專利名稱：對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基因工程領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
最初的基因測(cè)序技術(shù)是通過(guò)手工操作進(jìn)行的，包括Sanger發(fā)明的雙脫氧鏈終止法，以及Maxam和Gilbert發(fā)明的化學(xué)降解法。由于手工操作效率較低，且容易發(fā)生人為操作失誤，因此利用基因測(cè)序儀進(jìn)行測(cè)序現(xiàn)已成為了測(cè)序技術(shù)的主流。目前的基因測(cè)序儀，其測(cè)序過(guò)程由一系列機(jī)械、電子通信、生物、化學(xué)、光學(xué)等操作所組成，這些操作分別由基因測(cè)序儀中對(duì)應(yīng)的組件所執(zhí)行，替代了單純的手工操作。但是基因測(cè)序儀也面臨以下問(wèn)題一方面，由于基因測(cè)序?qū)鹊囊蠓浅８?，屬于納米級(jí)，任何一個(gè)組件的操作出現(xiàn)偏差都會(huì)導(dǎo)致測(cè)序結(jié)果不理想；另一方面，整個(gè)測(cè)序過(guò)程涉及的具體步驟非常繁瑣，需要基因測(cè)序儀中的各組件之間進(jìn)行協(xié)同運(yùn)作。也就是說(shuō)，測(cè)序過(guò)程不僅要求基因測(cè)序儀中各組件準(zhǔn)確、快速地執(zhí)行各項(xiàng)操作，還要求各組件之間進(jìn)行良好的配合。在具體應(yīng)用中，基因測(cè)序儀進(jìn)行測(cè)序時(shí)涉及的因素非常復(fù)雜，包括對(duì)試劑劑量及類型、反應(yīng)溫度、時(shí)間、潔凈度、納米級(jí)位移、聚焦調(diào)節(jié)、發(fā)光強(qiáng)度、光路調(diào)節(jié)、曝光時(shí)間計(jì)算、圖像拍攝等多方面的控制，而且每個(gè)方面的要求非常高，因此要保證測(cè)序過(guò)程順利進(jìn)行，難度很大。僅以試劑劑量及類型的控制進(jìn)行說(shuō)明，由于基因測(cè)序過(guò)程中對(duì)試劑劑量的控制一般在微升級(jí)，且需要在不同的反應(yīng)階段進(jìn)行多次不同劑量的吸取導(dǎo)入，加上每次所選取的試劑類型都可能存在差異，因此對(duì)試劑的劑量、類型的把握提出了較高的要求。若由人工操作進(jìn)行試劑吸取，或人工控制儀器進(jìn)行試劑吸取，都存在以下問(wèn)題一方面很難精確控制劑量，而劑量的細(xì)微差別會(huì)導(dǎo)致不同的生化反應(yīng)結(jié)果，也就會(huì)直接影響測(cè)序結(jié)果；另一方面， 人為參與需要對(duì)反應(yīng)不同階段的各種試劑類型進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，即便一個(gè)小環(huán)節(jié)上的失誤就會(huì)導(dǎo)致生化反應(yīng)失敗，使得整個(gè)測(cè)序過(guò)程全盤失敗。此外，由于測(cè)序過(guò)程從樣品制備、上樣、 測(cè)序、數(shù)據(jù)分析直到得出測(cè)序結(jié)果，每個(gè)階段都需要一定的周期，如果上述試劑劑量及類型的控制存在失誤，人工操作無(wú)法進(jìn)行監(jiān)控，不能在后續(xù)過(guò)程中及時(shí)糾錯(cuò)，即便得知最終的測(cè)序結(jié)果失敗也很難查找到測(cè)序過(guò)程失敗的根本原因，還浪費(fèi)了大量的時(shí)間和價(jià)格昂貴的試劑。除開試劑劑量及類型的因素，其他各種因素，包括前述的反應(yīng)溫度、時(shí)間、潔凈度、 納米級(jí)位移、聚焦調(diào)節(jié)、發(fā)光強(qiáng)度、光路調(diào)節(jié)、曝光時(shí)間計(jì)算、圖像拍攝等，均存在上述的類似情形，如果沒(méi)有自動(dòng)化的控制系統(tǒng)進(jìn)行操作，整個(gè)測(cè)序過(guò)程將很難順利展開，而要想穩(wěn)定、快速地獲得準(zhǔn)確的測(cè)序結(jié)果就更難了。另外，利用一般的測(cè)序方式進(jìn)行基因測(cè)序，不能進(jìn)行大規(guī)模采圖，通量較低。最后，目前的基因測(cè)序儀一般只能得到圖像信號(hào)，還不能直接進(jìn)行應(yīng)用。只有對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、分析之后，得到了基因序列信息，即由A、T、C、G組成的堿基序列，才能進(jìn)行各種應(yīng)用，比如基于基因序列信息分析疾病基因位點(diǎn)，或分析動(dòng)植物表現(xiàn)出某種性狀的根本原因等。而這些圖像信號(hào)分析過(guò)程目前主要還需要較大程度的人工參與，需要花費(fèi)大量的時(shí)間，自動(dòng)化程度不夠。因此需要一種對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序過(guò)程以及信號(hào)處理進(jìn)行自動(dòng)化控制的方法，解決上述難題，保證測(cè)序過(guò)程順利、高效率地進(jìn)行，提高測(cè)序的通量和測(cè)序結(jié)果的準(zhǔn)確性，并能直接輸出基因序列信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的方法及系統(tǒng)，旨在提高測(cè)序過(guò)程的穩(wěn)定性和效率，同時(shí)測(cè)序的通量和測(cè)序結(jié)果的準(zhǔn)確性，并能直接輸出基因序列信息。為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的系統(tǒng)，其中待測(cè)DNA片段樣品設(shè)置在基因測(cè)序儀的反應(yīng)小室中，所述系統(tǒng)包括反應(yīng)控制單元、定位控制單元、采圖控制單元、信號(hào)處理單元；所述反應(yīng)控制單元用于控制基因測(cè)序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)小室，并在測(cè)序過(guò)程中調(diào)節(jié)反應(yīng)小室的溫度；所述定位控制單元用于控制反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中的移動(dòng)，并確定反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置；所述采圖控制單元用于激發(fā)待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在所述采圖位置獲取圖像信號(hào)；所述信號(hào)處理單元用于對(duì)采圖控制單元獲取的圖像信號(hào)進(jìn)行處理和分析，得到基因序列信息。其中，在采圖過(guò)程中，所述系統(tǒng)控制基因測(cè)序儀對(duì)反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品上的逐個(gè)位置進(jìn)行循環(huán)采圖；所述定位控制單元控制反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中逐次移動(dòng)， 并確定每次移動(dòng)后反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置；所述采圖控制單元激發(fā)待測(cè) DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在所述每次移動(dòng)后反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置獲取圖像信號(hào)。其中，所述反應(yīng)控制單元包括試劑控制模塊、溫控模塊；所述試劑控制模塊用于控制基因測(cè)序儀對(duì)試劑進(jìn)行選擇，并吸取對(duì)應(yīng)的試劑，導(dǎo)入反應(yīng)小室；所述溫控模塊用于將反應(yīng)小室的溫度控制在反應(yīng)所需的溫度。其中，所述定位控制單元包括位移模塊、聚焦模塊；所述位移模塊用于檢測(cè)反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中的當(dāng)前位置，并控制其移動(dòng)到其所在平面上的目標(biāo)位置；所述聚焦模塊用于控制基因測(cè)序儀的焦距調(diào)節(jié)，確定反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置。其中，所述采圖控制單元包括激發(fā)模塊、拍照模塊、圖像存取模塊；所述激發(fā)模塊用于控制特定波長(zhǎng)的激發(fā)光照射反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品，使待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光；所述拍照模塊確定曝光時(shí)間，并采用所述曝光時(shí)間對(duì)反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品拍照，獲取圖像信號(hào)；所述圖像存取模塊與拍照模塊進(jìn)行通信，用于保存獲取的圖像信號(hào)。其中，所述信號(hào)處理單元包括信號(hào)提取模塊、信號(hào)分析模塊；所述信號(hào)提取模塊用于從所述圖像信號(hào)中篩選出微珠所在位置的有效信號(hào)；所述信號(hào)分析模塊用于對(duì)微珠所在位置的有效信號(hào)進(jìn)行分析，獲取基因序列信息。其中，所述信號(hào)處理單元還包括數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)已知的基因序列信息；所述信號(hào)分析模塊將所獲取的基因序列信息與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，獲取進(jìn)一步的基因序列信息。
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其中，所述信號(hào)處理單元還包括統(tǒng)計(jì)模塊，用于對(duì)信號(hào)提取模塊、信號(hào)分析模塊的中間處理數(shù)據(jù)和/或最終處理結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。為了更好地實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，還提供了一種基于前述系統(tǒng)對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的方法，其中待測(cè)DNA片段樣品設(shè)置在基因測(cè)序儀的反應(yīng)小室中，所述方法包括以下步驟A.控制基因測(cè)序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)小室，并調(diào)節(jié)反應(yīng)小室的溫度；B.控制反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中的移動(dòng)，并確定反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置；
C.激發(fā)待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在所述采圖位置獲取圖像信號(hào)；
