掺入固体缓冲剂的系统和方法与流程

本发明总体上涉及在试剂溶液中掺入固体缓冲剂的系统和方法。

背景技术：

随着研究和医学测试力图表征小聚集度的复杂分子，仪器灵敏度越来越容易受到pH值变化的影响。此外，这些先进的感测和测试方法依靠很难制备的昂贵试剂。在特定实例中，核酸或蛋白的测序依靠专业化溶液，例如包含昂贵组分的核苷酸溶液。利用这些专业化溶液的此类测试方法可能对pH值敏感。

附图说明

通过参考附图，可以更好地理解本发明，并且使所属领域的技术人员清楚其众多特征和优势。

图1包含示出利用缓冲悬浮液的示例性方法的流程图。

图2包含示出配制缓冲悬浮液的示例性方法的流程图。

图3包含使用缓冲悬浮液的示例性测试设备的图示。

图4包含示出缓冲悬浮液对强酸的响应的图表。

在不同附图中使用相同参考符号指示相似或相同的项。

具体实施方式

在示例性实施例中，一种缓冲悬浮液包含表面活性剂和固体缓冲微粒。缓冲悬浮液具有目标pH值。固体缓冲微粒可以是陶瓷缓冲微粒，其具有例如不同于悬浮液的目标pH值至少1.2个pH单位的电荷零点。在使用中，可以从储槽抽出悬浮液并从悬浮液过滤固体缓冲微粒。过滤后的溶液可以在传感器上应用或可以用于利用试剂浓缩物形成其它试剂溶液。在实例中，可以通过混合包含表面活性剂和任选地其它组分的储备溶液与固体缓冲微粒以形成悬浮液而配制缓冲悬浮液。可以使用酸或碱将悬浮液滴定至目标pH值。可以允许固体缓冲微粒沉淀并且可以倾析储备溶液的一部分。可以加入额外储备溶液并且重复所述过程。随后，可以将悬浮液放置在瓶子中用于运输，或放置在料筒中用于插入传感器系统。

具体来说，缓冲悬浮液可以包含表面活性剂和固体缓冲微粒。缓冲悬浮液具有目标范围内的pH值。例如，目标pH值可以在6.0到8.0的范围内，例如6.8到8.0的范围内，7.2到8.0的范围内，或甚至7.4到8.0的范围内。替代地，目标pH值可以在5.0到6.0的范围内。在另一替代方案中，目标pH值可以在9.0到11.0的范围内。

固体缓冲微粒可以包含陶瓷微粒。在实例中，陶瓷微粒可以是二氧化钛、氧化锡、氧化锆、氧化铝、氧化钽，或其组合。例如，陶瓷微粒可以是二氧化钛或氧化锡。在特定实例中，陶瓷微粒包含二氧化钛。此外，陶瓷微粒可以是水解陶瓷微粒或可以是烟雾状陶瓷微粒。具体来说，陶瓷微粒是烟雾状陶瓷微粒。

固体缓冲微粒，例如陶瓷微粒，可以具有不同于目标pH值至少1.2个pH单位的电荷零点。例如，电荷零点可以不同于目标pH值至少2.0个pH单位，或不同于目标pH值至少3.0个pH单位，但是不同于目标pH值不会大于10个pH单位。具体来说，固体缓冲微粒具有小于悬浮液的目标pH值的电荷零点。替代地，固体缓冲微粒可以具有大于悬浮液的目标pH值的电荷零点。在另一替代方案中，可以使用固体缓冲微粒的组合。例如，可以使用包含具有低于目标pH值的电荷零点的固体缓冲微粒和具有高于目标pH值的电荷零点的固体缓冲微粒的组合。

此外，固体缓冲微粒可以具有在10m²/g到350m²/g范围内的比表面积。例如，比表面积可以在50m²/g到350m²/g的范围内，例如100m²/g到300m²/g的范围内，150m²/g到300m²/g的范围内，或甚至225m²/g到275m²/g的范围内。在另一实例中，比表面积可以在25m²/g到125m²/g的范围内，例如50m²/g到100m²/g的范围内。此外，固体缓冲微粒可以具有在0.01μm到1200μm范围内的粒度，例如平均聚结大小。例如，平均粒度可以在0.05μm到500μm的范围内，例如0.5μm到200μm的范围内，或甚至5.0μm到100μm的范围内。

悬浮液可以包含1g/L到100g/L范围内的固体缓冲微粒，例如5g/L到75g/L的范围内，10g/L到65g/L的范围内，20g/L到50g/L的范围内，或甚至25g/L到40g/L的范围内。

