一种小型DNA合成柱的制作方法

本实用新型涉及DNA合成用耗材领域，具体为一种小型DNA合成柱。

背景技术：

随着合成生物学、人造生命、功能基因组学、蛋白组学、临床诊断学研究的快速发展，需要海量DNA合成，而且基因的快速合成逐渐成为合成生物学的热门。必将对CPG Frits合成柱提出更高的功能需求。现行的CPG Frits及其空柱管，仍然存在很多缺点，具体表现在如下几个方面：

第一，目前的CPG Frits设计主要为常规用量DNA合成设计，比如≥25nmol。主要用于常规PCR Primer合成。不适合于0.1-10nmol的DNA合成。

第二，目前的设计，没有最优化的试剂使用量，使得产品使用成本高，造成浪费，且对环境造成污染。就CPG Frits系列产品而言，所使用的试剂，目前主要成本在于辅助试剂，如TCA、ACN等，使用量大导致成本居高不下，而且，这些合成试剂都是具有化学腐蚀性的，对人体以及环境都会带来很大的损害。如何最大限度的降低合成试剂的使用量是对合成生物学发展的推动，也是行业发展的迫切需求。

第三，目前CPG Frits的结构设计也有很多缺点：其一，CPG Frits的直径和厚度太大，不利于降低总体体积，减少直径和厚度是减少体 积的最直接有效的方法，然而目前市售的CPG Frits直径和厚度都在2mm以上；其二，CPG含量无法降低，用于基因合成的DNA合成柱，其CPG含量在0.1nmol-10nmol之间就能够满足基因合成的要求，然而目前市售的CPG Frits含量大都在10nmol以上，有的甚至在25nmol以上，合成出来的DNA产品远远超出了自己的需求量，造成了严重的浪费，增加了科研和生产成本，不利于建设节约型社会；其三，自动化程度不高，目前市售的都为单管形式，使用时需要人工一根一根将合成柱插入96孔合成板内，操作极为不便，增加了成本，不利于自动化、规模化生产；其四，空柱管的结构设计也有很多缺点，主要表现在没有考虑设备兼容性和装配精度。目前主流的DNA合成仪有Biolytic公司的Dr.Oligo192系列、Bioaotumation公司的MM192系列、TAG Copenhagen A/S公司Oligomaker192系列，AB公司的ABI3900系列，现在市售的几款DNA合成柱产品，对于以上几家公司的合成仪都无法做到完全兼容或通用。而且，其合成空柱管为了注塑方便，柱管内壁都采用倾斜设计，装配位内径上大、下小，CPG Frits圆柱体在烧结时也会收缩，批间差比较大，导致装配时，对CPG Frits积压程度也不一样，导致产品松紧度、均一性不一样，产品质量不稳定。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种DNA合成柱，适合于微量基因合成，具有省时省试剂、成本低、合成链长、合成速度快、突变率低至1‰、环保等优点。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案是:

一种小型DNA合成柱，包括CPG Frits和空柱管，CPG Frits的直径≤1.5mm，CPG Frits的厚度≤1.5mm，CPG Frits中CPG含量≤10nmol，空柱管内设置有装配位，装配位的内径≤1.5mm，装配位的高度≤5mm，装配位为标准的圆柱体，装配位以外的内径梯度减小。

一种小型DNA合成柱，包括CPG Frits和96孔合成空板，CPG Frits的直径≤1.5mm，CPG Frits的厚度≤1.5mm，CPG Frits中CPG含量≤10nmol，96孔合成空板内设置有装配位，装配位的内径≤1.5mm，装配位的高度≤5mm，装配位为标准的圆柱体，装配位以外的内径梯度减小。

优选地，96孔合成空板由96根DNA合成柱空柱管排列而成。

优选地，CPG Frits的直径为0.35mm-1.4mm。

优选地，CPG Frits的厚度为0.35mm-1.5mm。

优选地，CPG Frits的直径为1.2mm，厚度为1.0mm。

优选地，装配位的数量为1个，圆柱体柱管的末端为平口或切口。

优选地，装配位的内径为0.35mm-1.4mm。

优选地，装配位的厚度为0.35mm-5mm。

优选地，CPG Frits中CPG含量为0.1nmol-10nmol。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的DNA合成柱，专为微量基因合成而设计，DNA合成量为0.1-10nmol，优选的合成量为0.5-5nmol，可有效节省合成试剂用量，试剂消耗少，控制成本至最低；超微量基因合成，其合成量可低至0.1nmol，合成链长，长达120-200bp；合成周期短，合成速 度快，高效率、省时间；极低的突变率，低至1‰，产品质量更加可靠，环保，使用工艺简便，工业化程度高。

