一种阵列式合成装置及喷墨合成仪的制作方法

本实用新型涉及合成生物学技术领域，尤其是涉及一种阵列式合成装置及喷墨合成仪。

背景技术：

dna合成是合成生物学的基石，随着合成生物学理论研究的深入和应用范围的拓展，其在生命科学、信息科学、新材料等领域具有广阔市场前景。现有的dna合成技术无法满足需求，特别是针对长片段和复杂结构，存在错误率高、长度有限、效率低和成本高等关键技术瓶颈。

基于微阵列的dna合成法通量高、成本低，是目前合成基因组学发展的重点。现有技术中存在多种原理的微阵列原位合成仪，如affymetrix的物理掩膜法合成仪，lcsciences和rochenimblegen的光介导数字化控制合成仪，customarray的电化学合成仪，以及agilent和twist的喷墨打印合成仪等。但微阵列原位合成技术目前存在单条产量极低、纯度差等不足，不适用于基因合成。

因此，如何提供一种适用于喷墨打印合成仪的微阵列合成仪器，以实现高通量和低成本，成为目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种阵列式合成装置，以解决现有技术中存在的合成方式通量小及试剂消耗量大的技术问题。

本实用新型提供的阵列式合成装置，包括：至少一个反应组件，所述反应组件包括：盖体、柔性垫体和限位件，

所述盖体上设置有多个第一通孔，所述柔性垫体上设置有多个第二通孔，多个所述第一通孔与多个所述第二通孔一一对应连通；

所述限位件上设置有多个限位槽，各所述限位槽内均放置有合成载体，所述合成载体上设置有合成区，所述合成区设置有多个凹陷和/或多个凸起，各所述合成载体上的合成区与各所述第二通孔一一对应设置，所述第一通孔、所述第二通孔和所述合成区形成反应池；

所述柔性垫体位于所述盖体与所述限位件之间。

在上述技术方案中，进一步地，所述限位件设置有第一接头、第二接头、第一液体通路和第二液体通路；

所述第一液体通路与所述第一接头连通，所述第一液体通路通过第一单向开合机构与所述限位槽连通，以使液体经由所述第一液体通路流入所述限位槽；

所述第二液体通路与所述第二接头连通，所述第二液体通路通过第二单向开合机构与所述限位槽连通，以使液体经由所述限位槽流入所述第二液体通路。

在上述技术方案中，进一步地，所述限位件的一侧设置有限位筋，所述限位筋交错分布并围成多个所述限位槽，所述第一液体通路和所述第二液体通路均设置于所述限位筋上，所述限位筋具有用于连通所述第一液体通路和所述限位槽的第一连通口，所述第一单向开合机构包括第一弹性挡片，所述第一弹性挡片的一端与位于所述第一连通口一侧的限位筋连接，所述第一弹性挡片的另一端与位于所述第一连通口另一侧的限位筋朝向限位槽内的侧面通过齿状结构咬合。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述盖体设置有第三接头、第四接头和第三液体通路，第三液体通路与所述第三接头和所述第四接头连通，所述第三液体通路与各所述第一通孔连通。

在上述技术方案中，可选地，所述第三接头和所述第四接头分别设置于所述盖体的底部边缘，所述限位件上与所述第三接头和所述第四接头相对的区域设置有定位槽，所述第三接头和所述第四接头能够伸入对应的所述定位槽。

在上述技术方案中，可选地，所述第三液体通路包括横向通路、纵向通路和分支通路，沿第一方向间隔分布的所述第一通孔为一排，两排所述第一通孔为一组，同组内两排所述第一通孔之间设置有一条所述横向通路，所述横向通路沿第一方向延伸，所述横向通路与相邻的两排所述第一通孔内的各所述第一通孔分别通过所述分支通路连通，各所述横向通路均与所述纵向通路连通，所述纵向通路沿第二方向延伸，所述第二方向与所述第一方向垂直。

在上述任一技术方案中，进一步地，阵列式合成装置还包括托载件，所述托载件设置有容置槽，所述反应组件位于所述容置槽内。

在上述技术方案中，进一步地，所述反应组件的数量为多个，多个所述反应组件均放置于所述容置槽内。

相对于现有技术，本实用新型所述的阵列式合成装置具有以下优势：

本实用新型所述的阵列式合成装置应用于喷墨合成仪，用于合成寡核苷酸，在使用过程中，将合成载体码放到限位件的限位槽中。喷墨合成仪将碱基喷入反应池中，反应试剂经由第一通孔和第二通孔流到合成载体的合成区，反应试剂与碱基在合成区处进行寡核苷酸的合成。由于合成区设置有多个3d立体结构的凹陷或者凸起，因此使得合成区与液体的接触面积更大，从而可以在合成区合成更多寡核苷酸，以提高一次合成操作过程合成的寡核苷酸数量。

本实用新型的另一目的在于提出一种喷墨合成仪，以解决现有技术中存在的合成方式通量小及试剂消耗量大的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种喷墨合成仪，包括如上述技术方案所述的阵列式合成装置。

所述喷墨合成仪与上述阵列式合成装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的阵列式合成装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的阵列式合成装置的零件爆炸图；

图3为本实用新型实施例提供的阵列式合成装置中盖体处于第一视角的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的阵列式合成装置中盖体处于第二视角的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的阵列式合成装置中柔性垫体处于第一视角的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的阵列式合成装置中柔性垫体处于第二视角的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的阵列式合成装置中限位件处于第一视角的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的阵列式合成装置中限位件处于第二视角的结构示意图；

