專利名稱：一種對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基因工程領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
最初的基因測序技術(shù)是通過手工操作進(jìn)行的，包括Sanger發(fā)明的雙脫氧鏈終止法，以及Maxam和Gilbert發(fā)明的化學(xué)降解法。由于手工操作效率較低，且容易發(fā)生人為操作失誤，因此利用基因測序儀進(jìn)行測序現(xiàn)已成為了測序技術(shù)的主流。在現(xiàn)階段，若要對基因片段進(jìn)行測序或者數(shù)據(jù)分析，需首先從生物個(gè)體，例如組織細(xì)胞、細(xì)菌等提取基因材料(RNA)，并利用轉(zhuǎn)錄和合成得到DNA片段，一般通過這種方法得到的DNA片段都是少量的。然后對DNA片段進(jìn)行擴(kuò)增，例如可以利用聚合酶鏈反應(yīng) (Polymerase Chain Reaction，PCR)、轉(zhuǎn)錄法等進(jìn)行擴(kuò)增，得到大量的基因片段，然后再基于擴(kuò)增后的基因片段進(jìn)行測序或數(shù)據(jù)分析。因此在正式測序前需要做大量前期的樣品制備工作，這些工作一直以來都是采用手工操作進(jìn)行的，而且將制備好的樣品設(shè)置到測序儀中也是通過手動(dòng)，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。這就存在兩方面的問題一方面手工進(jìn)行樣品制備需要花費(fèi)大量時(shí)間，另一方面手工操作難以保證每一次樣品制備的質(zhì)量，將直接影響測序能夠順利進(jìn)行，也會影響測序結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，到了測序階段，就基因測序儀本身的控制而言，目前基因測序儀的測序過程由一系列機(jī)械、電子通信、生物、化學(xué)、光學(xué)等操作所組成，這些操作分別由基因測序儀中對應(yīng)的組件所執(zhí)行，替代了單純的手工操作。但是也面臨以下問題一方面，由于基因測序?qū)鹊囊蠓浅８撸瑢儆诩{米級，任何一個(gè)組件的操作出現(xiàn)偏差都會導(dǎo)致測序結(jié)果不理想； 另一方面，整個(gè)測序過程涉及的具體步驟非常繁瑣，需要基因測序儀中的各組件之間進(jìn)行協(xié)同運(yùn)作。也就是說，測序過程不僅要求基因測序儀中各組件準(zhǔn)確、快速地執(zhí)行各項(xiàng)操作， 還要求各組件之間進(jìn)行良好的配合。在具體應(yīng)用中，基因測序儀進(jìn)行測序時(shí)涉及的因素非常復(fù)雜，包括對試劑劑量及類型、反應(yīng)溫度、時(shí)間、潔凈度、納米級位移、聚焦調(diào)節(jié)、發(fā)光強(qiáng)度、光路調(diào)節(jié)、曝光時(shí)間計(jì)算、圖像拍攝等多方面的控制，而且每個(gè)方面的要求非常高，因此要保證測序過程順利進(jìn)行，難度很大。僅以試劑劑量及類型的控制進(jìn)行說明，由于基因測序過程中對試劑劑量的控制一般在微升級，且需要在不同的反應(yīng)階段進(jìn)行多次不同劑量的吸取導(dǎo)入，加上每次所選取的試劑類型都可能存在差異，因此對試劑的劑量、類型的把握提出了較高的要求。若由人工操作進(jìn)行試劑吸取，或人工控制儀器進(jìn)行試劑吸取，都存在以下問題一方面很難精確控制劑量，而劑量的細(xì)微差別會導(dǎo)致不同的生化反應(yīng)結(jié)果，也就會直接影響測序結(jié)果；另一方面， 人為參與需要對反應(yīng)不同階段的各種試劑類型進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，即便一個(gè)小環(huán)節(jié)上的失誤就會導(dǎo)致生化反應(yīng)失敗，使得整個(gè)測序過程全盤失敗。此外，由于測序過程從樣品制備、上樣、 測序、數(shù)據(jù)分析直到得出測序結(jié)果，每個(gè)階段都需要一定的周期，如果上述試劑劑量及類型的控制存在失誤，人工操作無法進(jìn)行監(jiān)控，不能在后續(xù)過程中及時(shí)糾錯(cuò)，即便得知最終的測序結(jié)果失敗也很難查找到測序過程失敗的根本原因，還浪費(fèi)了大量的時(shí)間和價(jià)格昂貴的試劑。除開試劑劑量及類型的因素，其他各種因素，包括前述的反應(yīng)溫度、時(shí)間、潔凈度、 納米級位移、聚焦調(diào)節(jié)、發(fā)光強(qiáng)度、光路調(diào)節(jié)、曝光時(shí)間計(jì)算、圖像拍攝等，均存在上述的類似情形，如果沒有自動(dòng)化的控制系統(tǒng)進(jìn)行操作，整個(gè)測序過程將很難順利展開，而要想穩(wěn)定、快速地獲得準(zhǔn)確的測序結(jié)果就更難了。因此需要一種對生物樣品處理及基因測序儀的測序過程進(jìn)行自動(dòng)化控制的方法， 解決上述難題，保證測序過程能夠順利、高效率地進(jìn)行，并提高測序結(jié)果的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的方法及系統(tǒng)，旨在提高測序過程的穩(wěn)定性和效率，同時(shí)提高測序結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，所述對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的系統(tǒng)包括樣品控制單元、反應(yīng)控制單元、定位控制單元、采圖控制單元；所述樣品控制單元用于控制生物樣品的制備，生成反應(yīng)體系并將其設(shè)置到基因測序儀中；所述反應(yīng)控制單元用于控制基因測序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)體系，并在測序過程中調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的溫度；所述定位控制單元用于控制反應(yīng)體系在基因測序儀中的移動(dòng)，并確定采圖位置；所述采圖控制單元用于激發(fā)反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在所述采圖位置獲取圖像信號。其中，所述樣品控制單元包括體系制備模塊、上樣控制模塊；所述體系制備模塊根據(jù)生物樣品制備待測的基因片段庫，并處理成測序所需的反應(yīng)體系；所述上樣控制模塊將反應(yīng)體系設(shè)置到基因測序儀中的確定位置。其中，所述反應(yīng)控制單元包括試劑控制模塊、溫控模塊；所述試劑控制模塊用于控制基因測序儀對試劑進(jìn)行選擇，并吸取對應(yīng)的試劑，導(dǎo)入反應(yīng)體系；所述溫控模塊用于將反應(yīng)體系的溫度控制在反應(yīng)所需的溫度。其中，所述定位控制單元包括位移模塊、聚焦模塊；所述位移模塊用于檢測反應(yīng)體系在基因測序儀中的當(dāng)前位置，并控制其移動(dòng)到其所在平面上的目標(biāo)位置；所述聚焦模塊用于控制基因測序儀的焦距調(diào)節(jié)，確定反應(yīng)體系的采圖位置。其中，所述聚焦模塊通過調(diào)節(jié)顯微鏡與反應(yīng)小室之間的距離，將清晰度最佳的位置確定為采圖位置。其中，所述采圖控制單元包括激發(fā)模塊、拍照模塊、圖像存取模塊；所述激發(fā)模塊用于控制特定波長的激發(fā)光照射反應(yīng)體系，使反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光；所述拍照模塊確定曝光時(shí)間，并采用所述曝光時(shí)間對反應(yīng)體系拍照，獲取圖像信號；所述圖像存取模塊與拍照模塊進(jìn)行通信，用于保存獲取的圖像信號。為了更好地實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，所述對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的方法， 其特征在于，所述方法包括以下步驟:A.控制生物樣品的制備，生成反應(yīng)體系并將其設(shè)置到基因測序儀中；B.