流动池的对准方法和系统的制作方法
【专利说明】流动池的对准方法和系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请涉及并要求于2013年3月15日提交的名称为“流动池的对准方法和系统(Flow Cell alignment methods and systems)”的美国申请第13/832,509号的权益，其全部内容通过引用合并到本文中，以用于所有目的。
【背景技术】
[0003]在过去的25年中，生成并且储存在基因库(Genbank)中的DNA序列信息量呈指数增长。下一代测序技术中有许多都使用合成测序(SBS)的形式，其中，使用专门设计的核苷酸和DNA聚合酶，以受控方式读取结合在芯片上的单链DNA模板的序列。其它的下一代测序技术可使用天然核苷酸和/或聚合酶，或者经标记的寡核苷酸和连接酶来确定核酸序列。为了实现高通量，数以百万计的模板斑点(每个模板斑点都是单个分子或者多个分子)被排列在测序芯片上，并且独立地读出并记录它们的序列。进行高通量测序的期望来源于对处理更快且成本降低的需求。然而，商用的高通量系统在降低了大规模测序(例如，10?100千兆碱基)成本的同时，却使小规模测序(例如，100百万碱基至Ijl千兆碱基)昂贵且不方便。
[0004]近来，已经开发出以比传统设备小得多的规模进行测序的仪器。在美国专利公开第2010/0323350号(申请序列号12/719，469，2010年3月8日提交)、第2010/0152050号(申请序列号12/704，842，2010年2月12日提交)和第2009/0298131号(申请序列号12/370，125，2009年2月12日提交)中，描述了可用于执行较小规模测序操作的示例性装置和方法。上述专利通过引用并入到本文中。这样的仪器使用“装配线”型的系统，该系统可以被布置成旋转式传送带(carousel)，同时处理多个包含单链DNA模板的相对较小的流动池。在操作期间，使每个流动池物理移动，穿过一系列处理站。这些处理站中的一部分对流动池进行净化并且用新的试剂填充流动池，同时其它处理站用于对流动池进行成像，或者用作空闲站，流动池被保持在空闲站中但是并不进行实质性处理。还可以设置其它处理站。这些仪器提供了高通量SBS操作，且同时显著节省了试剂和其它处理成本。期望该新一代仪器能够让公众以降低的成本进行用于各种目的SBS操作，并且能够提供比之前的设备的周转更快速的周转。
[0005]测序仪器的现有技术状况仍然需要改进，尤其是那些使用可移动的流动池来进行小规模测序操作的测序仪器。
【发明内容】
[0006]本发明具体为成像器，并且公开了一种由成像器使用的对准方法，其中该成像器对流动池上的脱氧核糖核酸(DNA)片段进行成像。成像器捕捉分片中的DNA片段微珠位置处的强度值，每个分片在流动池中都具有参考位置。
[0007]可通过如下步骤对准流动池:在第一次成像会话期间，获得每个分片的暗场像;在所述第一次成像会话期间，识别出第一分片内的微珠位置的第一暗场群和第二分片内的微珠位置的第二暗场群;在第二次成像会话期间，识别出与所述第一暗场群和所述第二暗场群对应的群;在所述第二次成像会话期间，改变至少一个分片的参考位置以校正在对应的第一暗场群中的线性偏移；以及应用至少一个校正系数，以从成像器读出所述流动池中的微珠位置的强度值，以校正由对应的第一暗场群和第二暗场群中的偏移所确定的角度偏移。
[0008]成像器可包括:支撑所述流动池的xy平台，被配置成捕捉流动池分片的图像的照相机，以及与所述Xy平台和所述照相机耦接的处理器。所述处理器可被配置成定位所述Xy平台并且控制所述照相机，以:在第一次成像会话期间，获得每个分片的暗场像;在所述第一次成像会话期间，识别出第一分片内的微珠位置的第一暗场群和第二分片内的微珠位置的第二暗场群;在第二次成像会话期间，识别出与所述第一暗场群和所述第二暗场群对应的群;在所述第二次成像会话期间，当定位Xy平台时，改变至少一个分片的参考位置，以校正在对应的第一暗场群中的线性偏移；以及应用至少一个校正系数，以从所述照相机读出所述流动池中的微珠位置的强度值，以校正由对应的第一暗场群和第二暗场群中的偏移所确定的角度偏移。
