【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于基因组分析的装置和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本文件要求2020年6月1日提交的美国临时申请序号63/032,984、2020年10月2日提交的美国临时申请序号63/087,131和2021年1月31日提交的美国临时申请序号63/143,857的优先权权益，这些美国临时申请中的每一个通过引用以其整体特此并入。
[0003]背景
[0004]基因组物质(包括染色体、染色体外DNA、外源RNA和转录RNA)在不同物种中是不同的，并且在同一物种的个体之间是异质性的。这些基因组物质在同一个体的组织中的个体细胞之间可以是不同且异质性的，诸如在镶嵌现象(mosaicism)、癌症或神经元发育的情况中。此外，它们可以在同一细胞内随着自然的时间进程，或根据病理发展(诸如感染事件或突变)，或在具有外部刺激的趋异(divergent)环境中动态地变化。理想地，基因组学和蛋白质组学分析技术应该能够在单个细胞和亚细胞水平实时检测和辨别结构、环境、空间和时序背景下的这些差异和变化。染色体是包含生物体的全部或部分遗传物质(即其“基因组”)的脱氧核糖核酸(DNA)分子。大多数真核染色体包括包装蛋白，包装蛋白在伴侣蛋白的帮助下结合DNA分子并使其凝缩，以防止DNA分子变成难以控制的缠结[Hammond,2017][Wilson,2002]。例如，在溶液中具有20
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100um的直径的自由悬浮的普通人类细胞包含约64亿个DNA碱基对，分为46条染色体(二倍体)。每个碱基对的长度为约0.34nm。因此，如果将二倍体细胞...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种流体装置，所述流体装置包括图案化表面特征，其中所述图案化表面允许用于探查来源于单个包装物的至少两个大分子的布置，使得相对于包括未图案化表面的类似装置，所述两个大分子彼此重叠的概率降低。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述图案化表面特征包括图案化表面结构特征。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述图案化表面特征包括图案化表面能特征。4.根据权利要求1所述的装置，其中来源于所述单个包装物的所述至少两个大分子在所述单个包装物内被递送至所述流体装置。5.根据权利要求4所述的装置，其中所述单个包装物选自以下中的至少一种：细胞、细胞核、囊泡、液滴、线粒体、细胞器。6.根据权利要求4所述的装置，其中所述单个包装物在包含裂解剂的样品溶液中递送。7.根据权利要求4所述的装置，其中所述单个包装物至少部分破裂。8.根据权利要求4所述的装置，其中所述单个包装物处于过加压状态。9.根据权利要求8所述的装置，其中所述单个包装物处于低张力状态。10.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少两个大分子被布置在所述装置的表面上以便被固定。11.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少两个大分子是长核酸分子。12.根据权利要求11所述的装置，其中所述至少两个长核酸分子分别构成染色体的一部分，其中所述染色体的一部分被配置为处于中期或间期，所述染色体的一部分是与细胞蛋白结合的染色质天然核酸。13.根据权利要求11所述的装置，其中所述至少两个长核酸分子分别构成染色体的一部分，所述染色体的一部分包含与细胞蛋白结合的染色质天然核酸。14.根据权利要求11所述的装置，其中所述至少两个长核酸分子至少部分被拉长。15.根据权利要求14所述的装置，其中所述至少两个长核酸分子至少部分被拉长，使得拉长的主轴基本上平行于一对所述图案化表面特征的主轴。16.根据权利要求11所述的装置，其中所述至少两个长核酸分子各自被至少两种标记体结合。17.根据权利要求16所述的装置，其中所述至少两种标记体指示物理图谱。18.根据权利要求17所述的装置，其中所述物理图谱是线性物理图谱。19.根据权利要求17所述的装置，其中所述物理图谱是2D物理图谱。20.根据权利要求17所述的装置，其中所述物理图谱是3D物理图谱。