D.對(duì)所述圖像信號(hào)進(jìn)行處理和分析，得到基因序列信息。其中，在采圖過(guò)程中，對(duì)反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品上的逐個(gè)位置進(jìn)行循環(huán)采圖，包括以下步驟B’ .控制反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中逐次移動(dòng)，并確定每次移動(dòng)后反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置；C’ .激發(fā)待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在所述每次移動(dòng)后反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置獲取圖像信號(hào)。其中，所述步驟A包括A1.控制基因測(cè)序儀對(duì)試劑進(jìn)行選擇，并吸取對(duì)應(yīng)的試劑， 導(dǎo)入反應(yīng)小室；A2.將反應(yīng)小室的溫度控制在反應(yīng)所需的溫度。其中，所述步驟B或B’包括B1.檢測(cè)反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中的當(dāng)前位置，并控制其移動(dòng)到其所在平面上的目標(biāo)位置；B2.控制基因測(cè)序儀的焦距調(diào)節(jié)，確定反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置。其中，所述步驟C或C’包括C1.控制特定波長(zhǎng)的激發(fā)光照射反應(yīng)小室中待測(cè)DNA 片段樣品，使待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光；C2.確定曝光時(shí)間，并采用所述曝光時(shí)間對(duì)反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品拍照，獲取圖像信號(hào)；C3.保存獲取的圖像信號(hào)。其中，所述步驟D包括D1.從所述圖像信號(hào)中篩選出微珠所在位置的有效信號(hào)； D2.對(duì)微珠所在位置的有效信號(hào)進(jìn)行分析，獲取基因序列信息。其中，所述步驟D2之后還包括D3.將所獲取的基因序列信息與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)， 獲取進(jìn)一步的基因序列信息。其中，所述步驟D還包括對(duì)步驟D1、D2、D3的中間處理數(shù)據(jù)和/或最終處理結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。由上可知，本發(fā)明通過(guò)對(duì)基因測(cè)序的測(cè)序過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化控制，提高了測(cè)序過(guò)程的穩(wěn)定性和效率，以及測(cè)序結(jié)果的準(zhǔn)確性，并能直接輸出基因序列信息。此外，通過(guò)控制基因測(cè)序儀進(jìn)行大規(guī)模的圖像采集，因此保證了足夠的測(cè)序通量。


圖1是本發(fā)明對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中的控制系統(tǒng)1在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中的反應(yīng)控制單元100在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖2中的定位控制單元200在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖2中的采圖控制單元300在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖2中的信號(hào)處理單元500在第一實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖2中的信號(hào)處理單元500在第二實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意7
圖8是圖2中的信號(hào)處理單元500在第三實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是圖2中的信號(hào)處理單元500在第四實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的方法流程圖；圖11是圖10中步驟Sl在一個(gè)實(shí)施例中的方法流程圖；圖12是圖10中步驟S2在一個(gè)實(shí)施例中的方法流程圖；圖13是圖10中步驟S3在一個(gè)實(shí)施例中的方法流程圖；圖14是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中獲取的圖像信號(hào)的示意圖；圖15是圖10中步驟S4在第一實(shí)施例中的方法流程圖；圖16是圖10中步驟S4在第二實(shí)施例中的方法流程圖；圖17是圖10中步驟S4在第三實(shí)施例中的方法流程圖；圖18是圖10中步驟S4在第四實(shí)施例中的方法流程圖；圖19是利用本發(fā)明的系統(tǒng)及方法對(duì)DNA進(jìn)行測(cè)序的示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1示出了本發(fā)明對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)1，和與其相連的至少一個(gè)基因測(cè)序儀，如圖所示的基因測(cè)序儀2、基因測(cè)序儀3……基因測(cè)序儀N。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，本發(fā)明所有圖示中各設(shè)備之間的連接關(guān)系是為了清楚闡釋其信息交互及控制過(guò)程的需要，因此應(yīng)當(dāng)視為邏輯上的控制關(guān)系，而不應(yīng)限于物理連接或無(wú)線連接。另外需要說(shuō)明的是，各功能模塊之間的通信方式可以采取多種，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)限定為某種特定類型的通信方式。其中(1)控制系統(tǒng)1用于與至少一臺(tái)基因測(cè)序儀進(jìn)行通信，其各個(gè)功能模塊分別控制基因測(cè)序儀中對(duì)應(yīng)的各個(gè)組件，從而控制基因測(cè)序儀的測(cè)序過(guò)程。主要包括控制基因測(cè)序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)小室，并調(diào)節(jié)反應(yīng)小室的溫度；控制反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中的移動(dòng)，并確定反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置；激發(fā)待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在上述采圖位置獲取圖像信號(hào)。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，上述控制方式適用于各種類型的基因測(cè)序儀，因此本發(fā)明中控制方法及系統(tǒng)的保護(hù)范圍不應(yīng)受到基因測(cè)序儀本身結(jié)構(gòu)的限制。關(guān)于控制系統(tǒng)1的具體內(nèi)容，將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。(2)基因測(cè)序儀N由多個(gè)組件構(gòu)成，分別與控制系統(tǒng)1中的各個(gè)功能模塊對(duì)應(yīng)，接受并執(zhí)行這些功能模塊的各項(xiàng)指令，從而協(xié)同完成測(cè)序。這些組件包括用于吸取試劑并導(dǎo)入反應(yīng)小室的組件，用于對(duì)反應(yīng)小室的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)的組件，包含反應(yīng)小室并可在基因測(cè)序儀內(nèi)移動(dòng)的組件，用于確定反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置的組件，用于導(dǎo)入激發(fā)光的組件，用于采集圖像信號(hào)的組件等。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，不同類型的基因測(cè)序儀具有不同的內(nèi)部組件，或者內(nèi)部組件的外在表現(xiàn)形式有所不同，但所實(shí)現(xiàn)的功能是一致的，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)受到這些因素的限制。還應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，各組件之間不一定完全獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)不同功能的各組件可能會(huì)涉及一個(gè)或多個(gè)相同的部件。關(guān)于基因測(cè)序儀N中的部分組件構(gòu)成，可參考申請(qǐng)人的已公開專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200810132008.8，發(fā)明名稱為“測(cè)序反應(yīng)小室、基因測(cè)序反應(yīng)臺(tái)及基因測(cè)序系統(tǒng)”，本發(fā)明也將在其后的實(shí)施例中進(jìn)行具體闡述。需要說(shuō)明的是，在進(jìn)行測(cè)序之前，待測(cè)DNA片段樣品已制備好，并排列到反應(yīng)小室中，該反應(yīng)小室安裝在基因測(cè)序儀的樣品臺(tái)上。待測(cè)DNA片段樣品的制備過(guò)程是首先從組織、血液、細(xì)菌等提取DNA，將其處理成長(zhǎng)度相等的待測(cè)DNA片段，并連接接頭序列；然后通過(guò)接頭序列與微珠上的引物結(jié)合，將待測(cè)DNA片段結(jié)合到微珠上；再制備成油包水的單分子DNA片段擴(kuò)增體系，使該體系中包含大量相互獨(dú)立的反應(yīng)滴，每個(gè)反應(yīng)滴包含一個(gè)結(jié)合有待測(cè)DNA片段的微珠；然后對(duì)該油包水的體系進(jìn)行PCR擴(kuò)增，使每個(gè)微珠都結(jié)合多個(gè)拷貝數(shù)目的DNA片段，而這些片段均來(lái)自于同一個(gè)待測(cè)DNA模板；再將反應(yīng)滴中的微珠取出，富集，并點(diǎn)樣排列到反應(yīng)小室中，最后將反應(yīng)小室安裝到基因測(cè)序儀的樣品臺(tái)上。圖2示出了圖1中的控制系統(tǒng)1在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，包括反應(yīng)控制單元100、 定位控制單元200、采圖控制單元300、信號(hào)處理單元500。其中(1)反應(yīng)控制單元100用于控制基因測(cè)序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)小室，并在測(cè)序過(guò)程中調(diào)節(jié)反應(yīng)小室的溫度。在本發(fā)明中，基因測(cè)序儀內(nèi)部具有與反應(yīng)控制單元100對(duì)應(yīng)的多個(gè)組件，反應(yīng)控制單元100實(shí)際上是通過(guò)控制部分組件的操作，將試劑導(dǎo)入反應(yīng)小室，并通過(guò)控制另一部分組件的操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)小室溫度的調(diào)節(jié)。試以一種類型的基因測(cè)序儀為例說(shuō)明上述控制過(guò)程，在該具體情形中，基因測(cè)序儀內(nèi)包括與反應(yīng)控制單元100對(duì)應(yīng)的如下組件(1)試劑臺(tái)，用于放置或容納多種可供吸取的試劑；(2)機(jī)械手，用于在不同的反應(yīng)階段選擇合適的試劑；C3)泵及軟管，用于吸取所選擇的試劑，其中軟管固定在機(jī)械手上；(4)樣品臺(tái)，包含反應(yīng)小室，反應(yīng)小室上排列有待測(cè)DNA片段樣品；(5)溫控器，與反應(yīng)小室相連，其包括用于檢測(cè)反應(yīng)小室溫度的溫度傳感器，以及給反應(yīng)小室加熱的加熱裝置。在該情形下，反應(yīng)控制單元100的控制過(guò)程是通過(guò)控制機(jī)械手、泵及軟管，將試劑導(dǎo)入反應(yīng)小室，并通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)溫度，以及控制加熱裝置給反應(yīng)小室加熱，從而調(diào)節(jié)反應(yīng)小室的溫度。