CN107677803A - 一种用于液相芯片分析仪的编解码系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于液相芯片分析仪的编解码系统，其包括：微球阵列，其由不同的编码地址组成；编码微球，其对应所述微球阵列上的唯一编码地址，所述编码微球固接可特异性结合待测样本的捕获单元，所述待测样本还特异性结合有荧光报告分子；标识微球，其对应所述微球阵列上的唯一编码地址，所述标识微球固接有不同浓度的所述荧光报告分子。本发明还公开了一种用于液相芯片分析仪的编解码方法，其依据检测得到的样本类别选择对应的检测方法。本发明能解决目前人工设定样本检测类型对批量检测效率带来的影响，及批量检测过程中低分辨要求编码检测形成的性能冗余带来的成本、通量损耗的问题，从而显著提高批量检测的效率。

Description

一种用于液相芯片分析仪的编解码系统及方法

技术领域

本发明涉及一种液相芯片分析仪的编解码系统及方法。更具体地说，本发明涉及一种液相芯片编解码系统及方法的优化，用于批量检测多类型样本时，根据样品类别实现测量结果的自动处理及仪器控制。

背景技术

液相芯片解码分析仪是一种用于检测样本中生物分子种类及含量的生物医学分析仪器，具有一次并行检测生物样本中多达百种不同生物分子的能力。检测过程的高通量是所述技术的优势也是使用者对这一技术的需求，这一技术常用在批量检测的场合。

现有检测过程需要在96孔盘中处理样品后在软件上对每个样品孔位的检测类别进行人工设定，需要耗费大量的人力并大大降低了检测的效率。另一方面，仪器的检测能力需要通过解析样本中添加的编码微球来实现，其中微球通过其上编码标记为不同的种类并特异性结合相应的生物分子。所以对于微球编码的正确解析是准确区分并测量样本中被测分子的前提。所述编码是通过微球中包被不同种类不同数量的荧光基团实现的多维编码。由于荧光光谱带宽和信号强度探测动态范围的限制，当所需编码总数较多的时候，各级编码采用的基团数量区分度通常较小，导致对仪器检测性能指标更为依赖。为了配合这种“高密编码”的解析，仪器需要提高鞘液的流量，同时降低样本进样的速度来稳定微球通过检测区的过程，以期获得更为准确的检测结果，避免解码失误。然而所述措施同时也意味着消耗品即检测成本的增加以及检测通量的降低，显然对并行检测要求不高的“低密编码”来说是一种极大的资源浪费，尤其在批量检测中这一情况更为凸显。虽然也有专利(US20100241360A)针对液相芯片解码分析仪的微球编解码做出过改进处理，但其侧重点在于软件算法解析速度上的提升，对于检测过程中所述存在的问题并没有直接帮助。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种液相芯片分析仪的编解码系统，其能够自动识别被测样本类别，并能提示仪器自动适应该被测样本类别的检测方法。

本发明还有一个目的是通过液相芯片分析仪的编解码方法，其能通过对应的仪器操作解决目前人工设定样本检测类型对批量检测效率带来的影响，及批量检测过程中低分辨要求编码检测形成的性能冗余带来的成本、通量损耗的问题，从而显著提高批量检测的效率。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于液相芯片分析仪的编解码系统，其包括：

微球阵列，其由不同的编码地址组成；

编码微球，其对应所述微球阵列上的唯一编码地址，所述编码微球固接可特异性结合待测样本的捕获单元，所述待测样本还结合有报告荧光染料；

标识微球，其对应所述微球阵列上的唯一编码地址，所述标识微球固接有不同数量的所述报告荧光染料。

优选的是，其中，所述微球内具有一种或多种光谱特性的分类荧光染料。

优选的是，其中，所述编码地址通过微球内分类荧光染料受激发出的离散荧光强度值表示。

现有液相芯片体系由许多大小均一的编码微球构成，每种微球上固定有特定的捕获单元，将这些微球悬浮于一个液相体系中，就构成了一个液相芯片系统，利用这个系统可以对同一个样品中的多种分子进行并行检测。

在液相系统中，为了区分微球捕获的样品分子种类，每一种固定有特定捕获单元的微球都有一个对应的编码地址。在微球制造过程中会对其掺入不同数量的一种或多种分类荧光染料。通过分类荧光染料多少的控制，能够在该染料对应荧光波长上形成多个层级的分类荧光信号光强。进而形成以颜色(荧光波长)为维度，分类荧光信号光强为维度值的阵列，阵列中的每个点为一个光谱地址即所述微球的编码地址。不同微球在分类激光激发下产生荧光形成的光谱地址互不相同，是识别不同微球的唯一途径，也是识别微球特异性结合分子种类的唯一途径。此外，每种样品分子还通过结合具有量化通道荧光信号的荧光报告基团，用于分别指示每种样品分子的浓度。