21.根据权利要求16所述的装置，其中所述至少两种标记体在第一时间点指示所述至少两个长核酸分子中的第一长核酸分子的第一物理图谱，并且在第二时间点指示所述至少两个长核酸分子中的所述第一长核酸分子的第二物理图谱。22.根据权利要求21所述的装置，其中所述第一长核酸分子经历在所述第一时间点之后且在所述第二时间点之前具有效应的处理。23.根据权利要求22所述的装置，其中所述处理包括染色质降解。24.根据权利要求16所述的装置，其中所述至少两种标记体在将所述至少两个长核酸分子引入所述装置之前与所述至少两个长核酸分子结合。25.根据权利要求16所述的装置，其中所述至少两种标记体在将所述至少两个长核酸
分子引入所述装置之后与所述至少两个长核酸分子结合。26.根据权利要求16所述的装置，其中所述至少两种标记体选自以下中的一种：核酸染色剂或染料、双链核酸染色剂或染料、单链核酸染色剂或染料、核型分析染色剂或染料、AT特异性染色剂或染料、嵌入染料、CG特异性染色剂或染料、FISH探针、纤维
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FISH探针、甲基化荧光探针、荧光修饰的核苷酸、掺入的荧光修饰的核苷酸、引导RNA荧光探针、序列特异性荧光探针、物理作图标记体、线性物理作图标记体、2D物理作图标记体、3D物理作图标记体、端粒染色剂、荧光修饰的DNA或RNA结合酶、荧光修饰的CRISPR复合物、荧光修饰的DNA或RNA结合剂和荧光修饰的单链DNA结合体。27.根据权利要求16所述的装置，其中所述至少两种标记体选自以下中的至少两种：核酸染色剂或染料、双链核酸染色剂或染料、单链核酸染色剂或染料、核型分析染色剂或染料、AT特异性染色剂或染料、嵌入染料、CG特异性染色剂或染料、FISH探针、纤维
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FISH探针、甲基化荧光探针、荧光修饰的核苷酸、掺入的荧光修饰的核苷酸、引导RNA荧光探针、序列特异性荧光探针、物理作图标记体、线性物理作图标记体、2D物理作图标记体、3D物理作图标记体、端粒染色剂、荧光修饰的DNA或RNA结合酶、荧光修饰的CRISPR复合物、荧光修饰的DNA或RNA结合剂和荧光修饰的单链DNA结合体。28.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少两个大分子暴露于以下中的至少一种：试剂、溶液、溶剂、温度变化、湿度变化、离心力、压力变化、蒸汽、外力、超声力、分配系统和接触探针。29.根据权利要求28所述的装置，其中所述至少两个大分子暴露于超声力。30.根据权利要求29所述的装置，其中所述超声力用于辅助以下中的至少一种：裂解包装物、分离染色体、分离长核酸分子、拉长长核酸分子和剪切长核酸分子。31.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少两个大分子通过从所述图案化表面上的溶液的后退弯月面沉积而布置在所述装置的图案化表面内。32.根据权利要求31所述的装置，其中所述后退弯月面具有至少部分受所述图案化表面影响的方向。33.根据权利要求31所述的装置，其中所述后退弯月面具有至少部分受重力影响的方向。34.根据权利要求31所述的装置，其中所述后退弯月面具有至少部分受毛细力影响的方向。35.根据权利要求31所述的装置，其中所述后退弯月面具有至少部分受所述图案化表面影响的速度。36.根据权利要求31所述的装置，其中所述后退弯月面具有至少部分受重力影响的速度。37.根据权利要求31所述的装置，其中所述后退弯月面具有至少部分受毛细力影响的速度。38.根据权利要求31所述的装置，其中包含在所述溶液中的包装物内的大分子在沉积期间被裂解。39.根据权利要求31所述的装置，其中所述图案化表面包括选自由通道、壁、一个凹陷和柱组成的列表的至少一个特征。
