CN113249217A - 基于核酸打断仪的自动化核酸打断方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于核酸打断仪的自动化核酸打断方法及***。该方法包括：控制***抓取文库信息单的信息并发出指令；移液工作站根据文库信息单的预设样本标准管中样本保存液浓度和体积、预设取样体积及预设所需耗材，将预设所需耗材从移液工作站的第一预设位置进行自动抓取，摆放到第二预设位置上，将样本从样本标准管中吸取到预设所需耗材中，然后补洗脱缓冲液到固定的体积，样本转移完成；机械臂根据控制***的指令抓取PCR板到封膜机上进行封膜，封膜结束后，机械臂抓取PCR板到离心机上进行离心，离心结束后，机械臂抓取PCR板放到核酸打断仪中进行第一次核酸打断，从而实现低成本、高自动化整合的核酸打断。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术领域，具体而言，涉及一种基于核酸打断仪的自动化核酸打断方法及***。
背景技术
目前，商品化的基因组核酸打断方式包括酶反应打断和超声波打断两种。其中，超声波打断又包括接触性核酸打断和非接触性核酸打断。市场上应用广泛的两种非接触式核酸打断仪器有Covaris和Bioruptor两种，两种仪器各有优缺点。Covaris可以实现单管打断和整板打断，可进行自动化整合，但耗材成本较高；Bioruptor通过人工操作实现单管打断，单次可处理12管，使用普通的耗材，打断成本低，但是存在人工参与度较高，人员利用率低，具有无法进行自动化整合的缺点。而商业化生产需要的是一种既可以整合到自动化产线中，进行核酸的多样化处理，同时又能够满足成本较低需求的新型技术。
发明内容
本发明旨在提供一种基于核酸打断仪的自动化核酸打断方法及***，以实现自动化打断、节省人力资源，降低成本。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于核酸打断仪的自动化核酸打断方法。该自动化核酸打断方法包括以下步骤：控制***抓取文库信息单的信息，分别向移液工作站、机械臂、封膜机和离心机发出指令；机械臂从耗材堆栈和自动化低温培养箱中将样本保存板、自动化移液吸头、洗脱缓冲液板、打断PCR板自动移动到移液工作站的第一预设位上，移液工作站根据文库信息单的预设样本标准管中样本保存液浓度和体积、预设取样体积及预设所需耗材，将预设所需耗材从移液工作站的第一预设位置进行自动抓取，摆放到第二预设位置上，将样本从样本标准管中吸取到预设所需耗材中，然后补洗脱缓冲液到固定的体积，样本转移完成；其中，预设所需耗材为预设的含有打断耗材的PCR板；机械臂根据控制***的指令抓取PCR板到封膜机上进行封膜，封膜结束后，机械臂抓取PCR板到离心机上进行离心，离心结束后，机械臂抓取PCR板放到核酸打断仪中进行第一次核酸打断。
进一步地，在第一次核酸打断结束后，机械臂根据控制***的指令将PCR板抓取放至离心机上进行离心，离心结束后，机械臂将PCR板抓取放至自动化低温培养箱存放或放到核酸打断仪中进行第二次核酸打断，然后将PCR板抓取放至离心机上进行离心，离心结束后，机械臂将PCR板抓取放至自动化低温培养箱存放。
进一步地，PCR板为多个；机械臂依次抓取多个PCR板进行核酸打断、离心及放至自动化低温培养箱存放。
进一步地，当PCR板包括第一PCR板和第二PCR板时，机械臂依次抓取第一PCR板和第二PCR板进行封膜、离心后，机械臂抓取第二PCR板放至自动化低温培养箱存放，然后机械臂抓取第一PCR板放到核酸打断仪中，核酸打断仪依据文库信息单中的文库类型标签，识别样本类型，调用符合样本打断条件的方法进行第一次核酸打断，随后机械臂根据控制***的指令将第一PCR板抓取放至离心机上进行离心，离心结束后，机械臂将第一PCR板抓取放至核酸打断仪中进行第二次核酸打断；机械臂再将第一PCR板抓取放至离心机上进行离心，离心结束后，机械臂将第一PCR板抓取放至自动化低温培养箱存放，抓取第二PCR板进行核酸打断。
