核酸分类的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及电子装置，并且更明确地说，涉及核酸和其它生物相关大分子 的鉴别。
【背景技术】
[0002] 核酸的鉴别可用于若干应用，包括基因表达的分析、用于临床诊断的基因体分析、 生物医学研宄、法医调查及生物标识技术。在常规方法中，一种检验形式是基于用结合到固 体表面的互补探针荧光标记的靶核酸的杂交。举例来说，使用一组14到40个互补探针，每 个探针含有25个核苷酸，有可能对单核苷酸多态性（SNP)进行分类。
[0003] 另一种用于对核酸分类的常规方法是基于发散序列。举例来说，所述对核酸分类 可包括靶核酸与在微粒上的捕获探针的杂交。杂交物可包括与多态位点直接相邻的寡核苷 酸序列。所述杂交物可通过聚合酶延伸以并入与多态性核苷酸适当地配对的核苷酸。所述 核苷酸的并入引起链终止。所述化合物标记有荧光标记并且光谱分析可以提供所述核苷酸 的身份。
[0004] 较长的密切相关的等位基因出现在人类基因组DNA中。常规方法区分含有长度不 同的短串连重复序列（STR)的较长、密切相关的基因序列变体的能力有限。核酸鉴别的常 规方法常常需要较长平衡时间，并且受到高背景信号和低动态范围的限制。
【发明内容】
[0005] 核酸可通过监测在不同条件下于微阵列表面上的杂交来进行鉴别。在第一方面 中，一种用于对靶核酸分类的方法可包括在测试系统中，使一或多个捕获探针暴露于所述 靶核酸，所述一或多个捕获探针附接到表面；在所述测试系统中建立第一杂交条件；测定 所述一或多个捕获探针与所述靶核酸在所述第一杂交条件下的第一杂交程度；在所述测试 系统中建立第二杂交条件；测定所述一或多个捕获探针与所述靶核酸在所述第二杂交条件 下的第二杂交程度；及通过比较所述第一杂交程度与所述第二杂交程度来对所述靶核酸分 类。
[0006] 在一些实施方案中，所述测试系统可包括在所述表面上的一或多个传感器，其经 配置以测量所述一或多个捕获探针与所述靶核酸的杂交。所述传感器可为一种谐振器阵 列，其经配置以测量在所述谐振器阵列的至少一个表面上的目标的质量。一或多个捕获探 针可附接到所述谐振器系统的表面。测定所述一或多个捕获探针与所述靶核酸的所述第一 杂交程度和所述第二杂交程度可包括测量在所述谐振器阵列的表面上的质量。
[0007] 在另一方面中，使所述一或多个捕获探针暴露于所述靶核酸包括使所述一或多个 捕获探针与含有所述靶核酸的溶液接触。建立所述第一杂交条件可包括将所述溶液的温度 调整到第一温度并且建立所述第二杂交条件包括将所述溶液的温度调整到第二温度。
[0008] 在一些实施方案中，所述第一杂交条件可经选择以使靶核酸与所述一或多个捕获 探针之间的杂交减到最少，并且第二杂交条件可经选择以促进所述靶核酸与所述一或多个 捕获探针之间的杂交。对所述靶核酸分类可包括渐进地调整所述测试系统的一或多个杂交 条件以促进靶核酸与一或多个捕获探针之间的杂交。在每次调整之后，可测定所述一或多 个捕获探针与所述靶核酸的杂交程度并且可继续调整所述杂交条件，直至所述杂交程度达 到阈值杂交程度。
[0009] 在一些实施方案中，所述测试系统可包括在第一位置处的一或多个第一捕获探针 及在第二位置处的一或多个第二捕获探针。对所述靶核酸分类可包括渐进地调整所述测试 系统的一或多个杂交条件。在每次调整之后，可测定所述第一位置和所述第二位置各自对 应的杂交程度并且可确定在所述第一位置处的杂交程度是在所述第二位置处的杂交程度 达到阈值杂交程度之前还是之后达到阈值杂交程度。
