核酸分類的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明大體上涉及電子裝置，并且更明確地說，涉及核酸和其它生物相關(guān)大分子 的鑒別。
【背景技術(shù)】
[0002] 核酸的鑒別可用于若干應(yīng)用，包括基因表達(dá)的分析、用于臨床診斷的基因體分析、 生物醫(yī)學(xué)研宄、法醫(yī)調(diào)查及生物標(biāo)識技術(shù)。在常規(guī)方法中，一種檢驗形式是基于用結(jié)合到固 體表面的互補探針熒光標(biāo)記的靶核酸的雜交。舉例來說，使用一組14到40個互補探針，每 個探針含有25個核苷酸，有可能對單核苷酸多態(tài)性（SNP)進行分類。
[0003] 另一種用于對核酸分類的常規(guī)方法是基于發(fā)散序列。舉例來說，所述對核酸分類 可包括靶核酸與在微粒上的捕獲探針的雜交。雜交物可包括與多態(tài)位點直接相鄰的寡核苷 酸序列。所述雜交物可通過聚合酶延伸以并入與多態(tài)性核苷酸適當(dāng)?shù)嘏鋵Φ暮塑账?。所?核苷酸的并入引起鏈終止。所述化合物標(biāo)記有熒光標(biāo)記并且光譜分析可以提供所述核苷酸 的身份。
[0004] 較長的密切相關(guān)的等位基因出現(xiàn)在人類基因組DNA中。常規(guī)方法區(qū)分含有長度不 同的短串連重復(fù)序列（STR)的較長、密切相關(guān)的基因序列變體的能力有限。核酸鑒別的常 規(guī)方法常常需要較長平衡時間，并且受到高背景信號和低動態(tài)范圍的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 核酸可通過監(jiān)測在不同條件下于微陣列表面上的雜交來進行鑒別。在第一方面 中，一種用于對靶核酸分類的方法可包括在測試系統(tǒng)中，使一或多個捕獲探針暴露于所述 靶核酸，所述一或多個捕獲探針附接到表面；在所述測試系統(tǒng)中建立第一雜交條件；測定 所述一或多個捕獲探針與所述靶核酸在所述第一雜交條件下的第一雜交程度；在所述測試 系統(tǒng)中建立第二雜交條件；測定所述一或多個捕獲探針與所述靶核酸在所述第二雜交條件 下的第二雜交程度；及通過比較所述第一雜交程度與所述第二雜交程度來對所述靶核酸分 類。
[0006] 在一些實施方案中，所述測試系統(tǒng)可包括在所述表面上的一或多個傳感器，其經(jīng) 配置以測量所述一或多個捕獲探針與所述靶核酸的雜交。所述傳感器可為一種諧振器陣 列，其經(jīng)配置以測量在所述諧振器陣列的至少一個表面上的目標(biāo)的質(zhì)量。一或多個捕獲探 針可附接到所述諧振器系統(tǒng)的表面。測定所述一或多個捕獲探針與所述靶核酸的所述第一 雜交程度和所述第二雜交程度可包括測量在所述諧振器陣列的表面上的質(zhì)量。
[0007] 在另一方面中，使所述一或多個捕獲探針暴露于所述靶核酸包括使所述一或多個 捕獲探針與含有所述靶核酸的溶液接觸。建立所述第一雜交條件可包括將所述溶液的溫度 調(diào)整到第一溫度并且建立所述第二雜交條件包括將所述溶液的溫度調(diào)整到第二溫度。
