专利名称：对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及基因工程领域，更具体地说，涉及一种对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的方法及系统。
背景技术：
最初的基因测序技术是通过手工操作进行的，包括Sanger发明的双脱氧链终止法，以及Maxam和Gilbert发明的化学降解法。由于手工操作效率较低，且容易发生人为操作失误，因此利用基因测序仪进行测序现已成为了测序技术的主流。目前的基因测序仪，其测序过程由一系列机械、电子通信、生物、化学、光学等操作所组成，这些操作分别由基因测序仪中对应的组件所执行，替代了单纯的手工操作。但是基因测序仪也面临以下问题一方面，由于基因测序对精度的要求非常高，属于纳米级，任何一个组件的操作出现偏差都会导致测序结果不理想；另一方面，整个测序过程涉及的具体步骤非常繁琐，需要基因测序仪中的各组件之间进行协同运作。也就是说，测序过程不仅要求基因测序仪中各组件准确、快速地执行各项操作，还要求各组件之间进行良好的配合。在具体应用中，基因测序仪进行测序时涉及的因素非常复杂，包括对试剂剂量及类型、反应温度、时间、洁净度、纳米级位移、聚焦调节、发光强度、光路调节、曝光时间计算、图像拍摄等多方面的控制，而且每个方面的要求非常高，因此要保证测序过程顺利进行，难度很大。仅以试剂剂量及类型的控制进行说明，由于基因测序过程中对试剂剂量的控制一般在微升级，且需要在不同的反应阶段进行多次不同剂量的吸取导入，加上每次所选取的试剂类型都可能存在差异，因此对试剂的剂量、类型的把握提出了较高的要求。若由人工操作进行试剂吸取，或人工控制仪器进行试剂吸取，都存在以下问题一方面很难精确控制剂量，而剂量的细微差别会导致不同的生化反应结果，也就会直接影响测序结果；另一方面， 人为参与需要对反应不同阶段的各种试剂类型进行准确判断，即便一个小环节上的失误就会导致生化反应失败，使得整个测序过程全盘失败。此外，由于测序过程从样品制备、上样、 测序、数据分析直到得出测序结果，每个阶段都需要一定的周期，如果上述试剂剂量及类型的控制存在失误，人工操作无法进行监控，不能在后续过程中及时纠错，即便得知最终的测序结果失败也很难查找到测序过程失败的根本原因，还浪费了大量的时间和价格昂贵的试剂。除开试剂剂量及类型的因素，其他各种因素，包括前述的反应温度、时间、洁净度、 纳米级位移、聚焦调节、发光强度、光路调节、曝光时间计算、图像拍摄等，均存在上述的类似情形，如果没有自动化的控制系统进行操作，整个测序过程将很难顺利展开，而要想稳定、快速地获得准确的测序结果就更难了。另外，利用一般的测序方式进行基因测序，不能进行大规模采图，通量较低。最后，目前的基因测序仪一般只能得到图像信号，还不能直接进行应用。只有对图像信号进行统计、计算、分析之后，得到了基因序列信息，即由A、T、C、G组成的碱基序列，才能进行各种应用，比如基于基因序列信息分析疾病基因位点，或分析动植物表现出某种性状的根本原因等。而这些图像信号分析过程目前主要还需要较大程度的人工参与，需要花费大量的时间，自动化程度不够。因此需要一种对基因测序仪的测序过程以及信号处理进行自动化控制的方法，解决上述难题，保证测序过程顺利、高效率地进行，提高测序的通量和测序结果的准确性，并能直接输出基因序列信息。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的方法及系统，旨在提高测序过程的稳定性和效率，同时测序的通量和测序结果的准确性，并能直接输出基因序列信息。为了实现发明目的，本发明提供了一种对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的系统，其中待测DNA片段样品设置在基因测序仪的反应小室中，所述系统包括反应控制单元、定位控制单元、采图控制单元、信号处理单元；所述反应控制单元用于控制基因测序仪将试剂导入反应小室，并在测序过程中调节反应小室的温度；所述定位控制单元用于控制反应小室在基因测序仪中的移动，并确定反应小室中待测DNA片段样品的采图位置；所述采图控制单元用于激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并在所述采图位置获取图像信号；所述信号处理单元用于对采图控制单元获取的图像信号进行处理和分析，得到基因序列信息。其中，在采图过程中，所述系统控制基因测序仪对反应小室中待测DNA片段样品上的逐个位置进行循环采图；所述定位控制单元控制反应小室在基因测序仪中逐次移动， 并确定每次移动后反应小室中待测DNA片段样品的采图位置；所述采图控制单元激发待测 DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并在所述每次移动后反应小室中待测DNA片段样品的采图位置获取图像信号。其中，所述反应控制单元包括试剂控制模块、温控模块；所述试剂控制模块用于控制基因测序仪对试剂进行选择，并吸取对应的试剂，导入反应小室；所述温控模块用于将反应小室的温度控制在反应所需的温度。其中，所述定位控制单元包括位移模块、聚焦模块；所述位移模块用于检测反应小室在基因测序仪中的当前位置，并控制其移动到其所在平面上的目标位置；所述聚焦模块用于控制基因测序仪的焦距调节，确定反应小室中待测DNA片段样品的采图位置。其中，所述采图控制单元包括激发模块、拍照模块、图像存取模块；所述激发模块用于控制特定波长的激发光照射反应小室中待测DNA片段样品，使待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光；所述拍照模块确定曝光时间，并采用所述曝光时间对反应小室中待测DNA片段样品拍照，获取图像信号；所述图像存取模块与拍照模块进行通信，用于保存获取的图像信号。其中，所述信号处理单元包括信号提取模块、信号分析模块；所述信号提取模块用于从所述图像信号中筛选出微珠所在位置的有效信号；所述信号分析模块用于对微珠所在位置的有效信号进行分析，获取基因序列信息。其中，所述信号处理单元还包括数据库，用于存储已知的基因序列信息；所述信号分析模块将所获取的基因序列信息与数据库进行比对，获取进一步的基因序列信息。
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其中，所述信号处理单元还包括统计模块，用于对信号提取模块、信号分析模块的中间处理数据和/或最终处理结果进行统计。为了更好地实现发明目的，还提供了一种基于前述系统对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的方法，其中待测DNA片段样品设置在基因测序仪的反应小室中，所述方法包括以下步骤A.控制基因测序仪将试剂导入反应小室，并调节反应小室的温度；B.控制反应小室在基因测序仪中的移动，并确定反应小室中待测DNA片段样品的采图位置；
C.激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并在所述采图位置获取图像信号；