[0010] 在另一个大体方面中，所述方法可包括在使所述一或多个捕获探针暴露于所述靶 核酸之前，对所述测试系统进行校准，包括将一或多个双链核酸捕获探针附接到所述测试 系统的表面；使所述一或多个双链核酸捕获探针与溶液接触；渐进地调整所述测试系统的 一或多个杂交条件，直至达到所述双链核酸捕获探针的解离程度，由此所述溶液含有单链 核酸并且单链核酸捕获探针保留在所述表面上；记录达到第一双链核酸捕获探针的解离程 度，从而产生单链核酸的一或多个杂交条件；及从所述测试系统去除所述单链核酸。
[0011] 在一些实施方案中，所述方法可进一步包括在使所述一或多个捕获探针暴露于所 述靶核酸之前，对所述测试系统进行校准，包括测量附接到所述测试系统的表面的第一组 核酸捕获探针；渐进地调整所述测试系统的一或多个杂交条件，直至达到所记录的杂交条 件；测量附接到所述测试系统的表面的第二组核酸捕获探针；及基于所述第一组核酸捕获 探针和所述第二组核酸捕获探针来测定所述单链核酸捕获探针的变化。
[0012] 在另一个大体方面中，用于测定捕获探针的最佳密度的方法可包括对靶核酸进行 分类，测定在测试系统上捕获探针的最佳密度。测定可包括在测试系统中，使第一组捕获探 针在杂交条件下暴露于所述靶核酸，所述第一组捕获探针附接到第一表面；测定在所述第 一表面处的第一缔合速率；在所述测试系统中，使第二组捕获探针在所述杂交条件下暴露 于所述靶核酸，所述第二组捕获探针附接到第二表面并且具有不同于在所述第一表面处的 第一组捕获探针的密度；及比较所述第一缔合速率与所述第二缔合速率。
[0013] 在一些实施方案中，捕获探针的最佳密度可与所述捕获探针的序列长度有关。所 述测试系统可包括多个附接表面，所述多个附接表面各自包括多个捕获探针。所述多个附 接表面之一所包括的多个捕获探针各自可包括相同序列。
[0014] 在一些实施方案中，所述多个附接表面中的第一个可包括第一多个捕获探针。所 述多个附接表面中的第二个可包括不同于所述第一多个捕获探针的第二多个捕获探针，所 述多个附接表面中的第一个和第二个可具有不同的捕获探针最佳密度。
[0015] 在另一个大体方面中，一种用于对靶核酸分类的测试系统可包括：一或多个捕获 探针、经配置以测定所述一或多个捕获探针与所述靶核酸的杂交程度的检测器，及非暂时 性计算机可读媒体。所述非暂时性计算机可读媒体可存储指令，所述指令当被控制系统执 行时，使所述控制系统进行多个操作。所述操作可包括：在所述测试系统中建立第一杂交条 件；使用所述检测器测定所述一或多个捕获探针与所述靶核酸在所述第一杂交条件下的第 一杂交程度；在所述测试系统中建立第二杂交条件；使用所述检测器测定所述一或多个捕 获探针与所述靶核酸在所述第二杂交条件下的第二杂交程度；及通过比较所述第一杂交程 度与所述第二杂交程度来对所述靶核酸分类。
[0016] 在一些实施方案中，所述检测器可包括谐振器阵列。使所述一或多个捕获探针暴 露于所述靶核酸可包括使所述一或多个捕获探针与含有所述靶核酸的溶液接触，建立所述 第一杂交条件包括将所述溶液的温度调整到第一温度并且建立所述第二杂交条件可包括 将所述溶液的温度调整到第二温度。
[0017] 在一些实施方案中，所述第一杂交条件可经选择以减少靶核酸与所述一或多个捕 获探针之间的杂交，并且第二杂交条件可经选择以促进所述靶核酸与所述一或多个捕获探 针之间的杂交。所述控制系统可包括处理器以及经配置以调整所述测试系统中的一或多个 杂交条件的调节系统。所述调节系统包括加热元件或冷却元件或两种。
[0018] 在另一个大体方面中，一种用于对靶核酸分类的方法可包括：在测试系统中，使一 或多个捕获探针暴露于所述靶核酸，所述一或多个捕获探针附接到检测器；测量与所述一 或多个捕获探针杂交的靶核酸的第一质量；对所述靶核酸进行修饰以产生第二质量；测量 与所述一或多个捕获探针杂交的靶核酸的第二质量；及基于比较所述第一质量与所述第二 质量来对所述靶核酸分类。所述第二质量可实质上大于所述第一质量。所述检测器可包括 振荡谐振器阵列。