下面结合附图与实施例，对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1是本实施例1的竖放剖面图；

图2是本实施例1的竖放右视图；

图3是本实施例1的竖放左视图；

图4是本实施例1的仰视图；

图5是本实施例1的俯视图；

图6是本实施例1的另一竖放图；

图7是本实施例1的竖放左视图；

图8是本实施例1的竖放右视图；

图9是本实施例1的竖放右剖面图；

图10是本实施例1的竖放左剖面图；

图11是本实施例2的正视平面图；

图12是本实施例2的侧放左侧剖面图；

图13是本实施例2的侧放左侧平面图；

图14是本实施例2的平放右侧平面图；

图15是本实施例2的平放右侧剖面图；

图16是本实施例2的侧放右侧平面图；

图17是本实施例2的侧放右侧剖面图

图18是本实施例2的倒置正视图；

图19是本实施例2的倒置正视剖面图。

具体实施方式

实施例1

结合图1-5，本实施例提供的一种小型DNA合成柱，包括CPG Frits和空柱管，CPG Frits的直径≤1.5mm，CPG Frits的厚度≤1.5mm，CPG Frits中CPG含量≤10nmol，空柱管内设置有装配位，装配位的内径≤1.5mm，装配位的高度≤5mm，装配位为标准的圆柱体，装配位以外的内径梯度减小。其中，CPG Frits的直径为0.35mm-1.4mm；CPG Frits的厚度为0.35mm-1.5mm。优选地，CPG Frits的直径为1.2mm，厚度为1.0mm。其中，装配位的数量为1个；装配位的内径为0.35mm-1.4mm；装配位的厚度为0.35mm-5mm。CPG Frits中CPG含量为0.1nmol-10nmol，优选地，CPG Frits中CPG含量为0.5nmol-5nmol。

具体实施如下：

DNA合成柱，合成规模5nmol，分为直径1.2mm厚度1.0mm的CPG Frits及其配套空柱管。

1、空柱管的设计：

空柱管柱长37mm，柱管顶端外径8.5mm，内径6.0mm，到1.2mm装配位上部逐渐收口到1.2mm，下部逐渐收口至0.8mm，底端尖嘴部分采用斜口设计。

2、CPG Frits的设计和制备(按制备10000颗计)

1)原料：CPG载量为30umol/g，每颗5nmol的CPG Frits含量 约为0.167mg CPG；HDPE粉末的分子量为100万。

2)原料体积计算：每颗直径1.2mm厚度1.0mm(计算烧结体积时按照1.2mm计算)的CPG Frits体积为1.35648ul，按10000颗配比，总体积为13.5648ml≈13.6ml。

3)CPG Frits烧结原料配置：称取1.67g CPG放入25ml量筒，缓慢添加HDPE粉末到13.5ml刻度，颠倒混匀数次，再用HDPE补齐到13.6ml位置；反复颠倒混匀备用。

4)装模具：在含有10000个直径1.2mm高度1.2mm的孔的铝制模具内，均匀添加混合好的CPG与HDPE共混粉末，用振动仪振平，盖上上盖板，锁紧。

5)烧结：200℃，烧结30min，水冷，取出CPG Frits。

3、装配:手工推杆或全自动设备将直径1.2mm厚度1.0mm的CPG Frits装配到柱管的1.2mm装配位即可。

实施例2

结合图6-10，本实施例提供的一种小型DNA合成柱，包括CPG Frits和96孔合成空板，CPG Frits的直径≤1.5mm，CPG Frits的厚度≤1.5mm，CPG Frits中CPG含量≤10nmol，96孔合成空板内设置有装配位，装配位的内径≤1.5mm，装配位的高度≤5mm，装配位为标准的圆柱体，装配位以外的内径梯度减小。其中，96孔合成空板由96根DNA合成柱空柱管排列而成。CPG Frits的直径为0.35mm-1.4mm；CPG Frits的厚度为0.35mm-1.5mm；优选地，CPG Frits的直径为1.2mm，厚度为1.0mm。其中，装配位的数量为1个。装配 位的内径为0.35mm-1.4mm；装配位的厚度为0.35mm-5mm。CPG Frits中CPG含量为0.1nmol-10nmol，优选地，CPG Frits中CPG含量为0.5nmol-5nmol。

具体实施如下：

DNA96孔合成板，合成规模1nmol，分为直径1.2mm、厚度1.0mm的CPG Frits及其配套96孔空合成板。

1、96孔合成空板的设计

空板高37mm，由96根合成柱空柱管衍生而来，柱管顶端外径8.5mm，内径6.0mm，到1.2mm装配位上部逐渐收口到1.2mm，下部逐渐收口至0.8mm，底端尖嘴部分采用斜口设计。

