背景技术：
1、转录组是细胞表型重要的介导物。细胞rna反应了基因组的状态，并且还产生包含细胞主要物质表现的所有蛋白质。因此，据信检测rna分子产生了对细胞表型的深刻理解。然而，检测rna仅能够对基因组、蛋白质组、代谢组的状态和分子状态空间的维度做出推断。仍然存在对于将rna荧光原位测序(fisseq)与其他分子检测方案组合以形成整合的全组学(panomic)检测平台的方法的需求。
技术实现思路
0、发明概述
1、在一方面，本公开提供了用于检测和鉴定生物样品的一种或多种生物分子的系统。该系统可以包括：容器，所述容器包含(i)包含所述一种或多种生物分子的所述生物样品和(ii)膨胀剂和接合部分，其中所述膨胀剂在施加刺激后可以活化而增大体积，从而产生包含所述生物分子的三维基质，其中所述刺激是电磁刺激、电化学刺激或热刺激，其中所述一种或多种生物分子经由所述接合部分而与所述三维基质偶联，并且其中所述三维基质保留生物样品内所述生物分子的绝对或相对空间关系。
2、在另一方面，本公开还提供了用于检测和鉴定生物样品的一种或多种生物分子的系统。该系统可以包括：容器，所述容器包含(i)包含所述一种或多种生物分子的所述生物样品和(ii)膨胀剂和接合部分，其中所述膨胀剂在施加刺激后可活化，从而产生包含所述生物分子的三维基质，其中所述刺激不是液体，其中所述一种或多种生物分子经由所述接合部分而与所述三维基质偶联，并且其中所述三维基质保留生物样品内所述生物分子的绝对或相对空间关系。
3、在一些实施方式中，所述三维基质包含所述含有所述生物分子的生物样品。在一些实施方式中，该系统还包括与所述容器操作性地偶联的所述刺激的源，其中向所述膨胀剂施加所述刺激激活所述膨胀剂形成所述三维聚合物基质，其中三维聚合物基质保留所述生物分子在所述生物样品内的绝对或相对空间关系。在一些实施方式中，该系统还包含与所述刺激的所述源操作性地偶联的一个或多个计算机处理器，其中所述一个或多个计算机处理器经单独地或共同地编程以指导所述刺激的所述源向所述膨胀剂施加所述刺激，从而激活所述膨胀剂以形成所述三维聚合物基质。在一些实施方式中，所述生物样品是细胞或其衍生物。在一些实施方式中，所述生物分子是核糖核酸分子(rna)，脱氧核糖核酸分子(dna)或rna和dna。在一些实施方式中，所述电化学刺激是电化学反应。在一些实施方式中，所述膨胀剂被进一步设置成用作收缩剂(contracting agent)。在一些实施方式中，所述收缩剂是光激活的收缩剂，电化学激活的收缩剂或热激活的收缩剂。在一些实施方式中，所述膨胀剂包含螯合官能。在一些实施方式中，所述膨胀剂包含乙二胺四乙酸(edta)。在一些实施方式中，所述edta是邻硝基苄基笼状edta或醌-酯保护的edta。在一些实施方式中，三维基质被设置成在膨胀剂激活后膨胀1.1至10倍。在一些实施方式中，所述一个或多个生物分子的绝对或相对空间关系在三维基质膨胀后保留。在一些实施方式中，接合部分包括或者可操作地偶联反应性基团。在一些实施方式中，接合部分包括胺、硫醇、叠氮、炔烃或点击反应性基团。在一些实施方式中，接合部分包括可聚合(polymerizeable)基团。
4、在一些实施方式中，本公开包括使用本文所述的三维基质的方法，其包括：经由光、电化学或热使三维基质膨胀。在一些实施方式中，该方法还包括在所述膨胀后将用于荧光原位测序(fisseq)的试剂流入三维基质中。在一些实施方式中，该方法还包括经由光、电化学或热使三维基质收缩(contract)。
5、在另一方面，提供了用于原位检测或鉴定生物样品内的生物分子的方法。所述方法包括：提供容器，所述容器包含(i)包含所述生物分子的所述生物样品和(ii)膨胀剂和接合部分，其中所述膨胀剂在施加刺激后可被活化，从而产生包含所述生物分子的三维基质，其中所述刺激是电磁刺激、电化学刺激或热刺激；以及向所述膨胀剂施加所述刺激，从而激活所述膨胀剂以生成包含所述生物分子的三维基质，其中所述生物分子经由所述接合部分而与所述三维基质偶联，其中三维基质保留生物样品内所述生物分子的绝对或相对空间关系。