悬浮液可以包含具有按重量计0.001％到1.0％范围内的总浓度的一种或多种表面活性剂。例如，总计可以包含按重量计0.005％到0.8％范围内的表面活性剂，例如按重量计0.005％到0.5％范围内的表面活性剂。

表面活性剂可以是离子型表面活性剂、两性表面活性剂、非离子型表面活性剂，或其组合。任选地，表面活性剂可以包含两性离子。离子型表面活性剂可以是阴离子表面活性剂。示例性阴离子表面活性剂包含硫酸盐表面活性剂、磺酸盐表面活性剂、磷酸盐表面活性剂、羧酸盐表面活性剂，或其任何组合。示例性硫酸盐表面活性剂包含：烷基硫酸盐，例如月桂基硫酸铵、月桂基硫酸钠(十二烷基硫酸钠(SDS))或其组合；烷基醚硫酸酯，例如月桂醇醚硫酸钠、肉豆蔻醇醚硫酸钠或其任何组合；或其任何组合。示例性磺酸盐表面活性剂包含：烷基磺酸盐，例如十二烷基磺酸钠；琥珀辛酯，例如磺基琥珀酸酯二辛钠；烷基苯甲基磺酸盐(例如十二烷基苯磺酸或其盐)；或其任何组合。示例性磷酸盐表面活性剂包含烷基芳基醚磷酸盐、烷基醚磷酸盐或其任何组合。示例性羧酸表面活性剂包含：烷基羧酸盐，例如脂肪酸盐或硬脂酸钠；月桂基肌氨酸钠；胆酸盐，例如脱氧胆酸钠；或其任何组合。

在另一实例中，离子型表面活性剂可以是阳离子表面活性剂。示例性阳离子表面活性剂包含一级、二级或三级胺、四级铵表面活性剂，或其任何组合。示例性四级铵表面活性剂包含：烷基三甲基铵盐，例如溴化鲸蜡基三甲基铵(CTAB)或氯化鲸蜡基三甲基铵(CTAC)；氯化十六烷基吡啶(CPC)；聚乙氧基化牛油胺(POEA)；苯扎氯铵(BAC)；苄索氯铵(BZT)；5-溴基-5-硝基-1,3-二烷；二甲基二(十八烷基)氯化铵；二(十八烷基)二甲基溴化铵(DODAB)；或其任何组合。

示例性两性表面活性剂包含一级、二级或三级胺或四级铵阳离子和磺酸盐、羧酸盐或磷酸盐阴离子。示例性磺酸盐两性表面活性剂包含：(3-[(3-胆酰胺基丙基)二甲基铵基]-1-丙磺酸盐)；磺基甜菜碱，例如椰油酰胺丙基羟基磺基甜菜碱；或其任何组合。示例性羧酸两性表面活性剂包含胺基酸、亚胺基酸、甜菜碱(例如椰油酰胺基丙基甜菜碱)或其任何组合。示例性磷酸盐两性表面活性剂包含卵磷脂。在又一实例中，表面活性剂可以是磺基甜菜碱表面活性剂或脒基磺基甜菜碱。

在另一实例中，表面活性剂可以是非离子型表面活性剂，例如聚乙二醇基表面活性剂、烷基吡咯啶表面活性剂、烷基咪唑啶酮表面活性剂、烷基吗啉表面活性剂、烷基咪唑表面活性剂、烷基咪唑啉表面活性剂或其组合。在特定实例中，聚乙二醇基表面活性剂包含聚乙二醇醚，例如聚乙氧基烷基苯酚，例如辛基苯酚乙氧化物；或聚氧乙烯烷基苯基醚；或其组合。在另一实例中，非离子型表面活性剂包含非离子型氟表面活性剂，例如乙氧基化碳氟化合物。在又一实例中，悬浮液可以包含辛基吡咯啶。

此外，悬浮液可以包含杀生物剂。在特定实例中，杀生物剂可以是异噻唑啉酮杀生物剂。例如，杀生物剂可以是2-甲基4-异噻唑啉-3-酮。

悬浮液可以包含盐、例如镁盐、钾盐、钠盐，或其组合。例如，悬浮液可以包含钾盐，例如氯化钾，其在5mM到150mM的范围内，例如10mM到100mM的范围内，或40mM到70mM的范围内。在另一实例中，悬浮液可以包含镁盐，例如氯化镁或硫酸镁，其在1mM到100mM的范围内，例如5mM到75mM的范围内，或5mM到30mM的范围内。在又一实例中，悬浮液可以包含钠盐，例如氯化钠，其在5mM到150mM的范围内，例如10mM到100mM的范围内，或40mM到70mM的范围内。