2、CPG Frits的制备(按制备10000颗计算)

1)原料：CPG载量为20umol/g，每颗1nmol的CPG Frits含量约为0.05mg CPG；UHMW-PE粉末的分子量为300万。

2)原料体积计算：每颗直径1.2mm厚度1.0mm(计算烧结体积时按照1.2mm计算)的CPG Frits体积为1.35648ul，按10000颗配比，总体积为13.5648ml≈13.6ml。

3)CPG Frits烧结原料配置：称取500mg CPG放入25ml量筒，缓慢添加UHMW-PE粉末到13.5ml刻度，颠倒混匀数次，再用UHMW-PE补齐到13.6ml位置；反复颠倒混匀备用。

4)装模具：在含有10000个直径1.2mm高度1.2mm的孔的铝制模具内，均匀添加混合好的CPG与UHMW-PE共混粉末，用振动仪振平，盖上上盖板，锁紧。

5)烧结：200℃，烧结25min，水冷，取出CPG Frits。

3、装配：手工推杆或全自动设备将直径1.2mm厚度1.0mm的CPG Frits装配到96孔合成空板内的1.2mm装配位即可。

实施例1与实施例2中，CPG Frits的直径与厚度均小于目前市售的所有相关产品，包括国外的产品，在体积上做到了同类产品最小尺寸水平，为世界上行业内产品体积之最。基因合成用的CPG Frits CPG含量仅有0.1-10nmol，跟同类产品相比具有显著优势。

本实用新型的DNA合成柱，专为微量基因合成(0.1-10nmol)而设计，优选的合成量为0.5-5nmol。和市售的CPG Frits相比有如下优势：

1、节省合成试剂用量

按照UHMW-PE烧结滤芯筛板工艺40±5％计算，直径4mm厚度4mm的CPG Frits体积为50.24ul，能容纳的试剂体积为50.24*40±5％＝20.096±2.512ul；直径2mm厚度3mm的CPG Frits体积为9.42ul，能容纳的试剂体积为9.42*40±5％＝3.768±0.471ul；直径1.2mm厚度1.0mm，体积为1.1304ul，能容纳的试剂体积为1.1304*40±5％＝0.45216±0.05652ul。

CPG Frits合成柱/96孔合成板，作为DNA合成的主要反应器，试剂流过CPG Frits柱体，直径1.2mm厚度1.0mm比直径2mm厚度3mm的节省近九倍的试剂量，比直径4mm厚度4mm的节省近四十五倍的试剂量，其成本控制能力显而易见。

2、超微量基因合成

直径1.2mm厚度1.0mm为世界行业之最，CPG Frits的超小型化，填补了国内外空白，在世界上处于领先水平。因其“小”而使得DNA的超微量合成变成现实。适用于0.1-10nmol的合成规模，这极大地方便了基因合成的客户。不仅降低了试剂用量，节省了生产成本，节约了资源，还保护了环境。

3、高效率、省时间

直径1.2mm厚度1.0mm的CPG Frits，CPG含量低至0.01mg。极低的CPG含量，极低的底物浓度，可以最大限度的降低参与反应的合成试剂的使用量及反应时间，尤其是偶联反应的时间将大大的缩短，加快了单个循环的时间，使整个生产环节效率大幅提升。

4、极低的突变率，产品质量更加可靠

DNA合成过程中，常用到3％的TCA(三氯乙酸)脱保护试剂，该试剂是强酸溶液，易造成引物突变或脱嘌呤现象。如何降低该试剂的使用量或减少CPG Frits载体与该试剂的接触时间将有利于降低合成产物的突变率，提高产品质量。传统的CPG合成柱以及大体积的CPG Frits合成柱，往往需要100ul，两次，每次15秒来完成脱保护的过程，合成的链越长，接触脱保护试剂的次数就越多，时间就越长，也就越容易造成DNA突变和脱嘌呤现象。而直径1.2mm厚度1.0mm的CPG Frits合成柱，因其体积小、CPG含量低，所添加的TCA试剂仅需一次25ul，6-7秒便可以完成整个脱保护过程，不仅提高了合成效率，而且降低了DNA合成的突变率，使突变率远远低于千分之二的国际标准，达到了千分之一以下。在提高产品纯度的同时，使其合成产 品的长度达到120bp以上。

5、96孔合成板极具创新性

目前市售的DNA合成柱均为单管形式，无论在CPG Frits的生产和使用上，均需要单管操作，需要一根一根来装填，不仅效率低，而且极易造成污染和人为操作失误。96孔合成板的出现，将CPG Frits的生产和使用工序、生产工艺化繁为简，是DNA合成领域极具创新性的发明，推进了行业的发展，提高了基因合成事业的产业化程度。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。