适用于DNA合成的装置的制作方法

适用于dna合成的装置
技术领域
1.本实用新型涉及dna合成技术领域，具体涉及一种适用于dna合成的装置。


背景技术：

2.随着知识的进步和科技的发展，分子生物技术发展越来越快，其中，药物研发、遗传病和感染性疾病诊断、基因治疗、聚合酶链式反应(pcr)和杂交试验等领域中都需要大量的、特定序列的dna片段，这些特定序列的dna片段大都通过固相亚磷酰胺合成法合成。在不同的应用场景下，合成的dna片段的叫法也不同，譬如寡核苷酸、pcr引物、接头、探针、短链引物和长链引物等。
3.现阶段市场上较为成熟的、应用范围较广的dna合成过程是采用柱法dna 合成仪来实现，具体地，dna合成过程是在dna合成仪的合成柱上发生的。 dna合成的基本原理是：dna是由四种碱基(a/t/g/c)排列组合而成的一种化学分子，dna的合成是指在初始dna(少量的碱基连接而成的化学分子)上，按照人为设定的碱基顺序，依次连接特定碱基(如aatgac)，具体地，dna 合成过程是由多个循环过程所组成，每个循环过程只实现在初始dna上连接一个碱基的目的。每个循环过程具体如下：首先在合成柱内部形成初始dna(少许寡核苷酸)，然后控制多个dna合成试剂依次通过合成柱内部，部分合成试剂与初始dna发生化学反应(即连接一个碱基)，从而达到dna合成的目的，且多种试剂在通过合成柱后，全部流入废液槽中，作为废料处理。
4.在多个dna合成试剂中有一种用于清洗残余试剂的清洗试剂(一般为乙腈溶液)，在一次循环过程中，需要多次使用乙腈溶液清洗合成柱。
5.现有的dna柱法合成过程中，由于需要多次清洗合成柱，故而造成清洗剂 (乙腈)的消耗量较大，清洗剂的消耗占整个试剂消耗总体积的50％以上，这使得试剂的投入成本较大，尤其在公斤级dna合成过程中，较大的乙腈清洗剂的消耗量会造成dna合成成本的大幅度上升。


技术实现要素：

6.基于此，有必要针对dna柱法合成过程中存在的清洗试剂的用量较大以及成本较高的问题的问题，提供一种节约试剂的适用于dna合成的装置。
7.一种适用于dna合成的装置，包括原液容器、dna合成柱、托盘、总进阀、分支管路和总出阀，所述原液容器、dna合成柱、托盘和总进阀依次连接，所述总进阀的出口连接有1个所述分支管路或者有多个并联的所述分支管路，每个所述分支管路上包括依次连接的分进阀、分出阀，所述分出阀的出口与所述总出阀的进口相连，所述总出阀的出口与所述dna合成柱的进口相连。
8.在其中一个实施例中，所述分支管路上设置有腔体，所述腔体设置于所述分进阀和所述分出阀之间。
9.在其中一个实施例中，所述分支管路有多个，不同的所述分支管路上的所述腔体
分别为独立的腔体。
10.在其中一个实施例中，所述分支管路有多个，不同的所述分支管路上的所述腔体为一体结构，在所述一体结构中不同的腔体之间通过隔板隔开。
11.在其中一个实施例中，所述腔体的内壁不含有直角结构。
12.在其中一个实施例中，还包括与所述分支管路并联的废液阀，所述废液阀的进口与所述总进阀的出口连接，所述废液阀的出口与废液池相连。
13.在其中一个实施例中，所述总出阀与所述废液池之间连接有流出阀，所述流出阀的进口与所述总出阀的出口相连，所述流出阀的出口与所述废液池的进口相连。
14.在其中一个实施例中，所述分支管路为1～10个。
15.在其中一个实施例中，所述分支管路为5个。
16.在其中一个实施例中，所述托盘的出口的内壁为漏斗状。
17.在其中一个实施例中，所述原液容器有多个。
18.在其中一个实施例中，所述原液容器包括脱保护剂瓶、活化剂瓶、盖帽试剂瓶、氧化剂瓶、乙腈瓶和碱基瓶。
