Автоматизированный отбор нуклеиновых кислот по размеру

Автоматизированный отбор нуклеиновых кислот по размеру

Иллюстрации

Показать все

Реферат

[0001] Эта заявка претендует на приоритет согласно парижской конвенции заявки на патент США №61/497586, поданной 16 июня 2011 г. и носящей название “Способ и устройство для автоматизированного отбора нуклеиновых кислот по размеру”, которая включается в данный документ посредством ссылки во всех контекстах. В контексте США эта заявка претендует на приоритет согласно раздела 35 Кодекса законов США, §119 патента США №61/497586, поданной 16 июня 2011 г. и носящей название “Способ и устройство для автоматизированного отбора нуклеиновых кислот по размеру”, которая включается в данный документ посредством ссылки во всех контекстах.

Область изобретения

[0002] Это изобретение относится к автоматизированному отбору нуклеиновых кислот по размеру. Аспекты изобретения представляют способы и устройство, применяемые для отбора нуклеиновых кислот в соответствии с размером.

Предпосылки изобретения

[0003] Имеется широкий спектр приложений, в которых желательно отбирать нуклеиновые кислоты, такие как ДНК или РНК, по размеру. Например, отбор по размеру применяется при изготовлении библиотек ДНК для применения в секвенировании и других приложениях.

[0004] Существуют различные способы для отбора ДНК по размеру. Некоторые из этих способов являются неприемлемо трудоемкими. Один способ для отбора ДНК по размеру состоит в применении электрофореза к образцу, содержащему ДНК, в геле. Поскольку ДНК различных размеров обладают различной подвижностью в геле, электрофорез разделяет ДНК по размеру на различные полосы. Полоса, содержащая ДНК в необходимом размерном диапазоне, может быть идентифицирована, а затем вручную вырезана из геля. Затем необходимая ДНК может быть извлечена из геля.

[0005] Некоторые электрофоретические системы содержат лунки, образованные в геле. ДНК можно заводить в лунки электрофорезом. Е-гели производства Invitrogen и Flash Gel™ производства Lonza обеспечивают такие лунки.

[0006] Y-канальные машины для отбора по размеру являются другой технологией отбора ДНК по размеру. Примерами являются машины Sage Pippin Prep™ и Caliper XT™. Эти машины могут извлекать ДНК необходимого размерного диапазона из образца путем отведения ДНК необходимого размерного диапазона в боковой канал и сбора отведенных ДНК на молекулярно-весовом отсекающем фильтре.

[0007] Твердофазные обратимые обездвиживающие слои (Solid Phase Reversible Immobilization Beads, SPRI), поставляемые на рынок компанией Beckman Coulter и другими, могут применяться, чтобы захватывать ДНК определенного размера, а затем освобождать ДНК после промывки и изменения рН.

[0008] Сохраняется потребность в технологии для отбора ДНК по размеру, которая может обеспечить высокую производительность. Сохраняется потребность в технологии для отбора ДНК по размеру, которая может обеспечить точный отбор ДНК по размеру с уменьшением трудоемкости.

Суть изобретения

[0009] Это изобретение имеет несколько аспектов, которые могут применяться вместе. Некоторые из этих аспектов имеют независимое применение. Один аспект представляет устройство для автоматизированного отбора нуклеиновых кислот по размеру. Другой аспект представляет компьютерную систему для устройства управления для автоматизированного отбора нуклеиновых кислот по размеру. Другой аспект представляет способы для автоматизированного отбора нуклеиновых кислот по размеру. Нуклеиновые кислоты могут содержать ДНК и/или РНК. Другой аспект представляет картриджи, применяемые inter alia для автоматизированного отбора нуклеиновых кислот по размеру.

[0010] В одном показательном варианте осуществления отбор нуклеиновых кислот по размеру производится путем загрузки образцов ДНК по отдельности в агарозные каналы, каждый из которых содержит загрузочную лунку на одном конце канала и лунку для извлечения ниже по ходу. Электрофорез выполняется на нуклеиновых кислотах после загрузки, и нуклеиновые кислоты разделяются по размеру по мере перемещения по направлению к лунке для извлечения. Во время этого процесса формируются изображения канала с постоянным интервалом, и программный алгоритм использует изображения, чтобы идентифицировать эталонные отрезки и предсказывать время, в которое фрагменты необходимых нуклеиновых кислот появятся в лунке для извлечения. Ток канала также контролируется отдельно посредством широтно-импульсной модуляции постоянного напряжения, так что, если соседние образцы перемещаются с различными скоростями, время извлечения может изменяться, так что никакие два образца нет необходимости извлекать в одно и то же время.