控制基因測序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)體系，并調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的溫度；C.控制反應(yīng)體系在基因測序儀中的移動(dòng)，并確定采圖位置；D.激發(fā)反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在所述采圖位置獲取圖像信號。其中，所述步驟A包括:A1.根據(jù)生物樣品制備待測的基因片段庫，并處理成測序所需的反應(yīng)體系；A2.將所述反應(yīng)體系設(shè)置到基因測序儀中的確定位置。其中，所述步驟B包括B1.控制基因測序儀對試劑進(jìn)行選擇，并吸取對應(yīng)的試劑， 導(dǎo)入反應(yīng)體系；B2.將反應(yīng)體系的溫度控制在反應(yīng)所需的溫度。其中，所述步驟C包括C1.檢測反應(yīng)體系在基因測序儀中的當(dāng)前位置，并控制其移動(dòng)到其所在平面上的目標(biāo)位置；C2.控制基因測序儀的焦距調(diào)節(jié)，確定反應(yīng)體系的采圖位置。其中，所述步驟C2包括通過調(diào)節(jié)顯微鏡與反應(yīng)小室之間的距離，將清晰度最佳的位置確定為采圖位置。其中，所述步驟D包括D1.控制特定波長的激發(fā)光照射反應(yīng)體系，使反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光；D2.確定曝光時(shí)間，并采用所述曝光時(shí)間對反應(yīng)體系拍照，獲取圖像信號；D3.保存獲取的圖像信號。由上可知，本發(fā)明通過對生物樣品的制備及上樣進(jìn)行自動(dòng)化控制，以及對基因測序的測序過程進(jìn)行自動(dòng)化控制，不僅提高了測序過程的穩(wěn)定性和效率，而且提高了測序結(jié)果的準(zhǔn)確性。


圖1是本發(fā)明對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中的控制系統(tǒng)1在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中的樣品控制單元400在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖2中的反應(yīng)控制單元100在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖2中的定位控制單元200在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖2中的采圖控制單元300在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的方法流程圖；圖8是圖7中步驟SO在一個(gè)實(shí)施例中的方法流程圖；圖9是圖7中步驟Sl在一個(gè)實(shí)施例中的方法流程圖；圖10是圖7中步驟S2在一個(gè)實(shí)施例中的方法流程圖；圖11是圖7中步驟S3在一個(gè)實(shí)施例中的方法流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1示出了本發(fā)明對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)1，和與其相連的至少一臺基因測序儀，如圖所示的基因測序儀2、基因測序儀
3......基因測序儀N。應(yīng)當(dāng)說明的是，本發(fā)明所有圖示中各設(shè)備或模塊之間的連接關(guān)系是
為了清楚闡釋其信息交互及控制過程的需要，因此應(yīng)當(dāng)視為邏輯上的控制關(guān)系，而不應(yīng)限于物理連接或無線連接。另外需要說明的是，各功能模塊之間的通信方式可以采取多種，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)限定為某種特定類型的通信方式。其中(1)控制系統(tǒng)1用于與至少一臺基因測序儀進(jìn)行通信，其各個(gè)功能模塊分別控制基因測序儀中對應(yīng)的各個(gè)組件，或者，控制基因測序儀的測序過程。主要包括控制基因測序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)體系，并調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的溫度；控制反應(yīng)體系在基因測序儀中的移動(dòng)， 并確定采圖位置；激發(fā)反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在上述采圖位置獲取圖像信號。應(yīng)當(dāng)說明的是，上述控制方式適用于各種類型的基因測序儀，因此本發(fā)明中控制方法及系統(tǒng)的保護(hù)范圍不應(yīng)受到基因測序儀本身結(jié)構(gòu)的限制。關(guān)于控制系統(tǒng)1的具體內(nèi)容，將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。(2)基因測序儀N由多個(gè)組件構(gòu)成，分別與控制系統(tǒng)1中的各個(gè)功能模塊對應(yīng)，接受并執(zhí)行這些功能模塊的各項(xiàng)指令，從而協(xié)同完成測序。這些組件包括用于吸取試劑并導(dǎo)入反應(yīng)體系的組件，用于對反應(yīng)體系的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)的組件，容納有反應(yīng)體系并可在基因測序儀內(nèi)移動(dòng)的組件，用于確定采圖位置的組件，用于導(dǎo)入激發(fā)光的組件，用于采集圖像信號的組件等。應(yīng)當(dāng)說明的是，不同類型的基因測序儀具有不同的內(nèi)部組件，或者內(nèi)部組件的外在表現(xiàn)形式有所不同，但所實(shí)現(xiàn)的功能是一致的，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)受到這些因素的限制。還應(yīng)當(dāng)說明的是，各組件之間不一定完全獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)不同功能的各組件可能會涉及一個(gè)或多個(gè)相同的部件。關(guān)于基因測序儀N中的部分組件構(gòu)成，可參考申請人的已公開專利申請?zhí)枮镃N200810132008. 8，發(fā)明名稱為“測序反應(yīng)小室、基因測序反應(yīng)臺及基因測序系統(tǒng)”，本發(fā)明也將在其后的實(shí)施例中進(jìn)行具體闡述。關(guān)于反應(yīng)體系需要說明的是，該反應(yīng)體系包含多個(gè)相互獨(dú)立的反應(yīng)滴，每個(gè)反應(yīng)滴包含多個(gè)拷貝數(shù)目的待測DNA片段，在本發(fā)明中一般是上千萬甚至上億的數(shù)量級。在測序過程中，反應(yīng)體系中待測的DNA片段將與帶有標(biāo)記物的核苷酸結(jié)合，該標(biāo)記物可以受到特定波長的光源激發(fā)，使帶有該標(biāo)記物的微珠發(fā)光，這樣就可以采集圖像信號，并根據(jù)圖像信號進(jìn)行處理和分析，得到基因序列信息。圖2示出了圖1中的控制系統(tǒng)1在第一實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，包括樣品控制單元400、 反應(yīng)控制單元100、定位控制單元200、采圖控制單元300。其中(1)樣品控制單元400用于控制生物樣品的制備，生成反應(yīng)體系并將其設(shè)置到基因測序儀中。需要說明的是，樣品控制單元400與控制系統(tǒng)1中其他單元之間應(yīng)當(dāng)視為邏輯上的控制關(guān)系，而不應(yīng)限于物理連接或無線連接。樣品控制單元400所控制的硬件部分可以存在于基因測序儀內(nèi)部，也可以在基因測序儀外部獨(dú)立存在，不應(yīng)視為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。