[發明專利]一種高通量基因測序動態調度控制方法及系統裝置

有效

• 申請號: 201510378422.7
• 申請日: 2015-07-01
• 公開（公告）號: CN104893972A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發明（設計）人: 韓九強;張朋;劉俊;呂紅強;鐘德星
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C12M1/38
• 分類號: C12M1/38;C12M1/36;C12M1/34;C12Q3/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

技術領域

本發明屬于高通量基因測序技術領域，特別涉及一種高通量基因測序動態調度控制方法及系統裝置。

背景技術

高通量基因測序技術涉及機械、電子通信、生物、化學、光學等交叉學科。整個測序過程對精度要求高，任何一點點誤差，就可能導致測序結果不理想，并且要求各個組件之間協調配合，包括對試劑量及類型、反應溫度、時間、潔凈度、納米級位移、聚焦調節、發光強度、光路調節、曝光時間計算、圖像拍攝等多方面的控制要求高，難度大。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種高通量基因測序動態調度控制方法及系統裝置，可為高通量測序儀的反應小室提供環境一體化控制策略。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種高通量基因測序動態調度系統裝置，橋式PCR擴增反應以及邊合成邊測序(Sequencing?by?Synthesis，SBS)反應均在反應小室的流動槽中進行，流動槽表面內表面以共價鍵的形式固定帶有接頭的單鏈DNA片段，包括：

用于調控反應小室內溫度的溫度控制系統，橋式PCR擴增反應實現溫度循環控制，邊合成邊測序反應實現對溫度的恒溫保障；

用于控制所述兩種反應過程中各種試劑的加載和流出的試劑控制系統，對橋式PCR擴增反應和邊合成邊測序反應的試劑、試劑緩沖液、PH值控制液等的加載、流出及試劑時序進行控制；

用于向邊合成邊測序反應過程中的待測DNA片段提供紅綠激光以激發待測DNA片段中攜帶的熒光染料基團發光的激光觸發系統，對邊合成邊測序反應提供紅綠激光觸發條件；

用于在邊合成邊測序反應過程中進行掃描的振鏡掃描系統，在邊合成邊測序反應每一輪反應過程中，對流動槽進行掃描，捕獲熒光數據；

以及，

用于采集熒光染料基團發光圖像的光學采集系統，在邊合成邊測序反應進行過程中，CCD采集捕獲的熒光數據，進行保存，后續進行圖像處理、數據處理，進而得到測序結果。

所述溫度控制系統包括設置于反應小室內的溫度傳感器、電熱片、半導體制冷片以及散熱風扇，其中電熱片位于流動槽上方的翻蓋上，流動槽下方為載物臺，載物臺位于反應臺上，半導體制冷片嵌在載物臺中間的凹槽中，散熱片貼放于半導體制冷片下表面，散熱片配有散熱風扇；電熱片貼在SBS反應室四周，根據橋式PCR擴增反應的變性、退火、延伸三個階段，進行溫度的循環調控，在邊合成邊測序反應過程中，調控反應小室內的溫度恒定為室溫。

所述試劑控制系統包括一個多通道試劑泵，根據橋式PCR擴增反應和邊合成邊測序反應的不同階段，打開或者關閉相應通道，控制相應試劑的加載和流出，并控制加載和流出的相應時間。

所述激光觸發系統包括綠激光器和紅激光器以及其各自連接的電源，綠激光器和紅激光器平行設置，發出的激光均經振鏡反射最終射向邊合成邊測序反應中的待測DNA片段。

所述振鏡掃描系統包括振鏡及其驅動器，驅動器帶動振鏡實現掃描，每輪邊合成邊測序反應，掃描一次。

所述光學采集系統包括CCD相機，采集熒光染料基團發光圖像，并傳輸至計算機。

本發明還提供了一種基于所述系統裝置的高通量基因測序動態調度控制方法，包括如下步驟：

步驟1，將待測DNA片段樣品放入流動槽中；

步驟2，對待測樣品進行橋式PCR擴增反應，在反應過程中，控制小室溫度、試劑流量以及PH值；

步驟3，對擴增后的樣品進行邊合成邊測序反應，反應過程中，控制小室溫度和試劑流量，同時控制紅綠激光觸發照射、振鏡掃描、光學采集熒光信號。

所述步驟2中小室溫度控制策略為：根據PCR擴增反應溫度曲線，控制溫度在變性、退火、延伸三個反應階段進行循環，利用溫度傳感器讀取反應小室溫度，執行機構為電熱片、半導體制冷片以及散熱風扇；其中：

半導體制冷片加熱反應對象用如下微分方程描述：