[0011] Другая особенность изобретения представляет способы для отбора по размеру нуклеиновых кислот, таких как ДНК, РНК и т.п. Такие способы включают перемещение нуклеиновых кислот из образца по каналу электрофорезом; автоматическое отслеживание продвижения эталонной фракции нуклеиновых кислот по каналу; на основе отслеживания, оценку расчетного времени прибытия целевой фракции нуклеиновых кислот в лунку для извлечения в канале; и извлечение текучей среды, содержащей целевую фракцию, из лунки для извлечения в расчетное время прибытия. Эталонная фракция может быть той же, что и целевая фракция, или отличаться от нее. Например, в некоторых вариантах осуществления эталонная фракция может содержать нуклеиновые кислоты, которыми изобилует образец (или изначально присутствуют в образце, или добавлены в образец в качестве маркера размера), и целевая фракция может содержать нуклеиновые кислоты, имеющие размер, отличающийся от размера эталонной фракции. Продвижение целевой фракции по каналу может определяться по продвижению эталонной фракции. Например, может быть известно, что целевая фракция может опережать или запаздывать от эталонной фракции на определенную долю. В некоторых вариантах осуществления целевая фракция нуклеиновых кислот содержит адаптер, присоединенный к молекуле нуклеиновой кислоты, представляющей интерес, а эталонная фракция нуклеиновых кислот содержит адаптер, который не присоединен к молекуле нуклеиновой кислоты, представляющей интерес. В некоторых вариантах осуществления способы могут включать автоматическое отслеживание продвижения нескольких эталонных фракций нуклеиновых кислот по каналу. Несколько эталонных фракций может содержать шкалу ДНК или РНК известных размеров.

[0012] В некоторых вариантах осуществления отслеживание включает, в отдельные моменты времени, получение изображения канала и идентификацию на изображениях областей, соответствующих эталонной фракции. Изображения могут, например, быть получены фотоаппаратом, установленным для наблюдения за каналом. Фотоаппарат может одновременно получать изображения большого числа каналов. Продвижение эталонных фракций (которые не обязательно одинаковы для различных каналов) в нескольких каналах может отслеживаться с помощью одного набора изображений. Расчетное время прибытия целевой фракции может оцениваться в некоторых случаях на основании средней скорости целевой фракции на основе разностей между положениями эталонной фракции на двух или более изображениях. Изображения могут содержать изображения с большим динамическим диапазоном. Например, изображения могут быть получены с помощью датчика с большим динамическим диапазоном или могут собираться из двух или более различных экспозиций. В некоторых вариантах осуществления изображения имеют битовую глубину в 10 или 12 бит, или более. В некоторых вариантах осуществления получение каждого изображения включает использование устройства получения изображения, чтобы получать несколько различных экспозиций канала и сочетание нескольких различных экспозиций, чтобы создавать изображение, причем это изображение обладает большим динамическим диапазоном, чем любая из нескольких различных экспозиций.

[0013] Некоторые варианты осуществления включают задание размера или диапазона размеров целевой фракции. Например, размер или диапазон размеров целевой фракции может задаваться в абсолютном выражении или относительно одной или более эталонных фракций. Например, размер или диапазон размеров целевой фракции может задаваться как опережающий или запаздывающий за эталонной фракцией на определенную долю. Некоторые варианты осуществления включают планирование времени прибытия для целевой фракции в лунку для извлечения; сравнение запланированного времени прибытия с расчетным временем прибытия и настройку одного или более параметров электрофореза сигнала электрофореза на основании любой разницы между запланированным временем прибытия и расчетным временем прибытия. В таких вариантах осуществления можно заставлять целевые фракции в различных каналах прибывать в лунки для извлечения в разное время (облегчая извлечение целевых фракций с помощью единого механизма, такого как робот с пипеткой, обслуживающий каждый канал в запланированное время). Также в таких вариантах осуществления можно заставлять целевые фракции в различных каналах прибывать в лунки для извлечения в одно и то же время (облегчая извлечение целевых фракций с помощью многоканального механизма, такого как робот с многоканальной пипеткой, обслуживающий несколько каналов одновременно в запланированное время).