例如，基因測序儀內(nèi)部具有與樣品控制單元400對應(yīng)的多個(gè)組件，樣品控制單元 400實(shí)際上是通過控制部分組件的操作，將所采集到的生物樣品制備成所需的反應(yīng)體系，并通過控制另一部分組件的操作，將該反應(yīng)體系安裝或設(shè)置到基因測序儀中適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｔ囈砸环N類型的基因測序儀為例說明上述控制過程，在該具體情形中，基因測序儀內(nèi)包括與樣品控制單元400對應(yīng)的如下組件(1)文庫制備組件，用于將生物樣品制備成待測的基因片段庫；(2)反應(yīng)體系制備組件，用于將待測的基因片段制備成測序所需的反應(yīng)體系；(3) 機(jī)械手，將反應(yīng)體系安裝到基因測序儀中適當(dāng)?shù)奈恢?，一般是安裝在樣品臺中。在該情形下，樣品控制單元400的控制過程是通過控制文庫制備組件將生物樣品制備成待測的基因片段庫，再進(jìn)一步控制反應(yīng)體系制備組件將基因片段制備成測序所需的反應(yīng)體系，然后控制機(jī)械手進(jìn)行安裝。關(guān)于樣品控制單元400的具體功能模塊及控制方式，將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。
(2)反應(yīng)控制單元100用于控制基因測序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)體系，并在測序過程中調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的溫度。在本發(fā)明中，基因測序儀內(nèi)部具有與反應(yīng)控制單元100對應(yīng)的多個(gè)組件，反應(yīng)控制單元100實(shí)際上是通過控制部分組件的操作，將試劑導(dǎo)入反應(yīng)體系，并通過控制另一部分組件的操作，實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)體系溫度的調(diào)節(jié)。試以一種類型的基因測序儀為例說明上述控制過程，在該具體情形中，基因測序儀內(nèi)包括與反應(yīng)控制單元100對應(yīng)的如下組件(1)試劑臺，用于放置或容納多種可供吸取的試劑；(2)機(jī)械手，用于在不同的反應(yīng)階段選擇合適的試劑；(3)泵及軟管，用于吸取所選擇的試劑，其中軟管固定在機(jī)械手上；(4)樣品臺，其包含反應(yīng)小室，用于容納反應(yīng)體系；(5)溫控器，與反應(yīng)小室相連，其包括用于檢測反應(yīng)小室溫度的溫度傳感器，以及給反應(yīng)小室加熱的升溫裝置。在該情形下，反應(yīng)控制單元100的控制過程是通過控制機(jī)械手、泵及軟管，將試劑導(dǎo)入反應(yīng)體系，并通過溫度傳感器檢測溫度，以及控制升溫裝置給反應(yīng)小室加熱，從而調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的溫度。應(yīng)當(dāng)說明的是，對于不同類型的基因測序儀，其所包括的組件的類型、結(jié)構(gòu)或數(shù)量可能存在差異，但反應(yīng)控制單元 100的控制過程在基本原理上是一致的，因此保護(hù)范圍不應(yīng)受到上述因素的限制。關(guān)于反應(yīng)控制單元100的具體功能模塊及控制方式，將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。(2)定位控制單元200用于控制反應(yīng)體系在基因測序儀中的移動(dòng)，并確定采圖位置。在本發(fā)明中，基因測序儀內(nèi)部具有與定位控制單元200對應(yīng)的多個(gè)組件，定位控制單元200實(shí)際上是通過控制部分組件的操作，從而控制反應(yīng)體系在基因測序儀中的移動(dòng)，并通過控制另一部分組件的操作，從而確定采圖位置。試以一種類型的基因測序儀為例說明上述控制過程，在該具體情形中，基因測序儀內(nèi)包括如下與定位控制單元200對應(yīng)的組件(1)樣品臺，即前述內(nèi)容提及的樣品臺，其包含反應(yīng)小室，用于容納反應(yīng)體系，如前所述，各組件之間不一定完全獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)不同功能的各組件可能會涉及一個(gè)或多個(gè)相同的部件；(2)顯微鏡，用于對聚焦進(jìn)行調(diào)節(jié)。在該情形下，定位控制單元200的控制過程是通過控制樣品臺的移動(dòng)，使反應(yīng)體系移動(dòng)到基因測序儀中合適的位置，并通過控制顯微鏡與反應(yīng)小室之間的距離，從而確定合適的采圖位置。關(guān)于定位控制單元200的具體功能模塊及控制方式，將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。(3)采圖控制單元300用于激發(fā)反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在上述采圖位置獲取圖像信號。在本發(fā)明中，基因測序儀內(nèi)部具有與采圖控制單元300對應(yīng)的多個(gè)組件，采圖控制單元300實(shí)際上是通過控制部分組件的操作，從而激發(fā)反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并通過控制另一部分組件的操作，從而在采圖位置獲取圖像信號。試以一種類型的基因測序儀為例說明上述控制過程，在該具體情形中，基因測序儀內(nèi)包括如下與采圖控制單元300對應(yīng)的組件(1)激發(fā)光源；(2)CCD，用于拍攝圖像。在該情形下，采圖控制單元300 的控制過程是通過控制激發(fā)光源發(fā)光，激發(fā)反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并通過控制CCD拍攝圖像，從而獲取圖像信號。關(guān)于采圖控制單元300的具體功能模塊及控制方式，將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。在具體應(yīng)用中，圖2所示的上述系統(tǒng)利用樣品控制單元400、反應(yīng)控制單元100、定位控制單元200、采圖控制單元300對基因測序儀中對應(yīng)的各組件分別進(jìn)行自動(dòng)化操作，且能對不同組件進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)。更為重要的是，每項(xiàng)操作均充分考慮了基因測序各階段的技術(shù)特點(diǎn)，包括反應(yīng)控制單元100對試劑劑量及類型、反應(yīng)溫度、時(shí)間、潔凈度等的控制，定位控制單元200對納米級位移、聚焦調(diào)節(jié)等的控制，采圖控制單元300對發(fā)光強(qiáng)度、光路調(diào)節(jié)、曝光時(shí)間計(jì)算、圖像拍攝等的控制，均按照嚴(yán)格指標(biāo)進(jìn)行精確的操作。因此本發(fā)明的系統(tǒng)能大幅度提高測序過程的穩(wěn)定性和效率，以及測序結(jié)果的準(zhǔn)確性。圖3示出了圖2中的樣品控制單元400在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，包括體系制備模塊401、上樣控制模塊402。其中(1)體系制備模塊401根據(jù)生物樣品制備待測的基因片段庫，并生成測序所需的反應(yīng)體系。在本發(fā)明中，反應(yīng)體系的樣品制備過程是通過一個(gè)油包水的單分子DNA片段擴(kuò)增體系來實(shí)現(xiàn)的。在油包水的體系中包含大量相互獨(dú)立的反應(yīng)滴，每個(gè)反應(yīng)滴包含一個(gè)微珠，其上結(jié)合有待測的DNA片段。通過對油包水的體系進(jìn)行PCR擴(kuò)增，每一個(gè)磁珠將結(jié)合擴(kuò)增后的多個(gè)拷貝數(shù)目的DNA片段，而這些片段均來自于同一個(gè)待測DNA模板。當(dāng)然，本發(fā)明也可以不經(jīng)過PCR擴(kuò)增，針對單分子也可以進(jìn)行后續(xù)操作，只是經(jīng)PCR擴(kuò)增后可以增強(qiáng)測序信號，提高測序質(zhì)量。