6、在另一方面，本公开还提供了用于原位检测或鉴定生物样品内的生物分子的方法。所述方法包括：提供容器，所述容器包含(i)包含所述生物分子的所述生物样品和(ii)膨胀剂和接合部分，其中所述膨胀剂在施加刺激后可被活化，从而产生包含所述生物分子的三维基质，其中所述刺激不是液体；以及向所述膨胀剂施加所述刺激，从而激活所述膨胀剂以生成包含所述生物分子的三维基质，其中所述生物分子经由所述接合部分而与所述三维基质偶联，其中三维基质保留生物样品内所述生物分子的绝对或相对空间关系。
7、在一些实施方式中，所述三维基质包含所述含有所述生物分子的生物样品。在一些实施方式中，所述生物样品是细胞或其衍生物。在一些实施方式中，该方法还包括检测所述三维基质中所述生物分子的至少一个子集。在一些实施方式中，该方法还包括施加所述刺激的源，其中所述源操作性地偶联所述容器，其中所述施加激活所述膨胀剂形成所述三维聚合物基质，其中三维聚合物基质保留所述生物分子在所述生物样品内的绝对或相对空间关系。在一些实施方式中，所述施加所述源包括在一个或多个计算机处理器的协助下将所述刺激的所述源导向所述膨胀剂，所述计算机处理器单独地或共同地经编程以指导所述源。
8、在一些实施方式中，所述膨胀剂被进一步设置成用作收缩剂。
9、在一些实施方式中，该方法还包括经由光、电化学或热使三维基质收缩。
10、在另一个方面，本公开提供了聚合的三维基质，用于鉴定一种或多种生物分子。该聚合的三维基质包括：包含骨架的三维聚合物；和与三维聚合物的骨架偶联的接合部分，其中接合部分被设置成保留三维聚合物内一种或多种生物分子的绝对或相对空间关系，其中聚合的三维基质不包含用于鉴定一种或多种生物分子的探针。
11、在一些实施方式中，接合部分被设置成捕获探针。在一些实施方式中，三维聚合物基质被设置成捕获探针。在一些实施方式中，聚合的三维基质还包含与三维聚合物整合的生物样品，并且其中接合部分被设置成保留生物样品内一种或多种生物分子的绝对或相对空间关系。在一些实施方式中，接合部分被设置成捕获与所述一种或多种生物分子偶联的探针。在一些实施方式中，骨架是聚(乙烯乙二醇)骨架。在一些实施方式中，接合部分以瓶刷(bottle brush)拓扑结构与骨架偶联。在一些实施方式中，接合部分包括反应性基团。在一些实施方式中，接合部分包括胺、硫醇、叠氮、炔烃或点击反应性基团。在一些实施方式中，接合部分包括可聚合基团。
12、在另一方面，本公开还提供了使用本文所述聚合的三维基质检测生物分子的方法，其包括：提供聚合的三维基质；使所述探针流入聚合的三维基质；和捕获聚合的三维基质中的探针。在一些实施方式中，该方法还包括检测探针。在一些实施方式中，该方法还包括经由探针对靶序列进行测序。在一些实施方式中，所述使探针流入包括将与待通过探针检测的生物分子偶联的探针流入。在一些实施方式中，所述捕获所述探针包括经由接合部分捕获所述探针。
13、在另一个方面，本公开提供了用于鉴定一种或多种生物分子的方法。该方法包括：提供容器，所述容器包括所述一种或多种生物分子以及聚合的三维基质，所述聚合的三维基质包含(i)含有骨架的三维聚合物和(ii)与三维聚合物的骨架偶联的接合部分，其中接合部分被设置成保留三维聚合物内一种或多种生物分子的绝对或相对空间关系，并且其中所述三维聚合物不包含用于鉴定所述一种或多种生物分子的探针；和引导所述探针通过所述聚合的三维基质。
14、在一些实施方式中，所述一种或多种生物分子包含于细胞或其衍生物。在一些实施方式中，所述一种或多种生物分子包含于源自所述细胞的细胞基质。在一些实施方式中，该方法还包括捕获所述聚合的三维基质内的所述探针。在一些实施方式中，捕获所述探针包括经由所述接合部分捕获所述探针。在一些实施方式中，所述探针与所述一种或多种生物分子偶联。在一些实施方式中，该方法还包括检测所述一种或多种生物分子。在一些实施方式中，该方法还包括对所述一种或多种生物分子进行测序。在一些实施方式中，骨架是聚(乙烯乙二醇)骨架。在一些实施方式中，接合部分以瓶刷拓扑结构与骨架偶联。在一些实施方式中，接合部分包括反应性基团。在一些实施方式中，接合部分包括胺、硫醇、叠氮、炔烃或点击反应性基团。在一些实施方式中，接合部分包括可聚合基团。
