难以在高分辨率条件下对大面积组织切片进行空间
技术实现思路
1、为解决现有技术中的至少部分技术问题，本专利技术提出利用蛇形管道微流控装置结合多轮dna标记反应对组织切片进行高效的空间标记，通过将多个核酸阵列拼接在一起分析，进而实现大面积组织切片的空间组学分析，以及利用蛇形管道微流控装置和多轮dna标记反应进行高通量的空间组学样本处理。其中，本专利技术的大面积组织分析技术简称作“拼接芯片技术”，其实现的效果近似于在液晶显示器领域中用多个较小的液晶显示器拼接成一个更大的显示器来显示更大的图像。具体地，本专利技术包括以下内容。
2、本专利技术的第一方面，提供一种用于空间组学多区域拼接的核酸阵列装置，其包括在芯片基底上设置的分子阵列，所述分子阵列包括：
3、沿第一方向平行设置的由带a标签的分子点组成的x个行，其中，x为10-500的整数，优选30-300，进一步优选50-200，如50、60、70、80、90、100、120、200、250、300等；
4、沿第二方向平行设置的由带b标签的分子点组成的y个列，其中，y为10-500的整数，优选30-300，进一步优选50-200，如50、60、70、80、90、100、120、200、250、300等；和
5、所述分子阵列包含z个由带有c标签的分子点组成的子阵列，其中，z为2-100的整数，优选2-50，更优选2-30，进一步优选2-20，如2、3、6、8、9、12、16、25、30、36等；
6、其中，所述x个行包含行数为m的多个行组；和/或所述y个列包含列数为n的多个列组，其中，m和n各自分别为2-100的整数，优选2-50、2-30，如2、3、6、9等。所述子阵列的行数为m以下和列数为n以下。
7、在某些实施方案中，根据第一方面所述的用于空间组学多区域拼接的阵列装置，其中，每个行内的分子点对应的a标签相同，但不同行之间的分子点对应的a标签不同，分别标记为a1至ax；每个列内的分子点对应的b标签相同，但不同列之间的分子点对应的b标签不同，分别标记为b1至by；每个子阵列内的分子点的c标签相同，但不同子阵列之间的c标签不同，分别标记为c1至cz。
8、在某些实施方案中，根据第一方面所述的用于空间组学多区域拼接的阵列装置，其中，所述分子阵列的不同行之间的间隔为1-1000微米，优选5-800微米，更优选5-600微米，还优选12-400微米，15-300微米，15-200微米，15-150微米，25-100微米，35-80微米，50-60微米；和/或不同列之间的间隔为1-1000微米，优选5-800微米，更优选5-600微米，还优选12-400微米，15-300微米，15-200微米，15-150微米，25-100微米，35-80微米，50-60微米。
9、在某些实施方案中，根据第一方面所述的用于空间组学多区域拼接的阵列装置，其中，不同行组之间的间隔为5-10000微米，优选10-4000微米，更优选30-3000微米，进一步优选90-2000，还优选300-1500微米，500-1000微米，如60微米、90微米、120微米、300微米、900微米、1200微米、1500微米，2000微米；和/或不同列组之间的间隔为5-10000微米，优选10-4000微米，更优选30-3000微米，进一步优选90-2000，还优选300-1500微米，500-1000微米，如60微米、90微米、120微米、300微米、900微米、1200微米、1500微米，2000微米。
10、在某些实施方案中，行组之间的间隔大于行之间的间隔，和/或列组之间的间隔大于列之间的间隔。
11、本专利技术的第二方面，提供一种用于空间组学多区域拼接的微流控装置组件，其中，所述微流控装置组件包括多个不同的微流体装置，如第一微流体装置、第二微流体装置和第三微流体装置。
12、在某些实施方案中，根据本专利技术第二方面所述的用于空间组学多区域拼接的微流控装置组件，其中，所述第一微流体装置包括进样孔区、出样孔区和蛇形管道组区；其中：
13、所述进样孔区域设置有若干进样孔，用于存储独立的试剂；
14、所述出样孔区域设置有若干出样孔，用于对应进样孔试剂的收集；
15、所述第一微流体装置包含若干微通道，每个微通道两端分别连接一个进样孔和一个出样孔，相邻通道由通道壁隔开；
16、所述蛇形管道区中，若干微通道平行排布形成第一通道组，第一通道组沿第一方向流动，第一通道组的流动方向存在i次180°转向，转向次数i在1-50间，优选2-45、3-40、4-35、5-30、6-25、7-20、8-15等，进而形成第一通道组区，其包含多个以一定间距重复的第一通道组，通道的间距d1在5-10000微米，优选10-4000微米，更优选30-3000微米，进一步优选90-2000，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于空间组学多区域拼接的核酸阵列装置，其特征在于，包括在芯片基底上设置的分子阵列，所述分子阵列包括：