[0014] Настройка одного или более параметров электрофореза может включать настройку рабочего цикла электрофоретического сигнала, настройку потенциалов электрофоретического сигнала или настройку других параметров, определяющих электрофоретический сигнал.

[0015] В некоторых вариантах осуществления способ определяет положение лунки для извлечения и/или загрузочной лунки в одном или более канатах посредством анализа изображения. Это упрощает системы, в которых лунки для извлечения в различных каналах находятся в различных местах, а также упрощает автоматическую компенсацию отличий в положениях лунок для извлечения и/или загрузочных лунок.

[0016] Другая особенность изобретения представляет устройство для отбора нуклеиновых кислот по размеру. Устройство содержит: канал, имеющий первый и второй концы, и лунку для извлечения в канале; источник питания электрофореза, подключенный для подачи электрофоретического сигнала к каналу, для перемещения нуклеиновых кислот из образца по каналу; устройство формирования изображений, установленное для формирования изображения канала; контроллер, подключенный для получения изображения от устройства формирования изображений, при этом контроллер сконфигурирован для: автоматического отслеживания продвижения эталонной фракции нуклеиновых кислот по каналу путем анализа изображений; на основании отслеживания, оценивания расчетного времени прибытия целевой фракции нуклеиновых кислот в лунку для извлечения в канале; и использования механизма для извлечения текучей среды, содержащей целевую фракцию, из лунки для извлечения в расчетное время прибытия.

[0017] Устройство формирования изображений может содержать электронный фотоаппарат. Фотоаппарат может быть оснащен фильтром, который ослабляет свет из полосы испускания красителя, связанного с нуклеиновой кислотой.

[0018] В некоторых вариантах осуществления механизм содержит роботизированную систему, содержащую пипетку, используемую, чтобы перемещать образец в загрузочную лунку в канале и извлекать текучую среду из лунки для извлечения. В некоторых вариантах осуществления пипетка содержит многоканальную пипетку, способную одновременно вносить несколько образцов в несколько каналов или одновременно извлекать текучие среды из лунок для извлечения в нескольких каналах.

[0019] В некоторых вариантах осуществления канал содержит продолговатый желоб, содержащий противоположные первую и вторую стороны, и электрофоретическую среду в желобе, и первая и вторая стороны содержат подъемы, проходящие в продольном направлении вдоль первой и второй сторон, при этом электрофоретическая среда заполняет желоб до подъемов.

[0020] Электрофоретическая среда может содержать, например, гель, такой как агарозный гель, акриламидный гель, денатурирующий акриламидный гель и т.п.

[0021] В некоторых вариантах осуществления контроллер сконфигурирован для определения положения лунки для извлечения в канале путем анализа изображения одного или более изображений и передвигать наконечник пипетки в определенное положение лунки для извлечения.

[0022] В некоторых вариантах осуществления контроллер приспособлен сравнивать расчетное время прибытия целевой фракции в лунку для извлечения с желаемым временем прибытия целевой фракции в лунку для извлечения, чтобы управлять источником питания электрофореза, чтобы регулировать один или более параметров электрофореза электрофоретического сигнала на основании любой разности между желаемым временем прибытия и расчетным временем прибытия.

[0023] В некоторых вариантах осуществления контроллер сконфигурирован для управления скоростью передвижения нуклеиновых кислот по каналу путем пропорционального регулирования с обратной связью одного или более электрофоретических параметров на основании сигнала ошибки, содержащего разность между расчетным временем прибытия и желаемым временем прибытия целевой фракции в лунку для извлечения.

[0024] В некоторых вариантах осуществления контроллер содержит планировщик, сконфигурированный для расчета желаемого времени прибытия целевой фракции в лунку для извлечения.