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，對(duì)于不同類型的基因測(cè)序儀，其所包括的組件的類型、結(jié)構(gòu)或數(shù)量可能存在差異，但反應(yīng)控制單元100的控制過(guò)程在基本原理上是一致的，因此保護(hù)范圍不應(yīng)受到上述因素的限制。關(guān)于反應(yīng)控制單元100的具體功能模塊及控制方式，將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。(2)定位控制單元200用于控制反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中的移動(dòng)，并確定反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置。在本發(fā)明中，基因測(cè)序儀內(nèi)部具有與定位控制單元200對(duì)應(yīng)的多個(gè)組件，定位控制單元200實(shí)際上是通過(guò)控制部分組件的操作，從而控制反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中的移動(dòng)，并通過(guò)控制另一部分組件的操作，從而確定反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置。 試以一種類型的基因測(cè)序儀為例說(shuō)明上述控制過(guò)程，在該具體情形中，基因測(cè)序儀內(nèi)包括如下與定位控制單元200對(duì)應(yīng)的組件(1)樣品臺(tái)，即前述內(nèi)容提及的樣品臺(tái)，其包含反應(yīng)小室，反應(yīng)小室上排列有待測(cè)DNA片段樣品，如前所述，各組件之間不一定完全獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)不同功能的各組件可能會(huì)涉及一個(gè)或多個(gè)相同的部件；( 顯微鏡，用于對(duì)聚焦進(jìn)行調(diào)節(jié)。 在該情形下，定位控制單元200的控制過(guò)程是通過(guò)控制樣品臺(tái)的移動(dòng)，使反應(yīng)小室移動(dòng)到基因測(cè)序儀中合適的位置，并通過(guò)控制顯微鏡與反應(yīng)小室之間的距離，從而確定合適的采圖位置。關(guān)于定位控制單元200的具體功能模塊及控制方式，將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。
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(3)采圖控制單元300用于激發(fā)待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在上述采圖位置獲取圖像信號(hào)。在本發(fā)明中，基因測(cè)序儀內(nèi)部具有與采圖控制單元300對(duì)應(yīng)的多個(gè)組件，采圖控制單元300實(shí)際上是通過(guò)控制部分組件的操作，從而激發(fā)待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并通過(guò)控制另一部分組件的操作，從而在采圖位置獲取圖像信號(hào)。試以一種類型的基因測(cè)序儀為例說(shuō)明上述控制過(guò)程，在該具體情形中，基因測(cè)序儀內(nèi)包括如下與采圖控制單元300對(duì)應(yīng)的組件(1)發(fā)光裝置，用于持續(xù)發(fā)出激發(fā)光，該裝置還包括一個(gè)位于光路中的遮光部件，典型的是一個(gè)快門或光閘，用于在不需激發(fā)光照射時(shí)遮擋激發(fā)光的光線；(2)照相裝置，用于拍攝圖像。在該情形下，采圖控制單元500的控制過(guò)程是通過(guò)控制發(fā)光裝置發(fā)出激發(fā)光，激發(fā)待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并通過(guò)控制照相裝置拍攝圖像，從而獲取圖像信號(hào)。關(guān)于采圖控制單元300的具體功能模塊及控制方式， 將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。本發(fā)明的系統(tǒng)可控制基因測(cè)序儀進(jìn)行大規(guī)模的圖像采集，相比于一般的低通量測(cè)序方式而言具有明顯優(yōu)勢(shì)?？刂葡到y(tǒng)1可通過(guò)控制基因測(cè)序儀對(duì)反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品上的逐個(gè)位置進(jìn)行循環(huán)采圖，來(lái)達(dá)到這一點(diǎn)。具體表現(xiàn)為采圖過(guò)程中定位控制單元200 與采圖控制單元300的配合定位控制單元200控制反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中逐次移動(dòng)，例如每次以一個(gè)微珠的間距進(jìn)行移動(dòng)，并確定每次移動(dòng)后反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置；采圖控制單元300激發(fā)待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在每次移動(dòng)后反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置對(duì)待測(cè)DNA片段樣品獲取圖像信號(hào)。(4)信號(hào)處理單元500與采圖控制單元300進(jìn)行通信，用于對(duì)采圖控制單元300獲取的圖像信號(hào)進(jìn)行處理和分析，得到基因序列信息。在本發(fā)明中，基因序列信息這個(gè)概念應(yīng)作廣義理解，包括與基因序列相關(guān)的各種類型的信息，例如堿基排列順序、致病基因位點(diǎn)信息等。在本發(fā)明中，信號(hào)處理單元500可根據(jù)不同的目的進(jìn)行各種類型的處理和分析。由于采圖控制單元300采集到的圖像信號(hào)的數(shù)據(jù)量是巨大的，尤其是對(duì)于高通量的基因測(cè)序，每一次測(cè)序都可能采集到上百GB甚至更多的圖像信號(hào)。因此圖2所示的系統(tǒng)利用信號(hào)處理單元500進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，可通過(guò)控制計(jì)算機(jī)甚至是超算中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析，以代替人工操作，從而避免了人工操作的失誤，而且能更快更穩(wěn)定地輸出數(shù)據(jù)分析結(jié)果。在具體應(yīng)用中，圖2所示的上述系統(tǒng)利用反應(yīng)控制單元100、定位控制單元200、采圖控制單元300、信號(hào)處理單元500對(duì)基因測(cè)序儀中對(duì)應(yīng)的各組件分別進(jìn)行自動(dòng)化操作，且能對(duì)不同組件進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)。更為重要的是，每項(xiàng)操作均充分考慮了基因測(cè)序各階段的技術(shù)特點(diǎn)，包括反應(yīng)控制單元100對(duì)試劑劑量及類型、反應(yīng)溫度、時(shí)間、潔凈度等的控制，定位控制單元200對(duì)納米級(jí)位移、聚焦調(diào)節(jié)等的控制，采圖控制單元300對(duì)發(fā)光強(qiáng)度、光路調(diào)節(jié)、曝光時(shí)間計(jì)算、圖像拍攝等的控制，均按照嚴(yán)格指標(biāo)進(jìn)行精確的操作。因此本發(fā)明的系統(tǒng)能大幅度提高測(cè)序過(guò)程的穩(wěn)定性和效率，以及測(cè)序結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外通過(guò)控制基因測(cè)序儀進(jìn)行大規(guī)模的圖像采集，因此保證了足夠的測(cè)序通量。圖3示出了圖2中的反應(yīng)控制單元100在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，包括試劑控制模塊101、溫控模塊102。其中(1)試劑控制模塊101用于控制基因測(cè)序儀對(duì)試劑進(jìn)行選擇，并吸取對(duì)應(yīng)的試劑，導(dǎo)入反應(yīng)小室。以圖2中描述的基因測(cè)序儀組件的情形為例，試劑控制模塊101的具體控制過(guò)程是通過(guò)串口通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體過(guò)程是試劑控制模塊101確定不同階段所需取用的試劑類型，發(fā)送指令到機(jī)械手，控制機(jī)械手移動(dòng)到試劑臺(tái)上對(duì)應(yīng)的試劑位置，并將固定于機(jī)械手上的軟管插入試劑中；試劑控制模塊101發(fā)送指令到泵，控制泵運(yùn)轉(zhuǎn)從而吸取試劑；試劑控制模塊101吸取到所需的試劑后，發(fā)送指令到泵，繼續(xù)控制泵運(yùn)轉(zhuǎn)將試劑打入反應(yīng)小室。(2)溫控模塊102用于將反應(yīng)小室的溫度控制在反應(yīng)所需的溫度。以圖2中描述的基因測(cè)序儀組件的情形為例，溫控模塊102的具體控制過(guò)程是通過(guò)串口通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體過(guò)程是溫控模塊102發(fā)送指令給溫度傳感器，控制溫度傳感器對(duì)反應(yīng)小室的溫度進(jìn)行檢測(cè)，并讀取溫度檢測(cè)結(jié)果t ；溫控模塊102中設(shè)置了不同反應(yīng)階段的溫度值T，當(dāng)其獲得溫度檢測(cè)結(jié)果t后，則將其與設(shè)置的溫度值T進(jìn)行對(duì)比；溫控模塊102進(jìn)一步根據(jù)對(duì)比結(jié)果進(jìn)行處理，若t < T，溫控模塊102發(fā)送指令給溫控器中的升溫裝置，控制溫控器中的升溫裝置啟動(dòng)，給反應(yīng)小室加熱，若t ^ T，則不需啟動(dòng)升溫裝置加熱，升溫裝置通過(guò)外部環(huán)境自動(dòng)冷卻到溫度T。對(duì)于其他情形下的基因測(cè)序儀組件，控制原理一致，具體過(guò)程可能存在差異。例如，在另一種情形下的基因測(cè)序儀組件中，相比于圖2中描述的情形，溫控器除了包括用于檢測(cè)反應(yīng)小室溫度的溫度傳感器、給反應(yīng)小室加熱的升溫裝置，還包括給反應(yīng)小室制冷的降溫裝置。那么在這種情形下，溫控模塊102的具體控制過(guò)程為溫控模塊102發(fā)送指令給溫度傳感器，控制溫度傳感器對(duì)反應(yīng)小室的溫度進(jìn)行檢測(cè)，并讀取溫度檢測(cè)結(jié)果t ；溫控模塊102中設(shè)置了不同反應(yīng)階段的溫度值T，當(dāng)其獲得溫度檢測(cè)結(jié)果t后，則將其與設(shè)置的溫度值T進(jìn)行對(duì)比；溫控模塊102進(jìn)一步根據(jù)對(duì)比結(jié)果進(jìn)行處理，若t < T，溫控模塊102發(fā)送指令給溫控器中的升溫裝置，控制溫控器中的升溫裝置啟動(dòng)，給反應(yīng)小室加熱，若t彡T， 溫控模塊102發(fā)送指令給溫控器中的降溫裝置，控制溫控器中的降溫裝置啟動(dòng)，對(duì)反應(yīng)小室制冷。由上可知，試劑控制模塊101可對(duì)試劑類型、試劑劑量、試劑傳輸速度等進(jìn)行精確的控制，溫控模塊102可對(duì)溫度檢測(cè)、溫度設(shè)置、加熱、制冷等進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而保證了反應(yīng)小室中的生化反應(yīng)過(guò)程順利進(jìn)行，也因此提高了整個(gè)測(cè)序過(guò)程的穩(wěn)定性、效率及準(zhǔn)確性。圖4示出了圖2中的定位控制單元200在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，包括位移模塊 201、聚焦模塊202。其中(1)位移模塊201用于檢測(cè)反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中的當(dāng)前位置，并控制其移動(dòng)到其所在平面上的目標(biāo)位置。本發(fā)明中，位移模塊201可通過(guò)多種方式控制反應(yīng)小室的移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，基因測(cè)序儀中與定位單元200對(duì)應(yīng)的組件為前述圖2中描述的情形，位移模塊201的具體控制過(guò)程是通過(guò)串口通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的位移模塊201首先發(fā)送指令給樣品臺(tái)，讀取樣品臺(tái)在其所在平面上的初始位置坐標(biāo)，例如為(Xci, Y0)；確定反應(yīng)小室在其所在平面上的目的坐標(biāo)(Χ，Υ)后，位移模塊201再發(fā)送指令給樣品臺(tái)，控制樣品臺(tái)從 (X0, Y0)平移到目的坐標(biāo)(Χ，Υ)。在采圖過(guò)程中，為了控制基因測(cè)序儀進(jìn)行大規(guī)模的圖像采集，需要對(duì)反應(yīng)小室中