进一步地，核酸打断仪为Covaris核酸打断仪。
进一步地，控制***包括MomentumTM***和Lims***。
进一步地，PCR板材为聚丙烯材质96孔板；优选的，PCR板材为127.8*85.5*16.1mmSBS标准板材。
进一步地，打断耗材为直径1.3mm~1.5mm的圆形聚四氟乙烯材质的打断线，打断线裁剪成1.3cm~1.8cm长度大小的线段。
进一步地，PCR板材的每个孔中放入2根打断线。
进一步地，打断过程中8个循环后离心再打断8个循环；当核酸打断产物用于全基因组测序（WGS）文库构建时，打断仪参数为：duration（s）：50，peak power：450，Dutyfactor%：30，Cycles Burst：200，离心后按照上述条件，重复打断一次，打断后进行片段大小分析；当核酸打断产物用于全外显子测序（WES）文库构建时，打断仪参数为：duration（s）：170，peak power：450，Duty factor%：30，Cycles Burst：200，离心后按照上述条件，重复打断一次，打断后进行片段大小分析。
根据本发明的另一方面，提供了一种基于核酸打断仪的自动化核酸打断***。该自动化核酸打断***使用上述任一种自动化核酸打断方法。
应用本发明的技术方案，用于自动化整合的核酸打断仪作为基础打断设备（例如Covaris打断仪），在现有打断技术的基础上，可以通过设置控制***整合离心机、机械臂、移液工作站和核酸打断仪等，例如MomentumTM***和Lims***可以整合离心机、机械臂、移液工作站、打断仪等相关仪器的指令调配，实现可以自动识别特定标签，调用特定程序，调配仪器协作，进行多样化核酸打断的新型模式，实现核酸打断的自动化，节省人力资源，降低成本；进一步的，可以通过替换打断板材及打断棒来降低核酸的打断处理成本，通过调整打断条件来摸索不同片段大小需求的打断参数，从而实现低成本、高自动化整合的核酸打断。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种基于核酸打断仪的自动化核酸打断方法。该自动化核酸打断方法包括以下步骤：控制***抓取文库信息单的信息，分别向移液工作站、机械臂、封膜机和离心机发出指令；机械臂从耗材堆栈和自动化低温培养箱中将样本保存板、自动化移液吸头、洗脱缓冲液板、打断PCR板自动移动到移液工作站的第一预设位上；移液工作站根据文库信息单的预设样本标准管中样本保存液浓度和体积、预设取样体积及预设所需耗材，将预设所需耗材从移液工作站的第一预设位置进行自动抓取，摆放到第二预设位置上，将样本从样本标准管中吸取到预设所需耗材中，然后补洗脱缓冲液到固定的体积，样本转移完成；其中，预设所需耗材为预设的含有打断耗材的PCR板；机械臂根据控制***的指令抓取PCR板到封膜机上进行封膜，封膜结束后，机械臂抓取PCR板到离心机上进行离心，离心结束后，机械臂抓取PCR板放到核酸打断仪中进行第一次核酸打断。
为了更好的满足构建文库的需要，根据本发明一种典型的实施方式，在第一次核酸打断结束后，机械臂根据控制***的指令将PCR板抓取放至离心机上进行离心，离心结束后，机械臂将PCR板抓取放至自动化低温培养箱存放或放到核酸打断仪中进行第二次核酸打断，然后将PCR板抓取放至离心机上进行离心，离心结束后，机械臂将PCR板抓取放至自动化低温培养箱存放。