[0008] 在一些實施方案中，所述第一雜交條件可經(jīng)選擇以使靶核酸與所述一或多個捕獲 探針之間的雜交減到最少，并且第二雜交條件可經(jīng)選擇以促進所述靶核酸與所述一或多個 捕獲探針之間的雜交。對所述靶核酸分類可包括漸進地調(diào)整所述測試系統(tǒng)的一或多個雜交 條件以促進靶核酸與一或多個捕獲探針之間的雜交。在每次調(diào)整之后，可測定所述一或多 個捕獲探針與所述靶核酸的雜交程度并且可繼續(xù)調(diào)整所述雜交條件，直至所述雜交程度達(dá) 到閾值雜交程度。
[0009] 在一些實施方案中，所述測試系統(tǒng)可包括在第一位置處的一或多個第一捕獲探針 及在第二位置處的一或多個第二捕獲探針。對所述靶核酸分類可包括漸進地調(diào)整所述測試 系統(tǒng)的一或多個雜交條件。在每次調(diào)整之后，可測定所述第一位置和所述第二位置各自對 應(yīng)的雜交程度并且可確定在所述第一位置處的雜交程度是在所述第二位置處的雜交程度 達(dá)到閾值雜交程度之前還是之后達(dá)到閾值雜交程度。
[0010] 在另一個大體方面中，所述方法可包括在使所述一或多個捕獲探針暴露于所述靶 核酸之前，對所述測試系統(tǒng)進行校準(zhǔn)，包括將一或多個雙鏈核酸捕獲探針附接到所述測試 系統(tǒng)的表面；使所述一或多個雙鏈核酸捕獲探針與溶液接觸；漸進地調(diào)整所述測試系統(tǒng)的 一或多個雜交條件，直至達(dá)到所述雙鏈核酸捕獲探針的解離程度，由此所述溶液含有單鏈 核酸并且單鏈核酸捕獲探針保留在所述表面上；記錄達(dá)到第一雙鏈核酸捕獲探針的解離程 度，從而產(chǎn)生單鏈核酸的一或多個雜交條件；及從所述測試系統(tǒng)去除所述單鏈核酸。
[0011] 在一些實施方案中，所述方法可進一步包括在使所述一或多個捕獲探針暴露于所 述靶核酸之前，對所述測試系統(tǒng)進行校準(zhǔn)，包括測量附接到所述測試系統(tǒng)的表面的第一組 核酸捕獲探針；漸進地調(diào)整所述測試系統(tǒng)的一或多個雜交條件，直至達(dá)到所記錄的雜交條 件；測量附接到所述測試系統(tǒng)的表面的第二組核酸捕獲探針；及基于所述第一組核酸捕獲 探針和所述第二組核酸捕獲探針來測定所述單鏈核酸捕獲探針的變化。
[0012] 在另一個大體方面中，用于測定捕獲探針的最佳密度的方法可包括對靶核酸進行 分類，測定在測試系統(tǒng)上捕獲探針的最佳密度。測定可包括在測試系統(tǒng)中，使第一組捕獲探 針在雜交條件下暴露于所述靶核酸，所述第一組捕獲探針附接到第一表面；測定在所述第 一表面處的第一締合速率；在所述測試系統(tǒng)中，使第二組捕獲探針在所述雜交條件下暴露 于所述靶核酸，所述第二組捕獲探針附接到第二表面并且具有不同于在所述第一表面處的 第一組捕獲探針的密度；及比較所述第一締合速率與所述第二締合速率。
[0013] 在一些實施方案中，捕獲探針的最佳密度可與所述捕獲探針的序列長度有關(guān)。所 述測試系統(tǒng)可包括多個附接表面，所述多個附接表面各自包括多個捕獲探針。所述多個附 接表面之一所包括的多個捕獲探針各自可包括相同序列。
[0014] 在一些實施方案中，所述多個附接表面中的第一個可包括第一多個捕獲探針。所 述多個附接表面中的第二個可包括不同于所述第一多個捕獲探針的第二多個捕獲探針，所 述多個附接表面中的第一個和第二個可具有不同的捕獲探針最佳密度。