本申请方法在原有编码阵列中选取特定的一个或多个编码作为标识编码以用来区分所测样本的种类。所述具有标识编码的微球作为标识微球，其上不再偶联用于特异性结合生物分子的捕获单元。相应地所述标识微球会直接包被或偶联具有量化通道荧光信号的报告荧光染料，所述报告荧光染料在通过检测区时受激发出量化通道荧光强度。

所述标识微球的每种编码为一个维度，标识微球上的量化荧光强度为该维度的值，通过一种或多种编码的标识微球形成一种或多种维度，并与各维度上不同的量化荧光信号强度值形成阵列作为种类编码阵列。该种类编码阵列不再用于指示微球结合分子的种类，而是用于指示该微球为样本分类用微球(标识微球)。通过对所述种类编码加以解析，即可判断出所测样本的类别，进而提示仪器适用对应的检测方法。

优选的是，其中，所述标识微球的种类为1种或多种，以适用所需区分的样本的类别。

优选的是，所述编码微球和标识微球以独立分装或预混合的形式加入到待测样本溶液中，在检测试剂出厂时，即可将两类微球混合以简化后续样本检测时的人工操作。

本发明的目的还可以进一步由用于液相芯片分析仪的编解码的方法来实现，该方法包括如下步骤：

步骤一：编码微球和标识微球的编码：

每一个编码微球的编码地址对应待测样本的分子种类；

选取编码阵列中的一个或多个编码地址作为标识微球的一个或多个维度，每个标识微球固接的荧光报告染料受激发出的荧光强度作为该标识微球的维度值，所述维度和维度值形成样本的类别阵列；

步骤二：样本的检测与解码：

依据待测样本类别将标识微球与普通编码微球一同加入到待测样本中，并通过液相芯片解码分析仪对待测样本加以检测，分类通道采集所述编码地址，量化通道采集所述荧光强度，解码分析仪通过编码微球的编码地址判断待测样本的分子种类，通过标识微球的编码地址和荧光强度判断待测样本的类别；

步骤三：检测数据的处理与分析：

解码分析仪依据检测得到的样本类别自动选择对应的检测方法，所述检测方法包含仪器运行状态的操控及数据处理方法的适用，采用标识微球后，仪器操作人员无需再进行软件界面上每个孔位样本检测类型的设定，从而降低批量检测时的工作量。

优选的是，其中，所述仪器操控是在解码判断出所测样本类别后依据该类样本检测对仪器性能要求的不同对仪器状态进行的调整，其包括进样流速、鞘液流速的改变，样本采集效果的判断，以及检测终止的判断等；

所述数据处理方法是在解码分析得出所测样本类别后自动适用对应的数据处理方法，其包含检测结果可靠性的判断、数据的统计方法、以及样本浓度的标准曲线的适用等。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)本发明在没有增加检测通道或增加激光器的基础上，即可实现了样本类别的自动识别，并对不同的样本自动适用不同的检测过程，显著提高了检测通量；

(2)本发明大大简化了现有样本检测方法中样品类别需要人工设定的步骤，显著提高了检测的效率。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的用于液相芯片分析仪的编码的一个实施例；

图2为液相芯片解码仪的一种结构示意图；

图3为本发明解码过程以及进而提示仪器适用对应的检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1示出了根据本发明的一种用于液相芯片分析仪编码的实现形式，其中：浅色编码点1为标识编码，深色编码点2为传统分类编码。通过在分类通道内传统编码矩阵上选取一个或若干个编码地址作为标识编码，而具有标识编码的微球上不再特异性结合样本中的任何被测物，而是直接携带有量化通道对应的标识物如荧光蛋白。通过标识微球上携带标识物信号强度的差异配合其他标识微球上对应的不同强度阶梯形成新的编码来标识被测样本的类别。以量化通道形成十种信号强度梯度的情况计算，单个标识编码即可用来标识10种类别的样本，采用两种标识编码则能够区分100类检测样本，以此类推，如图1所示的采用四种标识编码的方式能够区分种1万种样本类别，具有很强大的编码潜力。

图2示出了一种典型的液相芯片解码分析仪结构，激光器3发出的荧光在样品池4处激发微球上的荧光基团发出相应的光信号。光信号被二向色镜8按波长分配到不同的采集通道并被相应的探测器接收(图中5为两个分类通道，6为报告通道，7为双球甄别通道)。分类通道采集的信号通过散点图的形式能够形成编码矩阵，其上每一个编码点代表一种微球。量化通道即报告通道获取的数据通过直方图呈现，能够获得对应微球上量化信号的强度分布。