在本发明中，PCR板可以为多个；机械臂依次抓取多个PCR板进行核酸打断、离心及放至自动化低温培养箱存放。例如， 当PCR板包括第一PCR板和第二PCR板时，机械臂依次抓取第一PCR板和第二PCR板进行封膜、离心后，机械臂抓取第二PCR板放至自动化低温培养箱存放，然后机械臂抓取第一PCR板放到核酸打断仪中，核酸打断仪依据文库信息单中的文库类型标签，识别样本类型，调用符合样本打断条件的方法进行第一次核酸打断，随后机械臂根据控制***的指令将第一PCR板抓取放至离心机上进行离心，离心结束后，机械臂将第一PCR板抓取放至核酸打断仪中进行第二次核酸打断；机械臂再将第一PCR板抓取放至离心机上进行离心，离心结束后，机械臂将第一PCR板抓取放至自动化低温培养箱存放，抓取第二PCR板进行核酸打断。
在本发明一种典型的实施方式中，PCR板材为聚丙烯材质96孔板；优选为127.8*85.5*16.1mm SBS标准板材，。选用这些耗材与Covaris打断仪配合使用，能够很大程度的降低成本。更优选的，打断耗材为直径1.3mm~1.5mm的圆形聚四氟乙烯材质的打断线，打断线裁剪成1.3cm~1.8cm长度大小的线段。此打断耗材配合板材能够得到更好的打断效果。优选的，PCR板材的每个孔中放入2根打断线。
根据本发明一种典型的实施方式，打断过程中8个循环后离心再打断8个循环；当核酸打断产物用于全基因组测序（WGS）文库构建时，打断仪参数为：duration（s）：50，peakpower：450，Duty factor%：30，Cycles Burst：200，离心后按照上述条件，重复打断一次，打断后进行片段大小分析；当核酸打断产物用于全外显子测序（WES）文库构建时，打断仪参数为：duration（s）：170，peak power：450，Duty factor%：30，Cycles Burst：200，离心后按照上述条件，重复打断一次，打断后进行片段大小分析。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种基于核酸打断仪的自动化核酸打断***。该自动化核酸打断***使用上述任一种自动化核酸打断方法。
下面将结合实施例说明本发明的有益效果。
实施例1
1. 打断耗材选择
Covaris原装打断板材价格较高，可用价格较低的打断板材替换，可以极大降低核酸打断的成本。
2. 实验条件：
2.1替换板材及打断参数测试（表1）：
对照组：Covaris打断（原装打断板材），参数：duration（s）：100（用于WGS建库）340（用于WES建库），peak power：450，Duty factor%：30，Cycles Burst：200，打断后进行片段大小分析。
测试组1：Covaris自动化板式打断（替换板材+打断棒，即127.8*85.5*16.1mm SBS标准板材+直径1.3mm-1.5mm的圆形聚四氟乙烯材质的打断线，将打断线裁剪成1.3cm-1.8cm长度大小的线段，然后每个孔中放入2根裁剪好的打断线），参数：duration（s）：100（WGS）340（WES），peak power：450，Duty factor%：30，Cycles Burst：200，打断后进行片段大小分析。
测试组2：Covaris自动化板式打断（替换板材+打断棒，即127.8*85.5*16.1mm SBS标准板材+直径1.3mm-1.5mm的圆形聚四氟乙烯材质的打断线，将打断线裁剪成1.3cm-1.8cm长度大小的线段，然后每个孔中放入2根裁剪好的打断线），参数：duration（s）：50（WGS）170（WES），peak power：450，Duty factor%：30，Cycles Burst：200，离心后按照上述条件，重复打断一次，打断后进行片段大小分析。
表1. 自动化打断片段分布表
最终选择：WGS及WES均采用测试组2的打断方式与对照组最为接近，所以选定测试2作为替换条件的最终选择。
3. 自动化流程整合流程测试：
自动化整合方案：
