ii)核酸样品， (iii)用于测序反应的多个试剂，以及（iv)用于将试剂输送到流动池的流体系统；(b)提 供检测设备，该检测设备具有（i)多个显微荧光计，其中所述显微荧光计中的每一个包括 被配置用于在影像平面中在X和y维度上的宽视场影像检测的物镜，以及（ii)样品平台； (c)将流体卡盘输送到样品平台，其中光学透明表面被置于影像平面中；以及（d)在流体卡 盘中进行核酸测序过程的流体操作以及在检测设备中进行核酸测序过程的检测操作，其中 (i)试剂被流体系统输送到流动池，以及（ii)通过多个显微荧光计检测核酸特征。
[0170] 本文所描述的多种检测设备和/或流体卡盘中的任一种可用于上述方法中。本文 所述的设备的一个特别优点在于模块化，其允许使用单个检测设备对不同的样品进行便捷 测序。如本文前面所述，用于整个测序过程的样品、试剂和流体器件可以自包含在流体卡盘 中，该流体卡盘可以被输送到检测设备，用于测序过程。一旦完成测序过程，流体卡盘可以 被移除，使得检测设备为另一个测序运行做好准备。通过将检测设备和流体系统分离成独 立的模块，本系统允许对多个不同的样品进行测序，同时避免检测设备和流体系统永久集 成的现有系统中出现的样品之间的交叉污染的危险。此外，对于其中检测部件相对昂贵并 且技术上很难组装的实施例，本文所述的模块化通过允许维持检测设备的重复使用提供了 成本节约，而通过可能如按压弹出按钮一样简单的动作替换或丢弃通常较低价格和更容易 组装的流体部件。
[0171] 因此，测序方法可以包括以下步骤：（a)提供流体卡盘，该流体卡盘具有（i)具有 光学透明表面的流动池，（ii)核酸样品，（iii)用于测序反应的多个试剂，以及（iv)用于将 试剂输送到流动池的流体系统；(b)提供检测设备，该检测设备具有（i)多个显微荧光计， 其中所述显微荧光计中的每一个包括被配置用于在影像平面中在X和y维度上的宽视场影 像检测的物镜，以及（ii)样品平台；（c)将流体卡盘输送到样品平台，其中光学透明表面 被置于影像平面中；（d)在流体卡盘中进行核酸测序过程的流体操作以及在检测设备中进 行核酸测序过程的检测操作，其中（i)试剂被流体系统输送到流动池，以及（ii)通过所述 多个显微荧光计检测核酸特征；（e)将流体卡盘从样品平台移除；(f)将第二个流体卡盘输 送到样品平台；以及（g)在第二个流体卡盘中进行核酸测序过程的流体操作以及在检测设 备中进行核酸测序过程的检测操作。
[0172] 第二个流体卡盘一般将包括与第一个流体卡盘中的核酸样品不同的第二个核酸 样品。然而，如果需要，两个流体卡盘可以包括双份样品，例如，用以提供统计分析或其他技 术比较。本申请的测序系统或方法可被重复地用于多个流体卡盘。例如，可以设想，可以使 用至少2、5、10、50、100或1000或更多个流体卡盘。
[0173] 在特定的实施例中，可以以交错的方式对包含多个通道的流动池进行流体操作和 光学检测。更具体地，可以在流动池中的第一子组通道上进行流体操作同时在第二子组通 道进行光学检测。例如，在一种配置中，至少四个线性通道可以被设置成在流动池中彼此平 行（例如，通道1至4可以以连续列进行排序）。可以在每隔一个的通道（例如，通道1和 3)上进行流体操作同时在其他通道（例如，通道2和4)上进行检测。通过使用将几个显微 荧光计固定到距离间隔配置中的读取头可以适应这种特定的配置，使得物镜被引导至流动 池的每隔一个的通道。在这种情况下，读取头可以具有数量为流动池中的通道的数量的一 半的多个显微荧光计。此外，可以对阀进行驱动，以将用于测序循环的试剂的流动引导至交 替的通道，而正在被检测的通道维持在检测状态。在该实例中，第一组交替的通道可以进行 第一测序循环的流体步骤以及第二组交替的通道进行第二测序循环的检测步骤。一旦完成 第一循环的流体步骤以及完成第二循环的检测步骤，可以（例如，沿X维度）跨过读取头到 第一组交替的通道，并且可以对阀进行驱动以将测序试剂输送到第二组通道。然后，（在第 一组通道中）可以完成第一循环的检测步骤以及（在第二组通道中）可以进行第三循环的 流体步骤。这些步骤可以以这种方式重复几次，直到执行完所需数量的循环或者直到测序 过程完成。