[0015] 在另一個大體方面中，一種用于對靶核酸分類的測試系統(tǒng)可包括：一或多個捕獲 探針、經(jīng)配置以測定所述一或多個捕獲探針與所述靶核酸的雜交程度的檢測器，及非暫時 性計算機可讀媒體。所述非暫時性計算機可讀媒體可存儲指令，所述指令當(dāng)被控制系統(tǒng)執(zhí) 行時，使所述控制系統(tǒng)進行多個操作。所述操作可包括：在所述測試系統(tǒng)中建立第一雜交條 件；使用所述檢測器測定所述一或多個捕獲探針與所述靶核酸在所述第一雜交條件下的第 一雜交程度；在所述測試系統(tǒng)中建立第二雜交條件；使用所述檢測器測定所述一或多個捕 獲探針與所述靶核酸在所述第二雜交條件下的第二雜交程度；及通過比較所述第一雜交程 度與所述第二雜交程度來對所述靶核酸分類。
[0016] 在一些實施方案中，所述檢測器可包括諧振器陣列。使所述一或多個捕獲探針暴 露于所述靶核酸可包括使所述一或多個捕獲探針與含有所述靶核酸的溶液接觸，建立所述 第一雜交條件包括將所述溶液的溫度調(diào)整到第一溫度并且建立所述第二雜交條件可包括 將所述溶液的溫度調(diào)整到第二溫度。
[0017] 在一些實施方案中，所述第一雜交條件可經(jīng)選擇以減少靶核酸與所述一或多個捕 獲探針之間的雜交，并且第二雜交條件可經(jīng)選擇以促進所述靶核酸與所述一或多個捕獲探 針之間的雜交。所述控制系統(tǒng)可包括處理器以及經(jīng)配置以調(diào)整所述測試系統(tǒng)中的一或多個 雜交條件的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所述調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括加熱元件或冷卻元件或兩種。
[0018] 在另一個大體方面中，一種用于對靶核酸分類的方法可包括：在測試系統(tǒng)中，使一 或多個捕獲探針暴露于所述靶核酸，所述一或多個捕獲探針附接到檢測器；測量與所述一 或多個捕獲探針雜交的靶核酸的第一質(zhì)量；對所述靶核酸進行修飾以產(chǎn)生第二質(zhì)量；測量 與所述一或多個捕獲探針雜交的靶核酸的第二質(zhì)量；及基于比較所述第一質(zhì)量與所述第二 質(zhì)量來對所述靶核酸分類。所述第二質(zhì)量可實質(zhì)上大于所述第一質(zhì)量。所述檢測器可包括 振蕩諧振器陣列。
[0019] 在一些實施方案中，修飾可包括將質(zhì)量報告子添加到所述靶核酸中。修飾可包括 共價鍵和/或非共價鍵。修飾的靶核酸可包括一或多個未配對區(qū)域，其經(jīng)配置以修飾所述 靶核酸從而產(chǎn)生第三質(zhì)量。所述一或多個未配對區(qū)域可包括生物素結(jié)合站點。
[0020] 在另一個大體方面中，一種用于對靶核酸進行序列分析的方法，所述方法包含：在 測試系統(tǒng)中，使所述靶核酸暴露于聚合酶，所述聚合酶包括被靶向所述靶核酸上的靶核堿 基的靶核苷酸，所述靶核酸附接到表面；以及測定由所述靶核酸暴露于所述聚合酶引起的 所述靶核酸的質(zhì)量位移。
[0021] 在一些實施方案中，所述方法進一步包含基于所述質(zhì)量位移，測定靶核酸有關(guān)所 述靶核堿基的特征。測定所述特征包含測定所述靶核堿基在所述靶核酸中的位置或所述靶 核酸中被所述靶核堿基占據(jù)的多個位置。所述測試系統(tǒng)包含經(jīng)配置以測量所述表面上的目 標(biāo)的質(zhì)量的諧振器陣列；并且測定所述質(zhì)量位移包含測量在所述靶核酸暴露于所述聚合酶 之前所述表面上所述靶核酸的質(zhì)量，及測量在所述靶核酸暴露于所述聚合酶之后所述表面 上所述靶核酸的質(zhì)量，以及測定兩種測量的質(zhì)量之間的差異。