19.在现有技术中，dna合成过程的一次循环中，乙腈的消耗量较大，且无法循环再次利用，造成试剂的较大浪费和dna合成成本较高，且较多的废液会导致废液回收成本较高。在dna合成过程的单次循环中，需要乙腈清洗合成柱的阶段分别为：开始合成前、tca脱保护后、单体和四唑活化后、capa\capb盖帽后、碘氧化后，在这五个不同的合成阶段中，均需要使用乙腈清洗剂分别冲洗合成柱一次，每次冲洗结束后的乙腈混合物的组成不同。如果将各阶段的清洗液不进行区分而重新作为清洗剂，在五个不同的阶段通过合成柱时，会对合成柱内的目标物质造成污染，从而达不到dna合成的目的。本技术在dna合成柱的下游设置有1个或多个并联的分支管路，每个所述分支管路上包括依次连接的分进阀、分出阀，使得dna合成柱与分支管路中的液体可以实现循环流动，并且可以根据需要将不同合成阶段的清洗液分流到不同的分支管路中，通过将不同清洗液分别回收至不同的分支管路中，然后在下一次dna合成循环中，在需要清洗合成柱的阶段中，用分支管路中暂时储存的与该阶段对应的清洗液替代新的清洗液清洗合成柱。通过对清洗剂的重复循环利用，降低了清洗液的消耗量，从而实现了降低dna合成成本以及降低废液存储和处理成本的目的。
附图说明
20.图1为本实用新型一实施例的适用于dna合成的装置的结构示意图；
21.图2为本实用新型另一实施例的适用于dna合成的装置的结构示意图；
22.图3为本实用新型再一实施例的适用于dna合成的装置的dna合成柱和托盘示意图；
23.图4为本实用新型再一实施例的适用于dna合成的装置的结构示意图；
24.图5为本实用新型再一实施例的适用于dna合成的装置的结构示意图；
25.图6为本实用新型再一实施例的适用于dna合成的装置的结构示意图。
具体实施方式
26.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描
述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
27.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
28.dna合成过程简述如下：
29.第一步，将预先连接在固相载体上的活性基团被保护的核苷酸与三氯乙酸反应，脱去其5
′‑
羟基的保护基团dmt，获得游离的5
′‑
羟基；
30.第二步，合成dna的原料，亚磷酰胺保护核苷酸单体，与活化剂四氮唑混合，得到核苷亚磷酸活化中间体，它的3
′
端被活化，5
′‑
羟基仍然被dmt保护，与溶液中游离的5
′‑
羟基发生缩合反应；
31.第三步，带帽(capping)反应，缩合反应中可能有极少数5
′‑
羟基没有参加反应(少于2％)，用乙酸酐和1-甲基咪唑终止其后继续发生反应，这种短片段可以在后续环节根据实验需要来选择纯化方式分离掉；
32.第四步，在氧化剂碘的作用下，亚磷酰形式转变为更稳定的磷酸三酯。
33.经过以上四个步骤，一个脱氧核苷酸被连接到固相载体(cpg)的核苷酸上。再以三氯乙酸脱去它的5
′‑
羟基上的保护基团dmt，重复以上步骤，直到所有要求合成的碱基被接上去。合成过程中可以观察tca处理阶段的颜色判定合成效率。通过氨水高温处理，连接在cpg上的核酸片段被切下来，通过opc、page 等手段纯化核酸片段，成品引物用c18浓缩，脱盐，沉淀。沉淀后的引物用水悬浮，测定od260定量，根据要求分装。
34.请参阅图1，本技术实施例提供一种适用于dna合成的装置，包括原液容器100、dna合成柱200、托盘300、总进阀400、分支管路和总出阀600，原液容器100、dna合成柱200、托盘300和总进阀400依次连接，所述总进阀 400的出口连接有1个分支管路或者多个并联的分支管路，每个所述分支管路上包括依次连接的分进阀510、分出阀520，所述分出阀520的出口与总出阀600 的进口相连，所述总出阀600的出口与所述dna合成柱200的进口相连。
35.在现有技术中，dna合成过程的一次循环中，乙腈的消耗量较大，且无法循环再次利用，造成试剂的较大浪费和dna合成成本较高，且较多的废液会导致废液回收成本较高。在dna合成过程的单次循环中，需要乙腈清洗合成柱的阶段分别为：开始合成前、tca脱保护后、单体和四唑活化后、capa\capb盖帽后、碘氧化后，在这五个不同的合成阶段中，均需要使用乙腈清洗剂分别冲洗合成柱一次，每次冲洗结束后的乙腈混合物的组成不同。如果将各阶段的清洗液不进行区分而重新作为清洗剂，在五个不同的阶段通过合成柱时，会对合成柱内的目标物质造成污染，从而达不到dna合成的目的。本技术在dna合成柱200的下游设置有多个并联的分支管路，每个所述分支管路上包括依次连接的分进阀510、分出阀520，使得dna合成柱200与分支管路中的液体可以实现循环流动，并且可以根据需要将不同合成阶段的清洗液分流到不同的分支管路中，通过将不同清洗液分别回收至不同的分支管路中，然后在下一次dna合成循环中，在需要清洗合成柱的阶段中，用分支管路中暂时储存的与该阶段对应的清洗液替代新的清洗液清洗合成柱。通过对清洗剂的重复循环利用，降低了清