首先整合自动化机械臂、移液工作站、封膜机、离心机、自动化低温培养箱、自动化打断仪、耗材堆栈，形成了一条完整的自动化产线，然后制作好文库信息单（内容包括样本类型识别标签、样本板孔位信息、样本板取样体积、目的板标签、补充缓冲液体积），将96孔PCR板（板1和板2，即第一PCR板和第二PCR板，含打断耗材），以及实验所需的自动化移液吸头、耗材、试剂、样本标准管放到耗材堆栈上，***中记录好相关位置，启动流程，***抓取文库信息单的信息，在工作站上根据文库信息单标注的补充缓冲液体积和取样体积及所需耗材，根据***中记录的位置进行自动抓取，摆放到规定好的固定位置上，移液工作站将样本从样本标准管中吸取到准备好的含有打断耗材的PCR板中（板1和板2），然后补洗脱缓冲液到固定60μl的体积，样本转移完成后，机械臂会抓取板1和板2到封膜机上进行封膜，封膜结束后，机械臂抓取板1和板2进行离心，离心结束后，板2会被放置在自动化低温培养箱里等待，机械臂抓取板1到自动化打断仪中，***会根据文库类型的特定标签，识别样本类型，调用符合样本打断条件的方法进行核酸打断，第一个循环打断完成后，机械臂抓取板1到离心机进行短暂离心，短暂离心结束后，将板1重新放回自动化打断仪中，进行二次打断，二次打断完成后，机械臂抓取板1到自动化低温培养箱等待，然后将板2放入自动化打断仪中，重复板1的上述打断流程，板1和板2全部完成打断后，会运到样本处理的下一阶段区域，等待新流程的启用，完成样本取样-打断-建库前的整套自动化整合流程。
按照上述自动化整合方案，分别采用对照组和测试组的方式，验证自动化整合流程以及打断效果与原流程是否保持一致。
3.1 WGS建库打断测试
对照组1：采用对照组打断条件，分别挑选动物和植物各3个物种，每个物种选取3个样本进行打断，进行片段分析对照，同时进行后续建库，对比试验数据结果。
测试组1：采用测试组2打断条件，分别挑选与对照组相同的动物和植物各3个物种，每个物种选取3个样本进行打断，进行片段分析对照，同时进行后续建库，对比试验数据结果详细数据入下（表2和表3）：
表2. WGS自动化测试数据分析详情表
表3. WGS自动化打断测试数据汇总表
结论：测试组与对照组从库容及生信数据各指标无明显差异，说明可以替换原有技术流程。
3.2 WES建库打断测试
对照组2：采用对照组WES打断条件，分别挑选人的样本各3个，进行后续建库，对比试验数据结果。
测试组2：采用测试组2 WES打断条件，挑选与对照组相同的人样本各3个，进行后续建库，对比试验数据结果，详细数据如下表4和表5：
表4. WES自动化打断测试数据汇总表
表5. WES自动化打断测试数据汇总表
结论：测试组2与对照组2从库容及生信数据各指标无明显差异，可以替换原有技术流程
最终结论：自动化整合流程可以稳定运行，自动识别处理不同类型的核酸，采用替换耗材以及测试2的打断条件可以替换现有技术，并且满足WGS&WES的二代建库测序需求。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本申请首先选择了可以用于自动化整合的Covaris设备作为基础打断设备，在现有Covaris板式打断技术的基础上，通过替换打断板材及打断棒来降低核酸的打断处理成本，通过调整打断条件来摸索不同片段大小需求的打断参数，最后通过MomentumTM&Lims***以及可以整合的离心机、机械臂、移液站、打断仪等相关仪器的指令调配，实现可以自动识别特定标签，调用特定程序，调配仪器协作，进行多样化核酸打断的新型模式，从而弥补现有技术中任意单一仪器技术无法实现的低成本、高自动化整合的技术缺陷。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种基于核酸打断仪的自动化核酸打断方法，其特征在于，包括以下步骤：
控制***抓取文库信息单的信息，分别向移液工作站、机械臂、封膜机和离心机发出指令；