以圖2中描述的基因測序儀組件的情形為例，該制備過程是利用體系制備模塊 401對基因測序儀中的文庫制備組件、反應(yīng)體系制備組件進(jìn)行控制，具體包括(a)體系制備模塊401發(fā)送指令給文庫制備組件，控制該組件在不同的實(shí)驗(yàn)條件下對生物樣品進(jìn)行一系列處理，使得生物樣品完成幾個(gè)階段的轉(zhuǎn)變，得到待測的基因片段庫。需說明的是，(b)體系制備模塊401發(fā)送指令給反應(yīng)體系制備組件，控制該組件進(jìn)行油相、水相的混合，在一定條件下生成油包水的反應(yīng)體系。上述(a)中，若最初獲取的生物樣品的類型、所處階段不同，體系制備模塊401就會對應(yīng)多種不同的處理方式。在一個(gè)實(shí)施例中，若最初獲取的生物樣品是組織細(xì)胞、細(xì)菌等，那么體系制備模塊401將首先控制文庫制備組件從這些組織細(xì)胞、細(xì)菌中提取RNA，并轉(zhuǎn)錄合成得到初始DNA片段。然后將初始DNA片段結(jié)合到微珠上，再將結(jié)合在微珠上的多個(gè)初始DNA片段酶切成長度相等的多個(gè)DNA標(biāo)簽，接著將每一 DNA標(biāo)簽連接一段通用序列， 最后對連有通用序列的每一 DNA標(biāo)簽進(jìn)行擴(kuò)增，得到待測的基因片段庫。在另一實(shí)施例中， 若最初獲取的生物樣品已經(jīng)是經(jīng)過提取、轉(zhuǎn)錄合成得到的初始DNA片段，那么體系制備模塊401則控制文庫制備組件將初始DNA片段結(jié)合到微珠上，再將結(jié)合在微珠上的多個(gè)初始 DNA片段酶切成長度相等的多個(gè)DNA標(biāo)簽，接著將每一 DNA標(biāo)簽連接一段通用序列，最后對連有通用序列的每一 DNA標(biāo)簽進(jìn)行擴(kuò)增，得到待測的基因片段庫。上述(b)中，油包水反應(yīng)體系的制備有多種方式。在一個(gè)實(shí)施例中，體系制備模塊 401首先控制反應(yīng)體系制備組件建立包含修飾后的微珠在內(nèi)的PCRmix水相體系，例如建立如下水相體系(I)IOXPCR buffer, 15 μ L ； (2) dNTP，3 μ L ； (3)DNA 模板，2 μ L ； (4)引物結(jié)合后的微珠，5 μ L ； (5) Taq 酶，9 μ L ； (6)Mg2+，3 μ L ； (7) ddH20，114 μ L ； (8)在水相體系中優(yōu)選加入能夠加快反應(yīng)啟動(dòng)速度的一對小引物，上、下游兩端各0.75 μ L。體系制備模塊401 然后控制反應(yīng)體系制備組件建立油脂類溶液構(gòu)成的油相體系，然后將水相體系注入到油相體系，在一定條件下震蕩混勻成為乳濁液。該條件例如，震蕩頻率15ΗΖ，時(shí)間15s。上述油包水反應(yīng)體系可在多種容器中制備，例如試管中。(2)上樣控制模塊402將反應(yīng)體系設(shè)置到基因測序儀中。
以圖2中描述的基因測序儀組件的情形為例，該設(shè)置過程是利用上樣控制模塊 402對基因測序儀中的機(jī)械手進(jìn)行控制，將反應(yīng)體系設(shè)置到基因測序儀中的可活動(dòng)組件中。 在一個(gè)實(shí)施例中，上樣控制模塊402發(fā)送指令給機(jī)械手，將前述的試管中的油包水反應(yīng)體系導(dǎo)入一反應(yīng)小室，再將反應(yīng)小室安裝到樣品臺的特定位置。至此，完成了自動(dòng)化的樣品制備及上樣操作，則可以開始進(jìn)行測序。圖4示出了圖2中的反應(yīng)控制單元100在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，包括試劑控制模塊101、溫控模塊102。其中(1)試劑控制模塊101用于控制基因測序儀對試劑進(jìn)行選擇，并吸取對應(yīng)的試劑， 導(dǎo)入反應(yīng)體系。以圖2中描述的基因測序儀組件的情形為例，試劑控制模塊101的具體控制過程是通過串口通信方式來實(shí)現(xiàn)的，具體過程是試劑控制模塊101確定不同階段所需取用的試劑類型，發(fā)送指令到機(jī)械手，控制機(jī)械手移動(dòng)到試劑臺上對應(yīng)的試劑位置，并將固定于機(jī)械手上的軟管插入試劑中；試劑控制模塊101發(fā)送指令到泵，控制泵運(yùn)轉(zhuǎn)從而吸取試劑；試劑控制模塊101吸取到所需的試劑后，發(fā)送指令到泵，繼續(xù)控制泵運(yùn)轉(zhuǎn)將試劑打入反應(yīng)小室。(2)溫控模塊102用于將反應(yīng)體系的溫度控制在反應(yīng)所需的溫度。以圖2中描述的基因測序儀組件的情形為例，溫控模塊102的具體控制過程是通過串口通信方式來實(shí)現(xiàn)的，具體過程是溫控模塊102發(fā)送指令給溫度傳感器，控制溫度傳感器對反應(yīng)小室的溫度進(jìn)行檢測，并讀取溫度檢測結(jié)果t ；溫控模塊102中設(shè)置了不同反應(yīng)階段的溫度值T，當(dāng)其獲得溫度檢測結(jié)果t后，則將其與設(shè)置的溫度值T進(jìn)行對比；溫控模塊102進(jìn)一步根據(jù)對比結(jié)果進(jìn)行處理，若t < T，溫控模塊102發(fā)送指令給溫控器中的升溫裝置，控制溫控器中的升溫裝置啟動(dòng)，給反應(yīng)小室加熱，若t ^ T，則不需啟動(dòng)升溫裝置加熱，升溫裝置通過外部環(huán)境自動(dòng)冷卻到溫度T。對于其他情形下的基因測序儀組件，控制原理一致，具體過程可能存在差異。例如，在另一種情形下的基因測序儀組件中，相比于圖2中描述的情形，溫控器除了包括用于檢測反應(yīng)小室溫度的溫度傳感器、給反應(yīng)小室加熱的升溫裝置，還包括給反應(yīng)小室制冷的降溫裝置。那么在這種情形下，溫控模塊102的具體控制過程為溫控模塊102發(fā)送指令給溫度傳感器，控制溫度傳感器對反應(yīng)小室的溫度進(jìn)行檢測，并讀取溫度檢測結(jié)果t ；溫控模塊102中設(shè)置了不同反應(yīng)階段的溫度值T，當(dāng)其獲得溫度檢測結(jié)果t后，則將其與設(shè)置的溫度值T進(jìn)行對比；溫控模塊102進(jìn)一步根據(jù)對比結(jié)果進(jìn)行處理，若t < T，溫控模塊102發(fā)送指令給溫控器中的升溫裝置，控制溫控器中的升溫裝置啟動(dòng)，給反應(yīng)小室加熱，若t彡T， 溫控模塊102發(fā)送指令給溫控器中的降溫裝置，控制溫控器中的降溫裝置啟動(dòng)，對反應(yīng)小室制冷。由上可知，試劑控制模塊101可對試劑類型、試劑劑量、試劑傳輸速度等進(jìn)行精確的控制，溫控模塊102可對溫度檢測、溫度設(shè)置、加熱、制冷等進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而保證了反應(yīng)體系的生化反應(yīng)過程順利進(jìn)行，也因此提高了整個(gè)測序過程的穩(wěn)定性、效率及準(zhǔn)確性。圖5示出了圖2中的定位控制單元200在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，包括位移模塊 201、聚焦模塊202。其中(1)位移模塊201用于檢測反應(yīng)體系在基因測序儀中的當(dāng)前位置，并控制其移動(dòng)到其所在平面上的目標(biāo)位置。本發(fā)明中，位移模塊201可通過多種方式控制反應(yīng)體系的移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，基因測序儀中與定位控制單元200對應(yīng)的組件為前述圖2中描述的情形，位移模塊201的具體控制過程是通過串口通信方式來實(shí)現(xiàn)的位移模塊201首先發(fā)送指令給樣品臺，讀取樣品臺在其所在平面上的初始位置坐標(biāo)，例如為(Xtl, Y0)；確定反應(yīng)體系在其所在平面上的目的坐標(biāo)(X，Y)后，位移模塊201再發(fā)送指令給樣品臺，控制樣品臺從(X。，Y0)平移到目的坐標(biāo)(X，Y)。(2)聚焦模塊202用于控制基因測序儀的焦距調(diào)節(jié)，確定反應(yīng)體系的采圖位置。