11待測(cè)DNA片段樣品上的逐個(gè)位置進(jìn)行循環(huán)采圖，因此需要位移模塊201在采圖過(guò)程中控制反應(yīng)小室按照逐個(gè)位置進(jìn)行位移。例如，初始位置OCtl，Ytl),反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品上對(duì)應(yīng)的采圖位置有η行，每行有m個(gè)采圖位置，每個(gè)采圖位置之間的間距相等。那么第i 行第j個(gè)采圖位置的坐標(biāo)表示為(Xij, Yij)，所有采圖位置的坐標(biāo)可表示為(X11, Y11)、(X12, Y12) >……、汰」，1」)、……(X ，YJ，其中i、j、n、m均為正整數(shù)。在采圖時(shí)，位移模塊201 首先發(fā)送指令給樣品臺(tái)，讀取樣品臺(tái)在其所在平面上的初始位置坐標(biāo)0(ο，Ytl),再發(fā)送指令給樣品臺(tái)，控制樣品臺(tái)從(X0,Y0)平移到目的坐標(biāo)(XujY11)；在(X11 π)位置聚焦、采圖完成之后，位移模塊201發(fā)送指令給樣品臺(tái)，控制樣品臺(tái)從(X1ijY11)平移到目的坐標(biāo)(X125Y12)； 在(Χ12，Υ12)位置聚焦、采圖完成之后，位移模塊201發(fā)送指令給樣品臺(tái)，控制樣品臺(tái)從(Χ12， Y12)平移到目的坐標(biāo)(Χ13，Υ13)。如此循環(huán)往復(fù)，通過(guò)對(duì)逐個(gè)位置的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的圖像采集。(2)聚焦模塊202用于控制基因測(cè)序儀的焦距調(diào)節(jié)，確定反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置。本發(fā)明中，聚焦模塊202可通過(guò)多種方式確定待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置，下面以圖2中描述的基因測(cè)序儀組件的情形為例進(jìn)行說(shuō)明。在一個(gè)實(shí)施例中，聚焦模塊202的具體控制過(guò)程是通過(guò)串口通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的 聚焦模塊202首先發(fā)送指令給顯微鏡，控制顯微鏡在與樣品臺(tái)垂直方向上移動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)顯微鏡與反應(yīng)小室之間的距離，將清晰度最佳的位置確定為采圖位置。在另一實(shí)施例中，聚焦模塊202發(fā)送指令給樣品臺(tái)，控制樣品臺(tái)在其所在平面的垂直方向上移動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)小室與顯微鏡之間的距離，將清晰度最佳的位置確定為采圖位置。在上述兩個(gè)實(shí)施例中，聚焦模塊202可通過(guò)多種方式確定圖像清晰度最佳的位置。例如，可通過(guò)顯微鏡鏡頭觀察對(duì)比的方式確定圖像清晰度最佳的位置，或者利用算法計(jì)算圖像清晰度、利用算法自動(dòng)調(diào)節(jié)圖像清晰度，等等。由上可知，位移模塊201可對(duì)微納米級(jí)的位移進(jìn)行精確的自動(dòng)控制，聚焦模塊202 可對(duì)聚焦調(diào)節(jié)、清晰度判斷等進(jìn)行精確的自動(dòng)控制，從而能快速、準(zhǔn)確地確定最佳的采圖位置，也因此提高了測(cè)序過(guò)程的穩(wěn)定性、效率及準(zhǔn)確性。圖5示出了圖2中的采圖控制單元300在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，包括激發(fā)模塊 301、拍照模塊302、圖像存取模塊303。其中(1)激發(fā)模塊301用于控制特定波長(zhǎng)的激發(fā)光照射反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品， 使其中的核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光。在本發(fā)明中，激發(fā)模塊301可通過(guò)多種方式使標(biāo)記物發(fā)光。在一個(gè)實(shí)施例中，基因測(cè)序儀中與采圖控制單元300對(duì)應(yīng)的組件為前述圖2中描述的情形，那么激發(fā)模塊301發(fā)送指令給發(fā)光裝置，開啟快門或光閘，使激發(fā)光的光線照射到樣品臺(tái)上的反應(yīng)小室。在本實(shí)施例中，反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品中微珠上核苷酸攜帶的標(biāo)記物為熒光標(biāo)記物，其受到特定波長(zhǎng)的光源激發(fā)后就可發(fā)出熒光。(2)拍照模塊302確定曝光時(shí)間，并采用所述曝光時(shí)間對(duì)反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品拍照，獲取圖像信號(hào)。在本發(fā)明中，拍照模塊302可通過(guò)多種方式獲取圖像信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，基因測(cè)序儀中與采圖控制單元300對(duì)應(yīng)的組件為前述圖2中描述的情形，那么拍照模塊302首先確定合適的曝光時(shí)間值，然后發(fā)送指令給照相裝置，控制照相裝置按照該曝光時(shí)間值拍攝熒光圖。本發(fā)明的拍照模塊302可通過(guò)多種方式確定合適的曝光時(shí)間值，例如根據(jù)情況進(jìn)行人為設(shè)置，或者設(shè)置為多次測(cè)序過(guò)程累積的曝光時(shí)間經(jīng)驗(yàn)值，或者通過(guò)算法計(jì)算出合適的曝光時(shí)間值，等等。在此前現(xiàn)有技術(shù)的基因測(cè)序控制系統(tǒng)中，大部分采用了人為設(shè)置的方式，本發(fā)明則具有多種可選模式，旨在根據(jù)不同的情況確定最佳的曝光時(shí)間值，從而提高圖像信號(hào)的質(zhì)量。(3)圖像存取模塊303與拍照模塊302進(jìn)行通信，用于保存獲取的圖像信號(hào)。本發(fā)明中圖像存取模塊303可采用多種格式存儲(chǔ)圖像信號(hào)。在前述實(shí)施例中，拍照模塊302控制照相裝置拍攝熒光圖后，發(fā)送給圖像存取模塊303，圖像存取模塊303可以采用特殊的高保真圖像存儲(chǔ)格式保存熒光圖，也可以采用普通的圖像存儲(chǔ)格式，例如TIFF、EPS、PNG、PSD 或二進(jìn)制格式等。本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)受到圖像存儲(chǔ)格式的限制。由上可知，激發(fā)模塊301可對(duì)發(fā)光裝置發(fā)出的激發(fā)光的光路等進(jìn)行精確控制，拍照模塊302可對(duì)曝光時(shí)間值的確定、圖像拍攝等進(jìn)行精確控制，圖像存取模塊303可采用最佳的圖像格式存儲(chǔ)圖像信號(hào)，從而保證了所獲取的圖像信號(hào)的質(zhì)量，極大地提高了測(cè)序結(jié)果的準(zhǔn)確性，且該自動(dòng)化控制方式也提高了測(cè)序過(guò)程的穩(wěn)定性和效率。圖6示出了圖2中的信號(hào)處理單元500在第一實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，包括信號(hào)提取模塊501、信號(hào)分析模塊502。(1)信號(hào)提取模塊501用于從圖像信號(hào)中篩選出微珠位置的有效信號(hào)。在一個(gè)具體應(yīng)用場(chǎng)景中，信號(hào)提取模塊501首先根據(jù)圖像信號(hào)的強(qiáng)度計(jì)算出所有微珠所在位置的信號(hào)值，然后根據(jù)信號(hào)值的大小篩選出其中的有效信號(hào)。例如，若采集的一幅熒光圖中有5000個(gè)微珠，那么每個(gè)微珠所在位置的熒光信號(hào)強(qiáng)度都有所不同，因此對(duì)應(yīng)有不同的信號(hào)值。信號(hào)提取模塊501計(jì)算出這些信號(hào)值后，則根據(jù)一定的規(guī)則判定哪些信號(hào)是有效信號(hào)，并將其篩選出來(lái)。在本發(fā)明中，信號(hào)提取模塊501計(jì)算微珠所在位置的信號(hào)值的方法有多種。在一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)提取模塊501通過(guò)計(jì)算出光強(qiáng)值M,再將光強(qiáng)值減去背景值N，得到信號(hào)值 P = M-N。另外，關(guān)于光強(qiáng)值、背景值的計(jì)算方法有多種，可參考現(xiàn)有技術(shù)中已有的各種算法，本發(fā)明的側(cè)重點(diǎn)在于測(cè)序及信號(hào)處理的自動(dòng)化控制過(guò)程，因此對(duì)算法不做贅述。當(dāng)然， 信號(hào)提取模塊501對(duì)信號(hào)值的計(jì)算并不限于上述方式。在本發(fā)明中，信號(hào)提取模塊501判定并篩選有效信號(hào)的方式也有多種。在一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)提取模塊501中默認(rèn)設(shè)置有判定標(biāo)準(zhǔn)，例如設(shè)置了有效信號(hào)的信號(hào)值范圍為 (1000,3000)，那么凡是落入該范圍的信號(hào)，均視為有效信號(hào)。當(dāng)然，信號(hào)提取模塊501對(duì)有效信號(hào)的判定及篩選不限于該方式。(2)信號(hào)分析模塊502用于對(duì)微珠所在位置的有效信號(hào)進(jìn)行分析，獲取基因序列信息。在本發(fā)明中，信號(hào)分析模塊502可進(jìn)行多種類型的信號(hào)分析，分析對(duì)象、分析目的不一樣，采取的分析方法也會(huì)有所不同。在一個(gè)實(shí)施例中，若基因測(cè)序的目的是為了得到一段待測(cè)DNA片段的堿基序列， 那么信號(hào)分析模塊502的分析方式是針對(duì)微珠所在位置的有效信號(hào)，將對(duì)應(yīng)的信號(hào)值轉(zhuǎn)化為DNA堿基序列信息，也即測(cè)序結(jié)果。在一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中，若采圖控制單元300采用不同波長(zhǎng)的光源激發(fā)并采集到幾幅不同的熒光圖，經(jīng)過(guò)信號(hào)提取模塊501篩選出有效信號(hào)后，信號(hào)分析模塊502則比較同一個(gè)位置在幾幅熒光圖中出現(xiàn)的信號(hào)值分布情況，根據(jù)比較結(jié)果判斷該位置對(duì)應(yīng)的堿基是A、T、C或G。圖7示出了圖2中的信號(hào)處理單元500在第二實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，包括信號(hào)提取模塊501、信號(hào)分析模塊502、數(shù)據(jù)庫(kù)503。