15、在另一方面，本公开提供了检测生物样品的多种生物分子的方法，其包括：提供所述生物样品，所述生物样品包含至少2种不同类型的多种生物分子；原位修饰所述多个生物分子以包含接合部分；将所述接合部分与三维聚合物基质原位连接，其中所述接合部分被设置成保留所述生物样品内所述多个生物分子的绝对或相对空间关系；和原位检测所述多个分子的至少一个子集。
16、在一些实施方式中，对所述生物分子进行光学检测。在一些实施方式中，对所述生物分子进行荧光检测。在一些实施方式中，所述生物样品是细胞或其衍生物。在一些实施方式中，所述生物样品是源自所述细胞的细胞基质。在一些实施方式中，生物分子包含脱氧核糖核酸(dna)、蛋白质和小分子。在一些实施方式中，生物分子包含蛋白质，并且所述检测包括对所述蛋白质进行测序。在一些实施方式中，对所述蛋白质进行测序包括：酶促切割所述蛋白质的n-末端残基，并且将携带可检测标记物的亲和力结合物(binder)与所述蛋白质原位结合。在一些实施方式中，所述亲和力结合物是n-末端氨基酸结合蛋白。
17、在一些实施方式中，所述可检测标记物被设置成经由循环杂交链反应(hcr)或dna纳米级测绘成像点积累(dna points accumulation for imaging in nanoscaletopography)(paint)提供信号放大。在一些实施方式中，所述至少两种不同类型的生物分子包括核糖核酸分子(rna)，脱氧核糖核酸分子(dna)、蛋白质和小分子。在一些实施方式中，该方法还包括检测不同类别的生物分子之间的分子相互作用。在一些实施方式中，检测不同类别的生物分子于彼此附近的存在提供分子相互作用的信号。在一些实施方式中，该方法还包括测量两种或更多种不同类别的生物分子之间的空间距离。在一些实施方式中，所述检测包括经由第二类生物分子的表达检测第一类生物分子的存在。在一些实施方式中，第一类生物分子包括小分子。在一些实施方式中，所述第二类生物分子是核酸。在一些实施方式中，核酸是核糖核酸(rna)，其中，所述rna的转录本由小分子通过转录抑制或活化调节。在一些实施方式中，核酸的丰度或存在指示小分子的丰度或存在。
18、在一些实施方式中，所述检测所述一种或多种生物分子使用荧光原位测序(fisseq)完成。在一些实施方式中，接合部分包括反应性基团。在一些实施方式中，接合部分包括胺、硫醇、叠氮、炔烃或点击反应性基团。在一些实施方式中，接合部分包括可聚合基团。
19、在另一方面，本公开提供了检测生物样品的多个生物分子的方法。该方法包括：提供包含多种生物分子的所述生物样品，其中多种生物分子包含第一生物分子，所述第一生物分子指示所述生物样品的第二生物分子存在或不存在；原位修饰所述第一生物分子以包含接合部分；原位连接所述接合部分与三维聚合物基质，其中所述接合部分被设置成保留所述生物样品内所述第一生物分子的绝对或相对空间关系；检测所述第一生物分子；和在检测所述第一生物分子后鉴定所述第二生物分子的所述存在或不存在。
20、在一些实施方式中，该方法还包括原位修饰所述第二生物分子以包含另外的接合部分，并且原位连接所述另外的接合部分与所述三维聚合物基质，其中所述另外的接合部分被设置成保留所述生物样品内所述第二生物分子的绝对或相对空间关系。在一些实施方式中，第一类生物分子包括小分子。在一些实施方式中，所述小分子是代谢物。在一些实施方式中，核酸是核糖核酸(rna)，其中，所述rna的转录本由小分子通过转录抑制或活化调节。在一些实施方式中，核酸的丰度或存在指示小分子的丰度或存在。
21、在另一方面，本公开提供了原位检测单个反应容器中两种或更多种类别的生物分子的方法。该方法包括：提供多种生物分子，所述多种生物分子包含来自所述单个反应容器中生物样品的所述两种或更多种类别的生物分子的生物分子；原位形成含所述多种生物分子的聚合物基质，其中所述聚合物基质保留所述生物样品中所述多种生物分子的绝对或相对空间关系；和检测所述多种生物分子的至少一个子集。