40.根据权利要求39所述的装置，其中所述图案化表面包括疏水性的拓扑上最重要的特征。41.根据权利要求39所述的装置，其中所述图案化表面包括亲水性的拓扑上最重要的特征。42.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少两个大分子通过毛细驱动的溶液流动布置在所述图案化表面内。43.根据权利要求42所述的装置，其中所述图案化表面影响毛细流动。44.根据权利要求43所述的装置，其中所述图案化表面影响毛细流动方向。45.根据权利要求43所述的装置，其中所述图案化表面影响毛细流动速度。46.根据权利要求42所述的装置，其中至少一个毛细泵影响毛细流动。47.根据权利要求42所述的装置，其中所述装置包括至少一个毛细保持阀。48.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括至少一个限制性通道，使得沿着所述通道的至少一个尺寸，所述尺寸具有对至少一个包装物为限制性的长度。49.根据权利要求48所述的装置，其中所述包装物包括具有主轴长度的主轴，并且其中所述通道的为限制性的长度小于当所述包装物未受限并悬浮在溶液中时所述包装物的主轴长度的95％。50.根据权利要求48所述的装置，其中至少一个熵阱被图案化在所述限制性通道内。51.根据权利要求50所述的装置，其中所述熵阱具有相对于所述包装物的体积为150％或更小的体积。52.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括至少一个限制性通道，使得沿着所述通道的至少一个尺寸，所述尺寸具有能够被调节为当所述包装物未受限并悬浮在溶液中时所述包装物沿着主轴的长度的95％或更小的长度。53.根据权利要求52所述的装置，其中能够被调节的长度通过施加在指定位置的外部压缩力来调节。54.根据权利要求53所述的装置，其中所述外部压缩力用于使所述包装物裂解。55.根据权利要求1所述的装置，其中两个图案化表面特征被分开具有不大于10微米的局部最小尺寸长度的限制性尺寸。56.根据权利要求1所述的装置，其中两个图案化表面特征被分开具有不大于2微米的局部最小尺寸长度的限制性尺寸。57.根据权利要求1所述的装置，其中两个图案化表面特征被分开具有不大于0.5微米的局部最小尺寸长度的限制性尺寸。58.根据权利要求1所述的装置，其中两个图案化表面特征被分开具有不大于0.1微米的局部最小尺寸长度的限制性尺寸。59.根据权利要求1所述的装置，其中与基本上垂直于探查光轴的2D平面基本上平行的最小图案化表面特征尺寸长度不大于10微米。60.根据权利要求1所述的装置，其中与基本上垂直于探查光轴的2D平面基本上平行的最小图案化表面特征尺寸长度不大于2微米。61.根据权利要求1所述的装置，其中与基本上垂直于探查光轴的2D平面基本上平行的最小图案化表面特征尺寸长度不大于0.5微米。
62.根据权利要求1所述的装置，其中与基本上垂直于探查光轴的2D平面基本上平行的最小图案化表面特征尺寸长度不大于0.1微米。63.根据权利要求1所述的装置，其中最小图案化表面特征具有不大于10微米的高度。64.根据权利要求1所述的装置，其中最小图案化表面特征具有不大于2微米的高度。65.根据权利要求1所述的装置，其中最小图案化表面特征具有不大于0.5微米的高度。66.根据权利要求1所述的装置，其中最小图案化表面特征具有不大于0.1微米的高度。67.根据权利要求1所述的装置，其中基本上平行于探查光轴的最小图案化表面特征尺寸长度为10微米或更小。68.根据权利要求1所述的装置，其中基本上平行于探查光轴的最小图案化表面特征尺寸长度为2微米或更小。69.根据权利要求1所述的装置，其中基本上平行于探查光轴的最小图案化表面特征尺寸长度为0.5微米或更小。70.根据权利要求1所述的装置，其中基本上平行于探查光轴的最小图案化表面特征尺寸长度为0.1微米或更小。71.根据权利要求1所述的装置，其中所述探查包括选自以下列表的至少一种探查类型：电磁、荧光、共聚焦、TIRF、落射荧光、明场、暗场、AFM、SPM、TEM和SEM。72.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置具有与标准显微镜载玻片相当的尺寸。73.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置具有与标准显微镜载玻片成像台相容的尺寸。74.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置具有与标准显微镜载玻片自动化处理系统相容的尺寸。75.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括集成的盖玻片。76.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括溶液容纳孔。77.根据权利要求所述的装置，其中所述容纳孔能够从图案化表面移除。78.