[发明专利]核酸的链的片段化

说明书

公开了用于片段化液体样品中的核酸(诸如DNA)的链的方法和装置。提供了包含核酸的链的液体样品。样品处理装置具有样品处理区。液体样品与样品处理区接触。表面声波(SAW)沿样品处理区的表面传播，或者更多产生的声波被传播以与样品耦合，和/或使样品经受冻融循环，以便引起样品中所述核酸的链的片段化。

发明背景

发明领域

本发明涉及使用表面声波(SAW)或其他声波和/或使用加热和冷却循环对核酸诸如DNA和/或RNA的链的片段化。本发明对于为测序操作准备的生物样品的预处理具有特别但不排他的适用性。

相关技术

自从首次人类基因组测序完成以来，对更便宜且更快速的测序方法的需求已经极大增加。该需求已经推动了第二代测序方法或下一代测序技术(也称为NGS或高通量测序)的发展。该技术平台进行大规模并行测序，在此期间，来自单个样品的数百万个DNA片段被一致测序。大规模并行测序技术促进了高通量测序，其允许整个基因组在小于一天内被测序。这些平台的创建已经使测序技术为更多实验室可得，快速增加了研究量，包括临床诊断及其在指导治疗中的使用。例如，在2014年，Mayo Clinic推出了50-基因的组(50-genepanel)，以报告在广泛范围的癌症中的药物治疗。

下一代测序技术的应用还允许在生物科学中的许多临床相关领域中的快速进展，包括(i)对人类基因组的重测序以鉴定参与病理过程的基因和调控元件；(ii)通过全基因组测序的比较生物学研究；(iii)通过对细菌和病毒物种的测序来促进对新毒力因子的鉴定的公共卫生和流行病学。这些发展说明了为什么测序现在被认为是基因组学中增长最快的领域(在本文撰写时每年增长约23％)。该活动据称在本文撰写时每年价值25亿美元，并且到2020年将达到约90亿美元。

目前，研究机构和政府机构贡献了最大量的终端用户市场。然而，医院中的采用率在不久的将来必定将增加，部分由于测序的成本效益的改进，以及经过验证的诊断应用的数目增加。此外，由于基因检测的公众认知变得更加可接受，并且相关伦理忧虑减少，因此预测在诊断和治疗活动中使用基因信息会增加。

在测序反应前，需要对样品进行许多预测序(pre-sequencing)步骤。这些预测序步骤包括将DNA片段化为更小的尺寸用于处理、尺寸选择、文库制备和靶富集。

广泛知悉的是，在对样品进行的预测序步骤中，DNA片段化的步骤是最重要的技术瓶颈。将DNA分子切割成低于1kbp的尺寸(取决于特定的测序工具和试剂盒)通常通过机械方式或生物化学方式(通过酶促反应)进行。下文总结了已知的DNA片段化方法。

片段化DNA的方法已经包括酶、盐、雾化(nebulisation)、通过微流体装置中的小孔泵送、和球磨(ball milling)的使用。目前，DNA的机械剪切是优选的，因为酶促片段化倾向于引入序列偏倚，这显著降低了下游测序数据的质量[Marine R.等人(2011)]。

至今，优选的技术使用超声来产生具有平均尺寸约150bp至1000bp的随机片段，取决于使用的条件和预期的测序工具。该尺寸范围的片段被认为对于使用现代测序技术(NGS)是理想的。

然而，目前用于DNA片段化的仪器不仅昂贵，而且不容易自动化。因此，目前的仪器通常保持为“独立”仪器，与测序仪不同。为DNA片段化开发的方法的性质还要求样品量相对较大，限制了在诊断中的应用，并且实际上使得基于现场的方法难以实施。样品制备主要由受过培训的人员在对DNA测序前进行。对受过培训的人员的需求成为对于待读取样品的通量的瓶颈，并将使用限制在相对较小的人群中。

下文简要讨论了公开基于超声的DNA片段化的具体文件。