如图1中所示，方法100包含从储槽抽出悬浮液，如102处所示。悬浮液包含固体缓冲微粒并且可以包含表面活性剂。如104处所示，过滤悬浮液以去除固体缓冲微粒并形成过滤后的溶液。过滤溶液可以用来与试剂浓缩物混合以形成试剂溶液，如106处所示。作为测试、测量或感测过程的一部分，试剂溶液或过滤后的溶液可以在传感器上流动，如108处所示。在特定实例中，过滤后的溶液和试剂溶液的替代流可以在传感器上流动。因而，过滤后的溶液可以用作试剂溶液的流之间的清洗溶液。传感器可以是pH值传感器。在特定实例中，传感器可以是生物传感器，例如半导体测序装置。示例性半导体测序装置可以依靠pH值来执行合成测序。

悬浮液可以包含储备溶液和固体缓冲微粒。如图2中所示，方法200包含混合储备溶液与固体缓冲微粒以形成悬浮液，如202处所示。储备溶液可以包含例如上文所描述的最终缓冲悬浮液的组分，而不存在固体缓冲微粒。如204处所示，将分散液滴定至目标pH值。例如，可以使用碱或酸调节pH值。例如，可以使用例如氢氧化钠等碱或例如氢氯酸等酸调节pH值。

如206处所示，固体缓冲微粒可以沉淀，并且如208处所示，可以倾析储备溶液的一部分。可以重复所述过程：如202处所示的混合额外储备溶液与固体缓冲微粒、如204处所示的滴定、如206处所示的允许缓冲微粒沉淀，以及如208处所示的倾析储备溶液的一部分。可以重复所述过程一次、两次、三次或更多次。随后，固体缓冲微粒可以在悬浮液内重新分散并用于适用于感测或测试的系统的料筒，如210处所示。

图3包含此类缓冲悬浮液尤其适用的示例性系统的图示。示例性缓冲悬浮液尤其适用于其中将多种试剂递送到一个或多个反应器或反应部位的生物过程。可以通过化学、电气或光学传感器监测反应部位。示例性系统包含用于实施DNA测序且具体来说用于实施基于pH值的DNA测序的方法和设备。例如，在基于pH值的DNA测序中，通过测量作为聚合酶催化的延伸反应的天然副产物而产生的氢离子来确定核苷酸碱基掺入。将各自具有可操作地结合的引物和聚合酶的DNA模板载入到反应室或微孔中，之后，进行去氧核苷三磷酸(dNTP)加入和洗涤的重复循环。通常将此类模板作为克隆种群附着到固体载体，例如，微粒、珠粒或类似者，并且将此类克隆种群载入到反应室中。在循环的每个加入步骤中，当模板中的下一个碱基为所加入的dNTP的补充物时，聚合酶通过掺入所加入的dNTP来延伸引物。如果存在一个补充碱基，那么存在一次掺入，如果存在两个补充碱基，那么存在两次掺入，如果存在三个补充碱基，那么存在三次掺入，以此类推。伴随着每一次此类掺入，存在释放的氢离子，且总体而言释放氢离子的模板种群使反应室的局部pH值发生非常轻微的变化，这由电子传感器检测到。除了测序之外，本文中的装置还可适用于需要流体存放或递送的其它生物仪器。

图3概略地示出了采用围封体614的系统，围封体614是例如用于实施基于pH值的核酸测序的试剂储槽。设备的每个电子传感器产生输出信号。流体回路准许将多种试剂递送到反应室。

在图3中，所述系统包含流体回路602，所述流体回路连接到试剂储槽614、连接到废料储槽620且通过流体路径632连接到生物传感器634，所述流体路径将流体节点630连接到生物传感器634的入口638以实现流体连通。来自储槽614的经制备和混合的试剂溶液可通过多种方法(包含压力、泵(例如注射泵)、重力供给等)推进到流体回路602，且通过阀650的控制来选择。来自流体回路602的试剂可推进到废料容器620和636。控制系统618包含用于阀650的控制器，其产生经由电连接616打开和关闭的信号。