所述移液工作站根据所述文库信息单的预设样本标准管中样本保存液浓度和体积、预设取样体积及预设所需耗材，将所述预设所需耗材从所述移液工作站的第一预设位置进行自动抓取，摆放到第二预设位置上，将样本从样本标准管中吸取所述预设取样体积到所述预设所需耗材中，然后补洗脱缓冲液到固定的体积，样本转移完成；其中，所述预设所需耗材为预设的含有打断耗材的PCR板；
所述机械臂根据所述控制***的指令抓取所述PCR板到所述封膜机上进行封膜，封膜结束后，所述机械臂抓取所述PCR板到所述离心机上进行离心，离心结束后，所述机械臂抓取所述PCR板放到所述核酸打断仪中进行第一次核酸打断。
2.根据权利要求1所述的自动化核酸打断方法，其特征在于，在所述第一次核酸打断结束后，所述机械臂根据所述控制***的指令将所述PCR板抓取放至所述离心机上进行离心，离心结束后，所述机械臂将PCR板抓取放至自动化低温培养箱存放或放到所述核酸打断仪中进行第二次核酸打断，然后将所述PCR板抓取放至所述离心机上进行离心，离心结束后，所述机械臂将PCR板抓取放至自动化低温培养箱存放。
3.根据权利要求2所述的自动化核酸打断方法，其特征在于，所述PCR板为多个；所述机械臂依次抓取多个所述PCR板进行核酸打断、离心及放至自动化低温培养箱存放。
4.根据权利要求3所述的自动化核酸打断方法，其特征在于， 当所述PCR板包括第一PCR板和第二PCR板时，所述机械臂依次抓取所述第一PCR板和所述第二PCR板进行封膜、离心后，所述机械臂抓取所述第二PCR板放至自动化低温培养箱存放，然后所述机械臂抓取所述第一PCR板放到所述核酸打断仪中，所述核酸打断仪依据所述文库信息单中的文库类型标签，识别样本类型，调用符合样本打断条件的方法进行第一次核酸打断，随后所述机械臂根据所述控制***的指令将所述第一PCR板抓取放至所述离心机上进行离心，离心结束后，所述机械臂将所述第一PCR板抓取放至所述核酸打断仪中进行第二次核酸打断；所述机械臂再将所述第一PCR板抓取放至所述离心机上进行离心，离心结束后，所述机械臂将所述第一PCR板抓取放至自动化低温培养箱存放，抓取所述第二PCR板进行核酸打断。
5.根据权利要求1所述的自动化核酸打断方法，其特征在于，所述核酸打断仪为Covaris核酸打断仪。
6.根据权利要求1所述的自动化核酸打断方法，其特征在于，所述控制***包括MomentumTM***和Lims***。
7.根据权利要求1所述的自动化核酸打断方法，其特征在于，所述PCR板材为聚丙烯材质96孔板。
8.根据权利要求7所述的自动化核酸打断方法，其特征在于，所述PCR板材为127.8*85.5*16.1mm SBS标准板材。
9.根据权利要求1所述的自动化核酸打断方法，其特征在于，所述打断耗材为直径1.3mm~1.5mm的圆形聚四氟乙烯材质的打断线，所述打断线裁剪成1.3cm~1.8cm长度大小的线段。
10.根据权利要求9所述的自动化核酸打断方法，其特征在于，所述PCR板材的每个孔中放入2根所述打断线。
11.根据权利要求5所述的自动化核酸打断方法，其特征在于，打断过程中8个循环后离心再打断8个循环；当核酸打断产物用于全基因组测序文库构建时，所述打断仪参数为：duration（s）：50，peak power：450，Duty factor%：30，Cycles Burst：200，离心后按照上述条件，重复打断一次，打断后进行片段大小分析；
当核酸打断产物用于全外显子测序文库构建时，所述打断仪参数为：duration（s）：170，peak power：450，Duty factor%：30，Cycles Burst：200，离心后按照上述条件，重复打断一次，打断后进行片段大小分析。
12.一种基于核酸打断仪的自动化核酸打断***，其特征在于，所述自动化核酸打断***使用权利要求1至11中任意一项所述的自动化核酸打断方法。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210813 |