[发明专利]一种高通量基因测序动态调度控制方法及系统装置

说明书

技术领域

本发明属于高通量基因测序技术领域，特别涉及一种高通量基因测序动态调度控制方法及系统装置。

背景技术

高通量基因测序技术涉及机械、电子通信、生物、化学、光学等交叉学科。整个测序过程对精度要求高，任何一点点误差，就可能导致测序结果不理想，并且要求各个组件之间协调配合，包括对试剂量及类型、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要求高，难度大。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高通量基因测序动态调度控制方法及系统装置，可为高通量测序仪的反应小室提供环境一体化控制策略。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高通量基因测序动态调度系统装置，桥式PCR扩增反应以及边合成边测序(Sequencing by Synthesis，SBS)反应均在反应小室的流动槽中进行，流动槽表面内表面以共价键的形式固定带有接头的单链DNA片段，包括：

用于调控反应小室内温度的温度控制系统，桥式PCR扩增反应实现温度循环控制，边合成边测序反应实现对温度的恒温保障；

用于控制所述两种反应过程中各种试剂的加载和流出的试剂控制系统，对桥式PCR扩增反应和边合成边测序反应的试剂、试剂缓冲液、PH值控制液等的加载、流出及试剂时序进行控制；

用于向边合成边测序反应过程中的待测DNA片段提供红绿激光以激发待测DNA片段中携带的荧光染料基团发光的激光触发系统，对边合成边测序反应提供红绿激光触发条件；

用于在边合成边测序反应过程中进行扫描的振镜扫描系统，在边合成边测序反应每一轮反应过程中，对流动槽进行扫描，捕获荧光数据；

以及，

用于采集荧光染料基团发光图像的光学采集系统，在边合成边测序反应进行过程中，CCD采集捕获的荧光数据，进行保存，后续进行图像处理、数据处理，进而得到测序结果。

所述温度控制系统包括设置于反应小室内的温度传感器、电热片、半导体制冷片以及散热风扇，其中电热片位于流动槽上方的翻盖上，流动槽下方为载物台，载物台位于反应台上，半导体制冷片嵌在载物台中间的凹槽中，散热片贴放于半导体制冷片下表面，散热片配有散热风扇；电热片贴在SBS反应室四周，根据桥式PCR扩增反应的变性、退火、延伸三个阶段，进行温度的循环调控，在边合成边测序反应过程中，调控反应小室内的温度恒定为室温。

所述试剂控制系统包括一个多通道试剂泵，根据桥式PCR扩增反应和边合成边测序反应的不同阶段，打开或者关闭相应通道，控制相应试剂的加载和流出，并控制加载和流出的相应时间。

所述激光触发系统包括绿激光器和红激光器以及其各自连接的电源，绿激光器和红激光器平行设置，发出的激光均经振镜反射最终射向边合成边测序反应中的待测DNA片段。

所述振镜扫描系统包括振镜及其驱动器，驱动器带动振镜实现扫描，每轮边合成边测序反应，扫描一次。

所述光学采集系统包括CCD相机，采集荧光染料基团发光图像，并传输至计算机。

本发明还提供了一种基于所述系统装置的高通量基因测序动态调度控制方法，包括如下步骤：

步骤1，将待测DNA片段样品放入流动槽中；

步骤2，对待测样品进行桥式PCR扩增反应，在反应过程中，控制小室温度、试剂流量以及PH值；

步骤3，对扩增后的样品进行边合成边测序反应，反应过程中，控制小室温度和试剂流量，同时控制红绿激光触发照射、振镜扫描、光学采集荧光信号。

所述步骤2中小室温度控制策略为：根据PCR扩增反应温度曲线，控制温度在变性、退火、延伸三个反应阶段进行循环，利用温度传感器读取反应小室温度，执行机构为电热片、半导体制冷片以及散热风扇；其中：

半导体制冷片加热反应对象用如下微分方程描述：