洗液的消耗量，从而实现了降低dna合成成本以及降低废液存储和处理成本的目的。
36.要完成dna合成，需要dna合成柱200和用于合成的试剂，试剂包括乙腈等用于清洗dna合成柱200的清洗试剂以及核苷酸单体等。
37.在一些实施方式中，所述原液容器100有多个。原液容器100用于盛装合成dna所需的试剂。
38.在一些实施方式中，所述原液容器100包括但不限于脱保护剂瓶、活化剂瓶、盖帽试剂瓶、氧化剂瓶、乙腈瓶、碱基瓶。碱基瓶可包括碱基a瓶、碱基 c瓶、碱基g瓶和碱基t瓶。根据实际合成方案，还可以包括其他的原液容器 100。
39.经典的dna合成柱200，包含固相载体、筛板和空柱管。固相载体通常用可控孔径的玻璃球(controlled pore glass，简称cpg)，cpg球体内部有很多不规则的孔道，孔道的大小称为孔径，通常选择孔径和的cpg用于dna 合成，也可以选择其它孔径。筛板通常用uhmw-pe或hdpe粉末烧结而成。uhmw-pe粉末在一定的温度下处于半融化状态，颗粒之间搭桥形成一定的孔径。在dna合成中，筛板的作用是阻挡cpg不漏下来而合成试剂能够通过。空柱管可以为聚丙烯注塑而成。本技术的dna合成柱200不限于以上结构，可以为任意的用于dna合成的合成柱。
40.总进阀400的作用是为了配合分支管路中的分进阀510一起控制dna合成柱200中的液体流入下游的特定分支管路中。
41.分出阀520与总出阀600相互配合控制分支管路中储存的液体流出分支管路。
42.总出阀600的出口与dna合成柱200的进口通过管路连接，总出阀600开启时可以控制分支管路中的液体回流至dna合成柱200中。优选的，总出阀600 和dna合成柱200的连接管路上设置有压力泵，助力液体的回流。
43.托盘300的作用是盛接dna合成柱200中排出的液体。
44.在一些实施方式中，所述托盘300的底部具有向其出口倾斜的斜坡，液体可以利用重力流动至总进阀400中。在一些实施方式中，所述托盘300的出口的内壁为漏斗状。
45.在一些实施例中，所述托盘300的底部具有负压装置，液体在负压的驱动下流动至总进阀400中。
46.在一些实施例中，所述托盘300的顶部具有正压装置，液体在正压的驱动下流动至总进阀400中。
47.在一些实施方式中，所述分支管路上设置有腔体530，所述腔体530设置于所述分进阀510和所述分出阀520之间。清洗液可以暂时储存在腔体530中，所述腔体530在所述分支管路的直径方向上向两侧凸出，腔体530的设置可以增大分支管路的液体储存体积。
48.在一些实施方式中，所述分支管路有多个，不同的所述分支管路上的所述腔体530分别为独立的腔体530。
49.在一些实施方式中，所述分支管路有多个，不同的所述分支管路上的所述腔体530为一体结构，在所述一体结构中不同的腔体530之间通过密封隔板隔开。
50.需要补充的是，被密封隔板隔开的不同腔体530之间不能互进液体。
51.所述腔体530的形状可以根据实际需要确定。在一些实施方式中，所述腔体530的内壁不含有直角结构或者其内壁具有直角。优选的，所述腔体530的内壁不含有直角结构，相对于有直角的内壁，弧形内壁可以避免溶液在腔体530 中的存留。
52.在一些实施方式中，还包括与所述分支管路并联的废液阀710，所述废液阀 710的进口与所述总进阀400的出口连接，所述废液阀710的出口与废液池720 相连。不需要循环利用的液体或者最后一个循环合成后的废液可以通过开启废液阀710排放到废液池720中。
53.分支管路的数量可以根据实际合成过程中的清洗阶段数进行确定。在一些实施方式中，所述分支管路为1～10个。例如为1个、2个、3个、4个、5个、 6个、7个、8个、9个、10个。
