[发明专利]用于检测和分析生物物质的系统和方法

说明书

本文提供了用于核酸和其他生物分子的测序、扩增、检测、分析和/或进行样品制备程序的系统和方法。

交叉引用

本申请要求提交于2015年2月6日的美国临时专利申请号62/113,283和提交于2015年2月20日的美国临时专利申请号62/119,083的权益，所述申请中的每一个均通过引用全文并入于此以用于所有目的。

背景

阐明整个人类基因组的目标已对快速核酸(例如，DNA)测序技术产生关注，无论是小规模还是大规模应用。重要的参数是测序速度、测序精确度、可以在单个测序运行过程中读取的序列长度以及产生测序信息所需的核酸模板的量。大规模基因组项目目前过于昂贵以至于不能针对大量的受试者(例如，患者)实际地开展。此外，由于对人类疾病的遗传基础的了解增多，对于临床应用负担得起的精确的、高通量DNA测序的需求将会不断增加。用于确定核酸单分子的碱基对序列的实用方法(优选具有高速、高精确度和长读取长度)可提供测量能力。

核酸测序是一种可以用来提供核酸样品的序列信息的过程。这样的序列信息可帮助诊断和/或治疗患有病症的受试者。例如，受试者的核酸序列可以用来鉴定、诊断遗传病以及可能地开发其治疗。作为另一示例，对病原体的研究可导致对接触传染病的治疗。然而遗憾的是，现有技术中存在的测序技术是昂贵的，并且可能无法在一定的时间段内和/或以一定的精确度提供序列信息，从而可能无法足以诊断和/或治疗患有病症的受试者。

发明内容

本文认识到需要用于核酸和其他生物分子的测序、扩增、检测、分析和/或进行样品制备程序的改进装置和方法。本文所述的装置和方法可采用不同的测序条件多次进行测序反应。在一些情况下，在多个频率或相下分析来自于所述测序反应的信号。这与优化单个测序条件不同。所述不同的测序条件具有多种偏倚，所述多种偏倚在组合时可以用于提供与在任何单一条件下可以实现的相比的更高质量序列(例如，精确度，长读取长度)。本公开内容还提供了用于流体处理和分析物检测的传感器、流体递送系统和方法。

本公开内容的一个方面提供了用于表征生物分子或与该生物分子相关的生物反应的方法。所述方法包括：(a)在第一溶液中，将所述生物分子偶联至多个电极的德拜层，使得所述多个电极和所述生物分子提供用于检测指示所述生物分子或所述生物反应的信号的电流流动路径；(b)在所述第一溶液中使用所述多个电极来检测所述生物分子或所述生物反应；(c)用第二溶液替换所述第一溶液，其中就聚合酶类型、聚合酶浓度、离子类型和离子浓度中的至少一项而言，所述第一溶液不同于所述第二溶液；以及(d)在所述第二溶液中，使用所述多个电极来检测指示所述生物分子或所述生物反应的信号。

在一些情况下，所述方法进一步包括重复(c)和(d)。此外，所述第一溶液可具有与所述第二溶液不同的温度、压力和/或组成。在一些情况下，所述方法进一步包括使用一个或多个计算机处理器来分析与(b)中的检测相关联的第一数据集和与(d)中的检测相关联的第二数据集，以实现所述生物分子或所述生物反应的表征。所述表征可包括对所述生物分子进行鉴定或测序中的一项或两项；以及对所述生物分子的量或所述生物反应的程度进行定量。

在一些情况下，所述第一溶液中的检测具有比所述第二溶液中的检测更高的质量偏倚(quality bias)。在这样的情况下，所述第一数据集和所述第二数据集的关联分析可为与更高质量偏倚相关联的检测提供相对更多的权重。此外，就检测所述生物分子或所述生物反应而言，所述更高质量偏倚可具有比其他偏倚更高的精确度。

此外，所述生物分子可任选地通过连接体(例如，共价或非共价地附接至珠子的连接体)附接至珠子。在一些情况下，所述生物分子为核酸分子并且所述方法进一步包括对该核酸分子进行测序。在一些情况下，所述多个电极包括至少两个电极。在一些情况下，所述多个电极可暴露于所述第一溶液和第二溶液。