[0025] Устройство может содержать контроллер пропорциональной обратной связи, сконфигурированный для управления источником питания электрофореза, чтобы изменять среднюю скорость целевой фракции по каналу в ответ на сигнал ошибки, представляющий разность между расчетным временем прибытия целевой фракции в лунку для извлечения и желаемым временем прибытия целевой фракции в лунку для извлечения. В некоторых вариантах осуществления контроллер сконфигурирован для уменьшения разности между расчетным временем прибытия и желаемым временем прибытия, временно прекращая прикладывать электрофоретический сигнал к каналу.

[0026] Другая особенность изобретения представляет кассету для отбора нуклеиновых кислот по размеру. Кассета содержит пластину, имеющую канал, образованный в пластине, канал содержит продолговатый желоб, содержащий противоположные первую и вторую стороны, и электрофоретическую среду в желобе, первая и вторая стороны содержат подъемы, при этом электрофоретическая среда заполняет желоб до подъемов. Пластина может содержать одно или более отверстий, желобов или других элементов для крепления пластины в известном положении относительно робота. Канал может содержать как загрузочную лунку, так и лунку для извлечения, в находящихся на расстоянии местах вдоль по каналу. Пластина необязательно может быть прозрачной, по меньшей мере, в своей части под каналом.

[0027] Дополнительные особенности изобретения и признаки вариантов осуществления изобретения представляются на сопутствующих графических материалах и/или описываются ниже.

Краткое описание графических материалов

[0028] Сопутствующие графические материалы представляют неограничительные примерные варианты осуществления изобретения.

[0029] Фиг.1 представляет собой блок-схему способа для отбора нуклеиновых кислот по размеру в соответствии с одним примерным вариантом осуществления.

[0030] Фиг.1А представляет собой блок-схему альтернативного примерного способа.

[0031] Фиг.2 представляет собой схематическое изображение одного канала.

[0032] Фиг.2А представляет собой график плотности как функции положения вдоль канала.

[0033] Фиг.3 представляет собой блок-схему способа для идентификации пика, соответствующего ДНК предопределенного размера.

[0034] Фиг.4 представляет собой изображение устройства в соответствии с показательным вариантом осуществления.

[0035] Фиг.5 представляет собой изображение примера робота.

[0036] Фиг.5А представляет собой изображение примера настила.

[0037] Фиг.5В представляет собой изображение примера узла фотоаппарата.

[0038] Фиг.6 представляет собой снимок экрана показательного вывода графической информации.

[0039] Фиг.7 представляет собой изображение сверху показательного настила с каналами.

[0040] Фиг.7А представляет собой изображение отдельного канала в поперечном сечении.

[0041] Фиг.7В представляет собой изображение показательного гребня, используемого для образования лунок для загрузки или извлечения.

[0042] Фиг.7С представляет собой изображение сверху показательного настила с каналами в соответствии с другим вариантом осуществления.

[0043] Фиг.7D представляет собой общий вид настила с каналами с гребнями, прикрепленными для образования лунок для загрузки и извлечения.

Описание изобретения

[0044] На протяжении следующего описания излагаются специфические подробности, чтобы обеспечить более исчерпывающее понимание специалистам в данной области техники. Однако хорошо известные элементы могли быть не показаны или не описаны подробно во избежание неизбежного усложнения описания. Соответственно, описание и графические материалы нужно рассматривать в показательном, а не ограничительном смысле.

[0045] Одна особенность изобретения представляет автоматизированный способ для отбора образцов нескольких нуклеиновых кислот по размеру. Способ использует формирование изображения совместно с предсказательными алгоритмами, чтобы рассчитывать время извлечения и предоставлять отобранные по размеру нуклеиновые кислоты необходимого размерного диапазона. Способ может с выгодой использоваться на практике совместно с автоматизированным устройством, содержащим один или более электрофоретических каналов, фотоаппаратом, который получает изображения одного или более электрофоретических каналов, и роботом, имеющим пипетку для введения образцов в соответствующие каналы и извлечения из каналов отобранных по размеру нуклеиновых кислот. Каналы могут быть заполнены, например, агарозным гелем или акриламидным гелем. Каждый канал может иметь загрузочную лунку в канале и лунку для извлечения, находящуюся на расстоянии от загрузочной лунки, вдоль по каналу.