本發(fā)明中，聚焦模塊202可通過多種方式確定反應(yīng)體系的采圖位置，下面以圖2中描述的基因測序儀組件的情形為例進(jìn)行說明。在一個(gè)實(shí)施例中，聚焦模塊202的具體控制過程是通過串口通信方式來實(shí)現(xiàn)的 聚焦模塊202首先發(fā)送指令給顯微鏡，控制顯微鏡在與樣品臺垂直方向上移動(dòng)，通過調(diào)節(jié)顯微鏡與反應(yīng)小室之間的距離，將清晰度最佳的位置確定為采圖位置。在另一實(shí)施例中，聚焦模塊202發(fā)送指令給樣品臺，控制樣品臺在其所在平面的垂直方向上移動(dòng)，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)小室與顯微鏡之間的距離，將清晰度最佳的位置確定為采圖位置。在上述兩個(gè)實(shí)施例中，聚焦模塊202可通過多種方式確定圖像清晰度最佳的位置。例如，可通過顯微鏡鏡頭觀察對比的方式確定圖像清晰度最佳的位置，或者利用算法計(jì)算圖像清晰度、利用算法自動(dòng)調(diào)節(jié)圖像清晰度，等等。由上可知，位移模塊201可對微納米級的位移進(jìn)行精確的自動(dòng)控制，聚焦模塊202 可對聚焦調(diào)節(jié)、清晰度判斷等進(jìn)行精確的自動(dòng)控制，從而能快速、準(zhǔn)確地確定最佳的采圖位置，也因此提高了測序過程的穩(wěn)定性、效率及準(zhǔn)確性。圖6示出了圖2中的采圖控制單元300在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，包括激發(fā)模塊 301、拍照模塊302、圖像存取模塊303。其中(1)激發(fā)模塊301用于控制特定波長的激發(fā)光照射反應(yīng)體系，使反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光。在本發(fā)明中，激發(fā)模塊301可通過多種方式使標(biāo)記物發(fā)光。在一個(gè)實(shí)施例中，基因測序儀中與采圖控制單元300對應(yīng)的組件為前述圖2中描述的情形，那么激發(fā)模塊301發(fā)送指令給激發(fā)光源，啟動(dòng)激發(fā)光源發(fā)光，使光線照射到樣品臺上的反應(yīng)小室。在本實(shí)施例中，反應(yīng)體系中微珠上核苷酸攜帶的標(biāo)記物為熒光標(biāo)記物，其受到特定波長的光源激發(fā)后就可發(fā)出熒光。(2)拍照模塊302確定曝光時(shí)間，并采用所述曝光時(shí)間對反應(yīng)體系拍照，獲取圖像信號。在本發(fā)明中，拍照模塊302可通過多種方式獲取圖像信號。在一個(gè)實(shí)施例中，基因測序儀中與采圖控制單元300對應(yīng)的組件為前述圖2中描述的情形，那么拍照模塊302首先確定合適的曝光時(shí)間值，然后發(fā)送指令給(XD，控制CXD按照該曝光時(shí)間值拍攝熒光圖。本發(fā)明的拍照模塊302可通過多種方式確定合適的曝光時(shí)間值，例如根據(jù)情況進(jìn)行人為設(shè)置，或者設(shè)置為多次測序過程累積的曝光時(shí)間經(jīng)驗(yàn)值，或者通過算法計(jì)算出合適的曝光時(shí)間值，等等。在此前現(xiàn)有技術(shù)的基因測序控制系統(tǒng)中，大部分采用了人為設(shè)置的方式，本發(fā)明則具有多種可選模式，旨在根據(jù)不同的情況確定最佳的曝光時(shí)間值，從而提高圖像信號的質(zhì)量。(3)圖像存取模塊303與拍照模塊302進(jìn)行通信，用于保存獲取的圖像信號。本發(fā)明中圖像存取模塊303可采用多種格式存儲圖像信號。在前述實(shí)施例中，拍照模塊302控制CCD拍攝熒光圖后，發(fā)送給圖像存取模塊303，圖像存取模塊303可以采用特殊的高保真圖像存儲格式保存熒光圖，也可以采用普通的圖像存儲格式，例如TIFF、EPS、PNG、PSD格式等。本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)受到圖像存儲格式的限制。由上可知，激發(fā)模塊301可對激發(fā)光源的發(fā)光光路等進(jìn)行精確控制，拍照模塊302 可對曝光時(shí)間值的確定、圖像拍攝等進(jìn)行精確控制，圖像存取模塊303可采用最佳的圖像格式存儲圖像信號，從而保證了所獲取的圖像信號的質(zhì)量，極大地提高了測序結(jié)果的準(zhǔn)確性，且該自動(dòng)化控制方式也提高了測序過程的穩(wěn)定性和效率。本發(fā)明對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的方法流程基于圖1所示的系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)1，和與其相連的至少一臺基因測序儀。具體內(nèi)容參考前述圖1中的表述，此處不再贅述。該方法流程包括如下步驟控制系統(tǒng)1控制基因測序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)體系，并調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的溫度；控制系統(tǒng)1控制反應(yīng)體系在基因測序儀中的移動(dòng)，并確定采圖位置；控制系統(tǒng)1激發(fā)反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在采圖位置獲取圖像信號。圖7示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的方法流程，該方法流程基于前述圖2所示的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)1，和與其相連的至少一臺基因測序儀，具體內(nèi)容此處不再贅述。圖7所示的方法流程包括以下步驟步驟S0，控制生物樣品的制備，生成反應(yīng)體系并將其設(shè)置到基因測序儀中。關(guān)于步驟Sl的具體內(nèi)容，將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。步驟Si，控制系統(tǒng)1利用其反應(yīng)控制單元100控制基因測序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)體系，并調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的溫度。關(guān)于步驟Sl的具體內(nèi)容，將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。步驟S2，控制系統(tǒng)1利用其定位控制單元200控制反應(yīng)體系在基因測序儀中的移動(dòng)，并確定采圖位置。關(guān)于步驟S2的具體內(nèi)容，將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。步驟S3，控制系統(tǒng)1利用其采圖控制單元300激發(fā)反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在采圖位置獲取圖像信號。關(guān)于步驟S3的具體內(nèi)容，將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。在具體應(yīng)用中，圖7所示的上述方法對基因測序儀中對應(yīng)的各組件分別進(jìn)行自動(dòng)化操作，且能對不同組件進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)。更為重要的是，每項(xiàng)操作均充分考慮了基因測序各階段的技術(shù)特點(diǎn)，包括步驟Sl對試劑劑量及類型、反應(yīng)溫度、時(shí)間、潔凈度等的控制，步驟S2對納米級位移、聚焦調(diào)節(jié)等的控制，步驟S3對發(fā)光強(qiáng)度、光路調(diào)節(jié)、曝光時(shí)間計(jì)算、圖像拍攝等的控制，均按照嚴(yán)格指標(biāo)進(jìn)行精確的操作。因此上述方法能大幅度提高測序過程的穩(wěn)定性和效率，以及測序結(jié)果的準(zhǔn)確性。圖8示出了圖7中步驟SO在一個(gè)實(shí)施例中的方法流程，包括步驟S01，根據(jù)生物樣品制備待測的基因片段庫，并生成測序所需的反應(yīng)體系。在本發(fā)明中，反應(yīng)體系的樣品制備過程是通過一個(gè)油包水的單分子DNA片段擴(kuò)增體系來實(shí)現(xiàn)的。在油包水的體系中包含大量相互獨(dú)立的反應(yīng)滴，每個(gè)反應(yīng)滴包含一個(gè)微珠，其上結(jié)合有待測的DNA片段。通過對油包水的體系進(jìn)行PCR擴(kuò)增，每一個(gè)磁珠將結(jié)合擴(kuò)增后的多個(gè)拷貝數(shù)目的DNA片段，而這些片段均來自于同一個(gè)待測DNA模板。當(dāng)然，本發(fā)明也可以不經(jīng)過 PCR擴(kuò)增，針對單分子也可以進(jìn)行后續(xù)操作，只是經(jīng)PCR擴(kuò)增后可以增強(qiáng)測序信號，提高測
