本发明属于空间组学，涉及一种基于浸液式条形码标记的空间组学检测装置及其制备方法和应用。
背景技术：
1、空间组学技术(如空间转录组等)自发展以来，已在神经科学、病理学、组织发育等方向得到初步应用，目前，空间组学大致分为基于激光捕获显微切割(lcm)、荧光原位杂交(fish)、荧光原位测序(fisseq)和原位捕获等四种类型。相比于前三类方法，基于原位捕获的空间组学测序技术操作更为简单，但是基本只局限在基于组织切片的二维平面上，而不同器官和组织具有独特的三维细胞分布和基因表达图谱，对组织进行便捷、高覆盖率、低成本的三维空间组学研究具有极大的技术挑战性和重要的科学意义。
2、越来越多的技术可以通过将多个二维切片的空间组学数据进行算法重构，以获得类似的三维空间组学，如cn114854839a公开基于三坐标空间定位的组织三维空间组学方法，在修饰的基板板上偶联了一种条形码序列，再分别通过横向和纵向微流控管道进行xy二维坐标的标记，由于每个管道加入的条形码序列都是已知的，因此其形成的xy坐标也是已知的，通过在最开始的不同基板板上偶联不同的条形码序列，可以记为z坐标，因此可以将多个二维切片组织获得的分子信息同时测序，并按照xyz坐标进行拆分，从而获得重构的三维空间组学信息。但二维切片的细胞通常是不完整的，还需要依赖具有复杂微流控管道的芯片，并且这种三维空间组学是算法模拟出来的，因此，并不能代表真正的三维组织层面的空间组学信息。
3、综上所述，开发新型的空间组学检测装置，对于空间组学研究领域具有重要意义。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足和实际需求，本发明提供一种基于浸液式条形码标记的空间组学检测装置及其制备方法和应用，实现快速制备空间组学装置，有效对二维/三维空间坐标进行标记，对于空间组学研究领域具有重要意义。
2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：
3、第一方面，本发明提供一种基于浸液式条形码标记的空间组学检测装置，所述装置包括基板，所述基板上连接有阵列排布的dna条形码序列；所述dna条形码序列从5’至3’端依次为第一条形码序列和第二条形码序列；所述基板的二维空间中的横方向上，同一行上所述dna条形码中第一条形码序列相同，不同行所述dna条形码中第一条形码序列各不相同，纵方向上，同一列所述dna条形码中第二条形码序列相同，不同列所述dna条形码中第二条形码序列各不相同。
4、本发明基于浸液式条形码标记的策略，可快速、便捷地构建二维坐标明确的空间组学检测装置。
5、优选地，所述第二条形码序列的3’端还含有能与目标核酸结合的捕获序列。
6、优选地，所述捕获序列包括polyt序列。
7、优选地，所述polyt序列的长度为1～300bp，包括但不限于2、3、4、5、6、10、15、20、50、80、100、150、180、200、220、250、260、280、290或295bp等。
8、优选地，所述dna条形码序列与基板通过化学基团连接。
9、优选地，所述化学基团包括nhs、马来酰亚胺、巯基、氨基、醛基、环氧、大环炔、叠氮、羟基、羧基、或硫基或硅基中至少一种。
10、本发明中所述基板可以是玻璃、硅片、陶瓷、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚二甲基硅氧烷(abs)、尼龙聚酰胺(pa)、聚乙烯(pe)、聚苯乙烯(ps)、聚丙烯(pp)或聚碳酸脂(pc)中的任意一种。
11、优选地，所述第一条形码序列和第二条形码序列的长度各自独立地为3～300bp，包括但不限于4、5、6、10、15、20、50、80、100、150、180、200、220、250、260、280、290或295bp等。
12、优选地，所述第一条形码序列和第二条形码序列还各自独立地在两端含有连接序列(linker)。
13、优选地，所述连接序列的长度为1～300bp，包括但不限于2、3、4、5、6、10、15、20、50、80、100、150、180、200、220、250、260、280、290或295bp等。
14、第二方面，本发明提供第一方面所述的基于浸液式条形码标记的空间组学检测装置的制备方法，所述制备方法包括：
15、将基板与不同的第一条形码序列溶液接触，保持液面与基板横方向平行，控制液面高度，同一高度结合相同的第一条形码序列，不同高度结合各不相同的第一条形码序列；
16、调整基板，与不同的第二条形码序列溶液接触，保持液面与基板纵方向平行，第一条形码序列和第二条形码序列连接，控制液面高度，同一高度结合相同的第二条形码序列，不同高度结合各不相同的第二条形码序列。
17、本发明中，可使用封闭核酸作为不同高度间的间隔，其与连接基团连接后不再与其他序列连接。