22、在一些实施方式中，生物分子经修饰以包含针对各生物分子的接合部分。在一些实施方式中，接合部分能够连接聚合物基质。在一些实施方式中，该方法还包括提供包含接合部分的引物或探针，其中接合部分能够连接聚合物基质。在一些实施方式中，生物分子包括两种或更多种基因组dna分子或其片段分子，并且其中接合部分被进一步用于保留dna分子的绝对或相对空间关系。在一些实施方式中，用聚合物基质形成基因组dna fisseq文库。在一些实施方式中，生物分子包括两种或更多种蛋白质物质分子或其片段分子，并且其中各蛋白质分子包含接合部分，所述接合部分被进一步用于保留dna分子的绝对或相对空间关系。在一些实施方式中，该方法还包括将dna条码与聚合物基质接合或将dna条码纳入原位形成的聚合物基质。在一些实施方式中，生物分子包括小分子。在一些实施方式中，各小分子包含接合部分，其被进一步用于保留小分子和代谢物的绝对或相对空间关系。在一些实施方式中，将两个或更多个分子探针用于原位检测分子相互作用，其中两个或更多个分子探针各自包含dna条码序列。在一些实施方式中，所述方法还包括细胞学和/或组织学染色。在一些实施方式中，可以使聚合物基质扩张，用于全组学fisseq的超分辨率检测。在一些实施方式中，所述检测还包括利用计算分析。
23、在一些实施方式中，本文所述两种或更多种类别的生物分子包括rna，dna、蛋白质、脂质和小分子。
24、通过参考纳入
25、本说明书中提到的所有发表物、专利和专利申请通过引用纳入本文，就好像将各篇单独的发表物、专利或专利申请专门和单独地通过引用纳入本文那样。
1.一种用于对生物样品的一种或多种生物分子进行检测或鉴定的系统，所述系统包括：容器，所述容器包含(i)包含所述一种或多种生物分子的所述生物样品和(ii)膨胀剂和接合部分，其中所述膨胀剂能在施加刺激后活化而体积增大，从而产生包含所述一种或多种生物分子的三维基质，其中所述刺激是电磁刺激、电化学刺激或热刺激，其中所述一种或多种生物分子经由所述接合部分与所述三维基质偶联，并且其中所述三维基质保留所述生物分子在所述生物样品内的绝对或相对空间关系。
2.一种用于对生物样品的一种或多种生物分子进行检测或鉴定的系统，所述系统包括：容器，所述容器包含(i)包含所述一种或多种生物分子的所述生物样品和(ii)膨胀剂和接合部分，其中所述膨胀剂能在施加刺激后活化，从而产生包含所述一种或多种生物分子的三维基质，其中所述刺激不是液体，其中所述一种或多种生物分子经由所述接合部分与所述三维基质偶联，并且其中所述三维基质保留所述生物分子在生物样品内的绝对或相对空间关系。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述三维基质包含所述生物样品，所述生物样品含有所述生物分子。
4.如权利要求3所述的系统，还包括：与所述容器操作性偶联的所述刺激的源，其中向所述膨胀剂施加所述刺激活化所述膨胀剂以形成所述三维聚合物基质，其中三维聚合物基质保留所述生物分子在所述生物样品内的绝对或相对空间关系。
5.如权利要求4所述的系统，还包括与所述刺激的所述源操作性偶联的一个或多个计算机处理器，其中所述一个或多个计算机处理器经单独地或共同地编程以指导所述刺激的所述源向所述膨胀剂施加所述刺激，从而活化所述膨胀剂以形成所述三维聚合物基质。
6.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述生物样品为细胞或其衍生物。
7.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述生物分子是核糖核酸分子(rna)，脱氧核糖核酸分子(dna)，或rna和dna。
8.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述电化学刺激是电化学反应。
9.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述膨胀剂被进一步设置为用作收缩剂。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述收缩剂是光活化的收缩剂，电化学活化的收缩剂或热活化的收缩剂。