54.在一些实施方式中，所述分支管路为5个。具体地，如图2所示，在第一次循环中的第一个阶段，即合成前需要用乙腈清洗一次dna合成柱200，清洗后的乙腈混合液(第一乙腈混合液)流至托盘300(托盘300的结构可以如图3)，打开总进阀400和阀1(第一分进阀511)，第一乙腈混合液进入第一腔体531暂时存储，在第二次循环的第一个阶段，打开阀11(第一分出阀521)和总出阀600，使得第一乙腈混合液进入dna合成柱200，完成清洗过程，然后清洗结束后，继续回收至第一腔体531暂时存储。类似第一乙腈混合液，在其余四个阶段所产生的第二乙腈混合液、第三乙腈混合液、第四乙腈混合液、第五乙腈混合液分别经第二分进阀512、第三分进阀513、第四分进阀514、第五分进阀515暂时分别存储在第二腔体532、第三腔体533、第四腔体534、第五腔体535中，然后可以分别经第二分出阀522、第三分出阀523、第四分出阀524、第五分出阀525可以回流至dna合成柱200中；其他的试剂废液经废液阀710进入第六腔体730，然后从第六腔体730中进入废液池720。
55.现有技术中的废液混合物的成分较多，乙腈的性质可能会发生变化，如果重新作为清洗剂，在五个不同的阶段通过合成柱时，会对合成柱内的目标物质造成污染，从而达不到dna合成的目的。在本实施方案中，将五个阶段的乙腈混合物分别回收至不同的腔体530中，从而保证乙腈混合物的成分较少，且每种乙腈混合物处理的是同种试剂，对和合成柱内的目标物质不会造成污染。
56.在另一些实施方式中，所述分支管路为1个。如图4所示。在dna合成前阶段用乙腈清洗合成柱后形成的第一乙腈混合液的纯度较高(杂质较少)，后面形成的第二、第三、第四和第五乙腈混合液的杂质较多，也可以只回收第一乙腈混合液至独立腔体530中，其他乙腈混合液和其他试剂一样直接进入废液池720。这个方案的好处在于，一方面，相较于现有技术方案，部分回收的乙腈可以降低乙腈的消耗量，从而降低试剂成本的dna合成成本，另一方面，每次使用的乙腈混合液的纯度都较高，可以保证dna合成的准确率较高。在此基础上，在第一乙腈混合液循环多次后，直接进入废液池720，然后注入新的乙腈，这样既能实现降低乙腈用量的目的，也能降低乙腈纯度对dna合成质量的影响。
57.请参阅图6，在另一些实施例中，总出阀600和废液池720之间连接有流出阀800，具体地，总出阀600的出口连接流出阀800的进口，流出阀800的出口连接废液池720的入口。
58.多次循环利用的清洗试剂的纯度会逐渐降低，一般在dna链上合成第50 个碱基后，清洗试剂的纯度会对dna合成的效果造成影响，所以，在合成第50 个碱基后，需要排干所有腔体530内的清洗试剂。
59.具体地，关闭所有分进阀510，打开废液阀710，使得各个阶段所产生的乙腈混合液全部流入废液池720中，且打开流出阀800，使得腔体530中的暂存清洗剂全部流入废液池720中。
60.在另一些实施方式中，所述分支管路为2个。如图5所示。针对公斤级dna 的合成时，也可以采用低纯度乙腈和高纯度乙腈组合使用的技术方案。高纯度乙腈(含水量低于
10ppm)，价格昂贵，低纯度乙腈(也叫工业级乙腈，乙腈含量99％)，价格较低，两者每公斤的价差在千元级别，所以考虑先采用低纯度乙腈清洗合成柱，以求冲洗掉大量的杂质，然后用少量的高纯度乙腈清洗合成柱，以求清洗干净。低纯度乙腈和高纯度乙腈的清洗液可以分别留置在不同的分支管路中，根据需要进行回流。该方案的好处在于，避免使用大量的昂贵的高纯度乙腈，从而使得dna合成的成本较低。
61.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
62.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，便于具体和详细地理解本实用新型的技术方案，但并不能因此而理解为对实用新型专利保护专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。