18、优选地，所述第一条形码序列和第二条形码序列通过dna连接酶或dna聚合酶连接。具体地，可利用第一条形码序列3’端羟基(3’-oh)和第二条形码序列5’端的磷酸化修饰(5’-p)在dna连接酶下连接在一起，或者，设计第一条形码序列3’端(如3’端连接序列)与第二条形码序列5’端(如3’端连接序列)部分序列互补，进而可基于dna聚合酶进行延伸。
19、第三方面，本发明提供一种基于浸液式条形码标记微针阵列的三维空间组学检测装置，所述检测装置包括基板，所述基板上设置有微针阵列，所述微针阵列中微针上修饰有多条dna条形码序列；所述dna条形码序列从5’至3’端依次为第一条形码序列、第二条形码序列和第三条形码序列；所述第一条形码序列、第二条形码序列和第三条形码序列各自独立地选自多条互不相同的序列；所述微针阵列的二维空间中的横方向、纵方向以及三维空间中的垂直方向上，三个方向与所述第一条形码序列、第二条形码序列和第三条形码序列随机一一对应；横方向上对应的条形码序列在同一行微针上相同，不同行微针间不同；纵方向上对应的条形码序列在同一列微针上相同，不同列微针间不同；垂直方向上对应的条形码序列在同一高度上相同，不同高度间不同。
20、本发明设计一种基于浸液式条形码标记微针阵列的三维空间组学检测装置，在微针阵列的三维空间中三个方向上分别设置沿方向分布的已知dna条形码序列，每个微针上构造出的独特三维空间坐标也是已知的，可根据dna条形码序列确认三维空间坐标，能够通过微针序列的三维空间坐标将所捕获的三维组织细胞内的分子信息进行重建，从而获得真实的三维空间组学信息。
21、可以理解，本发明设计关键在于条形码序列的位置分布，本领域通用的已知条形码序列均可适用于本发明，具体序列无需特殊限制。
22、优选地，所述微针阵列的二维空间中的横方向上，同一列微针上所述dna条形码中第二条形码序列相同，不同列微针间第二条形码序列各不相同，纵方向上，同一列微针上所述dna条形码中第三条形码序列相同，不同列微针间第三条形码序列各不相同；所述微针阵列的三维空间中的垂直方向上，微针上同一高度的所述dna条形码中第一条形码序列相同，不同高度间第一条形码序列各不相同。
23、优选地，所述第三条形码序列的3’端还含有能与目标核酸结合的捕获序列。
24、优选地，所述捕获序列包括polyt序列。
25、优选地，所述polyt序列的长度为1～300bp，包括但不限于2、3、4、5、6、10、15、20、50、80、100、150、180、200、220、250、260、280、290或295bp等。
26、可以理解，本领域通用的有空间组学的基板和微针均适用于本发明，本发明中基板的材料、微针阵列的分布图形、微针的材料、长度及形状均可根据实际需求进行调整，无需特殊限定。
27、优选地，所述微针的长度为10μm～100cm，直径为5nm～100μm。
28、优选地，所述dna条形码序列与微针通过化学基团连接。
29、优选地，所述化学基团包括nhs、马来酰亚胺、巯基、氨基、醛基、环氧、大环炔、叠氮、羟基、羧基、硫基或硅基中任意一种。
30、优选地，所述第一条形码序列、第二条形码序列和第三条形码序列的长度各自独立地为3～300bp，包括但不限于4、5、6、10、15、20、50、80、100、150、180、200、220、250、260、280、290或295bp等。
31、优选地，所述第一条形码序列、第二条形码序列和第三条形码序列还各自独立地在两端含有连接序列。
32、优选地，所述连接序列的长度为1～300bp，包括但不限于2、3、4、5、6、10、15、20、50、80、100、150、180、200、220、250、260、280、290或295bp等。
33、本发明中，所述基板为硅片、玻片、盖玻片、氧化铟锡导电玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯片中的一种。对基板的表面进行物理修饰或化学修饰，使其产生可以与寡核苷酸5’端连接的基团，所述物理修饰包括刻蚀、蒸镀、旋涂中的一种，所述化学修饰包括原位合成、共价偶联、分子组装、亲和作用中的一种。
34、第四方面，本发明提供一种第三方面所述的基于浸液式条形码标记微针阵列的三维空间组学检测装置的制备方法，所述制备方法包括：
35、将基板上微针阵列与不同的第一条形码序列溶液接触，保持液面与微针阵列的三维空间中垂直方向垂直，控制液面高度，同一高度结合相同的第一条形码序列，不同列微针结合各不相同的第一条形码序列；调整基板，与不同的第二条形码序列溶液接触，保持液面与微针阵列横方向平行，第一条形码序列和第二条形码序列连接，控制液面高度，同一行微针结合相同的第二条形码序列，不同行微针结合各不相同的第二条形码序列；调整基板，与不同的第三条形码序列溶液接触，保持液面与微针阵列纵方向平行，第二条形码序列和第三条形码序列连接，控制液面高度，同一列微针结合相同的第三条形码序列，不同列微针结合各不相同的第三条形码序列。
