一种生化微反应体系、高通量测序的建库仪及应用

一种生化微反应体系、高通量测序的建库仪及应用
【专利摘要】本发明提供了一种生化微反应体系，包括第一油性液体、第二油性液体、水基基因样品和反应试剂，其中，所述第一油性液体的密度大于所述第二油性液体，所述水基基因样品和反应试剂被包埋在所述第一油性液体、第二油性液体之间构成夹心结构，所述水基基因样品和反应试剂与所述第一油性液体、第二油性液体均不相混溶且不发生反应，所述第一油性液体、第二油性液体不互溶。所述生化微反应体系可生化反应过程内每个单独样品的完全控制和分离，避免交叉污染，还可节省大量耗材。本发明还提供了基于该生化微反应体系的高通量测序的建库仪及应用。
【专利说明】
一种生化微反应体系、高通量测序的建库仪及应用
技术领域
[0001] 本发明属于分子生物学领域，特别涉及一种生化微反应体系、高通量测序的建库 仪及应用。
【背景技术】
[0002] 目前DNA测序仪的市场上主流的是第二代高通量测序平台，主要包括 Illumina2000/2500/4000、罗氏公司的454测序仪、ABI公司的SOLID测序仪，在基因样本准 备上机进行测序前，都需要制备测序文库。建库(文库制备)过程涉及到基因样本加入、加入 缓冲液及酶试剂混合液、PCR(聚合酶链式反应）、磁珠纯化等工艺环节，流程复杂且所使用 液体体系庞大，发生混样及样品污染风险极高。
[0003] 为解决上述困难，现有的全自动文库制备方案有如下两种:一是基于传统的文库 制备方法，试剂及样本体系均保持不变，采用移液工作站将制备过程自动化，具体以 PerkinElmer Janus NGS Express为代表，缺点是单次运行只能实现最大通量24份，且耗费 大量一次性塑料耗材及试剂。二是基于预先将文库制备试剂封装入密封试剂盒，使用限制 性内切酶对DNA分子进行剪切，数字微流体控制纳升级大小液滴，将DNA样本自动装载入一 次性文库卡片(Library card)，典型的技术是Illumina NeoPrep台式建库仪。该技术的自 动化程度高、流程精简，但文库制备的样本通量小（16份），且只适用于Illumina测序平台。
[0004] 现有的建库方法中，为了确保相对高浓度的靶样品，通常的样本体积范围为200y L，试剂体积大于200yL，相对大体积的反应体积会导致高试剂成本，同时还需要大量使耗费 一次性耗材(如枪头等）。

【发明内容】

[0005] 有鉴于此，本发明第一方面提供了一种新型油包水的生化微反应体系，并基于该 生化微反应体系提供了一种高通量测序的建库仪，可以降低反应体系的体积，减少样品用 量，确保生化反应过程内每个单独样品的完全控制和分离，避免交叉污染，还可节省大量耗 材。
[0006] 第一方面，本发明提供了一种生化微反应体系，用于制备测序的核酸文库和核酸 扩增，所述生化微反应体系包括第一油性液体、第二油性液体、水基基因样品和反应试剂， 其中，所述第一油性液体的密度大于所述第二油性液体，所述水基基因样品和反应试剂被 包埋在所述第一油性液体、第二油性液体之间构成夹心结构，所述水基基因样品和反应试 剂与所述第一油性液体、第二油性液体均不相混溶且不发生反应，所述第一油性液体、第二 油性液体不互溶。
[0007] 优选地，所述基因样品为片段化的DNA或RNA样品的水性溶液;所述反应试剂为基 因样品的核酸扩增、测序的核酸文库制备中常用的试剂，所述反应试剂包括生物酶、缓冲溶 液、酸和碱中的一种或多种。
[0008] 优选地，所述第一油性液体的密度大于纯水密度，其密度为1.01-2. Og/cm3。进一 步优选为 1 ? 01-1 ? 2g/cm3、1 ? 6-1 ? 95g/cm3 〇
[0009] 优选地，所述第二油性液体的密度小于纯水密度，其密度为0.09-0.99g/cm3。
[0010] 优选地，所述第一油性液体与所述第二油性液体的体积比为1: (2-4)。
[0011] 本发明第一方面提供的生化微反应体系，采用密度不同的两种不互混的油性液体 来包埋微量的基因样品和反应试剂，第一油性液体在下，第二油性液体在上，可以将不同比 重的试剂及基因样品完全包埋在两种油性液体之间，形成双油包水的"夹心"结构，使基因 样品和反应试剂的所有反应在该"油包水"的生化微反应体系中完成，以达到降低反应体系 的体积的目的。
[0012] 第二方面，本发明提供了一种高通量测序的建库仪，所述高通量测序的建库仪，包 括机台以及设置在机台上的驱动机构，所述机台上还设有控制器、恒流栗、纯化板、试剂区、 反应孔板;所述试剂区包括多个试剂槽，所述多个试剂槽用以盛放第一油性液体、第二油性 液体、水基基因样品、磁珠纯化液、洗脱液和多种反应试剂;所述反应孔板包括阵列分布的 反应孔位；
[0013] 所述驱动机构上连接有微量加样装置和纯化板，所述控制器控制所述驱动机构带 动所述纯化板和所述微量加样装置在机台内移动，并控制所述微量加样装置吸取、排出试 剂；
[0014] 所述纯化板包括纯化板本体、阵列设置在纯化板本体上的管道插入孔和多个毛细 管道，所述毛细管道穿过所述管道插入孔并在所述纯化板本体的上方和下方分别具有第一 延伸端和第二延伸端，在靠近所述第一延伸端处，所述纯化板本体上还放置有多个磁体，形 成所述毛细管道的磁力区，所述第一延伸端与所述恒流栗管道连接;所述第二延伸端用于 在所述驱动机构的带动下插入试剂槽及所述反应孔位内；
[0015] 所述控制器控制所述恒流栗从试剂区依次吸取第一油性液体、第二油性液体并注 入至反应孔板的反应孔位，以及控制所述微量加样装置吸取水基基因样品和反应试剂并注 入至所述反应孔位，形成生化微反应体系，所述生化微反应体系为水基基因样品和反应试 剂被包埋在所述第一油性液体、第二油性液体之间构成的夹心结构，其中，所述第一油性液 体的密度大于所述第二油性液体，所述水基基因样品和反应试剂与所述第一油性液体、第 二油性液体均不相混溶且不发生反应，所述第一油性液体、第二油性液体不互溶。
[0016] 优选地，在所述生化微反应体系进行反应后，在所述控制器的控制下，所述微量加 样装置吸取所述磁珠纯化液并注入至所述反应孔位，所述纯化板在所述驱动机构的带动下 移动至所述反应孔板的上方以使所述毛细管道的第二延伸端插入所述反应孔位内；在所述 控制器的控制下，反应孔位内的液体被所述恒流栗吸取至所述磁力区进行基因样本富集， 并在所述富集之后，所述恒流栗吸入洗脱液至所述磁力区进行洗脱，并排出纯化后的基因 样本。
[0017] 对于核酸扩增，所述反应为PCR扩增反应，洗脱后的基因样本即为PCR扩增产物。
[0018] 对于核酸文库制备，所述反应依次包括末端修复反应、接头连接反应、加标签序列 反应、PCR扩增反应，但不限于此。可以根据现有技术中任一可行的文库制备的反应来依次 进行。根据每步所需进行的反应，来相应添加选择反应试剂来制备生化微反应体系。每进行 一步反应，均需要进行一次纯化以收集纯化后的基因样本。前一步反应纯化后的基因样本， 作为下一步反应的生化微反应体系的原料之一。
[0019] 本发明第二方面提供的建库仪中，基于油包水的生化微反应体系和与之相适配的 纯化板进行纯化，基因样品和试剂等被包埋在油中，与所述毛细管道接触的均是油，毛细管 道可以重复利用，无需采用多个96孔PCR板、移液枪头等一次性耗材，也无需在排除上清液 后再加入洗脱液等繁琐操作。
[0020] 优选地，所述纯化板本体被构造成三层，在所述纯化板中，其有间隔地平行设置上 板、中板和下板，所述管道插入孔设置在重叠设置的所述上板、中板、下板上，所述毛细管道 穿过上板、中板、下板上的管道插入孔并分别延伸至所述纯化板本体的上板、下板之外，所 述第一延伸端延伸出所述上板，所述第二延伸端延伸出所述下板，所述上板上还放置有多 个磁体。