[0046] В следующем описании объясняется конструкция и работа показательных вариантов осуществления, используемых для отбора ДНК по размеру. Например, ДНК может включать кДНК, полученную от РНК. ДНК, подлежащая отбору по размеру, может иметь размер в диапазоне от 10 со (спаренных оснований) до 10 ксо. Однако изобретение может применяться для отбора по размеру других нуклеиновых кислот, таких как РНК. В некоторых вариантах осуществления нуклеиновые кислоты содержат сдвинутые ДНК.

[0047] Фиг.1 представляет собой блок-схему способа 10 в соответствии с показательным вариантом осуществления изобретения. В блоке 11 образец, содержащий ДНК, вводится в загрузочную лунку в канале, содержащем среду, через которую ДНК может перемещаться электрофорезом. Образец, содержащий ДНК, также может содержать краситель (например, краситель SYBR Green™ или бромид этидия), который вводится в загрузочную лунку вместе с ДНК. Функцией красителя является облегчение обнаружения или формирования изображения ДНК в среде. В некоторых вариантах осуществления молекулы ДНК в образце могут содержать адаптер, который может применяться для последующих приложений, таких как секвентирование ДНК. Среда может, например, содержать агарозный или акриламидный гель. В блоке 12 начинается электрофорез. Электрофорез может осуществляться приложением разности электрических потенциалов между электродами на противоположных концах канала. Разница потенциалов может содержать, например, электрический потенциал постоянного тока, импульсный электрический потенциал постоянного тока или несбалансированный электрический потенциал переменного тока. Приложенный электрический потенциал заставляет ДНК перемещаться из загрузочной лунки по каналу к лунке для извлечения. ДНК различных размеров обладают различной подвижностью в канале, и поэтому ДНК разделяются по размеру.

[0048] Необязательный блок 13 обеспечивает задержку, чтобы позволять ДНК перемещаться достаточно далеко по каналу, так чтобы можно было обнаружить концентрации ДНК различных размеров. Блок 14 включает определение положения вдоль канала целевой ДНК желаемого диапазона размеров. В некоторых вариантах осуществления блок 14 включает получение последовательности изображений канала с помощью фотоаппарата, обнаружение одного или более ориентиров на изображении (изображениях), соответствующих ДНК одного или более известных размеров, и определение положения целевой ДНК на основании положения (положений) ориентира (ориентиров). Выход блока 14 представляет собой последовательность положений целевых ДНК вдоль по каналу.

[0049] Эталоны оценки размера (например, ориентиры) могут задаваться во время или до работы; будь то шкала ДНК или присущий признак, который, как ожидается, должен присутствовать в электроферограмме. Если используемым эталоном оценки размера является шкала ДНК, то шкала ДНК может добавляться к образцу до загрузки образца в загрузочные лунки. В некоторых вариантах осуществления эталон оценки размера изначально присутствует в образце. Например, чтобы выбрать по размеру кДНК образец, полученный от микроРНК, образец может содержать и фрагменты кДНК + адаптер (например, имеющие размер 109 со), и фрагменты адаптер-адаптер (например, имеющие размер 80 со). Фрагменты адаптер-адаптер могут применяться в качестве определяющего размер эталона.

[0050] Диапазон размеров целевой ДНК может быть задан различными способами, например, в абсолютном значении или относительно данного эталона (эталонов), позволяя отсекать фракции с размерами или зависящими, или не зависящими от профиля электроферограммы входного образца. Например, входной образец представляет собой сдвинутую геномную ДНК с ожидаемым центром пика на ~250 со, диапазон подвижности целевой фракции может быть задан относительно центра пика (например, 110%-90% подвижности центра пика), или же цель может быть задана как диапазон абсолютных размеров (например, 150-200 со), независимый от фактической подвижности центра пика.

[0051] Блок 15 определяет среднюю скорость целевой ДНК по каналу. Блок 15, например, может просто делить разность двух положений целевой ДНК на время, прошедшее между получением изображений, из которых были определены положения. Блок 15 может принимать во внимание более двух положений. Например, блок 15 может находить среднее или медиану нескольких скоростей.