D.对所述图像信号进行处理和分析，得到基因序列信息。其中，在采图过程中，对反应小室中待测DNA片段样品上的逐个位置进行循环采图，包括以下步骤B’ .控制反应小室在基因测序仪中逐次移动，并确定每次移动后反应小室中待测DNA片段样品的采图位置；C’ .激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并在所述每次移动后反应小室中待测DNA片段样品的采图位置获取图像信号。其中，所述步骤A包括A1.控制基因测序仪对试剂进行选择，并吸取对应的试剂， 导入反应小室；A2.将反应小室的温度控制在反应所需的温度。其中，所述步骤B或B’包括B1.检测反应小室在基因测序仪中的当前位置，并控制其移动到其所在平面上的目标位置；B2.控制基因测序仪的焦距调节，确定反应小室中待测DNA片段样品的采图位置。其中，所述步骤C或C’包括C1.控制特定波长的激发光照射反应小室中待测DNA 片段样品，使待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光；C2.确定曝光时间，并采用所述曝光时间对反应小室中待测DNA片段样品拍照，获取图像信号；C3.保存获取的图像信号。其中，所述步骤D包括D1.从所述图像信号中筛选出微珠所在位置的有效信号； D2.对微珠所在位置的有效信号进行分析，获取基因序列信息。其中，所述步骤D2之后还包括D3.将所获取的基因序列信息与数据库进行比对， 获取进一步的基因序列信息。其中，所述步骤D还包括对步骤D1、D2、D3的中间处理数据和/或最终处理结果进行统计。由上可知，本发明通过对基因测序的测序过程进行自动化控制，提高了测序过程的稳定性和效率，以及测序结果的准确性，并能直接输出基因序列信息。此外，通过控制基因测序仪进行大规模的图像采集，因此保证了足够的测序通量。
图1是本发明对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的系统结构示意图；图2是图1中的控制系统1在一个实施例中的结构示意图；图3是图2中的反应控制单元100在一个实施例中的结构示意图；图4是图2中的定位控制单元200在一个实施例中的结构示意图；图5是图2中的采图控制单元300在一个实施例中的结构示意图；图6是图2中的信号处理单元500在第一实施例中的结构示意图；图7是图2中的信号处理单元500在第二实施例中的结构示意7
图8是图2中的信号处理单元500在第三实施例中的结构示意图；图9是图2中的信号处理单元500在第四实施例中的结构示意图；图10是本发明一个实施例中对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的方法流程图；图11是图10中步骤Sl在一个实施例中的方法流程图；图12是图10中步骤S2在一个实施例中的方法流程图；图13是图10中步骤S3在一个实施例中的方法流程图；图14是本发明一个实施例中获取的图像信号的示意图；图15是图10中步骤S4在第一实施例中的方法流程图；图16是图10中步骤S4在第二实施例中的方法流程图；图17是图10中步骤S4在第三实施例中的方法流程图；图18是图10中步骤S4在第四实施例中的方法流程图；图19是利用本发明的系统及方法对DNA进行测序的示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。图1示出了本发明对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的系统结构，该系统包括控制系统1，和与其相连的至少一个基因测序仪，如图所示的基因测序仪2、基因测序仪3……基因测序仪N。应当说明的是，本发明所有图示中各设备之间的连接关系是为了清楚阐释其信息交互及控制过程的需要，因此应当视为逻辑上的控制关系，而不应限于物理连接或无线连接。另外需要说明的是，各功能模块之间的通信方式可以采取多种，本发明的保护范围不应限定为某种特定类型的通信方式。其中(1)控制系统1用于与至少一台基因测序仪进行通信，其各个功能模块分别控制基因测序仪中对应的各个组件，从而控制基因测序仪的测序过程。主要包括控制基因测序仪将试剂导入反应小室，并调节反应小室的温度；控制反应小室在基因测序仪中的移动，并确定反应小室中待测DNA片段样品的采图位置；激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并在上述采图位置获取图像信号。应当说明的是，上述控制方式适用于各种类型的基因测序仪，因此本发明中控制方法及系统的保护范围不应受到基因测序仪本身结构的限制。关于控制系统1的具体内容，将在其后的实施例中详细阐述。(2)基因测序仪N由多个组件构成，分别与控制系统1中的各个功能模块对应，接受并执行这些功能模块的各项指令，从而协同完成测序。这些组件包括用于吸取试剂并导入反应小室的组件，用于对反应小室的温度进行调节的组件，包含反应小室并可在基因测序仪内移动的组件，用于确定反应小室中待测DNA片段样品的采图位置的组件，用于导入激发光的组件，用于采集图像信号的组件等。应当说明的是，不同类型的基因测序仪具有不同的内部组件，或者内部组件的外在表现形式有所不同，但所实现的功能是一致的，本发明的保护范围不应受到这些因素的限制。还应当说明的是，各组件之间不一定完全独立，实现不同功能的各组件可能会涉及一个或多个相同的部件。关于基因测序仪N中的部分组件构成，可参考申请人的已公开专利申请号为CN200810132008.8，发明名称为“测序反应小室、基因测序反应台及基因测序系统”，本发明也将在其后的实施例中进行具体阐述。需要说明的是，在进行测序之前，待测DNA片段样品已制备好，并排列到反应小室中，该反应小室安装在基因测序仪的样品台上。待测DNA片段样品的制备过程是首先从组织、血液、细菌等提取DNA，将其处理成长度相等的待测DNA片段，并连接接头序列；然后通过接头序列与微珠上的引物结合，将待测DNA片段结合到微珠上；再制备成油包水的单分子DNA片段扩增体系，使该体系中包含大量相互独立的反应滴，每个反应滴包含一个结合有待测DNA片段的微珠；然后对该油包水的体系进行PCR扩增，使每个微珠都结合多个拷贝数目的DNA片段，而这些片段均来自于同一个待测DNA模板；再将反应滴中的微珠取出，富集，并点样排列到反应小室中，最后将反应小室安装到基因测序仪的样品台上。图2示出了图1中的控制系统1在一个实施例中的结构，包括反应控制单元100、 定位控制单元200、采图控制单元300、信号处理单元500。其中(1)反应控制单元100用于控制基因测序仪将试剂导入反应小室，并在测序过程中调节反应小室的温度。在本发明中，基因测序仪内部具有与反应控制单元100对应的多个组件，反应控制单元100实际上是通过控制部分组件的操作，将试剂导入反应小室，并通过控制另一部分组件的操作，实现对反应小室温度的调节。试以一种类型的基因测序仪为例说明上述控制过程，在该具体情形中，基因测序仪内包括与反应控制单元100对应的如下组件(1)试剂台，用于放置或容纳多种可供吸取的试剂；(2)机械手，用于在不同的反应阶段选择合适的试剂；C3)泵及软管，用于吸取所选择的试剂，其中软管固定在机械手上；(4)样品台，包含反应小室，反应小室上排列有待测DNA片段样品；(5)温控器，与反应小室相连，其包括用于检测反应小室温度的温度传感器，以及给反应小室加热的加热装置。在该情形下，反应控制单元100的控制过程是通过控制机械手、泵及软管，将试剂导入反应小室，并通过温度传感器检测温度，以及控制加热装置给反应小室加热，从而调节反应小室的温度。应当说明的是，对于不同类型的基因测序仪，其所包括的组件的类型、结构或数量可能存在差异，但反应控制单元100的控制过程在基本原理上是一致的，因此保护范围不应受到上述因素的限制。关于反应控制单元100的具体功能模块及控制方式，将在其后的实施例中详细阐述。(2)定位控制单元200用于控制反应小室在基因测序仪中的移动，并确定反应小室中待测DNA片段样品的采图位置。在本发明中，基因测序仪内部具有与定位控制单元200对应的多个组件，定位控制单元200实际上是通过控制部分组件的操作，从而控制反应小室在基因测序仪中的移动，并通过控制另一部分组件的操作，从而确定反应小室中待测DNA片段样品的采图位置。 试以一种类型的基因测序仪为例说明上述控制过程，在该具体情形中，基因测序仪内包括如下与定位控制单元200对应的组件(1)样品台，即前述内容提及的样品台，其包含反应小室，反应小室上排列有待测DNA片段样品，如前所述，各组件之间不一定完全独立，实现不同功能的各组件可能会涉及一个或多个相同的部件；( 显微镜，用于对聚焦进行调节。 在该情形下，定位控制单元200的控制过程是通过控制样品台的移动，使反应小室移动到基因测序仪中合适的位置，并通过控制显微镜与反应小室之间的距离，从而确定合适的采图位置。关于定位控制单元200的具体功能模块及控制方式，将在其后的实施例中详细阐述。