[0021 ] 优选地，所述纯化板还包括用于将纯化板的侧面包围起来的包围部，所述包围部 的高度低于纯化板本体的高度，所述包围部与所述驱动结构相连接。
[0022] 优选地，所述磁体为永磁体或电磁铁，所述磁体与所述控制器之间连接有控制线 路，在吸入洗脱液至所述磁力区后，所述磁体的磁力可通过断电控制磁力消失或将永磁性 磁体移出毛细管道的范围外，以进行洗脱基因样本。
[0023] 优选地，所述控制器为可编程逻辑控制器(PLC)，所述控制器还配备高分辨率触摸 显示屏幕。
[0024] 优选地，所述试剂槽包括常温试剂槽、制冷试剂槽，所述制冷试剂槽的底部设置有 帕尔贴制冷片，以维持生物酶试剂处于活性温度。根据所需生物试剂的存放条件来选择相 应的试剂槽。
[0025] 优选地，所述反应孔板上还设有温控器，所述温控器用于将反应体系的温度控制 在反应所需的温度。所述温控器包括温度传感器和给所述反应孔板加热的升温装置和给所 述反应孔板制冷的降温装置。
[0026] 优选地，所述驱动机构包括沿第一方向设置的第一工作台、沿第二方向设置的第 二工作台、沿第三方向设置的第三工作台和抓取部件，其中，所述第一方向为水平方向，所 述第二方向垂直于所述第一方向，所述第三方向与所述第一、第二方向，所述第二工作台沿 第一方向与所述第一工作台滑动连接，所述第三工作台沿第二方向与所述第二工作台滑动 连接，所述抓取部件沿第三方向与所述第二工作台滑动连接，所述抓取部件上连接有微量 加样装置和纯化板；
[0027] 所述第一工作台内设有第一伺服电机，所述第二工作台内设有第二伺服电机，所 述第三工作台内设有第三伺服电机，所述控制器分别与所述第一伺服电机、第二伺服电机 和第三伺服电机电连接;所述第一伺服电机通过螺杆带动所述第二工作台沿第一方向移 动，所述第二伺服电机通过螺杆带动所述第三工作台沿第二方向移动，所述第三伺服电机 通过螺杆带动所述抓取部件沿第三方向移动。
[0028]优选地，所述抓取部件为机械手。
[0029]优选地，所述第一工作台包括固定在所述第一工作台上的第一导轨和滑动连接在 所述第一导轨上的第一滑块;所述第二工作台包括第二导轨和滑动连接在所述第二导轨上 的第二滑块，所述第二导轨固定在所述第一滑块上;所述第三工作台包括第三导轨和滑动 连接在所述第三导轨上的第三滑块，所述第三导轨固定在所述第二滑块上，所述抓取部件 固定在所述第三滑块上。
[0030] 本实施方式中，所述第二工作台沿所述第一导轨通过所述第一滑块与所述第一工 作台滑动连接，所述第三工作台沿所述第二导轨通过所述第二滑块与所述第二工作台滑动 连接，所述抓取部件沿所述第三导轨通过所述第三滑块与所述第三工作台滑动连接。所述 第一伺服电机通过螺杆带动所述第二工作台沿第一方向做左右运动，所述第二伺服电机通 过螺杆带动所述第三工作台沿第二方向做前后运动，所述第三伺服电机通过螺杆带动所述 抓取部件沿第三方向做上下运动，所述第四伺服电机在所述控制器的控制下带动所述微量 加样装置吸取、排出试剂。
[0031] 优选地，所述微量加样装置包括第一微量注射器和第四伺服电机，所述第一微量 注射器内的活塞螺杆连接所述第四伺服电机的输出端，所述第四伺服电机的输入端与所 述控制器电连接，所述第四伺服电机在所述控制器的控制下通过活塞螺杆带动所述第一微 量注射器吸取、排出试剂。
[0032] 优选地，在所述第一微量注射器排出试剂至所述反应孔位时，所述注射器的注射 头插入所述生化微反应体系的第二油性液体所在位置（即轻油位置），然后再排出试剂。这 样可促便于形成双油包水结构。
[0033] 进一步优选地，所述第一微量注射器的内表面涂有铁氟龙涂层。可以保证注射器 内无液体残留。
[0034]在本发明的另一种实施方式中，所述微量加样装置为微量液体喷射系统，所述微 量液体喷射系统包括供气源、数字调压器、清洗液贮存瓶、微电磁阀、微喷头、气压力模块、 冲压管道、微喷管道、气压输送支管道、气压输送主管道、清洗液吸入管道，其中，所述气压 力模块包括步进电机、第二注射器、与所述步进电机连接的丝杆运动单元，所述第二注射器 内的活塞杆连接所述丝杆运动单元，所述第二注射器的出口连接有所述气压输送主管道； 所述数字调压器管道连接于所述清洗液贮存瓶与所述供气源之间，所述数字调压器用于调 节所述供气源以恒定的压力供给所述冲压管道;所述控制器通过控制线路分别连接至所述 步进电机和微电磁阀；
[0035]所述微喷头与所述气压力模块之间连接有微喷管道、气压输送支管道和气压输送 主管道;所述微喷头与所述冲洗瓶之间连接有微喷管道和冲压管道，所述微电磁阀设置在 所述冲压管道上用于控制所述微喷头的喷样量，所述微喷管道的一端连接所述微喷头;所 述气压力模块与所述冲洗瓶之间连接有气压输送主管道、清洗液吸入管道;其中，所述微喷 管道、冲压管道、所述气压输送支管道相临近的端口之间设有第一三通阀，所述微喷管道、 气压输送支管道和气压输送主管道相临近的端口之间设有第二三通阀；
[0036]当吸入试剂时，调节所述第一三通阀、第二三通阀使所述微喷管道、气压输送支管 道和气压输送主管道连通，所述步进电机下拉所述活塞杆吸入试剂至所述微喷管道；当喷 出吸入的试剂时，调节所述第一三通阀使所述微喷管道和所述冲压管道连通，所述数字调 压器供给所述冲压管道压力，所述微电磁阀接通，并控制所述微喷头喷样；当清洗管路时， 调节所述第二三通阀使所述清洗液吸入管道与所述气压输送主管道连通，所述步进电机下 拉所述活塞杆使清洗液注满所述气压输送主管道;然后调节所述第一三通阀、第二三通阀 使所述微喷管道、气压输送支管道和气压输送主管道再次连通，上推所述活塞杆使清洗后 的废液经所述微喷头排出。
[0037]优选地，在吸入试剂时，所述微喷管道、气压输送支管道和气压输送主管道连通 后，采用步进电机下拉所述活塞杆先吸入部分空气至所述微喷管道。避免在排出试剂时，所 述微电磁阀的开度较大时，清洗液被强力加压进所述微喷管道和待排出试剂混合在一起。 先吸入部分空气，可以在排出试剂后，再将空气排出，然后将带入的微量清洗液排出至废液 槽。
[0038] 本发明中，在所述微电磁阀接通时，所述微量液体喷射系统可以实现悬空喷出微 量的试剂，避免微喷头插入所述反应孔位内接触油滴，防止交叉污染，清洗简单。此外，所述 微量液体喷射系统还可对所有接触试剂的管路进行自动清洗。
[0039] 本发明中，设置了微量试剂的两种加样方式，一种是第一微量注射器和第四伺服 电机相配合的低通量加样，第二种是高通量加样的微量液体喷射系统。第一种方式适合于 待处理的基因样本较少的情况，微量液体喷射系统适用于样本量较多的情况。适用于最大 样本通量为96份。第一微量注射器和第四伺服电机以可拆卸的方式连接在所述驱动结构的 抓取部件(第三工作平台）上。所述微量液体喷射系统也以可拆卸的方式连接在所述驱动结 构的抓取部件上。
[0040] 优选地，所述供气源包括但并不限于氦气、氮气。优选为装有氦气的氦气瓶。
[0041] 本发明第二方面提供的所述建库仪，基于微量加样装置、恒流栗以及可在XYZ轴运 动的驱动机构来高精度地制备双油包水的生化微反应体系，可以大大缩小反应体系的体 积，降低样本和试剂的使用量。并通过与所述生化微反应体系相适配的纯化板对反应后的 体系进行纯化，提纯得到处理后的基因样品。可以通过所述建库仪完成简单的核酸扩增以 及负责的核酸文库制备，节省一次性耗材、操作简单。
[0042]第三方面，本发明提供了如本发明第一方面所述的生化微反应体系或如本发明第 二方面所述的高通量测序的建库仪在制备测序的核酸文库和核酸扩增中的应用。
