[发明专利]用于包含三维核酸的基质容积成像的设备和方法

说明书

提供了细胞内核酸的三维基质容积成像的方法。提供了用于核酸的三维基质容积成像和测序的自动化设备。

相关申请数据

本申请要求于2015年11月03日提交的美国临时申请号62/250,182号的优先权，其通过引用纳入本文用于所有目的。

政府权益的声明

该发明是在国家卫生研究院(National Institutes of Health)授予的资助号P50HG005550，国家卫生研究院授予的资助号RC2HL102815，国家卫生研究院授予的资助号MH098977，国家卫生研究院授予的资助号GM080177以及国家科学基金(National ScienceFoundation)资助号DGE1144152下由政府支持所完成的。政府对本发明享有某些权利。

发明领域

本发明涉及用于核酸的三维基质容积成像的设备和方法，其中，该核酸已经在该基质内被扩增、检测和测序。

背景技术

因为诸如RNA和蛋白质的许多基因产物在其作用区域富集，所以其位置对其功能提供了重要的线索。这样的性质已经被用于生物学研究许多领域中的原位荧光杂交，免疫组织化学和组织特异性报告试验。大多数的光学测序方法利用二维固体基材或微孔/维室以在测序过程中固定测序模板，从而维持光学检测的空间不变性，并且因此能够重建单个核酸模板序列。在两种情况中，信号的光学检测最多出现在两维平面。

发明概述

本发明的实施方式涉及三维基质内(如固定的生物样品内)核酸的容积成像(volumetric imagining)，以及用于三维基质内(如在固定的生物样品内)核酸容积成像的设备。容积成像在三维空间内检测荧光编码的或光学编码的信号。根据一个方面，三维基质内分子的三维定位是确定的。根据某些方面，提供了用于以容积检测、成像和重建的方法对任意体积进行成像的方法。示例性的容积检测方法包括对利用光学切割(sectioning)(例如，在整个体积中对图像进行二维采集)以及不利用光学切割(例如，数字全息和物理切割)的光学切片进行容积成像的方法。

本公开的方面可以包括这样的原位核酸测序方法，其在测序期间使用三维基质固定核酸测序模板，保持测序模板之间的三维空间关系，进行序列和三维位置信息的检测和重建。本文所述示例性方法还涉及重建三维生物学特征，如蛋白质和细胞膜。示例性的容积成像方法包括本文所述以及本领域已知的，这些方法系统地或以其他方式在三维空间内测量光信号。因此，本公开的方面包括用于原位测序的核酸容积成像的方法和设备。本公开的方面进一步包括用于原位测序的核酸容积成像的自动化方法和设备，其包括原位测序方法或设备，流体方法(fluidics method)或试剂递送方法或设以调节试剂流动并且递送试剂，以及容积成像方法或设备，用于成像和/或检测来自原位测序的核酸或其他感兴趣的分子或结构的光信号。根据某些方面，本文所述方法和设备并不限于核酸。三维基质内可以例如使用可检测的部分(如荧光部分和本领域技术人员已知的其他可检测部分)检测的任何分子或结构都可以是本文所述容积成像方法的对象。这样的分子或结构可以包括DNA、RNA、蛋白质、生物分子、细胞结构等。