根据权利要求1所述的装置，其中所述图案化表面特征包括选自以下列表的至少一个特征：通道、柱、凹陷、凹槽、隆起、拐角、格栅、壁、线、垫、单层、拓扑变化、具有限定的表面能或电荷的图案。79.根据权利要求1所述的装置，其中所述图案化表面包括至少一个能够使用以下方法中的至少一种制造的特征：刻蚀、压花、注射成型、3D打印、纳米压印、ELB、光刻、冲压、蚀刻、等离子蚀刻、湿蚀刻、物理蚀刻、层压、接合、转移印刷、印刷、喷墨打印、蘸笔刻蚀、沉积和自组装。80.根据权利要求1所述的装置，其中所述图案化表面特征包括表面能，并且其中所述表面能能够使用以下方法中的至少一种来形成：材料选择、液体表面处理、蒸汽表面处理、UV表面处理、等离子体表面处理、沉积、选择性剂结合或转移印刷单层。81.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括至少一个部件，所述部件包含选自以下列表的材料：塑料、玻璃、硅、弹性体、PDMS、COC、黄玉、PC、PS、硅、氧化硅、氮化硅、borofloat、石英或熔融二氧化硅。82.一种流体装置，所述流体装置包括：(i)用于接收包含悬浮在溶液中的至少一个包装物的样品溶液的样品加载通道，所述包装物包含至少两个大分子；(ii)用于捕获单个包
装物的至少一个捕获部位；(iii)与至少一个捕获部位流体连接的至少一个反应室；(iv)通过熵障与所述至少一个反应室流体连接的至少一个流体连接点，所述熵障关于占据所述反应室的所述至少两个大分子进行限定。83.根据权利要求82所述的装置，其中制备大分子以用于探查包括将所述反应室中的至少一个大分子暴露于试剂、温度、压力、溶剂或其组合。84.根据权利要求83所述的装置，其中所述试剂包含至少一种选自以下列表的组分：酶、标记体、DNA条形码、PCR引物、条形码化PCR引物、MDA引物、通用引物、DNA结合剂或DNA结合蛋白。85.根据权利要求84所述的装置，其中所述标记体包括以下中的任何标记体：核酸染色剂或染料、双链核酸染色剂或染料、单链核酸染色剂或染料、核型分析染色剂或染料、AT特异性染色剂或染料、嵌入染料、CG特异性染色剂或染料、FISH探针、纤维
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FISH探针、甲基化荧光探针、荧光修饰的核苷酸、掺入的荧光修饰的核苷酸、引导RNA荧光探针、序列特异性荧光探针、物理作图标记体、线性物理作图标记体、2D物理作图标记体、3D物理作图标记体、端粒染色剂、荧光修饰的DNA或RNA结合酶、荧光修饰的CRISPR复合物、荧光修饰的DNA或RNA结合剂、荧光修饰的单链DNA结合体。86.根据权利要求83所述的装置，其中所述试剂包括蛋白酶。87.根据权利要求83所述的装置，其中所述试剂包括核酸酶。88.根据权利要求83所述的装置，其中所述试剂包括降解染色质三级结构的试剂。89.根据权利要求83所述的装置，其中所述试剂包括降解染色质二级结构的试剂。90.根据权利要求83所述的装置，其中所述试剂包括降解细胞的细胞器的试剂。91.根据权利要求82所述的装置，其中制备大分子以用于探查包括将所述反应室中的所述大分子暴露于至少一种外力。92.根据权利要求91所述的装置，其中所述至少一种外力在所述大分子邻近物理障碍、多孔介质、凝胶或熵阱中的至少一种时被施加至所述大分子。93.根据权利要求92所述的装置，其中所述大分子邻近熵阱，并且所述熵阱的尺寸适于容纳单个大分子。94.根据权利要求82所述的装置，其中制备大分子以用于探查包括使用外力将所述大分子的至少一部分引导到限制增加的区域中。95.根据权利要求94所述的装置，其中所述大分子具有主轴长度，并且其中所述限制增加的区域具有平行于光学探查轴的不大于所述大分子的主轴长度的95％的尺寸。96.根据权利要求82所述的装置，其中制备大分子以用于探查包括将所述大分子的至少一部分定位在所述装置的其中至少一个尺寸能够被可逆调节而使所述尺寸减小的区域中。97.根据权利要求96所述的装置，其中所述尺寸平行于光学探查轴。98.根据权利要求96所述的装置，其中所述尺寸能够减小到所述大分子的主轴的长度的95％或更小。99.根据权利要求96所述的装置，其中调节的尺寸是与所述流体装置内的流体通道的至少一个柔性壁相关的尺寸，所述至少一个柔性壁能够调节其相对于同一流体通道内的另一个壁的相对位置。
