[发明专利]用于单分子核酸检测的设备与系统

说明书

本发明揭示一种用于单分子核酸检测的设备。所述设备包含一检测模块，用以检测由一测序晶片产生的荧光。所述检测模块包含一传感器装置、具有第一放大倍率的物镜以及具有第二放大倍率的投射透镜。所述物镜与投射透镜用以将荧光由测序晶片传输至传感器装置。第二放大倍率小于1。

技术领域

本发明案主张2019年12月19日提申的美国临时申请案第62/950,551号，在此将其全文引入作为参照。

本公开内容是关于一种生物测定系统；特别是包含能够检测单分子核酸测序的检测模块的系统。

背景技术

连续单分子核酸测序方法是一种极具潜力的高速、长序列的测序方法，可用于测序DNA/RNA/mRNA/修饰DNA/修饰RNA。执行此方法时，需要利用一光学系统来连续监测复制模板DNA/RNA分子(欲测序的分子)的各个聚合酶，并鉴别出与引入事件相关的荧光信号，并因此能够读出模板分子的核酸碱基序列。《Science》杂志(02Jan 2009,Vol.323,Issue5910,pp.133-138)公开了一种测序方法，其使用染料测定法应用于DNA测序，以确定在DNA纳米结构阵列上特定反应位点的给定DNA片段的荧光标记核苷酸(A、T、G、C)序列。

测序位点是能够将聚合酶复制复合物(即，聚合酶与模板和引子结合的复合物)固定、保持或限制在定位的位置。通常会将大量的测序位点在基板上排列成阵列的形式，这称为测序晶片。

连续单分子测序系统包括激发光源、测序晶片、荧光光学装置以及光学传感器。激发光源可向每个测序位点供应激发光。荧光光光学装置用以将定由序晶片上的每个测序位点发射的荧光信号收集和引导至光学传感器。所述的光学传感器由光电探测器形成阵列(也称为图像传感器或区域传感器)形成。传感器上的每个光电探测器称为像素。由于需要区分四个核苷酸碱基，因此光学传感器需要能够区分经标记荧光团的多波长带。

测序系统的性能。为了使测序系统能够捕获引入事件发出的荧光而不受聚合酶周围漂浮的所有经标记dNTP的干扰，需要将复制复合物(又称测序复合物，由聚合酶/模板/引物所形成)固定在一个位置(测序位点)。并且系统需要提供一光源与一传感器，所述光源仅激发足够接近聚合酶的荧光团(受限的激发空间)，而所述传感器仅接收来自邻近于聚合酶的信号(受限的观察空间)。为了提高系统的效率，优选具有多个并行作用的测序位点的系统。系统性能可被定义为“测序位点数量/系统成本”。

基于透镜的测序系统。在实验室中，可将高解析度全内反射荧光(total internalreflection fluorescence，TIRF)显微镜转换为连续核酸DNA单分子测序仪。图1是倒装显微镜的示意图，这是一种典型的TIRF显微镜。激光光束从激光光发射器90穿过滤光片91射入高NA(通常为1.5NA)的60X或100X油浸物镜92，该物镜在盖玻片93的上表面形成TIRF条件，以供进行连续核酸DNA单分子测序。物镜92被无限远校正。由物镜92收集并通过滤光镜立方体91的荧光图像去除了激光光波长，并且仅保留了感兴趣的荧光。利用一些其他光学元件，例如镜子、棱镜和中继透镜(未示出)，图像光束被投影到传感器装置94上，以通过投影透镜95(也称为物镜或管透镜)形成放大的图像。然后分析由传感器装置94收集的荧光图像，并将其转换为测序数据。由于利用透镜来提供激发光和收集荧光，因此这类系统称为基于透镜的测序系统。基于透镜的系统的测序位点数量在数千到数万之间，具体取决于透镜和传感器的规格。