[0174] 以上所述的交错的流体步骤和检测步骤的优点在于提供一种更快速的整体测序 运行。在上面的实例中，如果流体操作所需的时间与检测所需的时间大致相同，那么更快速 的测序运行将由交错的配置引起（与在所有平行通道的检测之后进行流体地操作所有平 行通道相比）。当然，在检测步骤的用时不同于流体步骤的用时的实施例中，交错配置可以 从每个其他通道改变到更适当的模式以适应子组通道的平行扫描，同时另一子组通道经历 流体步骤。
[0175] 根据上述几个实施例，提供一种具有相对紧凑的形状因素的检测设备。在一些实 施例中，检测设备可以具有大约1平方英尺的占地面积并且可以占据大约1立方英尺的体 积。更小的面积和/或体积是可能的。略微更大的占地面积和/或体积也是有用的。如本 文所示例的，当设备处于全功能状态时，例如，在内部安装了流体卡盘之后，该设备可以具 有相对小的占地面积并且占据相对小的空间体积。在几个设备用作能够执行多个期望过程 中的任一个的独立单元的背景下，本文对其作了示例。然而，这些实例并非意在限定，并且 事实上以上所述的实施例的紧凑的形状因素允许几个设备被设置在小的空间中。例如，几 个设备可以被堆叠和/或放置在机柜或机架上以便于方便放置。机柜或机架可以包括一个 或多个搁板，每个搁板限定一个或多个容放空间，并且每个容放空间可被配置成容纳一个 或多个检测设备。
[0176] 因此，本申请的几个检测设备可一起用于较大的系统中，其中每个检测设备有效 地用于系统的模块或节点。例如，几个检测设备可被物理地共同安置在机架上并且可被电 子地联网。无论对于共同安置的设备还是对于安置在分散位置的设备，电子联网都可以允 许仪器功能的全局数据分析和/或全局控制。对于核酸测序实施例，几个不同的检测设备 可以用作测序系统，例如，以对相同样品（或相同样品的子部分）并行进行测序。核酸测序 系统可包括控制计算机，该控制计算机为每个单独的检测设备提供指令。同样地，核酸测序 系统中的检测设备的任何一个可采用来自物理上在那个检测设备的外部的控制计算机的 指令。可以在控制计算机上和/或在单独的分析计算机上分析来自几个检测设备的核酸 序列数据。因此，中央计算机可用于来自联网系统中的几个不同的检测设备的核酸序列数 据的全局分析。
[0177] 在形成较大系统中的模块的几个检测设备的控制中可以利用反馈机制。例如，可 以使用质量控制反馈环路来观察确定或诊断核酸序列数据质量的参数，并且可以采取适当 的响应行为。例如在US 7,835,871中描述了可以容易地适用于本申请的模块化测序系统 中的示例性的反馈环路，所述文献在此引入作为参考。控制计算机可以被编程以包括基于 这些参数和响应的反馈环路以控制检测设备的网络的输出质量（例如，序列数据的质量）。
[0178] 可以实时地分析从用作系统中的模块或节点的一个或多个检测设备获得的核酸 序列数据。例如通过比较实时获取的核酸序列与标准序列，可以针对参数对该序列数据进 行评估。基于比较的结果，可以做出是否在一个或多个检测设备处进行测序过程的决策。 例如，可以使用测序系统中的几个模块对环境样品或病理样品进行测序，并且可以将来自 模块的数据输出与可疑污染物或病原体的已知序列进行比较。一旦收集到足够的数据来 确定特定污染物或病原体的存在或不存在，那么可以在一个或多个模块处停止测序。在US 2011/0246084 Al中描述了可适合于本申请的联网系统的用于实时分析的示例性协议，所 述文献在此引入作为参考。可以以完全自动的方式而无需人工干预进行上面所示例的数据 分析和决策过程。例如，可以在为本文所述的联网系统的一部分的控制计算机或其他计算 机上进行所述过程。