序質(zhì)量。在一個(gè)實(shí)施例中，以圖2中描述的基因測序儀組件的情形為例，步驟SOl具體包括(a)體系制備模塊401發(fā)送指令給文庫制備組件，控制該組件在不同的實(shí)驗(yàn)條件下對生物樣品進(jìn)行一系列處理，使得生物樣品完成幾個(gè)階段的轉(zhuǎn)變，得到待測的基因片段庫。需說明的是，(b)體系制備模塊401發(fā)送指令給反應(yīng)體系制備組件，控制該組件進(jìn)行油相、水相的混合，在一定條件下生成油包水的反應(yīng)體系。上述(a)中，若最初獲取的生物樣品的類型、所處階段不同，體系制備模塊401就會對應(yīng)多種不同的處理方式。在一個(gè)實(shí)施例中，若最初獲取的生物樣品是組織細(xì)胞、細(xì)菌等，那么體系制備模塊401將首先控制文庫制備組件從這些組織細(xì)胞、細(xì)菌中提取RNA，并轉(zhuǎn)錄合成得到初始DNA片段。然后將初始DNA片段結(jié)合到微珠上，再將結(jié)合在微珠上的多個(gè)初始DNA片段酶切成長度相等的多個(gè)DNA標(biāo)簽，接著將每一 DNA標(biāo)簽連接一段通用序列， 最后對連有通用序列的每一 DNA標(biāo)簽進(jìn)行擴(kuò)增，得到待測的基因片段庫。在另一實(shí)施例中， 若最初獲取的生物樣品已經(jīng)是經(jīng)過提取、轉(zhuǎn)錄合成得到的初始DNA片段，那么體系制備模塊401則控制文庫制備組件將初始DNA片段結(jié)合到微珠上，再將結(jié)合在微珠上的多個(gè)初始 DNA片段酶切成長度相等的多個(gè)DNA標(biāo)簽，接著將每一 DNA標(biāo)簽連接一段通用序列，最后對連有通用序列的每一 DNA標(biāo)簽進(jìn)行擴(kuò)增，得到待測的基因片段庫。上述(b)中，油包水反應(yīng)體系的制備有多種方式。在一個(gè)實(shí)施例中，體系制備模塊 401首先控制反應(yīng)體系制備組件建立包含修飾后的微珠在內(nèi)的PCRmix水相體系，例如建立如下水相體系(I)IOXPCR buffer, 15 μ L ； (2) dNTP，3 μ L ； (3)DNA 模板，2 μ L ； (4)引物結(jié)合后的微珠，5 μ L ； (5) Taq 酶，9 μ L ； (6)Mg2+，3 μ L ； (7) ddH20，114 μ L ； (8)在水相體系中優(yōu)選加入能夠加快反應(yīng)啟動(dòng)速度的一對小引物，上、下游兩端各0.75 μ L。體系制備模塊401 然后控制反應(yīng)體系制備組件建立油脂類溶液構(gòu)成的油相體系，然后將水相體系注入到油相體系，在一定條件下震蕩混勻成為乳濁液。該條件例如，震蕩頻率15ΗΖ，時(shí)間15s。上述油包水反應(yīng)體系可以在多種容器中制備，例如試管中。(2)上樣控制模塊402將反應(yīng)體系設(shè)置到基因測序儀中。以圖2中描述的基因測序儀組件的情形為例，該設(shè)置過程是利用上樣控制模塊 402對基因測序儀中的機(jī)械手進(jìn)行控制，將反應(yīng)體系設(shè)置到基因測序儀中的可活動(dòng)組件中。 在一個(gè)實(shí)施例中，上樣控制模塊402發(fā)送指令給機(jī)械手，將前述的試管中的油包水反應(yīng)體系導(dǎo)入一反應(yīng)小室，再將反應(yīng)小室安裝到樣品臺的特定位置。至此，完成了自動(dòng)化的樣品制備及上樣操作，則可以開始進(jìn)行測序。圖9示出了圖7中步驟Sl在一個(gè)實(shí)施例中的方法流程，該方法流程基于圖1、圖2 所示的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，反應(yīng)控制單元100包括試劑控制模塊101、溫控模塊102。步驟 Sl包括步驟S11，試劑控制模塊101控制基因測序儀對試劑進(jìn)行選擇，并吸取對應(yīng)的試劑，導(dǎo)入反應(yīng)體系。本發(fā)明中步驟Sll存在多種具體實(shí)現(xiàn)方式，若基因測序儀中與反應(yīng)控制單元100對應(yīng)的組件為前述圖2中描述的情形，則其控制過程是試劑控制模塊101確定不同階段所需取用的試劑類型，發(fā)送指令到機(jī)械手，控制機(jī)械手移動(dòng)到試劑臺上對應(yīng)的試劑位置，并將固定于機(jī)械手上的軟管插入試劑中；試劑控制模塊101發(fā)送指令到泵，控制泵運(yùn)轉(zhuǎn)從而吸取試劑；試劑控制模塊101吸取到所需的試劑后，發(fā)送指令到泵，繼續(xù)控制泵運(yùn)轉(zhuǎn)將試劑打入反應(yīng)小室。步驟S12，溫控模塊102將反應(yīng)體系的溫度控制在反應(yīng)所需的溫度。本發(fā)明中步驟 S12存在多種具體實(shí)現(xiàn)方式，下面將通過不同的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述。在一個(gè)實(shí)施例中，以圖2中描述的基因測序儀組件的情形為例，步驟S12通過串口通信方式實(shí)現(xiàn)，具體過程是溫控模塊102發(fā)送指令給溫度傳感器，控制溫度傳感器對反應(yīng)小室的溫度進(jìn)行檢測，并讀取溫度檢測結(jié)果t ；溫控模塊102中設(shè)置了不同反應(yīng)階段的溫度值T，當(dāng)其獲得溫度檢測結(jié)果t后，則將其與設(shè)置的溫度值T進(jìn)行對比；溫控模塊102進(jìn)一步根據(jù)對比結(jié)果進(jìn)行處理，若t < T，溫控模塊102發(fā)送指令給溫控器中的升溫裝置，控制溫控器中的升溫裝置啟動(dòng)，給反應(yīng)小室加熱，若t ^ T，則不需啟動(dòng)升溫裝置加熱，升溫裝置通過外部環(huán)境自動(dòng)冷卻到溫度T。對于其他情形下的基因測序儀組件，控制原理一致，具體過程可能存在差異。例如，在另一實(shí)施例中，若基因測序儀組件與圖2中描述的情形相比，溫控器除了包括用于檢測反應(yīng)小室溫度的溫度傳感器、給反應(yīng)小室加熱的升溫裝置，還包括給反應(yīng)小室制冷的降溫裝置。那么在這種情形下，步驟S12的實(shí)現(xiàn)過程為溫控模塊102發(fā)送指令給溫度傳感器，控制溫度傳感器對反應(yīng)小室的溫度進(jìn)行檢測，并讀取溫度檢測結(jié)果t ；溫控模塊102中設(shè)置了不同反應(yīng)階段的溫度值T，當(dāng)其獲得溫度檢測結(jié)果t后，則將其與設(shè)置的溫度值T進(jìn)行對比；溫控模塊102進(jìn)一步根據(jù)對比結(jié)果進(jìn)行處理，若t < T，溫控模塊102發(fā)送指令給溫控器中的升溫裝置，控制溫控器中的升溫裝置啟動(dòng)，給反應(yīng)小室加熱，若t ^ T，溫控模塊 102發(fā)送指令給溫控器中的降溫裝置，控制溫控器中的降溫裝置啟動(dòng)，對反應(yīng)小室制冷。由圖9可知，步驟S11可對試劑類型、試劑劑量、吸取速度、打出速度等進(jìn)行精確的控制，步驟S12可對溫度檢測、溫度設(shè)置、加熱、制冷等進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而保證了反應(yīng)體系的生化反應(yīng)過程順利進(jìn)行，也因此提高了整個(gè)測序過程的穩(wěn)定性、效率及準(zhǔn)確性。圖10示出了圖7中步驟S2在一個(gè)實(shí)施例中的方法流程。