控制系统618还包含用于系统的其它组件(例如通过电连接622连接到其上的清洗溶液阀624，和参考电极628)的控制器。控制系统618还可包含用于生物传感器634的控制和数据获取功能。在一个操作模式中，流体回路602在控制系统618的编程控制下将一系列所选试剂1、2、3、4或5递送到生物传感器634，使得在所选试剂流之间，用清洗溶液626填装和清洗流体回路602，并用清洗溶液626清洗生物传感器634。进入生物传感器634的流体经由出口640离开，且沉积在废料容器636中。类似设置可用于例如具有光电二极管或CCD相机的光学测序系统。

在特定实例中，清洗溶液626可为包含固体缓冲微粒的缓冲悬浮液。可在缓冲剂悬浮液(清洗溶液)进入流体回路602或传感器634之前使用过滤器660对其进行过滤。在又一实例中，可经由过滤器662将缓冲悬浮液应用到试剂储槽614以从试剂储槽内的试剂浓缩物形成试剂溶液。替代地，过滤器660和662可以是同一过滤器。在实例中，试剂浓缩物是液体浓缩物。在另一实例中，试剂浓缩物是干燥浓缩物，例如冻干试剂(例如，冻干核苷酸)。替代地，可以组合所示出的过滤器660和662。在另一实例中，过滤器可位于试剂储槽614的下游，例如在试剂储槽614与阀650之间。

以上方法、系统和组合物的各方面提供技术优点，包含抵消外部影响(例如，二氧化碳)造成的酸化的缓冲悬浮液。可以过滤悬浮液以免去缓冲，从而允许在测量pH值变化的系统中使用。具体来说，对于使用pH值传感器的系统，在试剂运送或存放期间提供缓冲但在使用期间又允许pH值变化存在问题。利用可过滤的固态缓冲剂，能允许在运送或存放期间的稳定pH值控制，同时呈现适用于利用pH值变化的系统的溶液。

实例

实例1

通过以下程序制备悬浮液。用氮气吹洗2升的瓶子5分钟，加入1880ml 18mOhm的水，加入120ml的清洗溶液，在氮气下简单混合。

通过以下过程制备清洗溶液。首先，称重200g的氧化钛放入干净的配备有塞子的8L大玻璃瓶中，加入8L PSP4 W2，使大玻璃瓶保持在氮气下并在化工区域的试验台上用旋转式混合器进行混合，加入20ml 1M NaOH，混合30分钟，使用具有滑动护套的特殊玻璃pH值探针检查pH值，保持探针悬浮于浆料中，使用1M NaOH滴定至pH值7.85，一次加入1ml，混合10分钟，停止混合，使浆料沉淀30分钟并缓慢倾析顶部4L的液体，限制二氧化钛的干扰。

其次，加入刚刚制得的4L PSP4 W2，混合10分钟，检查pH值并记录，停止混合，使浆料沉淀30分钟并缓慢倾析顶部4L的液体，限制二氧化钛的干扰，使浆料沉淀30分钟并缓慢倾析顶部4L的液体，限制二氧化钛的干扰。

再次，加入刚刚制得的4L PSP4 W2，混合10分钟，检查pH值并记录，停止混合，使浆料沉淀30分钟，缓慢倾析直到剩下6L体积的浆料，开始再次混合，并使用1M NaOH使pH值成为7.85，一次加入～500ul。

实例2

对包含W2溶液中浓度是10g/L的二氧化钛的100mL样本的pH值响应进行测试。使HCI溶液与所述样本混合并测量pH值响应。如图4中所示，响应于HCI的加入，样本的pH值呈现对pH值变化的耐受性。

在第一方面中，一种执行pH敏感性过程的方法包含从储槽抽出悬浮液，所述悬浮液包含表面活性剂和固体缓冲微粒并具有目标pH值；从悬浮液过滤固体缓冲微粒以形成过滤后的溶液；以及使过滤后的溶液在传感器上流动。

在第二方面中，一种形成悬浮液的方法包含混合储备溶液与固体缓冲微粒以形成悬浮液，所述储备溶液包括表面活性剂；将悬浮液滴定至目标pH值；从悬浮液沉淀固体缓冲微粒；以及倾析储备溶液的一部分。

在第三方面中，一种缓冲悬浮液包含表面活性剂和固体缓冲微粒，所述固体缓冲微粒具有不同于缓冲悬浮液的pH值至少1.2个pH单位的电荷零点。

在第一、第二和第三方面的实例中，固体缓冲微粒具有不同于目标pH值至少1.2个pH单位的电荷零点。例如，电荷零点为不同于目标pH值至少2.0个pH单位，例如不同于目标pH值至少3.0个pH单位，但是不同于目标pH值不会大于10个pH单位。