【附图说明】
[0009]当结合附图阅读时，根据下面的详细说明可最好地理解本发明，其中相似的元件具有相同的附图标记。当存在多个相似元件时，可将单一附图标记分配给多个相似元件，其中单一附图标记具有指代具体元件的小写字母标志。当笼统地指代元件或者指代元件中非特定的一个或多个元件时，可以将小写字母标志去掉。连接组件的没有箭头的线可表示这些组件之间的双向交换。要强调的是，按照惯例，附图的各个特征没有按比例绘制。相反的，为清楚起见，各个特征的尺寸是经任意放大或缩小的。附图中包含以下各图:
[0010]图1为根据本发明多个方面的成像器的框图；
[0011]图2为根据本发明多个方面的成像器的透视图；
[0012]图3为图2的成像器内的流动池的侧视图，示出了反射暗场LED光的DNA片段微珠；
[0013]图4为图2的成像器内的流动池的俯视图，示出了用于对流动池进行成像的虚拟分片;
[0014]图5为根据本发明多个方面对流动池进行成像的时序图；
[0015]图6为根据本发明多个方面对流动池进行成像的步骤的流程图；以及
[0016]图7为根据本发明多个方面的用于改变分片参考位置以及登记DNA片段微珠位置的步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0017]图1描绘了根据本发明的一个实施方式的，用于对芯片102的流动池上的脱氧核糖核酸(DNA)片段的微珠位置进行成像的成像器100。如将在下文更详细讨论的那样，成像器100按分片对流动池进行成像，其中每个分片在流动池中都具有参考位置。
[0018]传送器104和xy平台106定位芯片102，以通过成像器100进行成像。传送器104使XY平台106移动以从旋转式传送带或者其他类型的输送系统移除芯片，并且定位芯片以用于在成像器100内进行成像。xy平台106将芯片102定位在物镜108下方的水平平面上，以用于对单个分片进行成像。
[0019]成像器100包括一个或多个暗场LED(发光二极管)110和至少一个荧光LED组112，以照射在流动池上的DNA片段。在所示的实施方式中，暗场LED 110从侧面照射芯片102，而荧光场LED 112通过透镜113、激发滤光片114和分色镜116来从上方照射芯片102。分色镜116反射一个或多个频带的光，而透过不是这些频带的光。暗场LED 110可以是红光LED。可选择荧光场LED 112和对应的滤光片114，以用期望颜色的光来照射芯片102。
[0020]当使用暗场LED110来照射芯片时，可将分色镜116从路径中移除，以使被流动池中的微珠位置反射的光沿着成像轴111穿过物镜108、发射滤光片109和透镜系统109。然后，光投射到照相机118上，在照相机118中捕捉光。当使用荧光场LED 112时，来自LED 112的光穿过滤光片114并且被分色镜116反射，通过物镜108照向芯片102。响应于被来自荧光场LED112的光(发射的光具有不同的波长)照射，微珠位置发光。如美国申请第12/719,469号中所描述的那样，可以通过与特定核苷酸相关联的荧光染料或其它组合物来产生发射的光。发射的光穿过物镜108、分色镜116、发射滤光片107以及透镜系统109，以投射到照相机118上。照相机可以是3296 X 2472电荷耦合装置(CCD)。尽管示出了一个荧光场LED组112，但是可采用附加的LED组和对应的滤光片，以用不同颜色的光照射芯片。例如，可以制造四种不同颜色(例如蓝色、绿色、黄色和红色)的光。
[0021]处理器120与多个组件耦接以控制芯片的定位以及芯片上的流动池的成像。存储器122与处理器120耦接。处理器120可控制成像系统100，来实施本文中描述的多个步骤中的一个或多个。存储器是可存储下述指令的非易失性计算机可读介质，当处理器120执行这些指令时，实施本文中描述的多个步骤中的一个或多个。此外，存储器可存储来自照相机118的图像信息，例如在成像过程中获得的微珠位置处的强度值。
[0022]图2是成像系统100的透视图，更详细地描绘了其上具有芯片102的xy平台106。芯片102包括含DNA片段的流动池200 平台106包括X-平台202和对应的控制器204以及y