步驟S21，檢測反應(yīng)體系在基因測序儀中的當(dāng)前位置，并控制其移動(dòng)到其所在平面上的目標(biāo)位置。本發(fā)明中，步驟S21可通過多種方式控制反應(yīng)體系的移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，基因測序儀中與定位控制單元200對應(yīng)的組件為前述圖2中描述的情形，步驟S21是通過串口通信方式來實(shí)現(xiàn)的位移模塊201首先發(fā)送指令給樣品臺， 讀取樣品臺在其所在平面上的初始位置坐標(biāo)，例如為(Xci, Y0)；確定反應(yīng)體系在其所在平面上的目的坐標(biāo)(Χ，Υ)后，位移模塊201再發(fā)送指令給樣品臺，控制樣品臺從(H)平移到目的坐標(biāo)(Χ，Υ)。步驟S22，控制基因測序儀的焦距調(diào)節(jié)，確定反應(yīng)體系的采圖位置。本發(fā)明中，步驟S22可通過多種方式確定反應(yīng)體系的采圖位置，下面以圖2中描述的基因測序儀組件的情形為例進(jìn)行說明。在一個(gè)實(shí)施例中，步驟S22是通過串口通信方式來實(shí)現(xiàn)的聚焦模塊202首先發(fā)送指令給顯微鏡，控制顯微鏡在與樣品臺垂直方向上移動(dòng)，通過調(diào)節(jié)顯微鏡與反應(yīng)小室之間的距離，將清晰度最佳的位置確定為采圖位置。
在另一實(shí)施例中，步驟S22仍然是通過串口通信方式來實(shí)現(xiàn)的聚焦模塊202發(fā)送指令給樣品臺，控制樣品臺在其所在平面的垂直方向上移動(dòng)，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)小室與顯微鏡之間的距離，將清晰度最佳的位置確定為采圖位置。在上述兩個(gè)實(shí)施例中，步驟S22可通過多種方式確定圖像清晰度最佳的位置。例如，可通過顯微鏡鏡頭觀察對比的方式確定圖像清晰度最佳的位置，或者利用算法計(jì)算圖像清晰度、利用算法自動(dòng)調(diào)節(jié)圖像清晰度，等等。由上可知，步驟S21可對微納米級的位移進(jìn)行精確的自動(dòng)控制，步驟S22可對聚焦調(diào)節(jié)、清晰度判斷等進(jìn)行精確的自動(dòng)控制，從而能快速、準(zhǔn)確地確定最佳的采圖位置，也因此提高了測序過程的穩(wěn)定性、效率及準(zhǔn)確性。圖11示出了圖7中步驟S3在一個(gè)實(shí)施例中的方法流程。步驟S31，控制特定波長的激發(fā)光照射反應(yīng)體系，使反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光。在本發(fā)明中，步驟S31可通過多種方式實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，基因測序儀中與采圖控制單元300對應(yīng)的組件為前述圖2中描述的情形，那么步驟S31的實(shí)現(xiàn)過程是激發(fā)模塊301發(fā)送指令給激發(fā)光源，啟動(dòng)激發(fā)光源發(fā)光，使光線照射到樣品臺上的反應(yīng)小室。在本實(shí)施例中，反應(yīng)體系中微珠上核苷酸攜帶的標(biāo)記物為熒光標(biāo)記物，其受到特定波長的光源激發(fā)后就可發(fā)出熒光。步驟S32，確定曝光時(shí)間，并采用該曝光時(shí)間對反應(yīng)體系拍照，獲取圖像信號。在本發(fā)明中，步驟S32可通過多種方式實(shí)現(xiàn)。繼續(xù)在前述步驟S31的實(shí)施例中，基因測序儀中與采圖控制單元300對應(yīng)的組件為前述圖2中描述的情形，那么在步驟S32中，首先由拍照模塊302確定合適的曝光時(shí)間值，然后發(fā)送指令給CCD，控制CCD按照該曝光時(shí)間值拍攝熒光圖。本發(fā)明的步驟S32可通過多種方式確定合適的曝光時(shí)間值，例如根據(jù)情況進(jìn)行人為設(shè)置，或者設(shè)置為多次測序過程累積的曝光時(shí)間經(jīng)驗(yàn)值，或者通過算法計(jì)算出合適的曝光時(shí)間值，等等。在此前現(xiàn)有技術(shù)的基因測序控制系統(tǒng)中，大部分采用了人為設(shè)置的方式， 本發(fā)明則具有多種可選模式，旨在根據(jù)不同的情況確定最佳的曝光時(shí)間值，從而提高圖像信號的質(zhì)量。步驟S33，保存獲取的圖像信號。本發(fā)明中圖像存取模塊303可采用多種格式存儲圖像信號。步驟S33可通過多種方式實(shí)現(xiàn)。繼續(xù)在前述步驟S31、S32的實(shí)施例中，步驟S33的實(shí)現(xiàn)方式是拍照模塊302將 CCD拍攝的熒光圖發(fā)送給圖像存取模塊303，圖像存取模塊303可以采用特殊的高保真圖像存儲格式保存熒光圖，也可以采用普通的圖像存儲格式，例如TIFF、EPS、PNG、PSD格式等。由上可知，步驟S31可對激發(fā)光源的發(fā)光光路等進(jìn)行精確控制，步驟S32可對曝光時(shí)間值的確定、圖像拍攝等進(jìn)行精確控制，步驟S33可采用最佳的圖像格式存儲圖像信號， 從而保證了所獲取的圖像信號的質(zhì)量，極大地提高了測序結(jié)果的準(zhǔn)確性，且該自動(dòng)化控制方式也提高了測序過程的穩(wěn)定性和效率。為了更加清楚地闡釋本發(fā)明，申請人將以一個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)過程為例說明一個(gè)公知的生物樣品處理并進(jìn)行基因測序的全過程。該應(yīng)用場景是采用某種公知的測序方法對DNA 進(jìn)行測序(1)從所獲取的細(xì)菌樣品中提取RNA，轉(zhuǎn)錄合成得到初始DNA片段。
(2)將初始DNA片段結(jié)合到微珠上，再將結(jié)合在微珠上的多個(gè)初始DNA片段酶切成長度相等的多個(gè)DNA標(biāo)簽，接著將每一 DNA標(biāo)簽連接一段通用序列。(3)對連有通用序列的每一 DNA標(biāo)簽進(jìn)行擴(kuò)增，得到待測的基因片段庫。(4)將待測基因片段上3’端修飾的微珠沉積于上樣玻片，在沉積過程中可對微珠密度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到最大通量。(5)向反應(yīng)體系中加入DNA連接酶、通用測序引物η和具有3’-XXrmnZZZ-5’結(jié)構(gòu)的八聚核苷酸。在這個(gè)八聚核苷酸中，第1和第2位(XX)上的堿基是確定的，并根據(jù)種類的不同在第6-8位(ΖΖΖ)上加了不同的熒光標(biāo)記。這種由兩個(gè)堿基決定的測序方法被稱為兩堿基測序(two base encoding)。(6)當(dāng)八聚核苷酸由于第1和第2位配對而被連接酶連接上時(shí)，經(jīng)特定波長的光激發(fā)，會發(fā)出熒光。(7)在記錄下熒光信息后，通過化學(xué)方法在第5和第6位之間進(jìn)行切割，淬滅熒光信號，以進(jìn)行下個(gè)位置的測序。通過這種方法，每次測序的位置都相差五位，即第一次測第1和第2位，第二次測
第6和第7位......在測到末尾后，將新合成的鏈變性、洗脫。而后用通用測序引物n-1進(jìn)
行第二輪測序。通用測序引物n-1與通用測序引物η的差別是，二者在與接頭配對的位置上相差一個(gè)堿基，即通用測序引物n-1在通用測序引物η配對位置上向3’端移動(dòng)了一個(gè)堿基。
因此在加入DNA連接酶和八聚核苷酸后，可以測定第0和第1位、第5和第6位......第二
