使用凝聚核酸颗粒的装置制备
【专利说明】
[0001] 相关申请交叉参考
[0002] 本申请要求于2013年9月13日提交的美国临时申请第61/877,745号的权益，所述 申请以全文引用的方式并入本文中。
[0003] 本申请要求于2014年7月2日提交的美国临时申请第62/020,292号的权益，所述申 请以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
[0004] 本公开总体涉及用于制备适用于核酸测序的装置的系统和方法，具体地涉及用于 制备利用含核酸的颗粒的此类装置的系统和方法。
【背景技术】
[0005] 核酸链(尤其DNA)的测序在包括医学、农业和生物研究的先进领域中已变得愈来 愈重要。然而，常规的用于对核酸链进行测序的凝胶技术已证实耗时且昂贵。最新的研发依 赖于含核酸的样品沉积在衬底上。依据测序技术，可通过测量对核酸添加的离子响应或通 过测量由核酸添加引起的萤光发射来确定核酸样品的序列。
[0006] 然而，依赖于核酸样本沉积在衬底上的此类技术具有由一些核酸链结合到衬底表 面的失败造成的缺陷或由链非常接近于彼此地结合造成的缺陷。此类缺陷可导致衬底的未 充分利用、不精确的数据、损失或不完全的样品或其他不准确性。
[0007] 因而，改进的用于制备测序装置的系统和方法将是合乎需要的。
【附图说明】
[0008] 通过参考附图，可更好地理解本发明，并且使本领域的技术人员清楚其众多特征 和优势。
[0009] 图1包括用于沉积核酸样品的示例性方法的图解。
[0010] 图2包括用于制备核酸颗粒和制备用于测序的装置的示例性装置的图示。
[0011] 图3包括在暴露于六氨合钴期间珠粒或颗粒的图像。
[0012] 图4、图5、图6、图7和图8包括珠粒或颗粒对暴露于六氨合钴的尺寸响应的图表图 解。
[0013] 图9包括在暴露于或不暴露于六氨合钴两者的情况下，核酸结合珠粒或颗粒的离 解动力学的曲线图解。
[0014] 图10和图11包括凝聚剂对珠粒尺寸影响的曲线图解。
[0015] 在不同附图中使用相同参考符号指示相似或相同的物件。
【具体实施方式】
[0016] 在一个实施例中，方法包括制备核酸珠粒或颗粒、凝聚核酸珠粒以及将凝聚的核 酸珠粒沉积在传感器衬底上。在另一个实例中，该方法包括将核酸珠粒沉积在传感器衬底 上以及凝聚沉积的核酸珠粒。核酸珠粒或颗粒包括结合到一个或多个核酸链的珠粒。凝聚 核酸珠粒可包括凝聚结合到珠粒的核酸、收缩珠粒的聚合物，或其组合，有效地减小核酸珠 粒的尺寸。沉积之后，可洗涤凝聚的核酸珠粒，这可展开凝聚的核酸珠粒。随后，带有沉积的 核酸珠粒的传感器衬底可用于核酸试验，如测序，例如合成测序。凝聚核酸珠粒或颗粒可包 括将核酸珠粒或颗粒暴露于凝聚剂。凝聚试剂可凝聚核酸珠粒或颗粒的方面，例如凝聚核 酸、颗粒的聚合物基质或其组合。在一个实例中，凝聚剂包括具有3+电荷的金属络合物。举 例来说，金属络合物可为钴络合物，如钴-胺络合物。在另一实例中，凝聚剂包括的碱金属盐 或碱土金属盐，如镁盐。在另一个实例中，凝聚试剂包括非离子聚合物试剂，如聚乙二醇类 试剂。
[0017] 在另一个实施例中，系统实施一种用于制备适用于测序的装置的方法。该系统可 包括溶液容器、样品接收口或样品室，以及耦联到溶液容器和样品接收口或室的混合器。混 合器可耦联到衬底制备单元。在一个实例中，溶液容器中的溶液包括凝聚试剂，其包括凝聚 剂。或者，本文所述的方法和过程可人工地进行或伴随使用搅拌板、涡旋器(vortexer)、移 液管、离心机或其它实验室设备进行。
[0018] 样品接收口或样品室用于接收核酸珠粒或颗粒，所述核酸珠粒或颗粒具有聚合物 基质和耦联到聚合物基质的核酸链。如在混合器中，混合凝聚试剂和核酸颗粒。结果，核酸 链或聚合物基质凝聚，产生减小的直径或更大密度的颗粒。将已处理的颗粒转移到衬底制 备单元，其中颗粒沉积在衬底上。在特定实例中，衬底包括限定凹孔的层，并且颗粒沉积在 凹孔内。衬底可用于对珠粒或颗粒的核酸链进行测序。在一个实例中，将衬底转移到执行引 起核酸链的测序的功能的测序装置。