[0179] 对于电子联网，可选地或另外地，物理上共同位于机架上的几个检测设备可以关 于样品和/或试剂的输送进行联网。例如，可以使用自动装载机或机器人装置将卡盘输送 到适当的检测设备。具体地，可以将流体卡盘从储存位置自动移动到适当的检测装置。可 以在被联网到测序系统的控制计算机或其他计算机的指令下进行自动输送。此外，在一些 实施例中，并非用于核酸测序过程的所有试剂都需要被包含于测序系统中使用的流体卡盘 中。相反，几个检测设备可与一个或多个包含大量试剂的贮存器流体连通。在这种情况下， 例如使用中央流体输送系统，试剂从中央流体储存位置被输送到几个检测设备中。可以在 被联网到中央流体输送系统或被联网到测序系统中的单个检测设备的控制计算机或其他 计算机的指令下进行试剂的输送。
[0180] 在核酸测序或使用核酸测序应用为例的背景下，本文阐述了本申请的几个实施 例。然而，本文所述的设备和方法不限于核酸测序应用。其他应用也是有用的，包括但不限 于其他类型的核酸分析，如利用光学检测的标记的那些。两个实例是在核酸阵列上进行的 表达分析和在核酸阵列上进行的基因分型分析。在任一情况下，本文所述的显微荧光计、读 取头或检测设备可以用于阵列的检测。此外，阵列可包括在流体卡盘中并通过本文所述的 流体卡盘和方法的适当修改进行流体地操纵。能够利用本申请的设备和方法进行修改以 供使用的示例性的基于阵列的方法包括例如在US 2003/0108900、US 2003/0215821或US 2005/0181394中描述的那些，每一篇文献在此引入作为参考。
[0181] 在阵列上或在多孔基板上进行的其他固相试验，如酶联免疫吸附试验（ELISA)，也 可用于本文所述的方法和设备中。使用荧光标记的格式是特别有用的，因为可以使用上文 所述的显微荧光计、读取头或检测设备检测这些标记。此外，可以在与本文所述的那些类似 的流体卡盘中处理用于ELISA或其他固相试验的试剂。
[0182] 本文所述的方法和设备还可以用于监测光学可检测的分子或使用光学可检测的 试剂、中间体或副产物制备的分子的合成。经历循环反应的聚合物分子尤其适用。例如，核 酸或多肽的合成都利用了光学可检测的保护基团或使用本文所述的显微荧光计、读取头或 检测设备可检测到的中间体。合成协议中涉及的流体步骤可以在与本文所述的那些类似的 流体卡盘中进行。
[0183] 本文所述的方法和设备的另一种有用的应用是对象（如生物样品）的显微成像。 尤其适合的样品是组织或细胞。样品可存在于基板上并且如同针对本文示例的核酸阵列一 样进行检测。对象（如生物样品）的荧光特性的成像，尤其可应用于本文所述的方法和设 备。显微荧光计可以用于这样的应用并且可以执行任选地流体操作，例如用以引入荧光标 记的试剂（如目标分子的焚光标签）。
[0184] 在整个本申请中，参考了各种出版物、专利和专利申请。这些出版物的公开内容全 部引入本申请作为参考，以更完整地描述本申请所属领域的状态。
[0185] 术语"包括"在本文意在是开放式的，不仅包括所列举的元素，而且还包含任意附 加元素。
[0186] 如本文所用，术语"每一个"，在用于指项目的集合时，意在识别集合中的个别项 目，但不一定是指集合中的每个项目，除非上下文另有明确说明。