2.根据权利要求1所述的用于空间组学多区域拼接的阵列装置，其特征在于，每个行内的分子点对应的A标签相同，但不同行之间的分子点对应的A标签不同，分别标记为A1至Ax；每个列内的分子点对应的B标签相同，但不同列之间的分子点对应的B标签不同，分别标记为B1至By；每个子阵列内的分子点的C标签相同，但不同子阵列之间的C标签不同，分别标记为C1至Cz。
3.根据权利要求1所述的用于空间组学多区域拼接的核酸阵列装置，其特征在于，所述分子阵列的不同行之间的间隔为1-1000微米，和/或不同列之间的间隔为1-1000微米。
4.根据权利要求1所述的用于空间组学多区域拼接的核酸阵列装置，其特征在于，不同行组之间的间隔为5-10000微米，和/或不同列组之间的间隔为5-10000微米。
5.一种用于空间组学多区域拼接的微流控装置组件，其特征在于，所述微流控装置组件包括：第一微流体装置、第二微流体装置和第三微流体装置。
6.根据权利要
7.根据权利要求5所述的用于空间组学多区域拼接的微流控装置组件，其特征在于，所述第二微流体装置包括进样孔区、出样孔区和蛇形管道组区；其中：
8.根据权利要求5所述的用于空间组学多区域拼接的微流控装置组件，其特征在于，所述第三微流体装置包括多个方形进样孔，所述方形进样孔间设置有间隔；
9.根据权利要求5所述的用于空间组学多区域拼接的微流控装置组件，其特征在于，其材料包括聚二甲基硅氧烷、二氧化硅、硅和/或聚苯乙烯等。
10.根据权利要求6或7所述的用于空间组学多区域拼接的微流控装置组件，其特征在于，第一流动方向与第二流动方向相交，选优地为垂直。
11.根据权利要求6或7所述的用于空间组学多区域拼接的微流控装置组件，其特征在于，所述微流体装置组件包含5-500个宽度可变的微通道，通道宽度在1-1000微米，以及宽度可变的通道壁，宽度范围在1-1000微米，并且每个通道具有入口和出口，入口直径大于出口。
12.一种空间组学多区域拼接的方法，其特征在于，利用微流控装置组件结合多轮DNA标记反应进行多区域空间组学的拼接，再通过测序技术对组织的空间分子图谱进行分析，具体步骤如下：
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述核酸标签分子A有x种，x的数值与行数一致，每种A分子都有特定的核酸序列作为空间定位信息，同时每个A分子还含有PCR扩增序列以及与桥梁分子L1互补配对的核酸序列。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述核酸标签分子A带有的功能基团包括氨基、羧基、环氧基、巯基、醛基、生物素和/或丙烯酰胺。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：步骤(2)中所述核酸标签分子B有y种，y的数值与列数一致，每种B分子都有特定的核酸序列作为空间定位信息，以及与桥梁分子L1和L2互补配对的核酸序列。
16.根据权利要求12所述方法，其特征在于：步骤(3)中所述核酸标签分子C有z种，z的数值与子阵列数一致，每种C分子都含有与桥梁分子L2互补配对的核酸序列，与特定核酸捕获序列优选为PolyT，唯一分子标识符(UMI)序列，以及特定的核酸序列作为空间定位信息。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，经过第一微流体装置的x种A分子标记以及第二微流体装置的y种B分子标记，可形成多个重复的x×y矩阵，再利用第三微流体装置的z种C分子标记便可区分这些重复的x×y矩阵，进而得到一个x×y×z的大矩阵。
18.一种高通量的空间组学方法，其特征在于，利用微流控装置组件结合多轮DNA标记反应，在同一个基片上同时处理多个空间组学样本，再通过测序技术对组织的空间分子图谱进行分析，具体步骤如下：
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述核酸标签分子D有x种，x的数值与行数一致，每种D分子都有特定的核酸序列作为空间定位信息，同时每个D分子还含有PCR扩增序列以及与桥梁分子L3互补配对的核酸序列。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述核酸标签分子D带有的功能基团包括氨基、羧基、环氧基、巯基、醛基、生物素和/或丙烯酰胺。
21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：步骤(2)中所述核酸标签分子E有...