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(3)采图控制单元300用于激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并在上述采图位置获取图像信号。在本发明中，基因测序仪内部具有与采图控制单元300对应的多个组件，采图控制单元300实际上是通过控制部分组件的操作，从而激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并通过控制另一部分组件的操作，从而在采图位置获取图像信号。试以一种类型的基因测序仪为例说明上述控制过程，在该具体情形中，基因测序仪内包括如下与采图控制单元300对应的组件(1)发光装置，用于持续发出激发光，该装置还包括一个位于光路中的遮光部件，典型的是一个快门或光闸，用于在不需激发光照射时遮挡激发光的光线；(2)照相装置，用于拍摄图像。在该情形下，采图控制单元500的控制过程是通过控制发光装置发出激发光，激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并通过控制照相装置拍摄图像，从而获取图像信号。关于采图控制单元300的具体功能模块及控制方式， 将在其后的实施例中详细阐述。本发明的系统可控制基因测序仪进行大规模的图像采集，相比于一般的低通量测序方式而言具有明显优势。控制系统1可通过控制基因测序仪对反应小室中待测DNA片段样品上的逐个位置进行循环采图，来达到这一点。具体表现为采图过程中定位控制单元200 与采图控制单元300的配合定位控制单元200控制反应小室在基因测序仪中逐次移动，例如每次以一个微珠的间距进行移动，并确定每次移动后反应小室中待测DNA片段样品的采图位置；采图控制单元300激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并在每次移动后反应小室中待测DNA片段样品的采图位置对待测DNA片段样品获取图像信号。(4)信号处理单元500与采图控制单元300进行通信，用于对采图控制单元300获取的图像信号进行处理和分析，得到基因序列信息。在本发明中，基因序列信息这个概念应作广义理解，包括与基因序列相关的各种类型的信息，例如碱基排列顺序、致病基因位点信息等。在本发明中，信号处理单元500可根据不同的目的进行各种类型的处理和分析。由于采图控制单元300采集到的图像信号的数据量是巨大的，尤其是对于高通量的基因测序，每一次测序都可能采集到上百GB甚至更多的图像信号。因此图2所示的系统利用信号处理单元500进行数据处理时，可通过控制计算机甚至是超算中心进行数据的计算、分析，以代替人工操作，从而避免了人工操作的失误，而且能更快更稳定地输出数据分析结果。在具体应用中，图2所示的上述系统利用反应控制单元100、定位控制单元200、采图控制单元300、信号处理单元500对基因测序仪中对应的各组件分别进行自动化操作，且能对不同组件进行有效的协调。更为重要的是，每项操作均充分考虑了基因测序各阶段的技术特点，包括反应控制单元100对试剂剂量及类型、反应温度、时间、洁净度等的控制，定位控制单元200对纳米级位移、聚焦调节等的控制，采图控制单元300对发光强度、光路调节、曝光时间计算、图像拍摄等的控制，均按照严格指标进行精确的操作。因此本发明的系统能大幅度提高测序过程的稳定性和效率，以及测序结果的准确性。此外通过控制基因测序仪进行大规模的图像采集，因此保证了足够的测序通量。图3示出了图2中的反应控制单元100在一个实施例中的结构，包括试剂控制模块101、温控模块102。其中(1)试剂控制模块101用于控制基因测序仪对试剂进行选择，并吸取对应的试剂，导入反应小室。以图2中描述的基因测序仪组件的情形为例，试剂控制模块101的具体控制过程是通过串口通信方式来实现的，具体过程是试剂控制模块101确定不同阶段所需取用的试剂类型，发送指令到机械手，控制机械手移动到试剂台上对应的试剂位置，并将固定于机械手上的软管插入试剂中；试剂控制模块101发送指令到泵，控制泵运转从而吸取试剂；试剂控制模块101吸取到所需的试剂后，发送指令到泵，继续控制泵运转将试剂打入反应小室。(2)温控模块102用于将反应小室的温度控制在反应所需的温度。以图2中描述的基因测序仪组件的情形为例，温控模块102的具体控制过程是通过串口通信方式来实现的，具体过程是温控模块102发送指令给温度传感器，控制温度传感器对反应小室的温度进行检测，并读取温度检测结果t ；温控模块102中设置了不同反应阶段的温度值T，当其获得温度检测结果t后，则将其与设置的温度值T进行对比；温控模块102进一步根据对比结果进行处理，若t < T，温控模块102发送指令给温控器中的升温装置，控制温控器中的升温装置启动，给反应小室加热，若t ^ T，则不需启动升温装置加热，升温装置通过外部环境自动冷却到温度T。对于其他情形下的基因测序仪组件，控制原理一致，具体过程可能存在差异。例如，在另一种情形下的基因测序仪组件中，相比于图2中描述的情形，温控器除了包括用于检测反应小室温度的温度传感器、给反应小室加热的升温装置，还包括给反应小室制冷的降温装置。那么在这种情形下，温控模块102的具体控制过程为温控模块102发送指令给温度传感器，控制温度传感器对反应小室的温度进行检测，并读取温度检测结果t ；温控模块102中设置了不同反应阶段的温度值T，当其获得温度检测结果t后，则将其与设置的温度值T进行对比；温控模块102进一步根据对比结果进行处理，若t < T，温控模块102发送指令给温控器中的升温装置，控制温控器中的升温装置启动，给反应小室加热，若t彡T， 温控模块102发送指令给温控器中的降温装置，控制温控器中的降温装置启动，对反应小室制冷。由上可知，试剂控制模块101可对试剂类型、试剂剂量、试剂传输速度等进行精确的控制，温控模块102可对温度检测、温度设置、加热、制冷等进行严格控制，从而保证了反应小室中的生化反应过程顺利进行，也因此提高了整个测序过程的稳定性、效率及准确性。图4示出了图2中的定位控制单元200在一个实施例中的结构，包括位移模块 201、聚焦模块202。其中(1)位移模块201用于检测反应小室在基因测序仪中的当前位置，并控制其移动到其所在平面上的目标位置。本发明中，位移模块201可通过多种方式控制反应小室的移动。在一个实施例中，基因测序仪中与定位单元200对应的组件为前述图2中描述的情形，位移模块201的具体控制过程是通过串口通信方式来实现的位移模块201首先发送指令给样品台，读取样品台在其所在平面上的初始位置坐标，例如为(Xci, Y0)；确定反应小室在其所在平面上的目的坐标(Χ，Υ)后，位移模块201再发送指令给样品台，控制样品台从 (X0, Y0)平移到目的坐标(Χ，Υ)。在采图过程中，为了控制基因测序仪进行大规模的图像采集，需要对反应小室中