所述靶核苷酸通過經(jīng)配置以 與所述靶核堿基最佳地雜交來靶向所述靶核堿基。所述靶核苷酸包括可逆地減少所述靶核 酸的生長的官能團。使所述靶核酸暴露于所述聚合酶包含使所述靶核酸依序或以混合物形 式暴露于所述聚合酶。所述方法還包括去除所述可逆地減少所述靶核酸的生長的官能團， 由此允許所述靶核酸的生長。使所述靶核酸暴露于所述聚合酶包含使所述靶核酸與所述聚 合酶在微流體溶液中接觸，并且所述方法進一步包含重復(fù)測定所述質(zhì)量位移及去除所述可 逆地減少所述靶核酸的生長的官能團，以及在所述重復(fù)之間，用新材料沖洗所述微流體溶 液。使所述靶核酸暴露于所述聚合酶包含使所述靶核酸與所述聚合酶在微流體溶液中接 觸，并且所述方法進一步包含重復(fù)測定所述質(zhì)量位移及去除所述可逆地減少所述靶核酸的 生長的官能團，以及在所述重復(fù)之間，使所述微流體溶液保持不受影響。
[0022] 通過監(jiān)測表面雜交進行核酸分類的具體實施方案可提供以下一或多個益處?？梢?高準(zhǔn)確性鑒別核酸。質(zhì)量可以通過單步驟方法進行定量，預(yù)調(diào)配及應(yīng)用；因此，在結(jié)合事件 與添加的質(zhì)量之間提供一對一對應(yīng)，從而允許精確的定量。所述系統(tǒng)經(jīng)配置以能夠?qū)Y(jié)合 和未結(jié)合事件進行實時檢測。所述系統(tǒng)可被適配成通過以較小增量改變雜交條件來準(zhǔn)確地 檢測等位基因變體，所述雜交條件可經(jīng)調(diào)整以改善準(zhǔn)確性。所述測試系統(tǒng)可最佳地裝有最 大數(shù)目的探針，以允許靶結(jié)合到捕獲探針。測試核酸的數(shù)量可比捕獲探針的數(shù)量高一個數(shù) 量級。所述系統(tǒng)可傳遞高信噪比并且其還可以通過產(chǎn)生數(shù)字輸出來提供對電噪聲的抗擾 性，所述數(shù)字輸出可在微陣列芯片上進行處理或被傳輸?shù)酵獠刻幚砥骰蛴嬎銠C用于鎖存電 路的處理。所述系統(tǒng)可不太易于因數(shù)據(jù)捕獲期間參數(shù)的控制性改變引起的生物、電、機械或 環(huán)境改變而產(chǎn)生誤差。所述系統(tǒng)可在含有比互補捕獲核酸多的靶核酸的樣品中鑒別靶，從 而使所述系統(tǒng)不太易于受樣品中靶濃度的影響。所述系統(tǒng)可需要明顯更少的時間進行靶鑒 另IJ。所述系統(tǒng)可在完全互補和幾乎完全互補的捕獲核酸存在下準(zhǔn)確地鑒別靶。為了增加所 述測試系統(tǒng)的靈敏度或動態(tài)范圍，可添加次要試劑。所述次要試劑可通過直接添加不競爭 結(jié)合于捕獲核酸的長核酸序列或通過將可在獨立步驟中與大得多的化合物相互作用的小 分子并入所述靶核酸中來添加顯著信號。
[0023] 應(yīng)了解，根據(jù)本發(fā)明的方法可包括本文所描述的方面和特征的任何組合。也就是 說，根據(jù)本發(fā)明的方法不限于本文具體描述的方面和特征的組合，而且還包括所提供的方 面和特征的任何組合。
[0024] 本發(fā)明的一或多個實施方案的細(xì)節(jié)在以下附圖和實施方式中給出。本發(fā)明的其它 特征和優(yōu)點將從實施方式和圖式以及權(quán)利要求書而顯而易見。
【附圖