[0043]本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见 的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
【附图说明】
[0044] 图1为本发明实施例提供的高通量测序的建库仪的结构示意图；
[0045] 图2为图1中纯化板4的放大图；
[0046] 图3为本发明一优选实施例中微量加样装置的结构示意图，其中，（B)为A中微量加 样装置3的第一微量注射器30的放大图；
[0047] 图4为本发明另一优选实施例中微量加样装置3B的结构示意图，其中，（A)为吸试 剂时；（B)为喷出吸入的试剂；（C)为清洗管路中吸取清洗液时。
【具体实施方式】
[0048] 以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。
[0049]下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清 楚、完整地描述。
[0050]第一方面，本发明提供了一种生化微反应体系，用于制备测序的核酸文库和核酸 扩增，所述生化微反应体系包括第一油性液体、第二油性液体、水基基因样品和反应试剂， 其中，所述第一油性液体的密度大于所述第二油性液体，所述水基基因样品和反应试剂被 包埋在所述第一油性液体、第二油性液体之间构成夹心结构，所述水基基因样品和反应试 剂与所述第一油性液体、第二油性液体均不相混溶且不发生反应，所述第一油性液体、第二 油性液体不互溶。
[0051] 优选地，所述水基基因样品为DNA或RNA样品经过片段化处理得到，即DNA片段或 RNA片段。
[0052]在本发明的另外一种实施方式中（如快速DNA样品高通量文库制备），所述水基基 因样品为DNA或RNA样品，片段化处理也可以在双油包水的生化微反应体系中来完成。
[0053] 所述反应试剂为基因样品的核酸扩增(包括PCR、dPCR、qPCR、TMA、bDNA、LCR等）、测 序的核酸文库制备(如末端修复、加接头、加序列标签、杂交捕获、PCR扩增）中所常用的各种 试剂，包括但不限于各种生物酶、缓冲溶液、酸、碱、盐溶液。可以根据所需要进行的核酸扩 增或核酸文库制备中的各步反应来相应选择反应试剂。
[0054]水基基因样品和反应试剂的密度通常介于所述第一油性液体、第二油性液体的密 度之间。例如水基基因样品和反应试剂的密度通常为0.9-1.2g/cm3。
[0055]优选地，所述第一油性液体的密度大于纯水密度，其密度为1.01-2. Og/cm3。进一 步优选为 1 ? 01-1 ? 2g/cm3、1 ? 6-1 ? 95g/cm3 〇
[0056] 优选地，所述第二油性液体的密度小于纯水密度，其密度为0.09-0.99g/cm3。
[0057]优选地，所述第一油性液体、所述第二油性液体均为非极性或弱极性硅油材料。 [0058]优选地，所述第一油性液体包括FC40电子氟化液(氟代烃油)或全氟化胺油。
[0059] 优选地，所述第二油性液体包括苯甲基聚硅氧烷（甲基硅油)或者甲基硅油与聚山 梨酯添加剂的混合物，其中，所述聚山梨酯添加剂优选为司盘80、司盘65和吐温20中的一种 或多种，所述聚山梨酯添加剂的体积为所述甲基硅油体积的〇.〇1%_8%，以达到非极性平 衡(添加剂的亲水-亲油平衡值(HLB值)为4-7，优选为5。
[0060] 优选地，所述第一油性液体与所述第二油性液体的体积比为1: (2-4)。
[0061 ]进一步优选地，所述第一油性液体的体积为15yL。
[0062]进一步优选地，所述第二油性液体的体积为40yL。
[0063]优选地，所述第一油性液体、所述第二油性液体的用量随DNA样本的体积而等比 例增加。
[0064] 本发明第一方面提供的生化微反应体系，采用密度不同的两种不互混的油性液体 来包埋微量的基因样品和反应试剂，第一油性液体在下，第二油性液体在上，可以将不同比 重的试剂及基因样品完全包埋在两种油性液体之间，形成双油包水的"夹心"结构，使基因 样品和反应试剂的所有反应在该"油包水"的生化微反应体系中完成，降低了反应体系的体 积。例如，可将传统建库方法中初始DNA样本用量由15yL降低< 1.5yL，反应试剂由>200yL 减为降低至< 20此(通常为5此）。
[0065] 参见图1-图3,为本发明第二方面提供的一种高通量测序的建库仪的结构示意图。 所述高通量测序的建库仪包括机台100以及设置在机台100上的驱动机构1，所述机台100上 还设有控制器(图未示）、恒流栗2、微量加样装置3、纯化板4、试剂区5、反应孔板6;所述试剂 区5包括多个试剂槽51，所述多个试剂槽51用以分别盛放第一油性液体、第二油性液体、水 基基因样品、磁珠纯化液、洗脱液和多种反应试剂;所述反应孔板6包括阵列分布的反应孔 位61，所述反应孔位61提供生化微反应体系的建立及反应场所；
[0066]所述驱动机构11上连接有微量加样装置33和纯化板44,所述控制器控制所述驱动 机构1带动所述纯化板4和所述微量加样装置3在机台100内移动，并控制所述微量加样装置 3吸取、排出试剂；
[0067]所述纯化板4包括纯化板本体41、阵列设置在纯化板本体41上的管道插入孔42和 多个毛细管道43,所述毛细管道43穿过所述管道插入孔42并在所述纯化板本体41的上方和 下方分别具有第一延伸端431和第二延伸端432(图中未示），在靠近所述第一延伸端432处， 所述纯化板本体41上还放置有多个磁体44,形成所述毛细管道43的磁力区，所述第一延伸 端431与所述恒流栗2管道连接;所述第二延伸端432用于在所述驱动机构1的带动下插入试 剂槽51及所述反应孔位61内；
[0068] 所述控制器控制所述恒流栗2从试剂区5依次吸取第一油性液体、第二油性液体 并注入至反应孔板6的反应孔位61，以及控制所述微量加样装置3吸取水基基因样品和反应 试剂并注入至所述反应孔位61，形成生化微反应体系，所述生化微反应体系为水基基因样 品和反应试剂被包埋在所述第一油性液体、第二油性液体之间构成的夹心结构，其中，所述 第一油性液体的密度大于所述第二油性液体，所述水基基因样品和反应试剂与所述第一油 性液体、第二油性液体均不相混溶且不发生反应，所述第一油性液体、第二油性液体不互 溶。
[0069] 进一步地，在所述生化微反应体系进行反应后，在所述控制器的控制下，所述微量 加样装置3吸取所述磁珠纯化液并注入至所述反应孔位61，所述纯化板4在所述驱动机构1 的带动下移动至所述反应孔板6的上方以使所述毛细管道的第二延伸端插入所述反应孔位 61内；在所述控制器的控制下，反应孔位61内的液体被所述恒流栗2吸取至所述磁力区进行 基因样本富集，并在所述富集之后，所述恒流栗2吸入洗脱液至所述磁力区进行洗脱，并排 出纯化后的基因样本。
[0070] 优选地，在吸入洗脱液后，移走所述磁体44使所述磁力区消失，以便于DNA从被吸 附的磁珠上洗脱下来;之后再将恢复所述磁力区进行富集磁珠成分，排出纯化后的基因样 本。
[0071] 其中，所述反应试剂为基因样品的核酸扩增、测序的核酸文库制备中常用的试剂， 所述反应试剂包括生物酶、缓冲溶液、酸、碱和盐溶液中的一种或多种。
[0072] 对于核酸扩增，所述反应为PCR扩增反应，洗脱后的基因样本即为PCR扩增产物。
[0073] 对于核酸文库制备，所述反应依次包括末端修复反应、接头连接反应、加序列标 签、PCR扩增反应，但不限于此。可以根据现有技术中任一可行的文库制备的反应来依次进 行。