11待测DNA片段样品上的逐个位置进行循环采图，因此需要位移模块201在采图过程中控制反应小室按照逐个位置进行位移。例如，初始位置OCtl，Ytl),反应小室中待测DNA片段样品上对应的采图位置有η行，每行有m个采图位置，每个采图位置之间的间距相等。那么第i 行第j个采图位置的坐标表示为(Xij, Yij)，所有采图位置的坐标可表示为(X11, Y11)、(X12, Y12) >……、汰」，1」)、……(X ，YJ，其中i、j、n、m均为正整数。在采图时，位移模块201 首先发送指令给样品台，读取样品台在其所在平面上的初始位置坐标0(ο，Ytl),再发送指令给样品台，控制样品台从(X0,Y0)平移到目的坐标(XujY11)；在(X11 π)位置聚焦、采图完成之后，位移模块201发送指令给样品台，控制样品台从(X1ijY11)平移到目的坐标(X125Y12)； 在(Χ12，Υ12)位置聚焦、采图完成之后，位移模块201发送指令给样品台，控制样品台从(Χ12， Y12)平移到目的坐标(Χ13，Υ13)。如此循环往复，通过对逐个位置的移动，实现大规模的图像采集。(2)聚焦模块202用于控制基因测序仪的焦距调节，确定反应小室中待测DNA片段样品的采图位置。本发明中，聚焦模块202可通过多种方式确定待测DNA片段样品的采图位置，下面以图2中描述的基因测序仪组件的情形为例进行说明。在一个实施例中，聚焦模块202的具体控制过程是通过串口通信方式来实现的 聚焦模块202首先发送指令给显微镜，控制显微镜在与样品台垂直方向上移动，通过调节显微镜与反应小室之间的距离，将清晰度最佳的位置确定为采图位置。在另一实施例中，聚焦模块202发送指令给样品台，控制样品台在其所在平面的垂直方向上移动，通过调节反应小室与显微镜之间的距离，将清晰度最佳的位置确定为采图位置。在上述两个实施例中，聚焦模块202可通过多种方式确定图像清晰度最佳的位置。例如，可通过显微镜镜头观察对比的方式确定图像清晰度最佳的位置，或者利用算法计算图像清晰度、利用算法自动调节图像清晰度，等等。由上可知，位移模块201可对微纳米级的位移进行精确的自动控制，聚焦模块202 可对聚焦调节、清晰度判断等进行精确的自动控制，从而能快速、准确地确定最佳的采图位置，也因此提高了测序过程的稳定性、效率及准确性。图5示出了图2中的采图控制单元300在一个实施例中的结构，包括激发模块 301、拍照模块302、图像存取模块303。其中(1)激发模块301用于控制特定波长的激发光照射反应小室中待测DNA片段样品， 使其中的核苷酸携带的标记物发光。在本发明中，激发模块301可通过多种方式使标记物发光。在一个实施例中，基因测序仪中与采图控制单元300对应的组件为前述图2中描述的情形，那么激发模块301发送指令给发光装置，开启快门或光闸，使激发光的光线照射到样品台上的反应小室。在本实施例中，反应小室中待测DNA片段样品中微珠上核苷酸携带的标记物为荧光标记物，其受到特定波长的光源激发后就可发出荧光。(2)拍照模块302确定曝光时间，并采用所述曝光时间对反应小室中待测DNA片段样品拍照，获取图像信号。在本发明中，拍照模块302可通过多种方式获取图像信号。在一个实施例中，基因测序仪中与采图控制单元300对应的组件为前述图2中描述的情形，那么拍照模块302首先确定合适的曝光时间值，然后发送指令给照相装置，控制照相装置按照该曝光时间值拍摄荧光图。本发明的拍照模块302可通过多种方式确定合适的曝光时间值，例如根据情况进行人为设置，或者设置为多次测序过程累积的曝光时间经验值，或者通过算法计算出合适的曝光时间值，等等。在此前现有技术的基因测序控制系统中，大部分采用了人为设置的方式，本发明则具有多种可选模式，旨在根据不同的情况确定最佳的曝光时间值，从而提高图像信号的质量。(3)图像存取模块303与拍照模块302进行通信，用于保存获取的图像信号。本发明中图像存取模块303可采用多种格式存储图像信号。在前述实施例中，拍照模块302控制照相装置拍摄荧光图后，发送给图像存取模块303，图像存取模块303可以采用特殊的高保真图像存储格式保存荧光图，也可以采用普通的图像存储格式，例如TIFF、EPS、PNG、PSD 或二进制格式等。本发明的保护范围不应受到图像存储格式的限制。由上可知，激发模块301可对发光装置发出的激发光的光路等进行精确控制，拍照模块302可对曝光时间值的确定、图像拍摄等进行精确控制，图像存取模块303可采用最佳的图像格式存储图像信号，从而保证了所获取的图像信号的质量，极大地提高了测序结果的准确性，且该自动化控制方式也提高了测序过程的稳定性和效率。图6示出了图2中的信号处理单元500在第一实施例中的结构，包括信号提取模块501、信号分析模块502。(1)信号提取模块501用于从图像信号中筛选出微珠位置的有效信号。在一个具体应用场景中，信号提取模块501首先根据图像信号的强度计算出所有微珠所在位置的信号值，然后根据信号值的大小筛选出其中的有效信号。例如，若采集的一幅荧光图中有5000个微珠，那么每个微珠所在位置的荧光信号强度都有所不同，因此对应有不同的信号值。信号提取模块501计算出这些信号值后，则根据一定的规则判定哪些信号是有效信号，并将其筛选出来。在本发明中，信号提取模块501计算微珠所在位置的信号值的方法有多种。在一个实施例中，信号提取模块501通过计算出光强值M,再将光强值减去背景值N，得到信号值 P = M-N。另外，关于光强值、背景值的计算方法有多种，可参考现有技术中已有的各种算法，本发明的侧重点在于测序及信号处理的自动化控制过程，因此对算法不做赘述。当然， 信号提取模块501对信号值的计算并不限于上述方式。在本发明中，信号提取模块501判定并筛选有效信号的方式也有多种。在一个实施例中，信号提取模块501中默认设置有判定标准，例如设置了有效信号的信号值范围为 (1000,3000)，那么凡是落入该范围的信号，均视为有效信号。当然，信号提取模块501对有效信号的判定及筛选不限于该方式。(2)信号分析模块502用于对微珠所在位置的有效信号进行分析，获取基因序列信息。在本发明中，信号分析模块502可进行多种类型的信号分析，分析对象、分析目的不一样，采取的分析方法也会有所不同。在一个实施例中，若基因测序的目的是为了得到一段待测DNA片段的碱基序列， 那么信号分析模块502的分析方式是针对微珠所在位置的有效信号，将对应的信号值转化为DNA碱基序列信息，也即测序结果。在一个应用场景中，若采图控制单元300采用不同波长的光源激发并采集到几幅不同的荧光图，经过信号提取模块501筛选出有效信号后，信号分析模块502则比较同一个位置在几幅荧光图中出现的信号值分布情况，根据比较结果判断该位置对应的碱基是A、T、C或G。图7示出了图2中的信号处理单元500在第二实施例中的结构，包括信号提取模块501、信号分析模块502、数据库503。相比于图6，该实施例中的信号处理单元500还包括一个数据库503，用于存储已知的基因序列信息。该致病基因数据库可以存在于信号处理单元500中，也可以独立存在，其存在方式不应视为对本发明的保护范围的限制。信号分析模块502可以将所获取的基因序列信息与数据库进行比对，获取进一步的基因序列信息，这样可以进行某些特殊用途的信号分析。例如分析疾病相关基因，包括肺癌相关基因、乳腺癌相关基因、前列腺癌相关基因等；再例如，进行短序列SNP(Single Nucleotide Polymorphism，单核苷酸多态性)分析、短序列匹配后期分析、基因组结构变异分析等等。