輪測序完成后，接下來再分別加入通用測序引物η-2、通用測序引物η-3、通用測序引物η-4 進(jìn)行第三輪、第四輪、第五輪測序，最終可以完成全部位置的測定。上述的測序過程，每一輪都涉及多次試劑取用、溫度調(diào)控、時(shí)間控制等，不論是單純的人工操作，還是人工控制儀器操作，均無法充分保證實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性、效率及準(zhǔn)確性。而利用本發(fā)明的控制方法及系統(tǒng)，只需把制備好的反應(yīng)體系設(shè)置在基因測序儀中，選擇針對不同樣品的測序模式，就可以使基因測序儀自動(dòng)運(yùn)行上述各個(gè)步驟，無需手工操作。若基于圖2所示的系統(tǒng)及圖7所示的方法，上樣后經(jīng)過基因測序儀的自動(dòng)測序過程，可快速采集到圖像信號；若基于圖3所示的系統(tǒng)及圖8所示的方法，上樣后經(jīng)過基因測序儀的自動(dòng)測序過程，可直接得到基因序列信息，例如堿基排列順序、致病基因位點(diǎn)等。應(yīng)當(dāng)說明的是，本發(fā)明的方法及系統(tǒng)適用于對各種類型的生物樣品進(jìn)行處理，并在此基礎(chǔ)上對基因測序儀的測序過程進(jìn)行自動(dòng)化控制。即便不同類型的生物樣品在處理方式上可能存在差異，或者不同類型的基因測序儀在具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)上可能存在差異，但上述的控制系統(tǒng)及控制方法在根本原理上是一致或類似的，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)受到不同類型的生物樣品，或者不同類型的基因測序儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的限制。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括樣品控制單元、反應(yīng)控制單元、定位控制單元、采圖控制單元；所述樣品控制單元用于控制生物樣品的制備，生成反應(yīng)體系并將其設(shè)置到基因測序儀中；所述反應(yīng)控制單元用于控制基因測序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)體系，并在測序過程中調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的溫度；所述定位控制單元用于控制反應(yīng)體系在基因測序儀中的移動(dòng)，并確定采圖位置； 所述采圖控制單元用于激發(fā)反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在所述采圖位置獲取圖像信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品控制單元包括體系制備模塊、上樣控制模塊；所述體系制備模塊根據(jù)生物樣品制備待測的基因片段庫，并處理成測序所需的反應(yīng)體系；所述上樣控制模塊將反應(yīng)體系設(shè)置到基因測序儀中的確定位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)控制單元包括試劑控制模塊、溫控模塊；所述試劑控制模塊用于控制基因測序儀對試劑進(jìn)行選擇，并吸取對應(yīng)的試劑，導(dǎo)入反應(yīng)體系；所述溫控模塊用于將反應(yīng)體系的溫度控制在反應(yīng)所需的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的系統(tǒng)，其特征在于，所述定位控制單元包括位移模塊、聚焦模塊；所述位移模塊用于檢測反應(yīng)體系在基因測序儀中的當(dāng)前位置，并控制其移動(dòng)到其所在平面上的目標(biāo)位置；所述聚焦模塊用于控制基因測序儀的焦距調(diào)節(jié)，確定反應(yīng)體系的采圖位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的系統(tǒng)，其特征在于，所述聚焦模塊通過調(diào)節(jié)顯微鏡與反應(yīng)小室之間的距離，將清晰度最佳的位置確定為采圖位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的系統(tǒng)，其特征在于，所述采圖控制單元包括激發(fā)模塊、拍照模塊、圖像存取模塊；所述激發(fā)模塊用于控制特定波長的激發(fā)光照射反應(yīng)體系，使反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光；所述拍照模塊確定曝光時(shí)間，并采用所述曝光時(shí)間對反應(yīng)體系拍照，獲取圖像信號； 所述圖像存取模塊與拍照模塊進(jìn)行通信，用于保存獲取的圖像信號。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟A.控制生物樣品的制備，生成反應(yīng)體系并將其設(shè)置到基因測序儀中；B.控制基因測序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)體系，并調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的溫度；C.控制反應(yīng)體系在基因測序儀中的移動(dòng)，并確定采圖位置；D.激發(fā)反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在所述采圖位置獲取圖像信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的方法，其特征在于，所述步驟A包括Al.根據(jù)生物樣品制備待測的基因片段庫，并處理成測序所需的反應(yīng)體系；A2.將所述反應(yīng)體系設(shè)置到基因測序儀中的確定位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的方法，其特征在于，所述步驟B包括B 1.控制基因測序儀對試劑進(jìn)行選擇，并吸取對應(yīng)的試劑，導(dǎo)入反應(yīng)體系；B2.將反應(yīng)體系的溫度控制在反應(yīng)所需的溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的方法，其特征在于，所述步驟C包括Cl.檢測反應(yīng)體系在基因測序儀中的當(dāng)前位置，并控制其移動(dòng)到其所在平面上的目標(biāo)位置；C2.控制基因測序儀的焦距調(diào)節(jié)，確定反應(yīng)體系的采圖位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的方法，其特征在于，所述步驟C2包括通過調(diào)節(jié)顯微鏡與反應(yīng)小室之間的距離，將清晰度最佳的位置確定為采圖位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的方法，其特征在于，所述步驟D包括Dl.控制特定波長的激發(fā)光照射反應(yīng)體系，使反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光；D2.確定曝光時(shí)間，并采用所述曝光時(shí)間對反應(yīng)體系拍照，獲取圖像信號；D3.保存獲取的圖像信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及基因工程領(lǐng)域，提供了一種對生物樣品處理及測序進(jìn)行自動(dòng)化控制的方法及系統(tǒng)。所述方法包括以下步驟A.控制生物樣品的制備，生成反應(yīng)體系并將其設(shè)置到基因測序儀中；B.控制基因測序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)體系，并調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的溫度；C.控制反應(yīng)體系在基因測序儀中的移動(dòng)，并確定采圖位置；D.激發(fā)反應(yīng)體系中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在所述采圖位置獲取圖像信號。所述系統(tǒng)包括樣品控制單元、反應(yīng)控制單元、定位控制單元、采圖控制單元，分別用于執(zhí)行上述方法中的各步驟。本發(fā)明通過對生物樣品的制備及上樣進(jìn)行自動(dòng)化控制，以及對基因測序的測序過程進(jìn)行自動(dòng)化控制，不僅提高了測序過程的穩(wěn)定性和效率，而且提高了測序結(jié)果的準(zhǔn)確性。
文檔編號C12M1/38GK102321535SQ201110258910
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者盛司潼 申請人:盛司潼