[0074] 根据每步所需进行的反应，从试剂区5添加选择相应的反应试剂来制备生化微反 应体系。每进行一步反应，均需要采用纯化板进行一次纯化以收集纯化后的基因样本。前一 步反应纯化后的基因样本，作为下一步反应的生化微反应体系的原料之一。例如，进行末端 修复反应后，经纯化得到末端修复的基因样本;然后将末端修复的基因样本和接头酶、建 库所需标签序列、缓冲液、酸、碱、盐等制备成又一生化微反应体系来进行加接头反应，经纯 化得到带标签序列的基因样本;之后将带标签序列的基因样本进行PCR扩增，经过纯化后的 扩增产物构成所述高通量测序文库。其中，所述标签序列由ATCG四种基本碱基随机组合，且 所述标签序列互不相同，以对不同DNA样本进行区分。
[0075] 优选地，所述控制器为可编程逻辑控制器(PLC)，所述控制器并配备高分辨率触摸 显示屏幕。本发明中，所述控制器与其他部件的"电连接"，是指其他部件通过控制线路与控 制器相连。
[0076] 本发明中，所述恒流栗2不仅用于吸取加入磁珠后的反应孔位61内的液体混合物， 还用于吸取第一油性液体、第二油性液体、洗脱液。同样地，在采用恒流栗2吸取第一油性液 体、第二油性液体、洗脱液等液体时，所述纯化板4需要被所述驱动机构1移动至盛放以上以 上物质的对应试剂槽51位置，使所述毛细管道43的第二延伸端432插入相应试剂槽51中。其 中，多个毛细管道的第一延伸端与所述恒流栗2管道连接，可以是从所述恒流栗2引出一个 总管，总管与各个毛细管道的第一延伸端431通过一带有管道孔的盖体连接，也可以是多个 毛细管道的第一延伸端431直接接到恒流栗2的栗头上。
[0077] 本发明中，所述微量加样装置3吸取水基基因样品和反应试剂、磁珠。每排出一种 物质，均需要对所述微量加样装置3进行清洗，以便进行下一种物质的吸取，避免免交叉污 染。优选地，所述试剂区5还包括废液槽52、清洗液存放槽（图未示)等。图1中53处也可以作 为试剂槽，主要用于临时存放需要加入每个反应孔位的不同基因样品及标签序列。
[0078] 优选地，所述试剂槽51包括常温试剂槽、制冷试剂槽，所述制冷试剂槽的底部设置 有帕尔贴制冷片，以维持生物酶试剂处于活性温度。根据所需生物试剂的存放条件来选择 相应的试剂槽。
[0079] 优选地，所述反应孔板6上还设有温控器，所述温控器用于将反应体系的温度控制 在反应所需的温度。所述温控器包括温度传感器和给所述反应孔板6加热的升温装置和给 所述反应孔板6制冷的降温装置。所述温控器与所述控制器电连接，优选通过串口通信方 式来实现。可以理解的是，所述机台1〇〇上可以包括多个反应孔板，各个反应孔板可以相同， 也可以不同。
[0080] 本发明实施例中，所述反应孔板6为PCR仪中的温控反应腔体。所述反应孔板6包括 96个反应孔位61。
[0081] 优选地，所述洗脱液放置在与所述反应孔板6的反应孔位61相一致的96孔板中，例 如可以放在图1中试剂区5的53处。
[0082] 优选地，在核酸文库制备中，所用的标签序列也放置在与所述反应孔板6的反应孔 位61相一致的另一96孔板中（试剂区5的53)。所述标签序列用于给待测基因样本进行标号 区分。所述洗脱液和所述标签序列的盛放区与所述反应孔板6在所述机台100内间隔设置。 [0083]进一步优选地，所述纯化板本体41被构造成至少两层，以便所述毛细管道43更好 地固定在所述纯化板4中。例如，纯化板本体41被构造成三层，其间隔地平行设置上板、中板 和下板，所述管道插入孔42设置在重叠设置的所述上板、中板和下板上;所述毛细管道43穿 过上板、中板和下板上的管道插入孔42并在所述纯化板本体41的的上板、下板分别具有第 一延伸端431和第二延伸端432,其中，延伸出所述上板的一端为第一延伸端431，延伸出所 述下板的一端为第二延伸端432。在靠近所述第一延伸端431处，所述纯化板本体41的上板 上还放置有多个磁体44,外部放置有磁体的毛细管道部分构成所述毛细管道43的磁力区。 可以理解的是，每层的纯化板本体41上阵列设置有多个管道插入孔42,所述多个磁体44放 置在所述上板上的管道插入孔42的间隔处。所述磁体44优选以竖直方式放置以节省空间。 优选地，所述磁体44的高度为3-6mm。所述磁体44可以为永磁体或电磁铁，只要可以实现提 供磁性作用力的即可。所述磁体44与所述控制器之间连接有控制线路，在吸入洗脱液至所 述磁力区后，所述磁体44的磁力可通过断电控制磁力消失或将永磁性磁体移出毛细管道43 的范围外(例如移出5mm)，以便于对DNA洗脱。
[0084]可以理解的是，每根毛细管道都有相同的磁力作用区。
[0085]优选地，当所述磁体44为永磁体时，可以在磁体44的底部设置弹簧，通过控制器 设置来控制弹簧的伸缩将所述磁体44弹出所述毛细管道43的范围外。
[0086]优选地，当所述磁体44为电磁铁时，可以在所述磁体44与所述控制器之间连接有 控制线路，在吸入洗脱液至所述磁力区后，通过断电控制磁体44的磁力消失（即使毛细管道 的磁力区消失）。
[0087]而在DNA洗脱之后，可以恢复所述磁体44的磁力或将其移回至纯化板上（即恢复所 述磁力区，以免磁珠随基因样品一起排出），便于富集磁珠成分，并排出洗脱后的水性基因 样品。
[0088]优选地，所述磁珠纯化液包括磁珠和体积浓度为70 % -85 %的酒精，所述磁珠和酒 精的体积比优选为1: (0-2)。磁珠纯化液用以对基因样本(如DNA)进行抓捕。此处使用磁珠 为普通磁珠，表面没有链霉素亲和酶，例如所述磁珠可以是来自Beckman公司AMpure磁珠。
[0089] 优选地，所述磁珠的加入体积为待纯化的体系中水相试剂的（1-2)倍。
[0090] 优选地，所述洗脱液包括TE缓冲液或纯水。
[0091] 优选地，在所述恒流栗吸入所述洗脱液之前，采用所述恒流栗吸入体积浓度为 70%_85%的酒精溶液至所述磁力区，用以清洗掉磁珠表面粘附的蛋白质等杂质。优选为体 积浓度为75 %的酒精溶液，酒精的体积为反应微反应体系总体积的3-5倍，优选清洗两次。 最好在磁珠吸附区域静置5分钟。之后再采用所述恒流栗吸入所述洗脱液(TE缓冲液或纯 水)至所述磁力区进行洗脱。
[0092] 进一步地，所述纯化板4还包括包围部45,所述包围部45将纯化板4的侧面包围起 来，以使各个毛细管道43规整排列。所述包围部45设于纯化板4的下半部分的四周，即将所 述纯化板本体41的中板、下板的包围起来。所述包围部45的高度优选为低于纯化板本体41 的高度。通过抓取所述包围部45的一侧面来实现所述纯化板4与所述驱动结构的连接。
[0093] 本发明第二方面提供的建库仪中，在纯化时，将加入磁珠后的"双油包水"生化微 反应体系吸入毛细管道44的磁力区，毛细管道44中的基因样本（如DNA)在经过磁力区时被 磁珠富集，并从油包水结构中释放出来，而被双油包埋的其他成分在毛细管道44中继续向 前流动;之后再吸入洗脱液至磁力区，移去移除磁力区（通过电磁控制磁体的磁力消失或 将永磁性磁体移出管道范围），使含DNA的磁珠成分悬浮于洗脱液中，将富集的DNA洗脱，排 出富集的DNA得到纯化后的基因样本。优选地，在排液体时，先接收洗脱的基因样本至水或 缓冲溶液中，作为后续制备生化微反应体系的原料，而将毛细管道44中剩余的包埋其他成 分的油包水结构直接排到试剂区5的废液槽52中。由于一根毛细管道接触的是用于同一样 本的油水混合物，可以等全部流程结束后再清洗管道。
[0094] 传统的纯化方法将直接将试剂及基因样品放置于96孔板中，然后将96孔板放置于 大块磁铁上，被磁珠抓取的DNA成分会由于磁力作用聚集至96孔板的底部，吸取上清液将孔 板中其他试剂排出之后，得到包含DNA样本的磁珠。