在一个实施例中，若基因测序的目的不仅要得到一段待测DNA片段的碱基序列， 还要找到该DNA片段中的致病基因位点，那么可基于图7所示的信号处理单元500实现该目的。在该情形下，数据库503典型的是一个存储有致病基因位点信息的数据库。信号分析模块502的分析方式是首先针对微珠所在位置的有效信号，将对应的信号值转化为DNA 碱基序列信息；然后信号分析模块502从数据库503中提取出存储的致病基因位点信息，并进行数据比对，从而确定该DNA片段中的致病基因位点。图8示出了图2中的信号处理单元500在第三实施例中的结构，包括信号提取模块501、信号分析模块502、统计模块504。相比于图6，该实施例中的信号处理单元500还包括一个统计模块504，用于对信号提取模块501、信号分析模块502的中间处理数据和/ 或最终处理结果进行统计。统计模块504可以对荧光图中的所有微珠数量进行统计。在一个实施例中，统计模块504对上述内容进行统计的过程如下首先创建高斯模板，然后对图像进行运算，转换为二值数据；然后将图象中的不同微珠进行标记，并获得图象中所有微珠的坐标以及中心坐标；然后根据这些坐标统计出微珠数量。统计模块504也可以对荧光图中的有效信号对应的微珠数量比例进行统计。在一个实施例中，统计模块504可以基于上一实施例中统计出的所有微珠数量，再根据信号提取模块501筛选出来的有效信号，得出有效信号对应的微珠数量，以及这些微珠占所有微珠的比例。此外，统计模块504还可以与信号分析模块502进行数据交互，对不同荧光图得出的碱基序列信息进行统计，或者对数据库比对之后的致病基因位点信息进行统计。当然，本发明中统计模块504并不限于上述类型信息的统计。图9示出了图2中的信号处理单元500在第二实施例中的结构，包括信号提取模块501、信号分析模块502、数据库503、统计模块504。相比于图6，该实施例中的信号处理单元500还包括数据库503、统计模块504。关于数据库503的具体内容，可参考图7中的描述，此处不再赘述。关于统计模块504的具体内容，可参考图8中的描述，此处不再赘述。本发明对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的方法流程基于图1所示的系统，该系统包括控制系统1，和与其相连的至少一个基因测序仪。具体内容参考前述图1中的表述，此处不再赘述。该方法流程包括如下步骤控制系统1控制基因测序仪将试剂导入
14反应小室，并调节反应小室的温度；控制系统1控制反应小室在基因测序仪中的移动，并确定反应小室中待测DNA片段样品的采图位置；控制系统1激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并在采图位置获取图像信号。图10示出了本发明一个实施例中对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的方法流程，该方法流程基于前述图2所示的系统。该系统包括反应控制单元100、定位控制单元200、采图控制单元300、信号处理单元500，具体内容此处不再赘述。应当说明的是，在执行该方法流程之前，待测DNA片段样品已制备好，并排列到反应小室中，该反应小室安装在基因测序仪的样品台上。待测DNA片段样品的制备过程是首先从组织、血液、细菌等提取DNA，将其处理成长度相等的待测DNA片段，并连接接头序列； 然后通过接头序列与微珠上的引物结合，将待测DNA片段结合到微珠上；再制备成油包水的单分子DNA片段扩增体系，使该体系中包含大量相互独立的反应滴，每个反应滴包含一个结合有待测DNA片段的微珠；然后对该油包水的体系进行PCR扩增，使每个微珠都结合多个拷贝数目的DNA片段，而这些片段均来自于同一个待测DNA模板；再将反应滴中的微珠取出，富集，并点样排列到反应小室中，最后将反应小室安装到基因测序仪的样品台上。图10所示的方法流程包括以下步骤步骤Si，控制系统1利用其反应控制单元100控制基因测序仪将试剂导入反应小室，并调节反应小室的温度。关于步骤Sl的具体内容，将在其后的实施例中详细阐述。步骤S2，控制系统1利用其定位控制单元200控制反应小室在基因测序仪中的移动，并确定反应小室中待测DNA片段样品的采图位置。关于步骤S2的具体内容，将在其后的实施例中详细阐述。步骤S3，控制系统1利用其采图控制单元300激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并在采图位置获取图像信号。关于步骤S3的具体内容，将在其后的实施例中详细阐述。步骤S4，对所述图像信号进行处理和分析，得到基因序列信息。在本发明中，基因序列信息这个概念应作广义理解，包括与基因序列相关的各种类型的信息，例如碱基排列顺序、致病基因位点信息等。在本发明中，可根据不同的目的进行各种类型的处理和分析。 关于步骤S4的具体内容，将在其后的实施例中详细阐述。在具体应用中，图10所示的上述方法对基因测序仪中对应的各组件分别进行自动化操作，且能对不同组件进行有效的协调。更为重要的是，每项操作均充分考虑了基因测序各阶段的技术特点，包括步骤Si对试剂剂量及类型、反应温度、时间、洁净度等的控制， 步骤S2对纳米级位移、聚焦调节等的控制，步骤S3对发光强度、光路调节、曝光时间计算、 图像拍摄等的控制，均按照严格指标进行精确的操作。因此上述方法能大幅度提高测序过程的稳定性和效率，以及测序结果的准确性。此外通过控制基因测序仪进行大规模的图像采集，因此保证了足够的测序通量。需要对图10所示方法作出特别说明的是，利用该方法可以进行大规模的图像采集，并对采集到的海量图像信号进行处理，相比于一般的低通量测序方式而言具有明显优势。在大规模的图像采集方面，本发明可通过对反应小室中待测DNA片段样品上的逐个位置进行循环采图，来达到这一点。具体包括步骤S2，定位控制单元200控制反应小室在基因测序仪中逐次移动，例如每次以一个微珠的间距进行移动，并确定每次移动后反应小室中待测DNA片段样品的采图位置；步骤S3，采图控制单元300激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并在所述每次移动后反应小室中待测DNA片段样品的采图位置对待测DNA片段样品获取图像信号。在对采集到的海量图像信号进行处理方面，本发明可利用信号处理单元500通过控制计算机甚至是超算中心，对海量图像信号进行数据的计算、分析，从而快速输出数据分析结果。图11示出了图10中步骤Sl在一个实施例中的方法流程，该方法流程基于图1、图 2所示的系统。在该系统中，反应控制单元100包括试剂控制模块101、温控模块102。步骤 Sl包括步骤S11，试剂控制模块101控制基因测序仪对试剂进行选择，并吸取对应的试剂，导入反应小室。若基因测序仪中与反应控制单元100对应的组件为前述图2中描述的情形，则其控制过程是试剂控制模块101确定不同阶段所需取用的试剂类型，发送指令到机械手，控制机械手移动到试剂台上对应的试剂位置，并将固定于机械手上的软管插入试剂中；试剂控制模块101发送指令到泵，控制泵运转从而吸取试剂；试剂控制模块101吸取到所需的试剂后，发送指令到泵，继续控制泵运转将试剂打入反应小室。步骤S12，温控模块102将反应小室的温度控制在反应所需的温度。本发明中步骤 S12存在多种具体实现方式，下面将通过不同的实施例进行详细阐述。