[0052] Блок 16 оценивает время прибытия целевой ДНК в лунку для извлечения. Это определение может основываться на известном, предопределенном положении лунки для извлечения. В некоторых вариантах осуществления положение лунки для извлечения определяется в блоке 17 путем нахождения изображения лунки для извлечения на изображениях, полученных в блоке 15 (или других отдельных изображениях, полученных с целью определения положения лунки для извлечения). Распознавание изображения может быть основано на моделях (т.е. заранее известно, как должно выглядеть изображение канала на изображении, где каждый канал, как ожидается, должен находиться на изображении и, как ожидается, будет выглядеть изображение лунки для извлечения на изображении). Определение положения лунки для извлечения может, например, включать нахождение положения на изображении, в котором максимизирована корреляция с модельным изображением лунки для извлечения. В других более простых вариантах осуществления определение положения лунки для извлечения включает определение положения одного или более краев, соответствующих лунке для извлечения на изображении.

[0053] Расчетное время прибытия может быть получено, например, путем добавления расчетного времени перемещения к текущему времени. Расчетное время перемещения может определяться, например, делением расстояния между положением лунки для извлечения и текущим положением целевой ДНК на текущую скорость целевой ДНК, как оценивается в блоке 15.

[0054] Блок 18 извлекает целевую ДНК из лунки для извлечения в расчетное время прибытия. Блок 18 может, например, включать управление роботом, несущим пипетку, чтобы размещать пипетку в лунке для извлечения в расчетное время прибытия или до него и забирать текучую среду из лунки для извлечения в пипетку в расчетное время прибытия. Робот затем может отправлять собранную текучую среду в резервуар, в котором текучая среда может храниться или передаваться на последующую обработку.

[0055] Способ 10 имеет ряд разновидностей. В некоторых вариантах осуществления информация о скорости и/или положении целевой ДНК применяется, чтобы контролировать скорость целевой ДНК. Информация о положении, полученная из производимых во время работы электроферограмм, и информация о времени используются в петле обратной связи, чтобы управлять скоростью электрофореза фракции целевой ДНК, в дополнение к ее времени прибытия в лунке для извлечения.

[0056] Управление с обратной связью может применяться, например, чтобы регулировать расчетное время прибытия целевой ДНК в лунку для извлечения. Расчетное время прибытия может регулироваться, например, путем регулирования рабочего цикла и/или напряжения поля электрофореза, и/или остановки приложения поля электрофореза однократно или многократно. Варианты, которые регулируют скорость целевой ДНК путем регулирования рабочего цикла, могут быть более выгодными, поскольку связь между рабочим циклом и скоростью склоняется к линейной или почти линейной. Это облегчает управление. Скорость электрофореза и планирование извлечения могут контролироваться одновременно для произвольного числа образцов. В одном варианте осуществления планирование извлечения обрабатывает 96 образцов, проходящих параллельно.

[0057] Фиг.1А представляет собой блок-схему альтернативного способа 10А, который подобен способу 10, за исключением того, что он включает блок 19, который планирует запланированное время прибытия для целевой ДНК, и блок 20, который сравнивает расчетное время прибытия из блока 16 с запланированным временем прибытия для целевой ДНК. Блок 21 получает сигнал управления из блока 20 и регулирует параметры электрофореза на основании сигнала управления. Цикл 22 может периодически повторяться со скоростью, достаточной, чтобы управлять продвижением целевой ДНК, так что целевая ДНК прибывает в лунку для извлечения в запланированное время.

[0058] В блоке 21 параметры электрофореза могут регулироваться надлежащим образом, чтобы замедлять продвижение целевой ДНК, ускорять продвижение целевой ДНК или поддерживать текущую скорость продвижения целевой ДНК. В некоторых вариантах осуществления регулирование зависит лишь от знака сигнала управления (т.е. опережает ли расчетное время прибытия запланированное время прибытия, или, наоборот, отстает). В других вариантах осуществления регулирование основывается, по меньшей мере, частично, на величине разности между расчетным временем прибытия и запланированным временем прибытия (или, что одно и то же, на величине разности между расчетной скоростью и скоростью, которая привела бы целевую ДНК в лунку для извлечения в запланированное время).