[0095]本发明中，基于油包水的生化微反应体系和与之相适配的纯化板4进行纯化，基因 样品和试剂等被包埋在油中，与所述毛细管道接触的均是油，毛细管道可以重复利用，无需 采用多个96孔PCR板、移液枪头等一次性耗材，也无需在排除上清液后再加入洗脱液等繁琐 操作。
[0096] 进一步地，所述纯化板4上的管道插入孔42(包括孔径和数目）构造为与所述反应 孔板6的反应孔位61相一致。每层纯化板本体41上的管道插入孔与所述反应孔位61的数目、 排布相一致，以便毛细管道43的第二延伸端432插入到加磁珠后的反应孔位61内。所述纯化 板4上毛细管道43的数目根据基因样品的数目来决定。
[0097]优选地，所述毛细管道43的材质为氟化物(例如聚四氟乙烯），不粘附油性物质，保 证不被油包水结构所粘附。
[0098]进一步地，参加图1，所述驱动机构1包括沿第一方向设置的第一工作台10、沿第二 方向设置的第二工作台20、沿第三方向设置的第三工作台30、抓取部件40 (图未示），其中， 所述第一方向为水平方向，所述第二方向垂直于所述第一方向，所述第三方向与所述第一、 第二方向，所述第二工作台20沿第一方向与所述第一工作台10滑动连接，所述第三工作台 30沿第二方向与所述第二工作台20滑动连接，所述抓取部件40沿第三方向与所述第三工作 台30滑动连接，所述抓取部件40上连接有微量加样装置3和纯化板4;
[0099]所述第一工作台10内设有第一伺服电机101，所述第二工作台20内设有第二伺服 电机102,所述第三工作台30内设有第三伺服电机103,所述控制器分别与所述第一伺服电 机101、第二伺服电机102和第三伺服电机103电连接；
[0100] 所述第一伺服电机101通过螺杆带动所述第二工作台20沿第一方向移动，所述第 二伺服电机102通过螺杆带动所述第三工作台30沿第二方向移动，所述第三伺服电机103通 过螺杆带动所述抓取部件40沿第三方向移动。
[0101] 优选地，所述抓取部件40为机械手。
[0102]优选地，所述第二工作台20以悬臂式结构与所述第一工作台10相连接。这样可以 节省机台内的操作空间。
[0103] 本发明中，所述机台100内还设有支柱200,所述支柱200支撑所述驱动机构1。可以 理解的是，所述驱动机构1的位置高于所述恒流栗2、反应孔板6、试剂区5。所述第一工作台 10固定在所述支柱200上。所述支柱通过螺钉固定在机台上，所述第一工作台10也通过螺钉 固定在所述支柱200上。
[0104] 本发明中，所述驱动机构1位于所述恒流栗2、反应孔板6、试剂区5的后方，所述驱 动机构1在所述控制器的作用下带动所述纯化板4和所述微量加样装置3在反应孔板6、试剂 区5的区域内进行移动。所述第一方向为左右运动方向（也可称为X轴方向），所述第二方向 为前后运动方向（也可称为Y轴方向），所述第三方向为上下运动方向（也可称为Z轴方向）。
[0105] 优选地，所述纯化板4和所述微量加样装置3可以同时固定连接，也可以是以可拆 卸的方式安装在所述驱动结构1的抓取部件40上。本实施方式中，纯化板4和微量加样装置3 是同时固定连接在驱动机构1的抓取部件40上，优选两者是以"背靠背"的方式连接在抓取 部件40上。避免一个部件在工作时，另一个部件会阻挡其移动路径。抓取部件40优选抓取所 述纯化板1的侧壁。
[0106] 在本发明的另外一种实施方式中，在所述控制器的作用下，可以在需要使用在需 要使用纯化板4或所述微量加样装置3时，将这2个部件时分别从机台上抓取过来。
[0107] 具体地，所述第一工作台10包括固定在所述第一工作台10上的第一导轨和滑动 连接在所述第一导轨上的第一滑块;所述第二工作台20包括第二导轨和滑动连接在所述第 二导轨上的第二滑块23,所述第二导轨固定在所述第一滑块上;所述第三工作台30包括第 三导轨和滑动连接在所述第三导轨上的第三滑块34,所述第三导轨固定在所述第二滑块23 上，所述抓取部件40固定在所述第三滑块34上。
[0108] 本实施方式中，所述第二工作台20沿所述第一导轨通过所述第一滑块与所述第一 工作台10滑动连接，所述第三工作台30沿所述第二导轨通过所述第二滑块23与所述第二工 作台20滑动连接，所述抓取部件40沿所述第三导轨通过所述第三滑块34与所述第三工作台 30滑动连接。所述第一伺服电机101通过螺杆带动所述第二工作台20沿第一方向做左右运 动，所述第二伺服电机102通过螺杆带动所述第三工作台30沿第二方向做前后运动，所述第 三伺服电机103通过螺杆带动所述抓取部件40沿第三方向做上下运动。
[0109] 本实施方式中，所述第一工作台10内设有第一伺服电机101、第一螺杆，所述第一 伺服电机101和所述第一螺杆之间通过联轴器相连接。同样地，所述第二工作台20内设有第 二伺服电机102、第二螺杆，所述第二伺服电机102和所述第二螺杆之间通过联轴器相连接。 [0110]图3为图1中建库仪的所述微量加样装置3的放大图。在本发明的一实施方式中，参 加图3,所述微量加样装置3包括第一微量注射器30和第四伺服电机104,所述第一微量注射 器30内的活塞螺杆301连接所述第四伺服电机104的输出端，所述第四伺服电机104的输入 端与所述控制器电连接，所述第四伺服电机104在所述控制器的控制下通过活塞螺杆301带 动所述第一微量注射器30吸取、排出试剂。
[0111] 进一步地，如图3所示，所述第一微量注射器30包括活塞螺杆301、注射头302、进样 器活塞303、进样器套筒304和进样器固定螺母305。进样器固定螺母305可固定在所述第四 伺服电机104上。
[0112] 优选地，在所述第一微量注射器排出试剂到反应孔位61时，所述注射器的注射头 302插入所述生化微反应体系的第二油性液体所在位置（即轻油位置），然后再排出试剂。 这样水性液体(包括水基基因样本和反应试剂)会自动包埋在所述第一油性液体、第二油性 液体之间构成夹心结构，所述第一油性液体在下面，所述第二油性液体在上面，两种油性液 体不互混。在所述第一微量注射器排出试剂之后，从所述试剂区5的清洗液存放槽中吸取清 洗液，对所述第一微量注射器进行清洗，以便进行下一种试剂的吸取。所述清洗液存放槽中 的清洗液为酒精或次氯酸钠溶液。
[0113]进一步优选地，所述第一微量注射器30的内表面涂有铁氟龙涂层。可以保证注射 器内无液体残留。
[0114] 所述第四伺服电机104可以精确控制所述第一微量注射器30的运动，运动精度可 达5wii。所述第一微量注射器30的量程可低至2yL。在所述第四伺服电机104的配合下，所述 第一微量注射器30的吸液量可最低0.4yL，吸液的均一度可控制在5 %精度内。
[0115] 进一步优选地，所述第一微量注射器30的数目可以是一个或多个。例如1个、6个、8 个，也可以同时带有1个和多个注射器（图1中即是同时带有1个和8个微量注射器的）。当可 以根据所需要样本的数目来选择，可以一个一个地进样，也可以采用多个注射器一排排地 进样。
[0116] 在本发明的另一种实施方式中，参加图4,所述微量加样装置3为微量液体喷射系 统3B，所述微量液体喷射系统3B包括供气源31、数字调压器32、清洗液贮存瓶33、微电磁阀 34、微喷头35、气压力模块36、冲压管道pl、微喷管道p2、气压输送支管道p3、气压输送主管 道P4、清洗液吸入管道p5,其中，所述气压力模块36包括步进电机、与所述步进电机连接的 丝杆运动单元（图未示)和第二注射器360，所述第二注射器360内的活塞杆连接所述丝杆运 动单元，所述第二注射器360的出口连接有所述气压输送主管道p4。具体地，所述第二注射 器360包括活塞杆361、活塞362,所述步进电机通过丝杆运动单元推动活塞杆361而带动所 述第二注射器的活塞362。