相比于圖6，該實(shí)施例中的信號(hào)處理單元500還包括一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)503，用于存儲(chǔ)已知的基因序列信息。該致病基因數(shù)據(jù)庫(kù)可以存在于信號(hào)處理單元500中，也可以獨(dú)立存在，其存在方式不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制。信號(hào)分析模塊502可以將所獲取的基因序列信息與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，獲取進(jìn)一步的基因序列信息，這樣可以進(jìn)行某些特殊用途的信號(hào)分析。例如分析疾病相關(guān)基因，包括肺癌相關(guān)基因、乳腺癌相關(guān)基因、前列腺癌相關(guān)基因等；再例如，進(jìn)行短序列SNP(Single Nucleotide Polymorphism，單核苷酸多態(tài)性)分析、短序列匹配后期分析、基因組結(jié)構(gòu)變異分析等等。在一個(gè)實(shí)施例中，若基因測(cè)序的目的不僅要得到一段待測(cè)DNA片段的堿基序列， 還要找到該DNA片段中的致病基因位點(diǎn)，那么可基于圖7所示的信號(hào)處理單元500實(shí)現(xiàn)該目的。在該情形下，數(shù)據(jù)庫(kù)503典型的是一個(gè)存儲(chǔ)有致病基因位點(diǎn)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。信號(hào)分析模塊502的分析方式是首先針對(duì)微珠所在位置的有效信號(hào)，將對(duì)應(yīng)的信號(hào)值轉(zhuǎn)化為DNA 堿基序列信息；然后信號(hào)分析模塊502從數(shù)據(jù)庫(kù)503中提取出存儲(chǔ)的致病基因位點(diǎn)信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，從而確定該DNA片段中的致病基因位點(diǎn)。圖8示出了圖2中的信號(hào)處理單元500在第三實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，包括信號(hào)提取模塊501、信號(hào)分析模塊502、統(tǒng)計(jì)模塊504。相比于圖6，該實(shí)施例中的信號(hào)處理單元500還包括一個(gè)統(tǒng)計(jì)模塊504，用于對(duì)信號(hào)提取模塊501、信號(hào)分析模塊502的中間處理數(shù)據(jù)和/ 或最終處理結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)模塊504可以對(duì)熒光圖中的所有微珠數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在一個(gè)實(shí)施例中，統(tǒng)計(jì)模塊504對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的過(guò)程如下首先創(chuàng)建高斯模板，然后對(duì)圖像進(jìn)行運(yùn)算，轉(zhuǎn)換為二值數(shù)據(jù)；然后將圖象中的不同微珠進(jìn)行標(biāo)記，并獲得圖象中所有微珠的坐標(biāo)以及中心坐標(biāo)；然后根據(jù)這些坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)出微珠數(shù)量。統(tǒng)計(jì)模塊504也可以對(duì)熒光圖中的有效信號(hào)對(duì)應(yīng)的微珠數(shù)量比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在一個(gè)實(shí)施例中，統(tǒng)計(jì)模塊504可以基于上一實(shí)施例中統(tǒng)計(jì)出的所有微珠數(shù)量，再根據(jù)信號(hào)提取模塊501篩選出來(lái)的有效信號(hào)，得出有效信號(hào)對(duì)應(yīng)的微珠數(shù)量，以及這些微珠占所有微珠的比例。此外，統(tǒng)計(jì)模塊504還可以與信號(hào)分析模塊502進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，對(duì)不同熒光圖得出的堿基序列信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，或者對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)之后的致病基因位點(diǎn)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。當(dāng)然，本發(fā)明中統(tǒng)計(jì)模塊504并不限于上述類型信息的統(tǒng)計(jì)。圖9示出了圖2中的信號(hào)處理單元500在第二實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，包括信號(hào)提取模塊501、信號(hào)分析模塊502、數(shù)據(jù)庫(kù)503、統(tǒng)計(jì)模塊504。相比于圖6，該實(shí)施例中的信號(hào)處理單元500還包括數(shù)據(jù)庫(kù)503、統(tǒng)計(jì)模塊504。關(guān)于數(shù)據(jù)庫(kù)503的具體內(nèi)容，可參考圖7中的描述，此處不再贅述。關(guān)于統(tǒng)計(jì)模塊504的具體內(nèi)容，可參考圖8中的描述，此處不再贅述。本發(fā)明對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的方法流程基于圖1所示的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)1，和與其相連的至少一個(gè)基因測(cè)序儀。具體內(nèi)容參考前述圖1中的表述，此處不再贅述。該方法流程包括如下步驟控制系統(tǒng)1控制基因測(cè)序儀將試劑導(dǎo)入
14反應(yīng)小室，并調(diào)節(jié)反應(yīng)小室的溫度；控制系統(tǒng)1控制反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中的移動(dòng)，并確定反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置；控制系統(tǒng)1激發(fā)待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在采圖位置獲取圖像信號(hào)。圖10示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的方法流程，該方法流程基于前述圖2所示的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括反應(yīng)控制單元100、定位控制單元200、采圖控制單元300、信號(hào)處理單元500，具體內(nèi)容此處不再贅述。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，在執(zhí)行該方法流程之前，待測(cè)DNA片段樣品已制備好，并排列到反應(yīng)小室中，該反應(yīng)小室安裝在基因測(cè)序儀的樣品臺(tái)上。待測(cè)DNA片段樣品的制備過(guò)程是首先從組織、血液、細(xì)菌等提取DNA，將其處理成長(zhǎng)度相等的待測(cè)DNA片段，并連接接頭序列； 然后通過(guò)接頭序列與微珠上的引物結(jié)合，將待測(cè)DNA片段結(jié)合到微珠上；再制備成油包水的單分子DNA片段擴(kuò)增體系，使該體系中包含大量相互獨(dú)立的反應(yīng)滴，每個(gè)反應(yīng)滴包含一個(gè)結(jié)合有待測(cè)DNA片段的微珠；然后對(duì)該油包水的體系進(jìn)行PCR擴(kuò)增，使每個(gè)微珠都結(jié)合多個(gè)拷貝數(shù)目的DNA片段，而這些片段均來(lái)自于同一個(gè)待測(cè)DNA模板；再將反應(yīng)滴中的微珠取出，富集，并點(diǎn)樣排列到反應(yīng)小室中，最后將反應(yīng)小室安裝到基因測(cè)序儀的樣品臺(tái)上。圖10所示的方法流程包括以下步驟步驟Si，控制系統(tǒng)1利用其反應(yīng)控制單元100控制基因測(cè)序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)小室，并調(diào)節(jié)反應(yīng)小室的溫度。關(guān)于步驟Sl的具體內(nèi)容，將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。步驟S2，控制系統(tǒng)1利用其定位控制單元200控制反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中的移動(dòng)，并確定反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置。關(guān)于步驟S2的具體內(nèi)容，將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。步驟S3，控制系統(tǒng)1利用其采圖控制單元300激發(fā)待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在采圖位置獲取圖像信號(hào)。關(guān)于步驟S3的具體內(nèi)容，將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。步驟S4，對(duì)所述圖像信號(hào)進(jìn)行處理和分析，得到基因序列信息。在本發(fā)明中，基因序列信息這個(gè)概念應(yīng)作廣義理解，包括與基因序列相關(guān)的各種類型的信息，例如堿基排列順序、致病基因位點(diǎn)信息等。在本發(fā)明中，可根據(jù)不同的目的進(jìn)行各種類型的處理和分析。 關(guān)于步驟S4的具體內(nèi)容，將在其后的實(shí)施例中詳細(xì)闡述。在具體應(yīng)用中，圖10所示的上述方法對(duì)基因測(cè)序儀中對(duì)應(yīng)的各組件分別進(jìn)行自動(dòng)化操作，且能對(duì)不同組件進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)。更為重要的是，每項(xiàng)操作均充分考慮了基因測(cè)序各階段的技術(shù)特點(diǎn)，包括步驟Si對(duì)試劑劑量及類型、反應(yīng)溫度、時(shí)間、潔凈度等的控制， 步驟S2對(duì)納米級(jí)位移、聚焦調(diào)節(jié)等的控制，步驟S3對(duì)發(fā)光強(qiáng)度、光路調(diào)節(jié)、曝光時(shí)間計(jì)算、 圖像拍攝等的控制，均按照嚴(yán)格指標(biāo)進(jìn)行精確的操作。因此上述方法能大幅度提高測(cè)序過(guò)程的穩(wěn)定性和效率，以及測(cè)序結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外通過(guò)控制基因測(cè)序儀進(jìn)行大規(guī)模的圖像采集，因此保證了足夠的測(cè)序通量。需要對(duì)圖10所示方法作出特別說(shuō)明的是，利用該方法可以進(jìn)行大規(guī)模的圖像采集，并對(duì)采集到的海量圖像信號(hào)進(jìn)行處理，相比于一般的低通量測(cè)序方式而言具有明顯優(yōu)勢(shì)。在大規(guī)模的圖像采集方面，本發(fā)明可通過(guò)對(duì)反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品上的逐個(gè)位置進(jìn)行循環(huán)采圖，來(lái)達(dá)到這一點(diǎn)。具體包括步驟S2，定位控制單元200控制反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中逐次移動(dòng)，例如每次以一個(gè)微珠的間距進(jìn)行移動(dòng)，并確定每次移動(dòng)后反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置；步驟S3，采圖控制單元300激發(fā)待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在所述每次移動(dòng)后反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置對(duì)待測(cè)DNA片段樣品獲取圖像信號(hào)。