编码解析与进一步操作的实施过程如流程图3所示。

操作人员在进行样本制备时，依据样本类别将标识微球与普通编码微球一同加入到被测样本中(可以在试剂出厂时即将两类微球混合以简化后续人工操作)，并通过液相芯片解码分析仪对样本加以检测。仪器初始上样时采用中速方式，待检测到少量标识微球并排除携带污染的干扰后对样本类别加以判断，并以此做出进样保持、降速、加速中的一种操作以配合在检样本类型的检测需求(一些样本中分子浓度经验值较低，需要慢速上样以增强液流系统的稳定性，保证检测结果的准确性；反之样本分子浓度经验值高的样本，信号强度较强，则可以采用高速上样以提高检测通量，两者的通量差别能够达到3-5倍)。而后，不同的样本依据其标识微球的编码适用不同的检测方法，包括样本采集效果评判、采集过程的终止等操作。在获取了样本的检测结果后，进一步地，系统依据样本的标识编码对其进行对应的分析操作，选取预设的统计参数作为该样本的特征值适用与样本对应的浓度标准曲线，自动得出每一例样本的检测结果。更进一步地，系统能够依据标识微球的编码对批量样本的检测结果加以分类，并依据预设对同一类样本的检测结果加以整合统计，再通过对应的显示方式呈现给操作者，更加方便操作者对检测结果的整体把握与进一步利用。这些原本需要操作者人工设定的步骤与方法通过本发明能够自动判断并实现。以一片96孔盘的检测过程为例，每个孔位的设定时间以10秒计算，单板人工设定时间即需要16分钟，在批量检测过程中需要采用多片孔板时，机时耗费更为明显。而通过本发明则能够将所述人工设定时间完全节省下来，还能够在多孔板转换时避免对人工设定操作的等待，进一步提高了检测的效率与通量，并无需操作人员的职守，降低了检测过程对人力资源的占用。

需要注意的是，这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的用于液相芯片分析仪编码系统及方法的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种用于液相芯片分析仪的编解码系统，其特征在于，包括：

微球阵列，其由不同的编码地址组成；

编码微球，其对应所述微球阵列上的唯一编码地址，所述编码微球固接有可特异性结合待测样本的捕获单元，所述待测样本还结合有报告荧光染料；

标识微球，其对应所述微球阵列上的唯一编码地址，所述标识微球固接有不同数量的所述报告荧光染料。

2.如权利要求1所述的用于液相芯片分析仪的编解码系统，其特征在于，所述微球内具有一种或多种光谱特性的分类荧光染料。

3.如权利要求2所述的用于液相芯片分析仪的编解码系统，其特征在于，所述编码地址通过微球内分类荧光染料受激发出的离散荧光强度值表示。

4.如权利要求1所述的用于液相芯片分析仪的编解码系统，其特征在于，所述标识微球的种类为1种或多种。

5.如权利要求1所述的用于液相芯片分析仪的编解码系统，其特征在于，所述编码微球和标识微球以独立分装或预混合的形式加入到所述待测样本溶液中。

6.一种将权利要求1-5所述系统用于液相芯片分析仪的编解码方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：编码微球和标识微球的编码：

每一种编码微球的编码地址对应待测样本的分子种类；

选取编码阵列中的一个或多个编码地址作为标识微球的一个或多个维度，每个标识微球固接的报告荧光染料受激发出的荧光强度作为该标识微球的维度值，所述维度和维度值形成待测样本的类别阵列；

步骤二：待测样本的检测与解码：

依据待测样本类别将标识微球与普通编码微球一同加入到待测样本中，并通过液相芯片解码分析仪对待测样本加以检测，分类通道采集所述编码地址，量化通道采集所述荧光强度，解码分析仪通过编码微球的编码地址判断待测样本的分子种类，通过标识微球的编码地址和荧光强度判断待测样本的类别；

步骤三：检测数据的处理与分析：

解码分析仪依据检测得到的样本类别自动选择对应的检测方法，所述检测方法包含仪器运行状态的操控及数据处理方法的适用。

7.如将权利要求6所述的用于液相芯片分析仪的编解码方法，其特征在于，所述仪器操控包括进样流速、鞘液流速的改变，样本采集效果的判断，以及检测终止的判断；

所述数据处理方法包含检测结果优劣判断标准、数据统计方法、以及样本浓度标准曲线的适用。