[0019] 在一些实施方案中，修饰可包括将质量报告子添加到所述靶核酸中。修饰可包括 共价键和/或非共价键。修饰的靶核酸可包括一或多个未配对区域，其经配置以修饰所述 靶核酸从而产生第三质量。所述一或多个未配对区域可包括生物素结合站点。
[0020] 在另一个大体方面中，一种用于对靶核酸进行序列分析的方法，所述方法包含：在 测试系统中，使所述靶核酸暴露于聚合酶，所述聚合酶包括被靶向所述靶核酸上的靶核碱 基的靶核苷酸，所述靶核酸附接到表面；以及测定由所述靶核酸暴露于所述聚合酶引起的 所述靶核酸的质量位移。
[0021] 在一些实施方案中，所述方法进一步包含基于所述质量位移，测定靶核酸有关所 述靶核碱基的特征。测定所述特征包含测定所述靶核碱基在所述靶核酸中的位置或所述靶 核酸中被所述靶核碱基占据的多个位置。所述测试系统包含经配置以测量所述表面上的目 标的质量的谐振器阵列；并且测定所述质量位移包含测量在所述靶核酸暴露于所述聚合酶 之前所述表面上所述靶核酸的质量，及测量在所述靶核酸暴露于所述聚合酶之后所述表面 上所述靶核酸的质量，以及测定两种测量的质量之间的差异。所述靶核苷酸通过经配置以 与所述靶核碱基最佳地杂交来靶向所述靶核碱基。所述靶核苷酸包括可逆地减少所述靶核 酸的生长的官能团。使所述靶核酸暴露于所述聚合酶包含使所述靶核酸依序或以混合物形 式暴露于所述聚合酶。所述方法还包括去除所述可逆地减少所述靶核酸的生长的官能团， 由此允许所述靶核酸的生长。使所述靶核酸暴露于所述聚合酶包含使所述靶核酸与所述聚 合酶在微流体溶液中接触，并且所述方法进一步包含重复测定所述质量位移及去除所述可 逆地减少所述靶核酸的生长的官能团，以及在所述重复之间，用新材料冲洗所述微流体溶 液。使所述靶核酸暴露于所述聚合酶包含使所述靶核酸与所述聚合酶在微流体溶液中接 触，并且所述方法进一步包含重复测定所述质量位移及去除所述可逆地减少所述靶核酸的 生长的官能团，以及在所述重复之间，使所述微流体溶液保持不受影响。
[0022] 通过监测表面杂交进行核酸分类的具体实施方案可提供以下一或多个益处。可以 高准确性鉴别核酸。质量可以通过单步骤方法进行定量，预调配及应用；因此，在结合事件 与添加的质量之间提供一对一对应，从而允许精确的定量。所述系统经配置以能够对结合 和未结合事件进行实时检测。所述系统可被适配成通过以较小增量改变杂交条件来准确地 检测等位基因变体，所述杂交条件可经调整以改善准确性。所述测试系统可最佳地装有最 大数目的探针，以允许靶结合到捕获探针。测试核酸的数量可比捕获探针的数量高一个数 量级。所述系统可传递高信噪比并且其还可以通过产生数字输出来提供对电噪声的抗扰 性，所述数字输出可在微阵列芯片上进行处理或被传输到外部处理器或计算机用于锁存电 路的处理。所述系统可不太易于因数据捕获期间参数的控制性改变引起的生物、电、机械或 环境改变而产生误差。所述系统可在含有比互补捕获核酸多的靶核酸的样品中鉴别靶，从 而使所述系统不太易于受样品中靶浓度的影响。所述系统可需要明显更少的时间进行靶鉴 另IJ。所述系统可在完全互补和几乎完全互补的捕获核酸存在下准确地鉴别靶。为了增加所 述测试系统的灵敏度或动态范围，可添加次要试剂。所述次要试剂可通过直接添加不竞争 结合于捕获核酸的长核酸序列或通过将可在独立步骤中与大得多的化合物相互作用的小 分子并入所述靶核酸中来添加显著信号。
[0023] 应了解，根据本发明的方法可包括本文所描述的方面和特征的任何组合。也就是 说，根据本发明的方法不限于本文具体描述的方面和特征的组合，而且还包括所提供的方 面和特征的任何组合。
[0024] 本发明的一或多个实施方案的细节在以下附图和实施方式中给出。本发明的其它 特征和优点将从实施方式和图式以及权利要求书而显而易见。
【附图