100.根据权利要求96所述的装置，其中调节的尺寸是与所述流体装置内的流体通道的至少一个壁相关的尺寸，所述至少一个壁包括相变材料，所述相变材料能够响应于刺激而调节其相对于同一流体通道内的另一个壁的相对位置。101.根据权利要求96所述的装置，其中调节的尺寸通过在流体通道中的两个相对的壁之间施加静电吸引力来调节。102.根据权利要求101所述的装置，其中所述静电吸引力通过时变电场产生。103.根据权利要求82所述的装置，其中制备大分子以用于探查包括将所述大分子的至少一部分定位在电润湿装置中。104.根据权利要求82所述的装置，其中制备大分子以用于探查包括在所述大分子的至少一部分上施加介电泳(DEP)力。105.根据权利要求82所述的装置，其中仪器控制器至少部分基于反馈系统调节所述仪器控制器与所述流体装置的连接，所述反馈系统具有至少一个输入，所述输入是来源于对至少一个大分子的探查的数据。106.根据权利要求82所述的装置，其中至少一个大分子与至少两种标记体结合。107.根据权利要求106所述的装置，其中所述至少两种标记体指示所述大分子上的物理图谱。108.根据权利要求107所述的装置，其中所述物理图谱是线性物理图谱。109.根据权利要求107所述的装置，其中所述物理图谱是2D物理图谱。110.根据权利要求107所述的装置，其中所述物理图谱是3D物理图谱。111.根据权利要求107所述的装置，其中所述至少两种标记体在第一时间点指示所述至少两个长核酸分子中的第一长核酸分子的第一物理图谱，并且在第二时间点指示所述至少两个长核酸分子中的所述第一长核酸分子的第二物理图谱。112.根据权利要求107所述的装置，其中所述物理图谱能够由选自以下列表的至少一种方法产生：解链作图、差异作图、竞争性结合、标记的切口位点、条形码化、甲基化作图、甲基转移酶作图、序列特异性结合、化学部分结合、抗体、CRISPR
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Cas和来自修饰酶的衍生物。113.根据权利要求107所述的装置，其中所述物理图谱包括核型分析Q
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带。114.根据权利要求113所述的装置，其中所述装置的使用包括采用选自由以下组成的列表的染料：奎纳克林、Hoescht 33258、Hoechst 33342、DAPI(4',6'
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二脒基
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苯基吲哚)和二咪唑啉苯基吲哚(DIPI)、柔红霉素。115.根据权利要求107所述的装置，其中所述物理图谱包括核型分析G带。116.根据权利要求115所述的装置，其中所述装置的使用包括采用选自由以下组成的列表的染料：Giemsa、Wright和Leishman。117.根据权利要求107所述的装置，其中所述物理图谱包括核型分析R带。118.根据权利要求117所述的装置，其中所述装置的使用包括采用选自由以下组成的列表的染料：色霉素A3、橄榄霉素、光神霉素、7
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氨基放线菌素D。119.根据权利要求107所述的装置，其中所述物理图谱包括核型分析C带。120.根据权利要求107所述的装置，其中所述物理图谱鉴定姐妹染色单体。121.根据权利要求107所述的装置，其中用标记体标记所述大分子至少部分地由使用反馈系统的控制仪器控制，以改进所述物理图谱的信号对比度。
122.根据权利要求82所述的装置，其中在探查之后至少部分基于所述探查的结果收集至少一个大分子。123.根据权利要求82所述的装置，其中包含长核酸分子的大分子的一部分在拉长通道中至少部分拉长。124.根据权利要求123所述的装置，其中探查在所述拉长通道中拉长的所述大分子的一部分。125.根据权利要求123所述的装置，其中探查所述拉长的部分产生线性物理图谱。126.根据权利要求123所述的装置，其中所述部分在探查期间与所述大分子物理连接。127.根据权利要求123所述的装置，其中所述部分在探查之前或探...
【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔，
申请(专利权)人：德迈逊基因技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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