[0117] 优选地，所述微电磁阀34的电信号通过接口板与所述控制器相连，以对喷样量进 行控制。
[0118] 优选地，所述供气源31包括但并不限于氦气、氮气。优选为装有氦气的氦气瓶。
[0119] 所述数字调压器32管道连接于所述清洗液贮存瓶33与所述供气源31之间。具体 地，所述清洗液贮存瓶33包括进气接口 11、第一接口 01和第二接口 01，所述进气接口 11与所 述数字调压器32的输出端连接，所述第一接口 01连通于所述冲压管道pi上的微电磁阀34， 所述第二接口 01连接于所述清洗液吸入管路的吸入端。所述数字调压器32的输入端与所述 供气源31通过一气路管道连接，所述数字调压器32的输出端与所述清洗液贮存瓶33的进气 接口 II连接。
[0120] 所述数字调压器32用于调节所述供气源31以恒定的压力供给所述冲压管道pi;所 述控制器通过控制线路分别连接至所述步进电机和微电磁阀34。
[0121] 所述微喷头35与所述气压力模块之间连接有微喷管道p2、气压输送支管道p3和气 压输送主管道P4;所述微喷头35与所述冲洗瓶之间连接有微喷管道p2和冲压管道pi，所述 微电磁阀34设置在所述冲压管道pi上用于控制所述微喷头35的喷样量，所述微喷管道p2的 一端连接所述微喷头35;所述气压力模块与所述冲洗瓶之间连接有气压输送主管道p4、清 洗液吸入管道P5;其中，所述微喷管道p2、冲压管道pl、所述气压输送支管道p3相临近的端 口之间设有第一三通阀V，所述微喷管道p2、气压输送支管道p3和气压输送主管道p4相临近 的端口之间设有第二三通阀U。
[0122] 具体地，所述第一三通阀V包括第一阀口 VI、第二阀口 V2、第三阀口 V3，所述第一阀 口 VI接通于所述清洗瓶的第一接口 01(所述第一阀口 VI与所述清洗瓶之间的连接管道构成 所述冲压管道pi)，所述第二阀口V2接通于所述微喷头35(所述第二阀口V2与所述微喷头35 的连接管道构成所述微喷管道P2)，所述第三阀口 V3接通于所述气压输送支管道p3的第一 端。所述第二三通阀U包括第一端口 U1、第二端口 U2、第三端口 U3，所述第一端口 U1接通于所 述气压输送支管道P3的第二端(所述第二三通阀U的第一端口 U1与所述第一三通阀V的第三 阀口 V3之间的连接管道构成所述气压输送支管道p3)，所述第二端口 U2接通于所述气压力 模块的第二注射器的出口（所述第二端口U2与所述气压力模块之间的连接管道构成所述 气压输送主管道P4 )，所述第三端口 U3接通于所述清洗液贮存瓶33的第二接口 01 (所述第三 端口 U3与所述第二接口 01之间的连接管道构成所述清洗液吸入管道p5)。
[0123] 当需要从试剂槽51吸入试剂时（见图4中A)，调节所述第一三通阀V、第二三通阀U 使所述微喷管道P2、气压输送支管道p3和气压输送主管道p4连通（即，使第一端口 U1、第二 端口 U2相连通，第二阀口 V2、第三阀口 V3相连通），所述步进电机下拉所述活塞杆361吸入试 剂至所述微喷管道P2。
[0124] 当喷出吸入的试剂时(见图4中B)，调节所述第一三通阀V使所述微喷管道p2和所 述冲压管道pl连通(即，使第一阀口 VI、第二阀口 V2相连通），所述数字调压器32供给所述冲 压管道pl压力，所述微电磁阀34接通，并控制所述微喷头35喷样。
[0125] 当清洗管路时，首先需要吸取清洗液(见图4中C)，调节所述第二三通阀U使所述清 洗液吸入管道P5与所述气压输送主管道p4连通（即，使），所述步进电机下拉所述活塞杆361 使清洗液注满所述气压输送主管道P4;然后调节所述第一三通阀V、第二三通阀U使所述微 喷管道P2、气压输送支管道p3和气压输送主管道p4再次连通(示意图同图4中A)，上推所述 活塞杆361使清洗后的废液经所述微喷头35排出。
[0126] 进一步地，在吸入试剂时，所述微喷管道P2、气压输送支管道p3和气压输送主管道 P4连通后，采用步进电机下拉所述活塞杆361先吸入部分空气至所述微喷管道p2。避免在排 出试剂时，所述微电磁阀34的开度较大时，清洗液被强力加压进所述微喷管道p2和待排出 试剂混合在一起。先吸入部分空气，可以在排出试剂后，再将空气排出，然后将带入的微量 清洗液排出至废液槽。
[0127] 本发明中，在所述微电磁阀34接通时，所述微量液体喷射系统3B可以实现悬空喷 出微量的试剂至所述反应孔位61内，且由于喷样压力较大，可以将吸取的试剂压入第一油 性液体和第二油性液体之间，而不需要将微喷头35插入反应孔位61内的轻油位置，可以避 免微喷头35插入所述反应孔位61内接触油滴，防止交叉污染，清洗简单。此外，所述微量液 体喷射系统3B还可对所有接触试剂的管路进行自动清洗。所述微喷头的喷射试剂的速度 可达到每秒10个以上，喷射的试剂的体积可低于O.lyL，可以实现快速、高通量制样。
[0128] 本实施方式中，当吸入试剂或当清洗管路吸入清洗液时，下拉活塞362,使所述气 压输送主管道P4的管路体积变小，产生负压，吸入试剂；当清洗管路排出清洗液时，上推活 塞362,使所述气压输送主管道p4的管路体积变大，产生正压，排出清洗液。
[0129] 优选地，所述微喷头35和通过管路连接的微电磁阀34(包括微喷管道p2、部分冲压 管道P1)固定连接在所述驱动机构1的抓取部件40上。
[0130] 为节省空间，其余部件(例如将清洗液贮存瓶33和供气源31)可放置在所述高通量 测序的建库仪的机舱外面。可以在所述机舱的侧壁设置小孔，将管路通过小孔穿出机舱。其 中，机舱将所述建库仪的机台100整体包围起来，形成一腔室。
[0131]所述微量液体喷射系统3B可和驱动机构1相互配合，在所述控制器的控制下由所 述驱动机构1带动所述微喷头35按照预设程序移动位置，制备出设定的样品阵列。
[0132] 本发明中，设置了微量试剂的两种加样方式，一种是第一微量注射器和第四伺服 电机相配合的低通量加样，第二种是高通量加样的微量液体喷射系统3B。第一种方式适合 于待处理的基因样本数量较少的情况，微量液体喷射系统3B适用于样本量较多的情况。适 用于单次运行最大样本通量为96份。第一微量注射器和第四伺服电机以可拆卸的方式连接 在所述驱动结构的抓取部件40上。所述微量液体喷射系统3B也以可拆卸的方式连接在所述 驱动结构的抓取部件40上。可以根据实验的需要，切换所需要的微量加样方式。
[0133] 本发明第二方面提供的所述建库仪，基于微量加样装置、恒流栗以及可在XYZ轴运 动的驱动机构而高精度地制备双油包水的生化微反应体系，并通过与所述生化微反应体系 相适配的纯化板对反应后的体系进行纯化，提纯得到处理后的基因样品。可以通过所述建 库仪完成简单的核酸扩增以及负责的核酸文库制备，节省一次性耗材、操作简单。
[0134] 第三方面，本发明提供了如本发明第一方面所述的生化微反应体系或如本发明第 二方面所述的高通量测序的建库仪在制备测序的核酸文库和核酸扩增中的应用。
[0135] 应用案例1:普通DNA样品的高通量文库制备
[0136] 采用图1所示的建库仪，以12周孕妇血浆cfDNA样本作为基因样品，使用Life公司 Ion Plus Fragment Library Kit试剂盒制备高通量测序文库，具体操作流程如下：
[0137] (1)末端修复，建立生化微反应体系1:
[0138] 采用恒流栗5依次吸取第一油性液体、第二油性液体至反应孔板6的反应孔位61 内，所述反应孔板6为PCR仪的温控腔体，其中，第一油性液体(重油)具体为氟代烃油FC-40， 取15此，第二油性液体(轻油）为苯甲基聚硅氧烷PD5和聚山梨酯添加剂（司盘80)的混合溶 液，其中，司盘80的体积为PD5体积的5%，第二油性液体的总体积为40yL，油性液体加入时 沿管壁轻柔加入，避免产生气泡；