在對(duì)采集到的海量圖像信號(hào)進(jìn)行處理方面，本發(fā)明可利用信號(hào)處理單元500通過(guò)控制計(jì)算機(jī)甚至是超算中心，對(duì)海量圖像信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析，從而快速輸出數(shù)據(jù)分析結(jié)果。圖11示出了圖10中步驟Sl在一個(gè)實(shí)施例中的方法流程，該方法流程基于圖1、圖 2所示的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，反應(yīng)控制單元100包括試劑控制模塊101、溫控模塊102。步驟 Sl包括步驟S11，試劑控制模塊101控制基因測(cè)序儀對(duì)試劑進(jìn)行選擇，并吸取對(duì)應(yīng)的試劑，導(dǎo)入反應(yīng)小室。若基因測(cè)序儀中與反應(yīng)控制單元100對(duì)應(yīng)的組件為前述圖2中描述的情形，則其控制過(guò)程是試劑控制模塊101確定不同階段所需取用的試劑類型，發(fā)送指令到機(jī)械手，控制機(jī)械手移動(dòng)到試劑臺(tái)上對(duì)應(yīng)的試劑位置，并將固定于機(jī)械手上的軟管插入試劑中；試劑控制模塊101發(fā)送指令到泵，控制泵運(yùn)轉(zhuǎn)從而吸取試劑；試劑控制模塊101吸取到所需的試劑后，發(fā)送指令到泵，繼續(xù)控制泵運(yùn)轉(zhuǎn)將試劑打入反應(yīng)小室。步驟S12，溫控模塊102將反應(yīng)小室的溫度控制在反應(yīng)所需的溫度。本發(fā)明中步驟 S12存在多種具體實(shí)現(xiàn)方式，下面將通過(guò)不同的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述。在一個(gè)實(shí)施例中，以圖2中描述的基因測(cè)序儀組件的情形為例，步驟S12通過(guò)串口通信方式實(shí)現(xiàn)，具體過(guò)程是溫控模塊102發(fā)送指令給溫度傳感器，控制溫度傳感器對(duì)反應(yīng)小室的溫度進(jìn)行檢測(cè)，并讀取溫度檢測(cè)結(jié)果t ；溫控模塊102中設(shè)置了不同反應(yīng)階段的溫度值T，當(dāng)其獲得溫度檢測(cè)結(jié)果t后，則將其與設(shè)置的溫度值T進(jìn)行對(duì)比；溫控模塊102進(jìn)一步根據(jù)對(duì)比結(jié)果進(jìn)行處理，若t < T，溫控模塊102發(fā)送指令給溫控器中的升溫裝置，控制溫控器中的升溫裝置啟動(dòng)，給反應(yīng)小室加熱，若t ^ T，則不需啟動(dòng)升溫裝置加熱，升溫裝置通過(guò)外部環(huán)境自動(dòng)冷卻到溫度T。對(duì)于其他情形下的基因測(cè)序儀組件，控制原理一致，具體過(guò)程可能存在差異。例如，在另一實(shí)施例中，若基因測(cè)序儀組件與圖2中描述的情形相比，溫控器除了包括用于檢測(cè)反應(yīng)小室溫度的溫度傳感器、給反應(yīng)小室加熱的升溫裝置，還包括給反應(yīng)小室制冷的降溫裝置。那么在這種情形下，步驟S12的實(shí)現(xiàn)過(guò)程為溫控模塊102發(fā)送指令給溫度傳感器，控制溫度傳感器對(duì)反應(yīng)小室的溫度進(jìn)行檢測(cè)，并讀取溫度檢測(cè)結(jié)果t ；溫控模塊102中設(shè)置了不同反應(yīng)階段的溫度值T，當(dāng)其獲得溫度檢測(cè)結(jié)果t后，則將其與設(shè)置的溫度值T進(jìn)行對(duì)比；溫控模塊102進(jìn)一步根據(jù)對(duì)比結(jié)果進(jìn)行處理，若t < T，溫控模塊102發(fā)送指令給溫控器中的升溫裝置，控制溫控器中的升溫裝置啟動(dòng)，給反應(yīng)小室加熱，若t ^ T，溫控模塊 102發(fā)送指令給溫控器中的降溫裝置，控制溫控器中的降溫裝置啟動(dòng)，對(duì)反應(yīng)小室制冷。由圖11可知，步驟Sll可對(duì)試劑類型、試劑劑量、吸取速度、打出速度等進(jìn)行精確的控制，步驟S12可對(duì)溫度檢測(cè)、溫度設(shè)置、加熱、制冷等進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而保證了反應(yīng)小室中的生化反應(yīng)過(guò)程順利進(jìn)行，也因此提高了整個(gè)測(cè)序過(guò)程的穩(wěn)定性、效率及準(zhǔn)確性。圖12示出了圖10中步驟S2在一個(gè)實(shí)施例中的方法流程。步驟S21，檢測(cè)反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中的當(dāng)前位置，并控制其移動(dòng)到其所在平面上的目標(biāo)位置。本發(fā)明中，步驟S21可通過(guò)多種方式控制反應(yīng)小室的移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，基因測(cè)序儀中與定位控制單元200對(duì)應(yīng)的組件為前述圖2中描述的情形，步驟S21是通過(guò)串口通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的位移模塊201首先發(fā)送指令給樣品臺(tái)， 讀取樣品臺(tái)在其所在平面上的初始位置坐標(biāo)，例如為( , Y0)；確定反應(yīng)小室在其所在平面上的目的坐標(biāo)(X，Y)后，位移模塊201再發(fā)送指令給樣品臺(tái)，控制樣品臺(tái)從( , 平移到目的坐標(biāo)(X，Y)。在采圖過(guò)程中，為了控制基因測(cè)序儀進(jìn)行大規(guī)模的圖像采集，需要對(duì)反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品上的逐個(gè)位置進(jìn)行循環(huán)采圖，因此需要位移模塊201在采圖過(guò)程中控制反應(yīng)小室按照逐個(gè)位置進(jìn)行位移。例如，初始位置OCtl, Ytl),反應(yīng)小室上對(duì)應(yīng)的采圖位置有 η行，每行有m個(gè)采圖位置，每個(gè)采圖位置之間的間距相等。那么第i行第j個(gè)采圖位置的坐標(biāo)表示為(Xij, Yij),所有采圖位置的坐標(biāo)可表示為(X11, Y11)、(X12, Y12)、……、0^.， Yij) >……(乂^，丫一，其中“么！^！?。【鶠檎麛?shù)。在采圖時(shí)，位移模塊201首先發(fā)送指令給樣品臺(tái)，讀取樣品臺(tái)在其所在平面上的初始位置坐標(biāo)OCtl，Ytl)，再發(fā)送指令給樣品臺(tái)，控制樣品臺(tái)從(X0, Y0)平移到目的坐標(biāo)(X11^ Y11)；在(X11 π)位置聚焦、采圖完成之后，位移模塊 201發(fā)送指令給樣品臺(tái)，控制樣品臺(tái)從(X11, Y11)平移到目的坐標(biāo)(X12, Y12)；在(X12, Y12)位置聚焦、采圖完成之后，位移模塊201發(fā)送指令給樣品臺(tái)，控制樣品臺(tái)從(Χ12，Υ12)平移到目的坐標(biāo)(Χ13，Υ13)。如此循環(huán)往復(fù)，通過(guò)對(duì)逐個(gè)位置的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的圖像采集。步驟S22，控制基因測(cè)序儀的焦距調(diào)節(jié)，確定反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置。本發(fā)明中，步驟S22可通過(guò)多種方式確定待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置，下面以圖2 中描述的基因測(cè)序儀組件的情形為例進(jìn)行說(shuō)明。在一個(gè)實(shí)施例中，步驟S22是通過(guò)串口通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的聚焦模塊202首先發(fā)送指令給顯微鏡，控制顯微鏡在與樣品臺(tái)垂直方向上移動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)顯微鏡與反應(yīng)小室之間的距離，將清晰度最佳的位置確定為采圖位置。在另一實(shí)施例中，步驟S22仍然是通過(guò)串口通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的聚焦模塊202發(fā)送指令給樣品臺(tái)，控制樣品臺(tái)在其所在平面的垂直方向上移動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)小室與顯微鏡之間的距離，將清晰度最佳的位置確定為采圖位置。在上述兩個(gè)實(shí)施例中，步驟S22可通過(guò)多種方式確定圖像清晰度最佳的位置。例如，可通過(guò)顯微鏡鏡頭觀察對(duì)比的方式確定圖像清晰度最佳的位置，或者利用算法計(jì)算圖像清晰度、利用算法自動(dòng)調(diào)節(jié)圖像清晰度，等等。由上可知，步驟S21可對(duì)微納米級(jí)的位移進(jìn)行精確的自動(dòng)控制，步驟S22可對(duì)聚焦調(diào)節(jié)、清晰度判斷等進(jìn)行精確的自動(dòng)控制，從而能快速、準(zhǔn)確地確定最佳的采圖位置，也因此提高了測(cè)序過(guò)程的穩(wěn)定性、效率及準(zhǔn)確性。圖13示出了圖10中步驟S3在一個(gè)實(shí)施例中的方法流程。步驟S31，控制特定波長(zhǎng)的激發(fā)光照射反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品，使其中的核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光。在本發(fā)明中，步驟S31可通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，基因測(cè)序儀中與采圖控制單元300對(duì)應(yīng)的組件為前述圖2中描述的情形，那么步驟S31的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是激發(fā)模塊301發(fā)送指令給發(fā)光裝置，開啟快門或光閘，使激發(fā)光的光線照射到樣品臺(tái)上的反應(yīng)小室。在本實(shí)施例中，待測(cè)DNA片段樣品中的微珠上核苷酸攜帶的標(biāo)記物為熒光標(biāo)記物，其受到特定波長(zhǎng)的光源激發(fā)后就可發(fā)出熒光。步驟S32，確定曝光時(shí)間，并采用該曝光時(shí)間對(duì)反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品拍照，獲取圖像信號(hào)。在本發(fā)明中，步驟S32可通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)。繼續(xù)在前述步驟S31的實(shí)施例中，基因測(cè)序儀中與采圖控制單元300對(duì)應(yīng)的組件為前述圖2中描述的情形，那么在步驟S32中，由拍照模塊302首先確定合適的曝光時(shí)間值，然后發(fā)送指令給照相裝置，控制照相裝置按照該曝光時(shí)間值拍攝熒光圖。本發(fā)明的步驟S32可通過(guò)多種方式確定合適的曝光時(shí)間值，例如根據(jù)情況進(jìn)行人為設(shè)置，或者設(shè)置為多次測(cè)序過(guò)程累積的曝光時(shí)間經(jīng)驗(yàn)值，或者通過(guò)算法計(jì)算出合適的曝光時(shí)間值，等等。在此前現(xiàn)有技術(shù)的基因測(cè)序控制系統(tǒng)中，大部分采用了人為設(shè)置的方式， 本發(fā)明則具有多種可選模式，旨在根據(jù)不同的情況確定最佳的曝光時(shí)間值，從而提高圖像信號(hào)的質(zhì)量。步驟S33，保存獲取的圖像信號(hào)。本發(fā)明中圖像存取模塊303可采用多種格式存儲(chǔ)圖像信號(hào)。