[0019] 或者，核酸珠粒可被施加到传感器衬底，并且在沉积核酸珠粒之后，凝聚试剂施加 在传感器衬底之上。在另一个实例中，核酸珠粒可在沉积之前用凝聚剂处理，沉积、洗涤并 在沉积和洗涤之后用凝聚剂处理。
[0020] 如图1中所示，核酸珠粒或颗粒102包括聚合物基质104和核酸链106。虽然核酸链 102示出为从聚合物基质104的表面延伸，但聚合物基质104可为多孔的，例如水凝胶，并且 核酸链102可耦联到聚合物基质104并且延伸贯穿聚合物基质104。核酸珠粒或颗粒102可被 处理以形成已处理的核酸珠粒或颗粒108。已处理的核酸颗粒108可具有比核酸颗粒102更 小的直径。
[0021] 表面部件116包括衬底110，所述衬底110包括限定凹孔114的层112。已处理的核酸 颗粒108可沉积在凹孔114中。随后，可洗涤已处理的核酸颗粒108同时将其保留在凹孔114 中。洗涤可产生具有增大的直径的核酸颗粒。可使用核酸珠粒或颗粒进行测序或其它实验 同时将其保留在凹孔114中。
[0022]在一个实例中，核酸珠粒或颗粒102包括聚合物基质104和一个或多个耦联到聚合 物基质104的核酸链106。聚合物基质104可由疏水性聚合物形成或可由亲水性聚合物(如水 凝胶基质）形成。具体而言，聚合物基质104可包括聚合物，如多醣如琼脂糖、透明质酸或甲 基纤维素；聚氧化烯烃如聚氧丁烯、聚氧乙烯或聚乙二醇，或聚氧丙烯;丙烯酰胺如二甲基 丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、N，N-聚二甲基丙烯酰胺、聚(N-异丙基丙烯酰胺）、聚-N-羟基丙烯酰 胺、聚-N-羟基烷基丙烯酰胺或其胺官能变异体;聚乙烯吡咯啶酮;聚苯乙烯;硅酮;聚(2-丙 烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸）；其它丙烯酸酯聚合物;聚乙烯醇;其共聚物或衍生物;或其任 何组合。在一个特定实例中，聚合物基质104可由聚苯乙烯形成。在另一实例中，聚合物基质 104由聚氧乙烯形成。在另一个实例中，聚合物基质104由丙烯酰胺(如羟基烷基丙烯酰胺、 胺封端的丙烯酰胺或其衍生物)形成。
[0023]举例来说，聚合物基质104可由单体形成，所述单体包括可自由基聚合单体如乙烯 基类单体。在一个实例中，单体可包括丙烯酰胺、乙酸乙烯酯、羟烷基甲基丙烯酸酯或其任 何组合。在一个特定实例中，亲水性单体为丙烯酰胺，如包括羟基末端基团、氨基末端基团、 羧基末端基团或其组合的丙烯酰胺。在一个实例中，亲水性单体为氨基烷基丙烯酰胺、用胺 封端的聚丙二醇官能化的丙稀酰胺(D，下文示出）、丙稀酰哌嗪(acrylopiperazine)(C，下 文示出）或其组合。在另一实例中，丙烯酰胺可为羟基烷基丙烯酰胺，如羟基乙基丙烯酰胺。 具体而言，羟基烷基丙烯酰胺可包括N-三(羟基甲基）甲基)丙烯酰胺(A，下文示出）、N-(羟 基甲基)丙烯酰胺(B，下文示出）或其组合。在另一个实例中，可使用单体的混合物，如羟基 烷基丙烯酰胺与胺官能化丙烯酰胺的混合物或丙烯酰胺与胺官能化丙烯酰胺的混合物。在 一个实例中，胺官能化丙烯酰胺可包括在100:1至1:1范围，如100:1至2:1范围、50:1至3:1 范围、50:1至5:1范围或甚至50:1至10:1范围内的羟基烷基丙烯酰胺:胺官能化丙烯酰胺比 率或丙烯酰胺:胺官能化丙烯酰胺比率。
[0024]
[0025] 在一个特定实例中，聚合物基质104为水凝胶珠粒衬底。
[0026] 聚合物基质104可包括可杂交模板多核苷酸的耦联部位。耦联部位可包括末端基 团，如羟基或氨基末端基团。举例来说，耦联部位可各自包括与模板多核苷酸的部分互补的 耦联的寡核苷酸。模板多核苷酸可包括目标多核苷酸或与目标多核苷酸互补的片段，除此 之外还有与耦联的寡核苷酸互补的片段。
[0027] 耦联的寡核苷酸可结合到聚合物基质104。聚合物基质104的聚合物可被活化以促 进与目标分析物(如寡核苷酸或多核苷酸)的结合。举例来说，可增强聚合物基质104上的官 能团以允许与目标分析物或分析物受体结合。在一个特定实例中，可用能够将亲水性聚合 物官能团转化成可进行亲核或亲电取代的反应性部分的试剂改性亲水性聚合物的官能团。 举例来说，衬底上的羟