在第一、第二和第三方面的另一实例以及以上实例中，目标pH值在6到8的范围内。例如，目标pH值在6.8到8.0的范围内，例如在7.2到8.0的范围内或在7.4到8.0的范围内。

在第一、第二和第三方面的又一实例以及以上实例中，固体缓冲微粒包含陶瓷微粒。例如，陶瓷微粒是二氧化钛、氧化锡、氧化锆、氧化铝、氧化钽，或其组合。在实例中，陶瓷微粒是二氧化钛或氧化锡。在另一实例中，陶瓷微粒是二氧化钛。在特定实例中，陶瓷微粒是烟雾状陶瓷微粒。

在第一、第二和第三方面的另外的实例以及以上实例中，固体缓冲微粒具有在50m²/g到350m²/g范围内的比表面积。例如，比表面积在100m²/g到300m²/g的范围内，例如150m²/g到300m²/g的范围内，或225m²/g到275m²/g的范围内。在第一、第二和第三方面的又一实例以及以上实例中，比表面积在25m²/g到125m²/g的范围内，例如50m²/g到100m²/g的范围内。

在第一、第二和第三方面的另一实例以及以上实例中，固体缓冲微粒具有在0.01微米到1200微米范围内的粒度。例如，粒度在0.05微米到500微米的范围内，例如0.5微米到200微米的范围内，或5.0微米到100微米的范围内。

在第一、第二和第三方面的又一实例以及以上实例中，表面活性剂包含非离子型表面活性剂。

在第一、第二和第三方面的另外的实例以及以上实例中，悬浮液进一步包含杀生物剂。

在第一、第二和第三方面的另一实例以及以上实例中，悬浮液进一步包含镁盐。

在第一、第二和第三方面的又一实例以及以上实例中，悬浮液包含钾盐。

在第一、第二和第三方面的另外的实例以及以上实例中，所述方法进一步包含将过滤后的溶液应用于试剂浓缩物以形成试剂溶液。例如，试剂浓缩物包含核苷酸。

在第一、第二和第三方面的另一实例以及以上实例中，传感器是pH值传感器。在第一、第二和第三方面的另一实例以及以上实例中，传感器是生物传感器。

在第一、第二和第三方面的又一实例以及以上实例中，传感器是半导体测序传感器。

在第一、第二和第三方面的另外的实例以及以上实例中，所述方法进一步包含重复混合和滴定。

在第一、第二和第三方面的另一实例以及以上实例中，所述方法进一步包含将分散液应用到料筒。

应注意，上文在总体描述或实例中所描述的活动并非都是需要的，一部分具体活动可能并不需要，并且除了所描述的那些活动外还可以执行一个或多个另外的活动。再者，活动所列的顺序不一定是执行它们的顺序。

在前文说明书中，已经参考特定实施例描述了概念。然而，所属领域的普通技术人员应了解，可以在不脱离所附权利要求书中所阐述的本发明范围的情况下进行各种修改和变化。因此，说明书和图式应以说明性而不是限制性意义来看待，并且所有此类修改意图包含在本发明范围内。

如本文所用，术语“包括”、“包含”、“具有”或其任何其它变体意图涵盖非排它性的包括。例如，包括一列特征的过程、方法、制品或设备不一定仅限于那些特征，而是可以包含没有明确列出或所述过程、方法、制品或设备所固有的其它特征。此外，除非明确相反地陈述，否则“或”是指包含性的或而非排他性的或。例如，通过以下中的任一个来满足条件A或B：A为真(或存在)且B为假(或不存在)、A为假(或不存在)且B为真(或存在)、以及A和B都为真(或存在)。

另外，使用“一”是用来描述本文中所述的要素和组分。这样做只是为方便起见并且给出本发明范围的一般性含义。除非明显意指其它情况，否则这一描述应该被理解为包含一个或至少一个，且单数也包含复数。

上文已关于特定实施例描述了益处、其它优势和对问题的解决方案。然而，所述益处、优势、对问题的解决方案以及可以使任何益处、优势或解决方案出现或变得更显著的任何特征不应解释为任何或所有权利要求关键的、需要的或基本的特征。

阅读本说明书之后，所属领域的技术人员将了解，为了清楚起见，在独立实施例的情况下所描述的某些特征也可以在单个实施例中以组合形式提供。相反，为了简洁起见，在单个实施例的情况下所描述的各种特征也可以单独地或以任何子组合形式提供。此外，提及范围中所陈述的值包括在那个范围内的每一个值。