36、本发明中，其中浸液过程中液面的高度可以通过改变容器中液体的体积实现，也可以通过改变基板浸入液体的深度实现，或者同时改变以上两者来实现(反应液底部的液体可以使用比重较大的惰性液体或固体来代替)。
37、本发明中，可使用封闭核酸作为不同高度间的间隔。
38、具体地，改变容器中液体体积的方式包括：将所述基板置于立体容器内，保持微针阵列的三维空间中垂直方向与容器底部垂直，向容器内依次注入不同的第一条形码序列溶液，控制液面高度，三维空间中垂直方向微针同一高度结合相同的第一条形码序列，不同高度结合各不相同的第一条形码序列；调整微针阵列的二维空间中的横方向与容器底部垂直，向容器内依次注入不同的第二条形码序列溶液，控制液面高度，同一列微针上具有相同的第二条形码序列，不同列微针间具有各不相同的第二条形码序列；调整微针阵列的二维空间中的纵方向与容器底部垂直，向容器内依次注入不同的第三条形码序列溶液，控制液面高度，同一列微针上具有相同的第三条形码序列，不同列微针间具有各不相同的第三条形码序列。
39、简单来说，本发明将合成的微针阵列被置于一个立体的容器内，微针修饰上了后续所需的化学基团，随后在容器内注入一定体积的独特条形码的dna序列溶液，从而将该dna序列偶联至微针。而x、y、z不同坐标(本发明中可用x、y、z分别代表三维空间三个方向中任一，无需按常用方式固定命名)的dna条形码标记，主要是通过控制不同坐标对应dna条形码溶液的体积来实现的。由于，每次加入的dna条形码序列都是已知的，因此，每个微针上构造出的独特xyz坐标也是已知的。
40、优选地，所述第一条形码序列、第二条形码序列和第三条形码序列通过dna连接酶或dna聚合酶连接。
41、第五方面，本发明提供第一方面所述的基于浸液式条形码标记的空间组学检测装置、第二方面所述的制备方法或第三方面所述的基于浸液式条形码标记微针阵列的三维空间组学检测装置在空间组学中的应用。
42、本发明中，进行二维空间组学分析时，可预先制备二维空间组学装置，也可直接进行组织切片的二维空间组学检测，而无需预先制作二维空间组学装置。
43、第六方面，本发明提供一种空间组学方法，所述空间组学方法包括：
44、利用第一方面所述的基于浸液式条形码标记的空间组学检测装置或第三方面所述的基于浸液式条形码标记微针阵列的三维空间组学检测装置捕获组织的空间核酸分子信息，进行分析。
45、可以理解，所述分析包括测序等。可进行空间转录组学研究等。
46、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
47、本发明设计一种全新的空间组学检测装置，基于浸液式条形码标记，可实现快速构建具有二维或三维坐标的空间组学检测装置，例如在微针阵列的三维空间中三个方向上分别设置沿方向分布的已知dna条形码序列，每个微针上构造出的独特三维空间坐标也是已知的，可根据dna条形码序列确认三维空间坐标，能够通过微针序列的三维空间坐标将所捕获的三维组织细胞内的分子信息进行重建，从而获得真实的三维空间组学信息。
1.一种基于浸液式条形码标记的空间组学检测装置，其特征在于，所述装置包括基板，所述基板上连接有阵列排布的dna条形码序列；
2.根据权利要求1所述的基于浸液式条形码标记的空间组学检测装置，其特征在于，所述第二条形码序列的3’端还含有能与目标核酸结合的捕获序列；
3.根据权利要求1或2所述的基于浸液式条形码标记的空间组学检测装置，其特征在于，所述第一条形码序列和第二条形码序列的长度各自独立地为3～300bp；
4.权利要求1-3任一项所述的基于浸液式条形码标记的空间组学检测装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.一种基于浸液式条形码标记微针阵列的三维空间组学检测装置，其特征在于，所述检测装置包括基板，所述基板上设置有微针阵列，所述微针阵列中微针上修饰有多条dna条形码序列；
6.根据权利要求5所述的基于浸液式条形码标记微针阵列的三维空间组学检测装置，其特征在于，所述微针阵列的二维空间中的横方向上，同一列微针上所述dna条形码中第二条形码序列相同，不同列微针间第二条形码序列各不相同，纵方向上，同一列微针上所述dna条形码中第三条形码序列相同，不同列微针间第三条形码序列各不相同；
7.一种权利要求5或6所述的基于浸液式条形码标记微针阵列的三维空间组学检测装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
8.根据权利要求7所述的基于浸液式条形码标记微针阵列的三维空间组学检测装置的制备方法，其特征在于，所述第一条形码序列、第二条形码序列和第三条形码序列通过dna连接酶或dna聚合酶连接。
9.权利要求1-3任一项所述的基于浸液式条形码标记的空间组学检测装置或权利要求5或6所述的基于浸液式条形码标记微针阵列的三维空间组学检测装置在空间组学中的应用。
10.一种空间组学方法，其特征在于，所述空间组学方法包括：