在一个实施例中，以图2中描述的基因测序仪组件的情形为例，步骤S12通过串口通信方式实现，具体过程是温控模块102发送指令给温度传感器，控制温度传感器对反应小室的温度进行检测，并读取温度检测结果t ；温控模块102中设置了不同反应阶段的温度值T，当其获得温度检测结果t后，则将其与设置的温度值T进行对比；温控模块102进一步根据对比结果进行处理，若t < T，温控模块102发送指令给温控器中的升温装置，控制温控器中的升温装置启动，给反应小室加热，若t ^ T，则不需启动升温装置加热，升温装置通过外部环境自动冷却到温度T。对于其他情形下的基因测序仪组件，控制原理一致，具体过程可能存在差异。例如，在另一实施例中，若基因测序仪组件与图2中描述的情形相比，温控器除了包括用于检测反应小室温度的温度传感器、给反应小室加热的升温装置，还包括给反应小室制冷的降温装置。那么在这种情形下，步骤S12的实现过程为温控模块102发送指令给温度传感器，控制温度传感器对反应小室的温度进行检测，并读取温度检测结果t ；温控模块102中设置了不同反应阶段的温度值T，当其获得温度检测结果t后，则将其与设置的温度值T进行对比；温控模块102进一步根据对比结果进行处理，若t < T，温控模块102发送指令给温控器中的升温装置，控制温控器中的升温装置启动，给反应小室加热，若t ^ T，温控模块 102发送指令给温控器中的降温装置，控制温控器中的降温装置启动，对反应小室制冷。由图11可知，步骤Sll可对试剂类型、试剂剂量、吸取速度、打出速度等进行精确的控制，步骤S12可对温度检测、温度设置、加热、制冷等进行严格控制，从而保证了反应小室中的生化反应过程顺利进行，也因此提高了整个测序过程的稳定性、效率及准确性。图12示出了图10中步骤S2在一个实施例中的方法流程。步骤S21，检测反应小室在基因测序仪中的当前位置，并控制其移动到其所在平面上的目标位置。本发明中，步骤S21可通过多种方式控制反应小室的移动。在一个实施例中，基因测序仪中与定位控制单元200对应的组件为前述图2中描述的情形，步骤S21是通过串口通信方式来实现的位移模块201首先发送指令给样品台， 读取样品台在其所在平面上的初始位置坐标，例如为( , Y0)；确定反应小室在其所在平面上的目的坐标(X，Y)后，位移模块201再发送指令给样品台，控制样品台从( , 平移到目的坐标(X，Y)。在采图过程中，为了控制基因测序仪进行大规模的图像采集，需要对反应小室中待测DNA片段样品上的逐个位置进行循环采图，因此需要位移模块201在采图过程中控制反应小室按照逐个位置进行位移。例如，初始位置OCtl, Ytl),反应小室上对应的采图位置有 η行，每行有m个采图位置，每个采图位置之间的间距相等。那么第i行第j个采图位置的坐标表示为(Xij, Yij),所有采图位置的坐标可表示为(X11, Y11)、(X12, Y12)、……、0^.， Yij) >……(乂^，丫一，其中“么！^！！！均为正整数。在采图时，位移模块201首先发送指令给样品台，读取样品台在其所在平面上的初始位置坐标OCtl，Ytl)，再发送指令给样品台，控制样品台从(X0, Y0)平移到目的坐标(X11^ Y11)；在(X11 π)位置聚焦、采图完成之后，位移模块 201发送指令给样品台，控制样品台从(X11, Y11)平移到目的坐标(X12, Y12)；在(X12, Y12)位置聚焦、采图完成之后，位移模块201发送指令给样品台，控制样品台从(Χ12，Υ12)平移到目的坐标(Χ13，Υ13)。如此循环往复，通过对逐个位置的移动，实现大规模的图像采集。步骤S22，控制基因测序仪的焦距调节，确定反应小室中待测DNA片段样品的采图位置。本发明中，步骤S22可通过多种方式确定待测DNA片段样品的采图位置，下面以图2 中描述的基因测序仪组件的情形为例进行说明。在一个实施例中，步骤S22是通过串口通信方式来实现的聚焦模块202首先发送指令给显微镜，控制显微镜在与样品台垂直方向上移动，通过调节显微镜与反应小室之间的距离，将清晰度最佳的位置确定为采图位置。在另一实施例中，步骤S22仍然是通过串口通信方式来实现的聚焦模块202发送指令给样品台，控制样品台在其所在平面的垂直方向上移动，通过调节反应小室与显微镜之间的距离，将清晰度最佳的位置确定为采图位置。在上述两个实施例中，步骤S22可通过多种方式确定图像清晰度最佳的位置。例如，可通过显微镜镜头观察对比的方式确定图像清晰度最佳的位置，或者利用算法计算图像清晰度、利用算法自动调节图像清晰度，等等。由上可知，步骤S21可对微纳米级的位移进行精确的自动控制，步骤S22可对聚焦调节、清晰度判断等进行精确的自动控制，从而能快速、准确地确定最佳的采图位置，也因此提高了测序过程的稳定性、效率及准确性。图13示出了图10中步骤S3在一个实施例中的方法流程。步骤S31，控制特定波长的激发光照射反应小室中待测DNA片段样品，使其中的核苷酸携带的标记物发光。在本发明中，步骤S31可通过多种方式实现。在一个实施例中，基因测序仪中与采图控制单元300对应的组件为前述图2中描述的情形，那么步骤S31的实现过程是激发模块301发送指令给发光装置，开启快门或光闸，使激发光的光线照射到样品台上的反应小室。在本实施例中，待测DNA片段样品中的微珠上核苷酸携带的标记物为荧光标记物，其受到特定波长的光源激发后就可发出荧光。步骤S32，确定曝光时间，并采用该曝光时间对反应小室中待测DNA片段样品拍照，获取图像信号。在本发明中，步骤S32可通过多种方式实现。继续在前述步骤S31的实施例中，基因测序仪中与采图控制单元300对应的组件为前述图2中描述的情形，那么在步骤S32中，由拍照模块302首先确定合适的曝光时间值，然后发送指令给照相装置，控制照相装置按照该曝光时间值拍摄荧光图。本发明的步骤S32可通过多种方式确定合适的曝光时间值，例如根据情况进行人为设置，或者设置为多次测序过程累积的曝光时间经验值，或者通过算法计算出合适的曝光时间值，等等。在此前现有技术的基因测序控制系统中，大部分采用了人为设置的方式， 本发明则具有多种可选模式，旨在根据不同的情况确定最佳的曝光时间值，从而提高图像信号的质量。步骤S33，保存获取的图像信号。本发明中图像存取模块303可采用多种格式存储图像信号。步骤S33可通过多种方式实现。继续在前述步骤S31、S32的实施例中，步骤S33的实现方式是拍照模块302将照相装置拍摄的荧光图发送给图像存取模块303，图像存取模块303可以采用特殊的高保真图像存储格式保存荧光图，也可以采用普通的图像存储格式，例如TIFF、EPS、PNG、PSD或二进制格式等。由上可知，步骤S31可对发光装置发出的激发光的光路等进行精确控制，步骤S32 可对曝光时间值的确定、图像拍摄等进行精确控制，步骤S33可采用最佳的图像格式存储图像信号，从而保证了所获取的图像信号的质量，极大地提高了测序结果的准确性，且该自动化控制方式也提高了测序过程的稳定性和效率。图14示出了一个实施例中所获取的图像信号，是一幅荧光图。图中的圆形亮点就是微珠上待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发出的荧光，因此一个亮点所在的位置就代表一个微珠，而其明暗程度代表了不同的荧光强度，在后续的信号处理过程中则对应有不同的信号值。图15示出了图10中步骤S4在第一实施例中的方法流程，该方法流程基于图6所示的信号处理单元500。该方法流程包括步骤S41，从图像信号中筛选出微珠所在位置的有效信号。在一个具体应用场景中，步骤S41首先根据图像信号的强度计算出所有微珠所在位置的信号值，然后根据信号值的大小筛选出其中的有效信号。