步驟S33可通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)。繼續(xù)在前述步驟S31、S32的實(shí)施例中，步驟S33的實(shí)現(xiàn)方式是拍照模塊302將照相裝置拍攝的熒光圖發(fā)送給圖像存取模塊303，圖像存取模塊303可以采用特殊的高保真圖像存儲(chǔ)格式保存熒光圖，也可以采用普通的圖像存儲(chǔ)格式，例如TIFF、EPS、PNG、PSD或二進(jìn)制格式等。由上可知，步驟S31可對(duì)發(fā)光裝置發(fā)出的激發(fā)光的光路等進(jìn)行精確控制，步驟S32 可對(duì)曝光時(shí)間值的確定、圖像拍攝等進(jìn)行精確控制，步驟S33可采用最佳的圖像格式存儲(chǔ)圖像信號(hào)，從而保證了所獲取的圖像信號(hào)的質(zhì)量，極大地提高了測(cè)序結(jié)果的準(zhǔn)確性，且該自動(dòng)化控制方式也提高了測(cè)序過(guò)程的穩(wěn)定性和效率。圖14示出了一個(gè)實(shí)施例中所獲取的圖像信號(hào)，是一幅熒光圖。圖中的圓形亮點(diǎn)就是微珠上待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)出的熒光，因此一個(gè)亮點(diǎn)所在的位置就代表一個(gè)微珠，而其明暗程度代表了不同的熒光強(qiáng)度，在后續(xù)的信號(hào)處理過(guò)程中則對(duì)應(yīng)有不同的信號(hào)值。圖15示出了圖10中步驟S4在第一實(shí)施例中的方法流程，該方法流程基于圖6所示的信號(hào)處理單元500。該方法流程包括步驟S41，從圖像信號(hào)中篩選出微珠所在位置的有效信號(hào)。在一個(gè)具體應(yīng)用場(chǎng)景中，步驟S41首先根據(jù)圖像信號(hào)的強(qiáng)度計(jì)算出所有微珠所在位置的信號(hào)值，然后根據(jù)信號(hào)值的大小篩選出其中的有效信號(hào)。例如，若采集的一幅熒光圖中有5000個(gè)微珠，那么每個(gè)微珠所在位置的熒光信號(hào)強(qiáng)度都有所不同，因此對(duì)應(yīng)有不同的信號(hào)值。信號(hào)提取模塊501計(jì)算出這些信號(hào)值后，則根據(jù)一定的規(guī)則判定哪些信號(hào)是有效信號(hào)，并將其篩選出來(lái)。在本發(fā)明中，步驟S41計(jì)算微珠所在位置的信號(hào)值的方法有多種。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)計(jì)算出光強(qiáng)值M,再將光強(qiáng)值減去背景值N，得到信號(hào)值P = M-N。另外，關(guān)于光強(qiáng)值、背景值的計(jì)算方法有多種，可參考現(xiàn)有技術(shù)中已有的各種算法，本發(fā)明的側(cè)重點(diǎn)在于測(cè)序及信號(hào)處理的自動(dòng)化控制過(guò)程，因此對(duì)算法不做贅述。當(dāng)然，步驟S41對(duì)信號(hào)值的計(jì)算并不限于上述方式。在本發(fā)明中，步驟S41判定并篩選有效信號(hào)的方式也有多種。在一個(gè)實(shí)施例中，步驟S41在信號(hào)提取模塊501中默認(rèn)設(shè)置有判定標(biāo)準(zhǔn)，例如設(shè)置了有效信號(hào)的信號(hào)值范圍為 (1000,3000)，那么凡是落入該范圍的信號(hào)，均視為有效信號(hào)。當(dāng)然，步驟S41對(duì)有效信號(hào)的判定及篩選不限于該方式。步驟S42，對(duì)微珠所在位置的有效信號(hào)進(jìn)行分析，獲取基因序列信息。在本發(fā)明中， 步驟S42可進(jìn)行多種類型的信號(hào)分析，分析對(duì)象、分析目的不一樣，采取的分析方法也會(huì)有所不同。在一個(gè)實(shí)施例中，若基因測(cè)序的目的是為了得到一段待測(cè)DNA片段的堿基序列， 那么步驟S42的具體過(guò)程是針對(duì)微珠所在位置的有效信號(hào)，將對(duì)應(yīng)的信號(hào)值轉(zhuǎn)化為DNA堿基序列信息，也即測(cè)序結(jié)果。在一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中，若采用不同波長(zhǎng)的光源激發(fā)并采集到幾幅不同的熒光圖，篩選出有效信號(hào)后，則比較同一個(gè)位置在幾幅熒光圖中出現(xiàn)的信號(hào)值分布情況，根據(jù)比較結(jié)果判斷該位置對(duì)應(yīng)的堿基是A、T、C或G。圖16示出了圖10中步驟S4在第二實(shí)施例中的方法流程，該方法流程基于圖7所示的信號(hào)處理單元500。該方法流程包括步驟S41，從圖像信號(hào)中篩選出微珠所在位置的有效信號(hào)。具體內(nèi)容可參考圖15 中的內(nèi)容，此處不再贅述。步驟S42，對(duì)微珠所在位置的有效信號(hào)進(jìn)行分析，獲取基因序列信息。具體內(nèi)容可參考圖15中的內(nèi)容，此處不再贅述。步驟S43，將所獲取的基因序列信息與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，獲取進(jìn)一步的基因序列信息。基于步驟S43的比對(duì)，可以進(jìn)行某些特殊用途的信號(hào)分析。例如分析疾病相關(guān)基因，包括肺癌相關(guān)基因、乳腺癌相關(guān)基因、前列腺癌相關(guān)基因等；再例如，進(jìn)行短序列SNP(Single Nucleotide Polymorphism，單核苷酸多態(tài)性)分析、短序列匹配后期分析、基因組結(jié)構(gòu)變異分析等等。在一個(gè)實(shí)施例中，若基因測(cè)序的目的不僅要得到一段待測(cè)DNA片段的堿基序列， 還要找到該DNA片段中的致病基因位點(diǎn)，那么步驟S43可基于圖7所示的信號(hào)處理單元500 實(shí)現(xiàn)該目的。在該情形下，數(shù)據(jù)庫(kù)503典型的是一個(gè)存儲(chǔ)有致病基因位點(diǎn)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。步驟S43的具體過(guò)程是首先針對(duì)微珠所在位置的有效信號(hào)，將對(duì)應(yīng)的信號(hào)值轉(zhuǎn)化為DNA堿基序列信息；然后信號(hào)分析模塊502從數(shù)據(jù)庫(kù)503中提取出存儲(chǔ)的致病基因位點(diǎn)信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，從而確定該DNA片段中的致病基因位點(diǎn)。圖17示出了圖10中步驟S4在第三實(shí)施例中的方法流程，該方法流程與圖16相比，還包括步驟S44，對(duì)之前的步驟S41、S42的中間處理數(shù)據(jù)和/或最終處理結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。步驟S44可以對(duì)熒光圖中的所有微珠數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在一個(gè)實(shí)施例中，步驟S44 對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的過(guò)程如下首先創(chuàng)建高斯模板，然后對(duì)圖像進(jìn)行運(yùn)算，轉(zhuǎn)換為二值數(shù)據(jù)；然后將圖象中的不同微珠進(jìn)行標(biāo)記，并獲得圖象中所有微珠的坐標(biāo)以及中心坐標(biāo) ’然后根據(jù)這些坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)出微珠數(shù)量。步驟S44也可以對(duì)熒光圖中的有效信號(hào)對(duì)應(yīng)的微珠數(shù)量比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在一個(gè)實(shí)施例中，步驟S44可以基于上一實(shí)施例中統(tǒng)計(jì)出的所有微珠數(shù)量，再根據(jù)步驟S41篩選出來(lái)的有效信號(hào)，得出有效信號(hào)對(duì)應(yīng)的微珠數(shù)量，以及這些微珠占所有微珠的比例。此外，步驟S44還可以針對(duì)步驟S42，對(duì)不同熒光圖得出的堿基序列信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。當(dāng)然，本發(fā)明中步驟S44并不限于上述類型信息的統(tǒng)計(jì)。圖18示出了圖10中步驟S4在第四實(shí)施例中的方法流程，該方法流程與圖16相比，還包括步驟S44，對(duì)之前的步驟S41、S42、S43的中間處理數(shù)據(jù)和/或最終處理結(jié)果進(jìn)行
19統(tǒng)計(jì)。例如，步驟S44還可以針對(duì)步驟S43，或者對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)之后的致病基因位點(diǎn)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。為了更加清楚地闡釋本發(fā)明，申請(qǐng)人將以一個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程為例說(shuō)明一個(gè)公知的基因測(cè)序的全過(guò)程，圖18是一個(gè)可作參考的示意圖。該應(yīng)用場(chǎng)景是采用一種公知的測(cè)序方法對(duì)DNA進(jìn)行測(cè)序(1)將結(jié)合有攜帶3’端修飾的待測(cè)DNA片段的微珠沉積于上樣玻片，對(duì)于大量微珠，則是將微珠矩陣點(diǎn)樣于玻片，在點(diǎn)樣過(guò)程中可對(duì)微珠密度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到最大通量。(2)向反應(yīng)小室中加入DNA連接酶、通用測(cè)序引物η和具有3，-XXnnnZZZ-5，結(jié)構(gòu)的八聚核苷酸。在這個(gè)八聚核苷酸中，第1和第2位(XX)上的堿基是確定的，并根據(jù)種類的不同在第6-8位(ΖΖΖ)上加了不同的熒光標(biāo)記。這種由兩個(gè)堿基決定的測(cè)序方法被稱為兩堿基測(cè)序(two base encoding)。(3)當(dāng)八聚核苷酸由于第1和第2位配對(duì)而被連接酶連接上時(shí)，經(jīng)特定波長(zhǎng)的光激發(fā)，會(huì)發(fā)出熒光。(4)在記錄下熒光信息后，通過(guò)化學(xué)方法在第5和第6位之間進(jìn)行切割，淬滅熒光信號(hào)，以進(jìn)行下個(gè)位置的測(cè)序。通過(guò)這種方法，每次測(cè)序的位置都相差五位，即第一次測(cè)第1和第2位，第二次測(cè)第6和第7位……在測(cè)到末尾后，將新合成的鏈變性、洗脫。而后用通用測(cè)序引物n-1進(jìn)行第二輪測(cè)序。通用測(cè)序引物n-1與通用測(cè)序引物η的差別是，二者在與接頭配對(duì)的位置上相差一個(gè)堿基，即通用測(cè)序引物n-1在通用測(cè)序引物η配對(duì)位置上向3’端移動(dòng)了一個(gè)堿基。 因此在加入DNA連接酶和八聚核苷酸后，可以測(cè)定第0和第1位、第5和第6位……第二輪測(cè)序完成后，接下來(lái)再分別加入通用測(cè)序引物η-2、通用測(cè)序引物η-3、通用測(cè)序引物η-4進(jìn)行第三輪、第四輪、第五輪測(cè)序，最終可以完成全部位置的測(cè)定。上述的測(cè)序過(guò)程，每一輪都涉及多次試劑取用、溫度調(diào)控、時(shí)間控制等，不論是單純的人工操作，還是人工控制儀器操作，均無(wú)法充分保證實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性、效率及準(zhǔn)確性。而利用本發(fā)明的控制方法及系統(tǒng)，只需把制備好的待測(cè)DNA片段樣品設(shè)置在基因測(cè)序儀的反應(yīng)小室中，選擇針對(duì)不同樣品的測(cè)序模式，就可以使基因測(cè)序儀自動(dòng)運(yùn)行上述各個(gè)步驟，無(wú)需手工操作。