[0139] 使用微量加样装置依次将如下试剂注入反应孔板6中，形成双油包水的生化微反 应体系1:
[0141] ^通过控制器来设置温度使上述生化微反应体系1在20°C下反应30min，其中，可先 将DNA注入两种油性液体中，可把其他试剂先混合后再注入反应孔板中。
[0142] (2)末端修复后纯化：
[0143] 向反应孔位内注入Beckman公司AMpure XP磁珠2.7此(水系体积的1.8倍），静置 lOmin，然后采用恒流栗将反应孔位内的液体吸入纯化板中毛细管道的磁力区进行富集，富 集5min之后，然后采用恒流栗吸入磁珠清洗液(75 %酒精)20yL，静置lmin，重复1次，以清洗 掉磁珠表面粘附的蛋白质等杂质，再继续采用恒流栗吸入洗脱液(具体为3yL的TE缓冲液） 至每个毛细管道的磁力区，移除磁铁使DNA充分溶解到洗脱液中，静置5min后，再使用磁铁 放置回毛细管道构成磁力区以富集磁珠成分，采用恒流栗排出洗脱后的液体，得到3yL末端 修复的DNA样品的TE溶液。
[0144] (3)Adapter连接(接头连接），建立生化微反应体系2:
[0145] 采用恒流栗依次吸取15yL的上述第一油性液体、40yL的第二油性液体至反应孔板 6的反应孔位61内；使用微量加样装置将上述3yL的末端修复的DNA样品注入注入反应孔板6 内，然后再将如下试剂（同时含有了加标签序列)也注入反应孔板6内，建立生化微反应体系 2：
[0147] 通过控制器来设置温度使上述生化微反应体系2在20°C下反应30min，
[0148] (4)接头连接后纯化：
[0149] 纯化操作同上述步骤(2)，不同之处在于加入的AMpure XP磁珠体积为上述生化微 反应体系2中水系试剂（1.7+3)的1.5倍，即7yL，用3yL的TE缓冲液来洗脱，纯化后得到3yL接 头连接的DNA样品的TE溶液。
[0150] (5)PCR反应，建立生化微反应体系3:
[0151] 采用恒流栗依次吸取15yL的上述第一油性液体、40yL的第二油性液体至反应孔板 6的反应孔位61内；使用微量加样装置将上述3yL的接头连接的DNA样品注入注入反应孔板6 内，然后再将如下试剂也注入反应孔板6内，建立生化微反应体系3:
[0153] 随后将上述体系3按以下程序进行PCR反应： 72 °C 20 min .95 °C 5 min
97 C 15 sec
[0154] 60 °C 15sec 70 V ! min 72： C 5mm 15 C hold
[0155] (6)PCR 后纯化：
[0156] 纯化操作同上述步骤(2)，不同之处在于加入的AMpure XP磁珠体积为上述生化微 反应体系3中水系试剂（1.9+3)的1倍，即5此。用3此的TE缓冲液来洗脱，收集洗脱后的基因 样本，完成得到孕妇血浆cfDNA样本的测序建库。
[0157] 应用实施例2:(适用于快速DNA样品高通量文库制备）
[0158] 采用图1所示的建库仪，以新生儿单基因病DNA样本作为基因样品，采用酶切打断 方法制备高通量测序文库，具体操作流程如下：
[0159] (1)建立生化微反应体系1:
[0160] 采用恒流栗5依次吸取第一油性液体、所述第二油性液体至反应孔板6的反应孔位 61内，所述反应孔板6为PCR仪的温控腔体，其中，第一油性液体(重油)具体为氟代烃油FC-40,取15此，第二油性液体(轻油）为苯甲基聚硅氧烷TO5和聚山梨酯添加剂（司盘80)的混合 溶液，其中，司盘80的体积为TO5体积的5%，第二油性液体的总体积为40此，油性液体加入 时沿管壁轻柔加入，避免产生气泡；
[0161] 打断反应:采用图3中的微量加样装置3先将1.4yL的DNA样品（浓度为3.6ng/yL，实 验中DNA样品浓度是采用Qubit BR试剂盒来测定)注入反应孔位61内的轻油位置，轻油会自 动包埋水基DNA样本，然后基于转座酶DNA文库试剂盒TruePr^? DNA Library Prep Kit配 制DNA打断的水系试剂，在反应孔位61的轻油层中依次加入tagmentation buffer 0.4ul， tagmentation enzyme 0.2ul并保证其形成双油包水的生化微反应体系1(水相共1.4+0.6 = 2yL)。在55°C下孵育lOmin。其中，打断酶与缓冲液(均放置于制冷试剂槽中）单独分批加 入反应孔位内，体积总和为〇.6yL;
[0162] (2)打断后纯化：
[0163] 打断后，向反应孔位内注入Beckman公司AMpure XP磁珠0.9yL，静置lOmin，然后采 用恒流栗将反应孔位内的液体吸入纯化板中毛细管道的磁力区进行富集，富集5min之后， 然后采用恒流栗吸入磁珠清洗液(75%酒精)20iiL，静置lmin，重复1次，以清洗掉磁珠表面 粘附的蛋白质等杂质，再继续采用恒流栗吸入洗脱液(具体为纯水5yL)至每个毛细管道的 磁力区，移除磁铁使DNA充分溶解到洗脱液中，静置5min后，再使用磁铁富集磁珠成分，采用 恒流栗排出洗脱后的液体，得到包含DNA成分的回收溶液。
[0164] (3)建立生化微反应体系2:
[0165] 将上述5yL包含DNA成分的回收溶液同上述18yL的第一油性液体、45yL的第二油性 液体再次构建微反应体系，然后再依次注入PCR反应体系的反应试剂(PCR生物酶、缓冲液、 酸、碱、盐溶液等)至反应孔位61的轻油位置，轻油会自动将DNA样本与后加入的液体融合， 形成双油包水的生化微反应体系2,其中，PCR反应试剂为预先混匀好，再一起加入反应孔位 内，PCR反应试剂的总体积为16yL，PCR反应体系的试剂盒是TruePrep? DNA Library Prep Kit(Vazyme#TD501-TD503)，具体由以下试剂组成：

[0168] (4)对上述生化微反应体系2设定循环温度完成PCR扩增，得到PCR产物，其中，具体 条件如下： 12 t： 3 mm 98 °e 30s
98 C： 10 sec
[0169] 60 °C 30sec 72 t 3 mm 72 C 3mm 15°C hold
[0170] (4)PCR 后纯化：
[0171] PCR结束后的纯化同上述步骤(2)，只是磁珠的加入体积为6此。收集洗脱后的基因 样本，即得到新生儿单基因病DNA的测序文库。
[0172] 应用实施例3
[0173] 以来自耳聋患者样本的DNA作为基因样品，基于Agenal公司Complete iPLEX? Pro Reagent Set试剂盒来进行种高通量多重PCR质谱分析，包括以下步骤：
[0174] 1、采用恒流栗5依次吸取第一油性液体、所述第二油性液体至反应孔板6的反应孔 位61内，所述反应孔板6为PCR仪的温控腔体，其中，第一油性液体(重油）具体为氟代烃油 FC-40,取15此，第二油性液体（轻油）具体为苯甲基聚硅氧烷PD5和聚山梨酯添加剂（司盘 80)的混合溶液，其中，司盘80的体积为TO5体积的5%，第二油性液体的总体积为40yL;
[0175] 采用图3中的微量加样装置3B先将1此的DNA样品注入反应孔位61内的轻油位置， 轻油会自动包埋水基DNA样本;然后再依次注入Pre-PCR反应试剂至所述反应孔位61的轻 油位置，轻油会自动将DNA样本与后加入的液体融合，形成双油包水的生化微反应体系，其 中，被包埋的水性体系包括以下体积的各种物质：

[0177] 2、随后将上述体系按以下程序进行Pre-PCR反应：
[0178] Pre-PCR 反应程序： 94 "C for2mins