例如，若采集的一幅荧光图中有5000个微珠，那么每个微珠所在位置的荧光信号强度都有所不同，因此对应有不同的信号值。信号提取模块501计算出这些信号值后，则根据一定的规则判定哪些信号是有效信号，并将其筛选出来。在本发明中，步骤S41计算微珠所在位置的信号值的方法有多种。在一个实施例中，通过计算出光强值M,再将光强值减去背景值N，得到信号值P = M-N。另外，关于光强值、背景值的计算方法有多种，可参考现有技术中已有的各种算法，本发明的侧重点在于测序及信号处理的自动化控制过程，因此对算法不做赘述。当然，步骤S41对信号值的计算并不限于上述方式。在本发明中，步骤S41判定并筛选有效信号的方式也有多种。在一个实施例中，步骤S41在信号提取模块501中默认设置有判定标准，例如设置了有效信号的信号值范围为 (1000,3000)，那么凡是落入该范围的信号，均视为有效信号。当然，步骤S41对有效信号的判定及筛选不限于该方式。步骤S42，对微珠所在位置的有效信号进行分析，获取基因序列信息。在本发明中， 步骤S42可进行多种类型的信号分析，分析对象、分析目的不一样，采取的分析方法也会有所不同。在一个实施例中，若基因测序的目的是为了得到一段待测DNA片段的碱基序列， 那么步骤S42的具体过程是针对微珠所在位置的有效信号，将对应的信号值转化为DNA碱基序列信息，也即测序结果。在一个应用场景中，若采用不同波长的光源激发并采集到几幅不同的荧光图，筛选出有效信号后，则比较同一个位置在几幅荧光图中出现的信号值分布情况，根据比较结果判断该位置对应的碱基是A、T、C或G。图16示出了图10中步骤S4在第二实施例中的方法流程，该方法流程基于图7所示的信号处理单元500。该方法流程包括步骤S41，从图像信号中筛选出微珠所在位置的有效信号。具体内容可参考图15 中的内容，此处不再赘述。步骤S42，对微珠所在位置的有效信号进行分析，获取基因序列信息。具体内容可参考图15中的内容，此处不再赘述。步骤S43，将所获取的基因序列信息与数据库进行比对，获取进一步的基因序列信息。基于步骤S43的比对，可以进行某些特殊用途的信号分析。例如分析疾病相关基因，包括肺癌相关基因、乳腺癌相关基因、前列腺癌相关基因等；再例如，进行短序列SNP(Single Nucleotide Polymorphism，单核苷酸多态性)分析、短序列匹配后期分析、基因组结构变异分析等等。在一个实施例中，若基因测序的目的不仅要得到一段待测DNA片段的碱基序列， 还要找到该DNA片段中的致病基因位点，那么步骤S43可基于图7所示的信号处理单元500 实现该目的。在该情形下，数据库503典型的是一个存储有致病基因位点信息的数据库。步骤S43的具体过程是首先针对微珠所在位置的有效信号，将对应的信号值转化为DNA碱基序列信息；然后信号分析模块502从数据库503中提取出存储的致病基因位点信息，并进行数据比对，从而确定该DNA片段中的致病基因位点。图17示出了图10中步骤S4在第三实施例中的方法流程，该方法流程与图16相比，还包括步骤S44，对之前的步骤S41、S42的中间处理数据和/或最终处理结果进行统计。步骤S44可以对荧光图中的所有微珠数量进行统计。在一个实施例中，步骤S44 对上述内容进行统计的过程如下首先创建高斯模板，然后对图像进行运算，转换为二值数据；然后将图象中的不同微珠进行标记，并获得图象中所有微珠的坐标以及中心坐标 ’然后根据这些坐标统计出微珠数量。步骤S44也可以对荧光图中的有效信号对应的微珠数量比例进行统计。在一个实施例中，步骤S44可以基于上一实施例中统计出的所有微珠数量，再根据步骤S41筛选出来的有效信号，得出有效信号对应的微珠数量，以及这些微珠占所有微珠的比例。此外，步骤S44还可以针对步骤S42，对不同荧光图得出的碱基序列信息进行统计。当然，本发明中步骤S44并不限于上述类型信息的统计。图18示出了图10中步骤S4在第四实施例中的方法流程，该方法流程与图16相比，还包括步骤S44，对之前的步骤S41、S42、S43的中间处理数据和/或最终处理结果进行
19统计。例如，步骤S44还可以针对步骤S43，或者对数据库比对之后的致病基因位点信息进行统计。为了更加清楚地阐释本发明，申请人将以一个具体的实验过程为例说明一个公知的基因测序的全过程，图18是一个可作参考的示意图。该应用场景是采用一种公知的测序方法对DNA进行测序(1)将结合有携带3’端修饰的待测DNA片段的微珠沉积于上样玻片，对于大量微珠，则是将微珠矩阵点样于玻片，在点样过程中可对微珠密度进行调节，以达到最大通量。(2)向反应小室中加入DNA连接酶、通用测序引物η和具有3，-XXnnnZZZ-5，结构的八聚核苷酸。在这个八聚核苷酸中，第1和第2位(XX)上的碱基是确定的，并根据种类的不同在第6-8位(ΖΖΖ)上加了不同的荧光标记。这种由两个碱基决定的测序方法被称为两碱基测序(two base encoding)。(3)当八聚核苷酸由于第1和第2位配对而被连接酶连接上时，经特定波长的光激发，会发出荧光。(4)在记录下荧光信息后，通过化学方法在第5和第6位之间进行切割，淬灭荧光信号，以进行下个位置的测序。通过这种方法，每次测序的位置都相差五位，即第一次测第1和第2位，第二次测第6和第7位……在测到末尾后，将新合成的链变性、洗脱。而后用通用测序引物n-1进行第二轮测序。通用测序引物n-1与通用测序引物η的差别是，二者在与接头配对的位置上相差一个碱基，即通用测序引物n-1在通用测序引物η配对位置上向3’端移动了一个碱基。 因此在加入DNA连接酶和八聚核苷酸后，可以测定第0和第1位、第5和第6位……第二轮测序完成后，接下来再分别加入通用测序引物η-2、通用测序引物η-3、通用测序引物η-4进行第三轮、第四轮、第五轮测序，最终可以完成全部位置的测定。上述的测序过程，每一轮都涉及多次试剂取用、温度调控、时间控制等，不论是单纯的人工操作，还是人工控制仪器操作，均无法充分保证实验的稳定性、效率及准确性。而利用本发明的控制方法及系统，只需把制备好的待测DNA片段样品设置在基因测序仪的反应小室中，选择针对不同样品的测序模式，就可以使基因测序仪自动运行上述各个步骤，无需手工操作。上样后经过基因测序仪的自动测序过程，可快速采集到图像信号。需要说明的是，图18所示的基因测序的全过程仅为某种情形下的测序过程，本发明对基因测序仪的控制系统及控制方法并不限定采用何种测序流程及测序方法。应当说明的是，本发明的方法及系统适用于对各种类型的基因测序仪的测序过程进行自动化控制，即便不同类型的基因测序仪在具体内部结构上可能存在差异，但上述的控制系统及控制方法在根本原理上是一致或类似的，因此本发明的保护范围不应受到不同类型基因测序仪的内部结构的限制。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的系统，其中待测DNA片段样品设置在基因测序仪的反应小室中，其特征在于，所述系统包括反应控制单元、定位控制单元、采图控制单元、信号处理单元；所述反应控制单元用于控制基因测序仪将试剂导入反应小室，并在测序过程中调节反应小室的温度；所述定位控制单元用于控制反应小室在基因测序仪中的移动，并确定反应小室中待测 DNA片段样品的采图位置；所述采图控制单元用于激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并在所述采图位置获取图像信号；所述信号处理单元用于对采图控制单元获取的图像信号进行处理和分析，得到基因序列信息。
