[发明专利]一种对生物样品处理及测序进行自动化控制的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及基因工程领域，更具体地说，涉及一种对生物样品处理及测序进行自动化控制的方法及系统。

背景技术

最初的基因测序技术是通过手工操作进行的，包括Sanger发明的双脱氧链终止法，以及Maxam和Gilbert发明的化学降解法。由于手工操作效率较低，且容易发生人为操作失误，因此利用基因测序仪进行测序现已成为了测序技术的主流。

在现阶段，若要对基因片段进行测序或者数据分析，需首先从生物个体，例如组织细胞、细菌等提取基因材料(RNA)，并利用转录和合成得到DNA片段，一般通过这种方法得到的DNA片段都是少量的。然后对DNA片段进行扩增，例如可以利用聚合酶链反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)、转录法等进行扩增，得到大量的基因片段，然后再基于扩增后的基因片段进行测序或数据分析。因此在正式测序前需要做大量前期的样品制备工作，这些工作一直以来都是采用手工操作进行的，而且将制备好的样品设置到测序仪中也是通过手动，无法实现自动化。这就存在两方面的问题：一方面手工进行样品制备需要花费大量时间，另一方面手工操作难以保证每一次样品制备的质量，将直接影响测序能够顺利进行，也会影响测序结果的准确性。

另外，到了测序阶段，就基因测序仪本身的控制而言，目前基因测序仪的测序过程由一系列机械、电子通信、生物、化学、光学等操作所组成，这些操作分别由基因测序仪中对应的组件所执行，替代了单纯的手工操作。但是也面临以下问题：一方面，由于基因测序对精度的要求非常高，属于纳米级，任何一个组件的操作出现偏差都会导致测序结果不理想；另一方面，整个测序过程涉及的具体步骤非常繁琐，需要基因测序仪中的各组件之间进行协同运作。也就是说，测序过程不仅要求基因测序仪中各组件准确、快速地执行各项操作，还要求各组件之间进行良好的配合。在具体应用中，基因测序仪进行测序时涉及的因素非常复杂，包括对试剂剂量及类型、反应温度、时间、洁净度、纳米级位移、聚焦调节、发光强度、光路调节、曝光时间计算、图像拍摄等多方面的控制，而且每个方面的要求非常高，因此要保证测序过程顺利进行，难度很大。

仅以试剂剂量及类型的控制进行说明，由于基因测序过程中对试剂剂量的控制一般在微升级，且需要在不同的反应阶段进行多次不同剂量的吸取导入，加上每次所选取的试剂类型都可能存在差异，因此对试剂的剂量、类型的把握提出了较高的要求。若由人工操作进行试剂吸取，或人工控制仪器进行试剂吸取，都存在以下问题：一方面很难精确控制剂量，而剂量的细微差别会导致不同的生化反应结果，也就会直接影响测序结果；另一方面，人为参与需要对反应不同阶段的各种试剂类型进行准确判断，即便一个小环节上的失误就会导致生化反应失败，使得整个测序过程全盘失败。此外，由于测序过程从样品制备、上样、测序、数据分析直到得出测序结果，每个阶段都需要一定的周期，如果上述试剂剂量及类型的控制存在失误，人工操作无法进行监控，不能在后续过程中及时纠错，即便得知最终的测序结果失败也很难查找到测序过程失败的根本原因，还浪费了大量的时间和价格昂贵的试剂。

除开试剂剂量及类型的因素，其他各种因素，包括前述的反应温度、时间、洁净度、纳米级位移、聚焦调节、发光强度、光路调节、曝光时间计算、图像拍摄等，均存在上述的类似情形，如果没有自动化的控制系统进行操作，整个测序过程将很难顺利展开，而要想稳定、快速地获得准确的测序结果就更难了。

因此需要一种对生物样品处理及基因测序仪的测序过程进行自动化控制的方法，解决上述难题，保证测序过程能够顺利、高效率地进行，并提高测序结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对生物样品处理及测序进行自动化控制的方法及系统，旨在提高测序过程的稳定性和效率，同时提高测序结果的准确性。

为了实现发明目的，所述对生物样品处理及测序进行自动化控制的系统包括样品控制单元、反应控制单元、定位控制单元、采图控制单元；所述样品控制单元用于控制生物样品的制备，生成反应体系并将其设置到基因测序仪中；所述反应控制单元用于控制基因测序仪将试剂导入反应体系，并在测序过程中调节反应体系的温度；所述定位控制单元用于控制反应体系在基因测序仪中的移动，并确定采图位置；所述采图控制单元用于激发反应体系中核苷酸携带的标记物发光，并在所述采图位置获取图像信号。

其中，所述样品控制单元包括体系制备模块、上样控制模块；所述体系制备模块根据生物样品制备待测的基因片段库，并处理成测序所需的反应体系；所述上样控制模块将反应体系设置到基因测序仪中的确定位置。