上樣后經(jīng)過(guò)基因測(cè)序儀的自動(dòng)測(cè)序過(guò)程，可快速采集到圖像信號(hào)。需要說(shuō)明的是，圖18所示的基因測(cè)序的全過(guò)程僅為某種情形下的測(cè)序過(guò)程，本發(fā)明對(duì)基因測(cè)序儀的控制系統(tǒng)及控制方法并不限定采用何種測(cè)序流程及測(cè)序方法。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，本發(fā)明的方法及系統(tǒng)適用于對(duì)各種類型的基因測(cè)序儀的測(cè)序過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化控制，即便不同類型的基因測(cè)序儀在具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)上可能存在差異，但上述的控制系統(tǒng)及控制方法在根本原理上是一致或類似的，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)受到不同類型基因測(cè)序儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的限制。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的系統(tǒng)，其中待測(cè)DNA片段樣品設(shè)置在基因測(cè)序儀的反應(yīng)小室中，其特征在于，所述系統(tǒng)包括反應(yīng)控制單元、定位控制單元、采圖控制單元、信號(hào)處理單元；所述反應(yīng)控制單元用于控制基因測(cè)序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)小室，并在測(cè)序過(guò)程中調(diào)節(jié)反應(yīng)小室的溫度；所述定位控制單元用于控制反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中的移動(dòng)，并確定反應(yīng)小室中待測(cè) DNA片段樣品的采圖位置；所述采圖控制單元用于激發(fā)待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在所述采圖位置獲取圖像信號(hào)；所述信號(hào)處理單元用于對(duì)采圖控制單元獲取的圖像信號(hào)進(jìn)行處理和分析，得到基因序列信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的系統(tǒng)，其特征在于，在采圖過(guò)程中，所述系統(tǒng)控制基因測(cè)序儀對(duì)反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品上的逐個(gè)位置進(jìn)行循環(huán)采圖；所述定位控制單元控制反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中逐次移動(dòng)，并確定每次移動(dòng)后反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置；所述采圖控制單元激發(fā)待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在所述每次移動(dòng)后反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置獲取圖像信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)控制單元包括試劑控制模塊、溫控模塊；所述試劑控制模塊用于控制基因測(cè)序儀對(duì)試劑進(jìn)行選擇，并吸取對(duì)應(yīng)的試劑，導(dǎo)入反應(yīng)小室；所述溫控模塊用于將反應(yīng)小室的溫度控制在反應(yīng)所需的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的系統(tǒng)，其特征在于，所述定位控制單元包括位移模塊、聚焦模塊；所述位移模塊用于檢測(cè)反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中的當(dāng)前位置，并控制其移動(dòng)到其所在平面上的目標(biāo)位置；所述聚焦模塊用于控制基因測(cè)序儀的焦距調(diào)節(jié)，確定反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的系統(tǒng)，其特征在于，所述采圖控制單元包括激發(fā)模塊、拍照模塊、圖像存取模塊；所述激發(fā)模塊用于控制特定波長(zhǎng)的激發(fā)光照射反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品，使待測(cè) DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光；所述拍照模塊確定曝光時(shí)間，并采用所述曝光時(shí)間對(duì)反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品拍照，獲取圖像信號(hào)；所述圖像存取模塊與拍照模塊進(jìn)行通信，用于保存獲取的圖像信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)處理單元包括信號(hào)提取模塊、信號(hào)分析模塊；所述信號(hào)提取模塊用于從所述圖像信號(hào)中篩選出微珠所在位置的有效信號(hào)；所述信號(hào)分析模塊用于對(duì)微珠所在位置的有效信號(hào)進(jìn)行分析，獲取基因序列信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)處理單元還包括數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)已知的基因序列信息；所述信號(hào)分析模塊將所獲取的基因序列信息與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，獲取進(jìn)一步的基因序列信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)處理單元還包括統(tǒng)計(jì)模塊，用于對(duì)信號(hào)提取模塊、信號(hào)分析模塊的中間處理數(shù)據(jù)和/或最終處理結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
9.一種基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的方法，其中待測(cè)DNA片段樣品設(shè)置在基因測(cè)序儀的反應(yīng)小室中，其特征在于，所述方法包括以下步驟A.控制基因測(cè)序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)小室，并調(diào)節(jié)反應(yīng)小室的溫度；B.控制反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中的移動(dòng)，并確定反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置；C.激發(fā)待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在所述采圖位置獲取圖像信號(hào)；D.對(duì)所述圖像信號(hào)進(jìn)行處理和分析，得到基因序列信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的方法，其特征在于，在采圖過(guò)程中，對(duì)反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品上的逐個(gè)位置進(jìn)行循環(huán)采圖，包括以下步驟B’ .控制反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中逐次移動(dòng)，并確定每次移動(dòng)后反應(yīng)小室中待測(cè)DNA 片段樣品的采圖位置；C’ .激發(fā)待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在所述每次移動(dòng)后反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置獲取圖像信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的方法，其特征在于，所述步驟A包括Al.控制基因測(cè)序儀對(duì)試劑進(jìn)行選擇，并吸取對(duì)應(yīng)的試劑，導(dǎo)入反應(yīng)小室；A2.將反應(yīng)小室的溫度控制在反應(yīng)所需的溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的方法，其特征在于，所述步驟B或B’包括Bi.檢測(cè)反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中的當(dāng)前位置，并控制其移動(dòng)到其所在平面上的目標(biāo)位置；B2.控制基因測(cè)序儀的焦距調(diào)節(jié)，確定反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的方法，其特征在于，所述步驟C或C’包括Cl.控制特定波長(zhǎng)的激發(fā)光照射反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品，使待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光；C2.確定曝光時(shí)間，并采用所述曝光時(shí)間對(duì)反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品拍照，獲取圖像信號(hào)；C3.保存獲取的圖像信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟D包括Dl.從所述圖像信號(hào)中篩選出微珠所在位置的有效信號(hào)； D2.對(duì)微珠所在位置的有效信號(hào)進(jìn)行分析，獲取基因序列信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟D2之后還包括D3.將所獲取的基因序列信息與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，獲取進(jìn)一步的基因序列信息。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟D還包括對(duì)步驟D1、D2、D3的中間處理數(shù)據(jù)和/或最終處理結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及基因工程領(lǐng)域，提供了一種對(duì)基因測(cè)序儀的測(cè)序及信號(hào)處理進(jìn)行控制的方法及系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括反應(yīng)控制單元、定位控制單元、采圖控制單元、信號(hào)處理單元，其中待測(cè)DNA片段樣品設(shè)置在基因測(cè)序儀的反應(yīng)小室中。所述方法包括以下步驟A.控制基因測(cè)序儀將試劑導(dǎo)入反應(yīng)小室，并調(diào)節(jié)反應(yīng)小室的溫度；B.控制反應(yīng)小室在基因測(cè)序儀中的移動(dòng)，并確定反應(yīng)小室中待測(cè)DNA片段樣品的采圖位置；C.激發(fā)待測(cè)DNA片段樣品中核苷酸攜帶的標(biāo)記物發(fā)光，并在所述采圖位置獲取圖像信號(hào)；D.對(duì)所述圖像信號(hào)進(jìn)行處理和分析，得到基因序列信息。本發(fā)明提高了測(cè)序過(guò)程的穩(wěn)定性和效率，以及測(cè)序結(jié)果的準(zhǔn)確性，并能直接輸出基因序列信息。
文檔編號(hào)C12M1/36GK102174384SQ201110002189
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月5日
發(fā)明者盛司潼 申請(qǐng)人:深圳華因康基因科技有限公司