【技术特征摘要】
1.一种用于空间组学多区域拼接的核酸阵列装置，其特征在于，包括在芯片基底上设置的分子阵列，所述分子阵列包括：
2.根据权利要求1所述的用于空间组学多区域拼接的阵列装置，其特征在于，每个行内的分子点对应的a标签相同，但不同行之间的分子点对应的a标签不同，分别标记为a1至ax；每个列内的分子点对应的b标签相同，但不同列之间的分子点对应的b标签不同，分别标记为b1至by；每个子阵列内的分子点的c标签相同，但不同子阵列之间的c标签不同，分别标记为c1至cz。
3.根据权利要求1所述的用于空间组学多区域拼接的核酸阵列装置，其特征在于，所述分子阵列的不同行之间的间隔为1-1000微米，和/或不同列之间的间隔为1-1000微米。
4.根据权利要求1所述的用于空间组学多区域拼接的核酸阵列装置，其特征在于，不同行组之间的间隔为5-10000微米，和/或不同列组之间的间隔为5-10000微米。
5.一种用于空间组学多区域拼接的微流控装置组件，其特征在于，所述微流控装置组件包括：第一微流体装置、第二微流体装置和第三微流体装置。
6.根据权利要求5所述的用于空间组学多区域拼接的微流控装置组件，其特征在于，所述第一微流体装置包括进样孔区、出样孔区和蛇形管道组区；其中：
7.根据权利要求5所述的用于空间组学多区域拼接的微流控装置组件，其特征在于，所述第二微流体装置包括进样孔区、出样孔区和蛇形管道组区；其中：
8.根据权利要求5所述的用于空间组学多区域拼接的微流控装置组件，其特征在于，所述第三微流体装置包括多个方形进样孔，所述方形进样孔间设置有间隔；
9.根据权利要求5所述的用于空间组学多区域拼接的微流控装置组件，其特征在于，其材料包括聚二甲基硅氧烷、二氧化硅、硅和/或聚苯乙烯等。
10.根据权利要求6或7所述的用于空间组学多区域拼接的微流控装置组件，其特征在于，第一流动方向与第二流动方向相交，选优地为垂直。
11.根据权利要求6或7所述的用于空间组学多区域拼接的微流控装置组件，其特征在于，所述微流体装置组件包含5-500个宽度可变的微通道，通道宽度在1-1000微米，以及宽度可变的通道壁，宽度范围在1-1000微米，并且每个通道具有入口和出口，入口直径大于出口。
12.一种空间组学多区域拼接的方法，其特征在于，利用微流控装置组件结合多轮dna标记反应进行多区域空间组学的拼接，再通过测序技术对组织的空间分子图谱进行分析，具体步骤如下：
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述核酸标签分子a有x种，x的数值与行数一致，每种a分子都有特定的核酸序列作为空间定位信息，同时每个a分子还含有pcr扩增序列以及与桥梁分子l1互补配对...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵方庆，胡倍瑜，朱俊杰，庞琨，
申请(专利权)人：中国科学院动物研究所，
类型：发明
国别省市：
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