[0059] В обычных случаях целевая ДНК не имеет конкретного размера, но имеет диапазон размеров. Поэтому целевая ДНК появляется в лунке для извлечения во временном окне, имеющем длину, определенную диапазоном размеров во фракции ДНК, а также параметрами электрофореза. В некоторых вариантах осуществления целевая фракция может задаваться изначально, а также непрерывно регулироваться до извлечения фракции.

[0060] Управление временем, в которое целевая ДНК прибывает в лунку для извлечения, может с пользой применяться в случае, когда одновременно используется несколько электрофоретических каналов. Например, электрофорез ДНК в каждом из нескольких каналов может контролироваться так, чтобы заставлять целевую ДНК в каждом канале прибывать в лунку для извлечения в запланированное время, так что запланированные моменты времени в различных каналах отличаются. Целевая ДНК в разных каналах может быть одной и той же или разной. Это может облегчать использование робота для извлечения ДНК из каждого канала, не требуя, чтобы одна пипетка робота извлекала текучую среду из двух лунок для извлечения одновременно. Запланированные моменты времени могут назначаться так, чтобы гарантировать, что имеется достаточно времени для того, чтобы робот произвел каждое запланированное извлечение.

[0061] Управление скоростью электрофореза может применяться для того, чтобы компенсировать различия между каналами в скорости электрофореза (вызванные, например, неоднородностями в электрофоретической среде или другими различиями в электрофоретической среде, используемой в различных каналах). Это управление также может применяться, чтобы компенсировать различия в расположении лунки для извлечения между каналами. Это управление также может применяться, чтобы компенсировать различия в целевой ДНК для различных каналов.

[0062] Некоторые варианты осуществления используют многоканального робота. Например, такой робот может иметь несколько пипеток, расположенных так, что их наконечники могут одновременно вставляться в несколько лунок для извлечения. Например, робот может иметь 8, 16 или некоторое другое количество пипеток. В некоторых таких вариантах осуществления каналы располагаются бок о бок, и робот может быть сконфигурирован для одновременного введения текучей среды в N смежных загрузочных лунок или одновременного удаления текучей среды из N смежных лунок для извлечения.

[0063] В некоторых вариантах осуществления, использующих многоканального робота, электрофорез в нескольких каналах контролируется так, чтобы заставлять ДНК в нескольких каналах достигать лунок для извлечения в одно и то же запланированное время. Целевая ДНК среди нескольких каналов может различаться. Робот затем может управляться так, чтобы помещать наконечники пипеток в лунки для извлечения нескольких каналов в запланированное время и одновременно извлекать текучую среду из лунок для извлечения. Такие варианты осуществления позволяют назначать группам каналов различное запланированное время прибытия. Электрофорез в отдельных каналах в каждой группе может управляться по отдельности, чтобы заставлять целевую ДНК в каждом канале в группе прибывать в соответствующую лунку для извлечения во время, запланированное для этой группы. Запланированное время для различных групп каналов может разноситься так, чтобы робот имел время произвести запланированные извлечения. Такие варианты осуществления могут обеспечивать высокопроизводительный электрофорез.

[0064] Описанные выше принципы также могут применяться в ситуациях, когда желательно извлечь две или более фракций из одного и того же образца. Для таких приложений электрофорез может выполняться, чтобы привести первую целевую фракцию в лунку для извлечения и извлечь первую целевую фракцию. После этого может выполняться дальнейший электрофорез, чтобы привести вторую фракцию в лунку для извлечения. Тогда может быть извлечена вторая фракция. Если необходимо, первая и вторая фракция могут удерживаться изолированными друг от друга. Например, каждая из первой и второй фракций могут перемещаться из лунки для извлечения в отдельную лунку назначения. Также можно перемещать несколько фракций из одного образца в одну лунку назначения, если необходимо.

[0065] В некоторых приложениях из одного и того же образца могут извлекаться три или более фракций. Когда из одного образца необходимо извлечь две или более целевых фракций, то извлечение каждой целевой фракции может планироваться отдельно. После того как первая целевая фракция была извлечена из канала в первое запланированное время, параметры электрофореза для канала могут контролироваться так, чтобы привести вторую целевую фракцию в лунку для извлечения во второе запланированное время.