94 °C for 20s 56〇C for 30s
[0179] 72 °C for 1 min 72 'C for 5mins 12 V forever
[0180] 3、往上述Pre-PCR反应的微体系中加入SAP消化用试剂，SAP消化用试剂具体包括 以下：
[0182] 每个孔位中所需的SAP消化用试剂，可以是将多份所需的SAP消化用试剂先混合在 一起再采用微量加样装置吸取一个孔位所需量并注入反应孔板内（下同），然后按照以下 SAP反应程序进行反应：
[0183] 37°C for 40mins
[0184] 85〇C for 5mins
[0185] 12°C forever
[0186] 4、向上述SAP反应后的微体系中加入延伸反应用试剂，具体包括以下：
[0188] 5、对上述延伸反应后的反应体系进行磁珠纯化：
[0189] 向反应孔位内注入同时注入Beckman公司AMpure XP磁珠9yL和18yL的75 %酒精作 为磁珠纯化液，静置l〇min，然后采用恒流栗将反应孔位内的液体吸入纯化板中毛细管道的 磁力区进行富集，富集5min之后，然后采用恒流栗吸入洗脱液(具体为纯水20此的水或TE缓 冲液)至每个毛细管道的磁力区，移除磁铁使DNA充分溶解到洗脱液中，静置5min后，再使用 磁铁富集磁珠成分，采用恒流栗排出洗脱后的液体，得到包含DNA成分的回收溶液，即多重 PCR扩增产物，随后可进行质谱上样分析。
[0190]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种生化微反应体系，用于制备测序的核酸文库和核酸扩增，其特征在于，所述生化 微反应体系包括第一油性液体、第二油性液体、水基基因样品和反应试剂，其中，所述第一 油性液体的密度大于所述第二油性液体，所述水基基因样品和反应试剂被包埋在所述第一 油性液体、第二油性液体之间构成夹心结构，所述水基基因样品和反应试剂与所述第一油 性液体、第二油性液体均不相混溶且不发生反应，所述第一油性液体、第二油性液体不互 溶。2. 如权利要求1所述的生化微反应体系，其特征在于，所述第一油性液体的密度大于纯 水密度，其密度为1.01-2. Og/cm3;所述第二油性液体的密度小于纯水密度，其密度为0.09-0·99g/cm3。3. 如权利要求1所述的生化微反应体系，其特征在于，所述基因样品为片段化的DNA或 RNA样品的水性溶液;所述反应试剂包括生物酶、缓冲溶液、酸、碱和盐溶液中的一种或多 种。4. 一种高通量测序的建库仪，其特征在于，包括机台以及设置在机台上的驱动机构，所 述机台上还设有控制器、恒流栗、纯化板、试剂区和反应孔板;所述试剂区包括多个试剂槽， 所述多个试剂槽用以盛放第一油性液体、第二油性液体、水基基因样品、磁珠纯化液、洗脱 液和多种反应试剂;所述反应孔板包括阵列分布的反应孔位;所述驱动机构上连接有微量 加样装置和纯化板，所述控制器控制所述驱动机构带动所述纯化板和所述微量加样装置在 机台内移动，并控制所述微量加样装置吸取、排出试剂;所述纯化板包括纯化板本体、阵列 设置在纯化板本体上的管道插入孔和多个毛细管道，所述毛细管道穿过所述管道插入孔并 在所述纯化板本体的上方和下方分别具有第一延伸端和第二延伸端，在靠近所述第一延伸 端处，所述纯化板本体上还放置有多个磁体，形成所述毛细管道的磁力区，所述第一延伸端 与所述恒流栗管道连接;所述第二延伸端用于在所述驱动机构的带动下插入试剂槽及所述 反应孔位内； 所述控制器控制所述恒流栗依次吸取第一油性液体、第二油性液体并注入至所述反应 孔位，以及控制所述微量加样装置吸取水基基因样品和反应试剂并注入至所述反应孔位， 形成生化微反应体系，所述生化微反应体系为水基基因样品和反应试剂被包埋在所述第一 油性液体、第二油性液体之间构成的夹心结构，其中，所述第一油性液体的密度大于所述第 二油性液体，所述水基基因样品和反应试剂与所述第一油性液体、第二油性液体均不相混 溶且不发生反应，所述第一油性液体、第二油性液体不互溶。5. 如权利要求4所述的建库仪，其特征在于，在所述生化微反应体系进行反应后，在所 述控制器的控制下，所述微量加样装置吸取所述磁珠纯化液并注入至所述反应孔位，所述 纯化板在所述驱动机构的带动下移动至所述反应孔板的上方以使所述毛细管道的第二延 伸端插入所述反应孔位内；在所述控制器的控制下，反应孔位内的液体被所述恒流栗吸取 至所述磁力区进行基因样本富集，并在所述富集之后，所述恒流栗吸入洗脱液至所述磁力 区进行洗脱，并排出纯化后的基因样本。6. 如权利要求4所述的建库仪，其特征在于，所述微量加样装置为微量液体喷射系统， 所述微量液体喷射系统包括供气源、数字调压器、清洗液贮存瓶、微电磁阀、微喷头、气压力 模块、冲压管道、微喷管道、气压输送支管道、气压输送主管道、清洗液吸入管道，其中，所述 气压力模块包括步进电机、第二注射器、与所述步进电机连接的丝杆运动单元，所述第二注 射器内的活塞杆连接所述丝杆运动单元，所述第二注射器的出口连接有所述气压输送主管 道;所述数字调压器管道连接于所述清洗液贮存瓶与所述供气源之间，所述数字调压器用 于调节所述供气源以恒定的压力供给所述冲压管道;所述控制器通过控制线路分别连接至 所述步进电机和微电磁阀； 所述微喷头与所述气压力模块之间连接有微喷管道、气压输送支管道和气压输送主管 道;所述微喷头与所述冲洗瓶之间连接有微喷管道和冲压管道，所述微电磁阀设置在所述 冲压管道上用于控制所述微喷头的喷样量，所述微喷管道的一端连接所述微喷头;所述气 压力模块与所述冲洗瓶之间连接有气压输送主管道、清洗液吸入管道;其中，所述微喷管 道、冲压管道、所述气压输送支管道相临近的端口之间设有第一三通阀，所述微喷管道、气 压输送支管道和气压输送主管道相临近的端口之间设有第二三通阀； 当吸入试剂时，调节所述第一三通阀、第二三通阀使所述微喷管道、气压输送支管道和 气压输送主管道连通，所述步进电机下拉所述活塞杆吸入试剂至所述微喷管道；当喷出吸 入的试剂时，调节所述第一三通阀使所述微喷管道和所述冲压管道连通，所述数字调压器 供给所述冲压管道压力，所述微电磁阀接通，并控制所述微喷头喷样；当清洗管路时，调节 所述第二三通阀使所述清洗液吸入管道与所述气压输送主管道连通，所述步进电机下拉所 述活塞杆使清洗液注满所述气压输送主管道;然后调节所述第一三通阀、第二三通阀使所 述微喷管道、气压输送支管道和气压输送主管道再次连通，上推所述活塞杆使清洗后的废 液经所述微喷头排出。7. 如权利要求4所述的建库仪，其特征在于，所述微量加样装置包括第一微量注射器和 第四伺服电机，所述第一微量注射器内的活塞螺杆连接所述第四伺服电机的输出端，所述 第四伺服电机的输入端与所述控制器电连接，所述第四伺服电机在所述控制器的控制下通 过活塞螺杆带动所述第一微量注射器吸取、排出试剂。8. 如权利要求4所述的建库仪，其特征在于，所述磁体为永磁体或电磁铁，所述磁体与 所述控制器之间连接有控制线路，在吸入洗脱液至所述磁力区后，所述磁体的磁力可通过 断电控制磁力消失或将永磁性磁体移出毛细管道的范围外，以进行洗脱基因样本。9. 如权利要求4所述的建库仪，其特征在于，所述控制器为可编程逻辑控制器，所述控 制器还配备高分辨率触摸显示屏幕。10. 如权利要求1所述的生化微反应体系或如权利要求4所述的建库仪在制备测序的核 酸文库和核酸扩增中的应用。
【文档编号】C12M1/38GK105821482SQ201610278466
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】李星军
【申请人】李星军