[0187] 尽管参照以上提供的实例描述了本申请，但是应当理解，可以进行各种修改而不 偏离本申请。因此，本申请仅由权利要求限定。
【主权项】
1. 一种检测设备，包括： (a) 支架，其包括多个显微荧光计， 其中所述显微荧光计中的每一个包括被配置用于宽视场影像检测的物镜， 其中所述多个显微荧光计被定位成同时获取在公共平面内的多个宽视场影像，并且 其中所述宽视场影像中的每一个来自所述公共平面的不同区域； (b) 平移平台，其被配置成在平行于所述公共平面的至少一个方向上移动所述支架； 以及 (c) 样品平台，其被配置成保持基板在所述公共平面内。2. 根据权利要求1所述的检测设备，其中，所述显微荧光计中的每一个还包括专用自 动聚焦模块。3. 根据权利要求2所述的检测设备，其中，所述自动聚焦模块包括检测器和驱动器，其 中所述驱动器被配置成改变所述显微荧光计相对于所述公共平面的焦点，并且其中所述检 测器被配置成引导所述驱动器的运动。4. 根据权利要求3所述的检测设备，其中，所述检测器还被配置成获取所述宽视场影 像。5. 根据权利要求4所述的检测设备，其中，所述检测器还被配置成向位于所述支架外 部的处理单元输出影像数据。6. 根据权利要求3所述的检测设备，其中，所述检测器专用于所述自动聚焦模块并且 其中所述显微荧光计包括第二检测器，该第二检测器被配置成向位于所述支架外部的处理 单元输出影像数据。7. 根据权利要求2所述的检测设备，其中，用于所述设备的第一显微荧光计的所述自 动聚焦模块被配置成整合来自用于所述设备的第二显微荧光计的自动聚焦模块的数据，由 此所述自动聚焦模炔基于所述第一显微荧光计的焦点位置和所述第二显微荧光计的焦点 位置改变所述第一显微荧光计的焦点。8. 根据权利要求1或2所述的检测设备，其中，所述显微荧光计中的每一个还包括分束 器和检测器，其中所述分束器被定位成将来自激励辐射源的激励辐射引导至所述物镜以及 将来自所述物镜的发射辐射引导至所述检测器。9. 根据权利要求8所述的检测设备，其中，所述显微荧光计中的每一个还包括所述激 励辐射源。10. 根据权利要求9所述的检测设备，其中，所述激励辐射源将所述激励辐射引导至所 述多个显微荧光计中的单个显微荧光计的物镜，由此每个显微荧光计包括单独的激励辐射 源。11. 根据权利要求9所述的检测设备，其中，所述支架还包括与所述激励辐射源热接触 的散热器。12. 根据权利要求11所述的检测设备，其中，所述散热器与所述支架中的单一辐射源 热接触。13. 根据权利要求11所述的检测设备，其中，所述散热器与所述支架中的多个辐射源 热接触。14. 根据权利要求8所述的检测设备，其中，所述激励辐射源将所述激励辐射引导至所 述多个显微荧光计中的两个或更多个显微荧光计的物镜，由此两个或更多个显微荧光计共 享激励辐射源。15. 根据权利要求8所述的检测设备，其中，所述显微荧光计中的每一个还包括至少两 个激励辐射源。16. 根据权利要求8所述的检测设备，其中，所述激励辐射源包括LED。17. 根据权利要求1或2所述的检测设备，其中，所述显微荧光计中的每一个的物镜具 有0. 2和0. 5之间的数值孔径。18. 根据权利要求1或2所述的检测设备，其中，所述显微荧光计中的每一个被配置成 以足以区分相隔小于50微米的特征的分辨率进行检测。19. 根据权利要求1或2所述的检测设备，其中，所述显微荧光计中的每一个的宽视场 影像具有至少Imm2的面积。20. 根据权利要求1或2所述的检测设备，其中，所述支架阻止所述显微荧光计之间的 横向移动。21. 根据权利要求20所述的检测设备，其中，所述显微荧光计与所述支架共同模制。22. 