[发明专利]精确地比对与配准用于DNA测序的阵列的方法及系统

说明书

发明背景

本发明涉及用于生化分析的成像，并且更具体地涉及用于对高通量基因组测序中所使用的高密度生化阵列进行成像的方法与系统。

化学和/或生物种类的高通量分析为诊断学与治疗学领域中一重要的工具。生化阵列允许平行地进行多个生化实验。所述能力产生于在小容量中进行每一实验并且将实验紧密地打包在一起的技术的发展。基质上附着的化学和/或生物种类的阵列可被设计用于定义特异的靶序列，分析基因表达模式，鉴定特异的等位基因变体，确定DNA序列的拷贝数以及在全基因组基础上鉴定蛋白的结合位点(例如转录因子与其他的调控分子)。在具体的实例中，人基因组计划的出现需要开发25种改进的用于诸如DNA(脱氧核糖核酸)与RNA(核糖核酸)的核酸测序的方法。单倍体人基因组的全部3,000,000,000个碱基序列的测定提供了用于鉴定许多疾病的遗传基础的基础。然而，仍然要完成大量工作以鉴定与统计学上显著量的人基因组相关的遗传变异，并且在这一努力中，改进的用于分析的高通量方法可以很大地帮助。

高通量分析方法常规地利用测定装置，被称为流式细胞，其包含用于分析的化学和/或生物种类的阵列。生物种类通常用多种荧光的颜色示踪，所述荧光的颜色可用成像系统读取。

由于待观察、捕获以及分析的数据量庞大，基因组测序分析中关键因素为测定仪器的通量。通量对成本具有直接的影响。虽然与其他的技术比较，成像系统能够捕获大量的数据，但是此类系统的通量受限于照相机速度与每点的像素量。照相机速度受限于固有的物理限制，并且最小的每点像素量为一个。虽然理想的是将每点像素量减少至最小值，但是通常在实际的仪器中每点存在许多像素。

来自于从与基质上附着位点有关的点所发射的光中按像素捕获的图像必须被比对并且配准以便可分析。涉及基质上的配准标记与参考线的常规配准技术需要基质上的空间，这减少了可用于分析的位点量并且因此减少每单元时间分析的体积。

几种不同的DNA芯片的方法正在研发中。在一方法中，在芯片上建立DNA片段的组合阵列并且这些可用于通过杂交测序。在另一种方法中，DNA随机地排列在表面以用于相同的目的。一研究组尝试使用DNA聚合酶的阵列以观察逐碱基的测序。仍然另一研究组使用通过组合的探针锚定连接所查询的自组装DNA纳米阵列。尽管这些方法各不相同，尤其是在它们的生化细节上，但是它们都取决于荧光成像技术以逐字“见到”阵列中个体的实验所产生的数据。

通过设计生化反应从而使得不同的着色染料(例如，红色、绿色、蓝色或黄色)对应各个DNA碱基(A、C、G或T)，荧光成像用于鉴定DNA碱基。然后研究人员可以用荧光显微镜观察DNA实验。所观察的颜色指示该特定步骤的DNA碱基。因此从DNA芯片提取数据取决于记录由芯片上几百万或甚至几十亿的生化实验所发射的荧光颜色。