[发明专利]时间控制荧光检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及DNA测序领域，特别是采用时间控制的荧光检测来识别DNA碱基的DNA测序。

特别地，本发明涉及一种用于DNA测序应用的时间控制的荧光检测装置，包括：

-容纳区域，用于容纳测序反应组分

-第一光源，能够以第一波长发射第一光脉冲，以及第二光源，能够以第二波长发射第二光脉冲，第一波长不同于第二波长，且第一和第二光脉冲交替入射到容纳区域

-检测器像素，与容纳区域配合设置，用于检测从容纳区域发出的光，包括：

-检测器

-输出端，用于传递来自于检测器像素的电信号

-选通工具，对检测器进行选通，所述检测器设置为不能检测到由第一和第二光源发出的第一和第二光脉冲。

背景技术

DNA(脱氧核糖核酸)测序已开展很多年。核酸的构建单元含有所有已知生物体的生长和功能化中采用的遗传指令，识别核酸构建单元的基本概念已经从发现编码扩展到希望使用基因信息来治疗疾病。

DNA分子的主要作用是长期存储信息。在其它的功能中，它包括构建细胞组分所需的指令，其片段称为基因。在化学上，DNA由两股长的、被称为核苷酸的简单单元的聚合物组成，这两条链的转动方向相反。两条链之间的骨架由通过酯键连接的糖和磷酸基组成。连接在每个糖上的分子是称为碱基的四种分子之一，这四种分子为A，C，G或T。就是这四种碱基沿骨架排列的顺序编码着信息。通过识别这些碱基和它们的顺序，就能够获取很多的信息。

作为标准的DNA测序技术，Sanger方法已经采用很多年了。这种方法费用十分昂贵，而且耗费时间长。为了使测序更高效和成本上可以接受，已经研发出了其他的技术。

许多新技术都依赖荧光成像来识别碱基，被称为碱基判定。荧光部分连接在一种特定种类的碱基上。通过吸收已知波长的光，核苷酸受激发发出荧光。发射出的荧光的波长是已知的、而且略有不同。检测到荧光表明存在特定碱基。存在单色荧光系统，其中用含有测序试剂的不同流体依次冲洗样品，荧光表明在DNA样品中存在不同的DNA碱基。另一种已知的荧光成像技术称为四色荧光，即使用四种不同波长的光，由此允许在测序装置上同时存在四种类型的核苷酸(测序反应所需要的)。从而可以减少装置中的流体交换(其非常缓慢)或者将其保持在最小水平。

美国专利申请US2006/0139634中描述了一种四色荧光成像技术。Lewis等人(PNAS，2005，Vol 102，No 15，p5346)的其他著作中详述了一种时间色彩闪烁技术，其采用连续波激光器、闭塞滤波器和复杂的准直光学系统来完成对给定DNA碱基的检测。其他的工作集中于荧光衰变时间常数辨别，如Zhu等人(Anal.Chem.，2003，Vol 75，No 10，p2280)。基因测序的进一步改进在于整个基因组测序，或者在于产生巨大医疗效益如癌症等疾病的重测序方面。

上述装置和方法的问题在于获取测序信息的缓慢的解题时间(throughput time)。

发明内容

本发明的目的在于提高获取测序结果的速度。

本发明的目的通过提供一种用于DNA测序应用的时间控制的荧光检测装置来实现，该装置包括检测器像素，还包括

-第一累加器和第二累加器，所述第一累加器和第二累加器与检测器和输出端配合设置，

-第一累加器专用于收集来自检测器的响应于第一光脉冲入射到测序反应组分的电信号

-第二累加器专用于收集来自检测器的响应于第二光脉冲入射到测序反应组分的电信号。

测序反应组分包括待测序的DNA样品，以及分别与DNA样品中特定的第一和第二碱基相关联的第一和第二荧光标记的核苷酸。来自于光源的第一光脉冲设置为响应于第一荧光标记的核苷酸的强吸收，从而分子吸收光能量，随后所述光能量以不同波长的荧光被释放。第二光脉冲以同样的方式与第二荧光标记的核苷酸配合，第二荧光的波长不同于第一荧光的波长。因此，检测到来自第一或第二光脉冲的荧光表明了存在第一或第二碱基。检测器将检测信息传递到累加器。

在本发明的另一实施例中，输出端设置为提供第一和第二累加器的状态。

在特定光脉冲到达测序反应组分后，通过将特定累加器与荧光发射联系起来，累加器成为直接判定被检测DNA碱基的装置。累加器中电信号的积累大于所预期的背景噪声或者大于设定的阈值，表明了对于特定碱基的荧光响应。因此，就碱基的存在而言，累加器提供了是/否或1/0的状态。之后该状态可以成为像素的输出，而不需要提供进一步的电子处理或缓慢的模拟信号信息的转换。