根据权利要求1或2所述的检测设备，其中，所述支架包括至少四个显微荧光计，其 中所述至少四个显微荧光计的物镜被布置成至少两排。23. 根据权利要求22所述的检测设备，其中，所述至少四个显微荧光计的物镜成六边 形堆积排列。24. 根据权利要求22所述的检测设备，其中，所述基板包括至少四个平行通道，并且其 中所述物镜中的每一个被定位成对所述四个平行通道中的唯一的一个通道进行成像。25. 根据权利要求24所述的检测设备，其中，所述物镜中的每一个被定位成对所述唯 一的一个通道的部分进行成像。26. 根据权利要求22所述的检测设备，其中，所述支架包括至少六个显微荧光计，其中 所述至少六个显微荧光计的物镜被布置成至少两排，并且其中所述至少六个显微荧光计的 物镜成六边形堆积排列。27. 根据权利要求26所述的检测设备，其中，所述基板包括至少六个平行通道，并且其 中所述物镜中的每一个被定位成对所述六个平行通道中的唯一的一个通道的至少一部分 进行成像。28. 根据权利要求22所述的检测设备，其中，所述显微荧光计中的每一个还包括激励 辐射源、分束器和检测器，其中所述分束器被定位成将来自所述激励辐射源的激励辐射引 导至所述物镜以及将来自所述物镜的发射辐射引导至所述检测器，其中所述激励辐射和 发射辐射在相互正交的方向上被引导。29. 根据权利要求28所述的检测设备，其中，所述至少四个显微荧光计的所述激励辐 射源被布置在与所述公共平面相对的所述支架的第一侧上，其中所述检测器中的至少两个 被布置在与所述第一侧正交并且与所述公共平面正交的所述支架的第二侧上，并且其中所 述检测器中的至少两个被布置在与所述第一侧正交并且与所述公共平面正交的所述支架 的第三侧上。30. 根据权利要求28所述的检测设备，其中，所述至少四个显微荧光计的所述检测器 被布置在与所述公共平面相对的所述支架的第一侧上，其中所述激励辐射源中的至少两个 被布置在与所述第一侧正交并且与所述公共平面正交的所述支架的第二侧上，并且其中所 述激励辐射源中的至少两个被布置在与所述第一侧正交并且与所述公共平面正交的所述 支架的第三侧上。31. 根据权利要求1或2所述的检测设备，其中，所述支架包括至少四个显微荧光计，其 中所述至少四个显微荧光计的物镜被布置成单排。32. 根据权利要求31所述的检测设备，其中，所述基板包括至少四个平行通道，并且其 中所述物镜中的每一个被定位成对所述四个平行通道中的唯一的一个通道进行成像。33. 根据权利要求32所述的检测设备，其中，所述物镜中的每一个被定位成对所述唯 一的一个通道的一部分进行成像。
【专利摘要】一种检测设备，包括：(a)包括多个显微荧光计的支架，其中显微荧光计中的每一个具有被配置用于宽视场影像检测的物镜，其中多个显微荧光计被定位成同时获取在公共平面内的多个宽视场影像，并且其中宽视场影像中的每一个来自公共平面的不同区域；(b)平移平台，其被配置成在平行于公共平面的至少一个方向上移动支架；以及(c)样品平台，其被配置成保持基板在公共平面内。
【IPC分类】G01N21/64, G01N21/03, G01N21/05
【公开号】CN204832037
【申请号】CN201390000536
【发明人】戴尔·比尔曼, J·A·穆恩, 布赖恩·克雷恩, 马克·王, 斯坦利·S·洪, 詹森·哈里斯, 马修·哈格, 马克·J·尼比
【申请人】伊鲁米那股份有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2013年2月13日
【公告号】CA2867665A1, EP2834622A1, US9193996, US20130260372, US20140329694, WO2013151622A1