2.根据权利要求1所述的对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的系统，其特征在于，在采图过程中，所述系统控制基因测序仪对反应小室中待测DNA片段样品上的逐个位置进行循环采图；所述定位控制单元控制反应小室在基因测序仪中逐次移动，并确定每次移动后反应小室中待测DNA片段样品的采图位置；所述采图控制单元激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并在所述每次移动后反应小室中待测DNA片段样品的采图位置获取图像信号。
3.根据权利要求1所述的对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的系统，其特征在于，所述反应控制单元包括试剂控制模块、温控模块；所述试剂控制模块用于控制基因测序仪对试剂进行选择，并吸取对应的试剂，导入反应小室；所述温控模块用于将反应小室的温度控制在反应所需的温度。
4.根据权利要求1或2所述的对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的系统，其特征在于，所述定位控制单元包括位移模块、聚焦模块；所述位移模块用于检测反应小室在基因测序仪中的当前位置，并控制其移动到其所在平面上的目标位置；所述聚焦模块用于控制基因测序仪的焦距调节，确定反应小室中待测DNA片段样品的采图位置。
5.根据权利要求1或2所述的对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的系统，其特征在于，所述采图控制单元包括激发模块、拍照模块、图像存取模块；所述激发模块用于控制特定波长的激发光照射反应小室中待测DNA片段样品，使待测 DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光；所述拍照模块确定曝光时间，并采用所述曝光时间对反应小室中待测DNA片段样品拍照，获取图像信号；所述图像存取模块与拍照模块进行通信，用于保存获取的图像信号。
6.根据权利要求1或2所述的对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的系统，其特征在于，所述信号处理单元包括信号提取模块、信号分析模块；所述信号提取模块用于从所述图像信号中筛选出微珠所在位置的有效信号；所述信号分析模块用于对微珠所在位置的有效信号进行分析，获取基因序列信息。
7.根据权利要求6所述的对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的系统，其特征在于，所述信号处理单元还包括数据库，用于存储已知的基因序列信息；所述信号分析模块将所获取的基因序列信息与数据库进行比对，获取进一步的基因序列信息。
8.根据权利要求7所述的对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的系统，其特征在于，所述信号处理单元还包括统计模块，用于对信号提取模块、信号分析模块的中间处理数据和/或最终处理结果进行统计。
9.一种基于权利要求1所述系统对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的方法，其中待测DNA片段样品设置在基因测序仪的反应小室中，其特征在于，所述方法包括以下步骤A.控制基因测序仪将试剂导入反应小室，并调节反应小室的温度；B.控制反应小室在基因测序仪中的移动，并确定反应小室中待测DNA片段样品的采图位置；C.激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并在所述采图位置获取图像信号；D.对所述图像信号进行处理和分析，得到基因序列信息。
10.根据权利要求9所述的对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的方法，其特征在于，在采图过程中，对反应小室中待测DNA片段样品上的逐个位置进行循环采图，包括以下步骤B’ .控制反应小室在基因测序仪中逐次移动，并确定每次移动后反应小室中待测DNA 片段样品的采图位置；C’ .激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并在所述每次移动后反应小室中待测DNA片段样品的采图位置获取图像信号。
11.根据权利要求9所述的对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的方法，其特征在于，所述步骤A包括Al.控制基因测序仪对试剂进行选择，并吸取对应的试剂，导入反应小室；A2.将反应小室的温度控制在反应所需的温度。
12.根据权利要求10所述的对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的方法，其特征在于，所述步骤B或B’包括Bi.检测反应小室在基因测序仪中的当前位置，并控制其移动到其所在平面上的目标位置；B2.控制基因测序仪的焦距调节，确定反应小室中待测DNA片段样品的采图位置。
13.根据权利要求10所述的对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的方法，其特征在于，所述步骤C或C’包括Cl.控制特定波长的激发光照射反应小室中待测DNA片段样品，使待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光；C2.确定曝光时间，并采用所述曝光时间对反应小室中待测DNA片段样品拍照，获取图像信号；C3.保存获取的图像信号。
14.根据权利要求9或10所述的对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的系统，其特征在于，所述步骤D包括Dl.从所述图像信号中筛选出微珠所在位置的有效信号； D2.对微珠所在位置的有效信号进行分析，获取基因序列信息。
15.根据权利要求14所述的对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的系统，其特征在于，所述步骤D2之后还包括D3.将所获取的基因序列信息与数据库进行比对，获取进一步的基因序列信息。
16.根据权利要求15所述的对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的系统，其特征在于，所述步骤D还包括对步骤D1、D2、D3的中间处理数据和/或最终处理结果进行统计。
全文摘要
本发明涉及基因工程领域，提供了一种对基因测序仪的测序及信号处理进行控制的方法及系统。所述系统包括反应控制单元、定位控制单元、采图控制单元、信号处理单元，其中待测DNA片段样品设置在基因测序仪的反应小室中。所述方法包括以下步骤A.控制基因测序仪将试剂导入反应小室，并调节反应小室的温度；B.控制反应小室在基因测序仪中的移动，并确定反应小室中待测DNA片段样品的采图位置；C.激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的标记物发光，并在所述采图位置获取图像信号；D.对所述图像信号进行处理和分析，得到基因序列信息。本发明提高了测序过程的稳定性和效率，以及测序结果的准确性，并能直接输出基因序列信息。
文档编号C12M1/36GK102174384SQ201110002189
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月5日 优先权日2011年1月5日
发明者盛司潼 申请人:深圳华因康基因科技有限公司