[0066] В некоторых вариантах осуществления электрофорез контролируется в нескольких каналах, чтобы приводить соответствующие несколько первых целевых фракций в лунки для извлечения в нескольких каналах в первое время. Затем может применяться многоканальная пипетка или многоканальный механизм извлечения, чтобы перемещать первую целевую фракцию в соответствующие лунки назначения. Затем электрофорез в нескольких каналах может контролироваться так, чтобы приводить вторые целевые фракции в лунки для извлечения в каналах в одно и то же время. Нет необходимости, чтобы расстояние между первыми целевыми фракциями и вторыми целевыми фракциями в разных каналах было одинаковым. Электрофорез может контролироваться так, чтобы перемешать вторую целевую фракцию в направлении лунки для извлечения быстрее в одних каналах, чем в других. В некоторых вариантах осуществления электрофорез контролируется так, чтобы приводить вторые целевые фракции в лунки для извлечения в одно и то же время в нескольких каналах, так что вторые целевые фракции можно извлекать одновременно с помощью многоканальной пипетки.

[0067] Фиг.2 представляет собой схематическое изображение одного канала 24. Канал 24 содержит дорожку 25 подходящей электрофоритической среды с буферным резервуаром 25А, 25В на каждом конце. Загрузочная лунка 26А располагается в среде 25 возле буферного резервуара 25А. Лунка для извлечения располагается в среде 25 в месте, которое находится на расстоянии от загрузочной лунки 26А в направлении буферного резервуара 25В.

[0068] Также на фиг.2 представлены различные полосы ДНК, которые были перемещены электрофорезом по среде 25 от загрузочной лунки 26А. Поскольку при электрофорезе ДНК различных размеров перемещаются с различными скоростями, полоски в различных положениях представляют ДНК различных размеров. Различные полоски на изображении могут иметь различную плотность. Все полоски могут представлять ДНК, присутствующие в образце. В некоторых вариантах осуществления ДНК известного размера или набора известных размеров (например, шкала ДНК) могут добавляться в образец с целью обеспечения размерной шкалы, которую можно использовать для определения положения целевой ДНК.

[0069] В некоторых вариантах осуществления эталоны оценки размера, такие как ДНК линейки, проводятся в том же канале 24, что и входные образцы. Это гарантирует точность оценки размера по сравнению с вариантами осуществления, в которых эталоны оценки размера и образцы проводятся в отдельных каналах.

[0070] Фиг.2А представляет собой график плотности как функции положения вдоль канала 24. Пики на кривой 27 соответствуют положениям полосок, представленных на фиг.2. Способы, описанные выше, могут идентифицировать пики на кривой 27, соответствующие целевой ДНК, или делать вывод о текущем положении целевой ДНК на основании положений одного или более других пиков, соответствующих ДНК, имеющей известные отношения размера (размеров) с целевой ДНК.

[0071] Некоторые варианты осуществления предоставляют планировщик. Планировщик, например, может быть реализован программным обеспечением. Планировщик может планировать: перемещение образцов в лунки-источники 26А в каналах 24, начало действия электрофореза в каналах 24 и извлечение целевых фракций из лунок 26В для извлечения. В некоторых вариантах осуществления планировщик работает, пока образцы проводятся по каналам 24, и может перепланировать извлечение целевых фракций в ответ на отслеживание продвижения целевой фракции (или полоски, имеющей известное отношение к целевой фракции). Планировщик может сначала планировать извлечение целевой фракции в промежуток времени, который отделен от времени начала электрофореза в канале на период, который длиннее, чем самый короткий период, за который целевая фракция могла бы потенциально продвинуться от лунки-источника 26А в соответствующую лунку 26В для извлечения. В некоторых вариантах осуществления период времени, используемый для этого начального планирования, может быть определен на основании измеренного расстояния от лунки-источника 26А до лунки 26В для извлечения. Период времени может получаться на основании предполагаемой средней скорости целевой фракции, которая меньше, чем максимальная скорость, достижимая в доступном диапазоне параметров электрофореза. Предполагаемая средняя скорость может