세 방향에서 높은 역동성 및 정밀도 : 게놈 시퀀싱을 위한 포지셔닝 시스템

COVID-19에 맞서

Solexa-Illumina 방식이라고도 알려진 “Sequencing-by-Synthesis” 방식은 모든 차세대 염기서열분석(NGS) 중에서 가장 널리 사용되는 방법입니다. 우한의 한 연구소에서 2020년 1월, SARS-COV2 바이러스의 RNA 지문을 식별하는 데 사용되었으며, 이후 전 세계 연구기관에서 활용 중입니다. 이 NGS 방법은 오늘날 SARS-COV2 바이러스의 돌연변이를 지속적으로 감시하기 위해 사용됩니다. 이미징 광학과 플로우 셀의 모션 및 포지셔닝을 위한 서브 시스템은 이 방법에서 결정적인 역할을 합니다.

XYZ 광학 이미지 스캐닝

Sequencing-by-Synthesis 방식은 전체 샘플 영역의 매우 정밀하고 빠른 XYZ 광학 영상 스캔을 기반으로 합니다.

플로우 세포를 플러싱하기 전에, 전장 유전체는 쇼트건 기법에 의해 다량의 짧은 조각들로 만들어집니다. 이 조각들은 플로우 셀 채널의 바닥에 최종적으로 부착되기 전에 PCR로 증폭되고 단일 스트랜드(oligo strands)로 분할됩니다. 여기서부터 염기쌍의 순차적 재조합이 수직으로 시작하고 각 재조합은 형광 신호로 표시됩니다. 염기쌍은 네 개의 다른 뉴클레오티드를 포함하므로 네 가지 형광 색상이 나타납니다.

고속 플러싱 및 워싱 사이클에서 난류를 줄이고 층류를 달성하기 위해 여러 개의 병렬 채널이 있는 플로우 셀이 사용됩니다. 일반적인 채널 폭은 밀리미터입니다. 이 미세유체 펌핑 및 흡인은 멤브레인 펌프 플레이트, 벤더 또는 튜브 형태의 피에조 액추에이터로 빠르고 정확하게 수행할 수 있습니다.

각 뉴클레오티드 플러싱 후 전체 플로우 셀의 판독은 네 개의 레이저 파장을 가진 XY 스캔에 의해 수행되어야 합니다. 이를 위해서는 모든 XY 위치 및 올바른 Z 레벨에서 레이저 여기 및 판독을 위한 빠르고 정확한 모션 드라이브 조합이 필요합니다. 모든 XY 좌표에서 Z 초점 조정을 수행한 다음 일반적으로 구불구불하게 XY 평면을 스캔합니다.

각각의 플러싱 및 세척 사이클 후 2차원 형광 데이터를 얻을 수 있습니다. 각 형광 신호는 재조합 염기쌍에서 하나의 뉴클레오티드를 나타냅니다.

PI 모션 솔루션

XYZ 스캔의 경우 세 개의 드라이브가 필요하며 일반적으로 장비의 셀 교환 후 전체 플로우 셀을 올바르게 배치하기 위한 로테이션 드라이브가 필요합니다. 즉, 총 4개의 정밀 드라이브가 필요합니다.

Z-Drive (Focus Drive)

Typical requirements are:
 

  • Max. stroke >5 mm
  • Max. speed >25 mm/s
  • Payload >500 g
  • Accuracy <3 µm
  • Repeatability <300 nm

XY-Drives (Sample Stage)

Typical requirements are:
 

  • Max. travel range >100 mm x 100 mm
  • Max. speed >200 mm/s
  • Payload >2 kg
  • Accuracy <3 µm
  • Repeatability <500 nm
  • Step & settle in raster scan 1,5 mm in < 40 ms

Rotary-Drive (Sample Alignment after Exchange)

Typical requirements are:
 

  • Max. stroke >10°
  • Max. speed >5°/s
  • Payload >0,5 kg
  • Accuracy <1 mrad
  • Repeatability <0,1 mrad

PI 피에조 액추에이터

피에조 액추에이터는 최대 수 kHz의 주파수로 작동하며, 밀리-, 마이크로-, 나노디스펜싱 애플리케이션에 이상적입니다. 밸브를 직접 전환하고, 용적 변위를 위해 잠금 스프링 또는 유연한 튜브에 작용하여 맴브레인 펌프와 같은 미세유체 반응량 내에서 액체를 운반할 수 있습니다.



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Brochure

Genome Sequencing - Sequencing-by-Synthesis Method

버전 / 날짜
FLY61E
문서 언어 영어
pdf - 931 KB


저자 정보

Dr. Thomas Bocher

Head of the Life Science & Microscopy Market Segment, Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG

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저자 정보

Markus Wiederspahn

Global Campaign Manager, Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG

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