图9为图7中a处的局部放大图；

图10为本实用新型实施例提供的阵列式合成装置中托载件的结构示意图；

图11为本实用新型实施例提供的阵列式合成装置中合成载体的局部剖视图；

图12为本实用新型实施例提供的阵列式合成装置中另一种合成载体的局部剖视图。

图中：

10-盖体；11-第一通孔；12-定位座；13-横向通路；14-纵向通路；15-分支通路；

20-柔性垫体；21-第二通孔；22-避让孔；

30-限位件；31-限位槽；32-第一液体通路；33-第二液体通路；34-限位筋；35-第一弹性挡片；36-定位槽；

40-合成载体；41-凸起；42-凹陷；

50-托载件；51-容置槽；52-过孔；

61-第一接头；62-第二接头。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

如图1-图12所示，本实用新型实施例提供的阵列式合成装置，包括：至少一个反应组件，反应组件包括：盖体10、柔性垫体20和限位件30，其中：

盖体10上设置有多个第一通孔11，柔性垫体20上设置有多个第二通孔21，多个第一通孔11与多个第二通孔21一一对应连通。

限位件30上设置有多个限位槽31，各限位槽31内均放置有合成载体40，合成载体40上设置有合成区，合成区设置有多个凹陷42和/或多个凸起41，各合成载体40上的合成区与各第二通孔21一一对应设置，第一通孔11、第二通孔21和合成区形成反应池。

柔性垫体20位于盖体10与限位件30之间。

具体地，合成载体为玻璃板，玻璃板具体由硅基玻璃制成，在玻璃板上设置有多个凹陷和/或多个凸起。也就是说，玻璃板上可以仅设置多个凸起，也可以仅设置多个凹陷，也可以同时包含凸起和凹陷。为便于制备该种合成载体，优选地，合成载体为仅包含凸起，或者仅包含凹陷的结构。

如图11所示，在一种具体实施方式中，各合成载体40上分别形成有多个凸起41，凸起41为球状或者球缺状。

如图12所示，在另一种具体实施方式中，各合成载体40上分别形成有多个凹陷42，凹陷42可为立方体或者圆柱体等形状。

当凹陷为立方体形状时，凹陷的深度大于凹陷的开口处的长边；当凹陷为圆柱体时，凹陷的深度大于凹陷的开口处的直径。

进一步地，凸起和凹陷的尺寸均为纳米级。

在进行喷墨反应之前，在限位件的各限位槽内均放入合成载体，限位槽的开口朝上，限位槽用于限制合成载体在水平面内的运动，以在水平方向对合成载体进行限位。柔性垫体盖在合成载体上，柔性垫体与合成载体的边缘区域接触，柔性垫体的第二通孔与合成载体的合成区对应，合成区露出于第二通孔。

盖体位于柔性垫体上方，盖体压在柔性垫体上，柔性垫体在盖体与合成载体之间起到密封作用，盖体与柔性垫体位于合成载体上方，用于对合成载体在竖直方向上进行限位。

如图1和图10所示，在上述任一技术方案中，优选地，阵列式合成装置还包括托载件50，托载件50设置有容置槽51，反应组件位于容置槽51内。

托载件由硬质材料制成，托载件可对位于其内侧的反应组件进行一定程度的保护，且可通过移动托载件来对反应组件进行定位，通过托载件便于移动阵列式合成装置整体结构。

优选地，在一个阵列式合成装置中，反应组件的数量可以为多个，多个反应组件均固定于容置槽内。如此设置，进一步提高了阵列式合成装置的通量。此外，当对反应池进行定位时，通过移动托载件，可同时移动多个反应组件，提高定位效率。

如图1所示，在本实施例的一种具体实施方式中，阵列式合成装置中包括一个托载件50和四个反应组件，四个反应组件均固定在托载件的容置槽中，且在容置槽内呈2×2矩阵状分布。上述反应组件的分布方式仅为举例说明了一种可行分布方式，不作为对本申请提供的反应组件的分布方式的限定。本领域技术人员可根据需求选用其他分布方式，例如四个反应组件在容置槽内为1×4式分布。

多个第一通孔11在盖体10上呈24×16矩阵状分布，多个第二通孔在柔性垫体上呈24×16矩阵状分布。这种分布方式仅为举例说明了一种可行分布方式，不作为对本申请提供的第一通孔及第二通孔的分布方式的限定。

进一步地，将合成载体的合成区划分为多个合成位，每个合成位所处区域可合成一条dna，为达到较高合成通路，优选地，在一个合成载体上，合成位的数量大于100个。每个合成位内都包含有若干凸起(或凹陷)。

当在一个阵列式合成装置中包含有四个反应组件，各反应组件的盖体上第一通孔的数量相同，且各第一通孔对应的合成载体上的合成位的数量相同。

具体地，盖体上第一通孔的数量为384个，合成载体上合成位的数量为700个时，该阵列式合成装置的总合成通量为4x384x700＝1075200。也就是说，使用本实施例提供的阵列式合成装置可达到百万级的高通量。

或者说，在另一种具体实施方式中，盖体上第一通孔的数量为384个，合成载体上合成位的数量为200个时，该阵列式合成装置的总合成通量为4x384x200＝307200。也就是说，使用本实施例提供的阵列式合成装置可达到三十万级的高通量。

综上可知，本实施例提供的阵列式合成装置的合成通量与反应组件的数量、各盖体上第一通孔的数量(也即反应池的数量)、各合成载体上合成位的数量均相关。在生产制造过程中，可根据需求设置上述参数，以实现数十万甚至数百万的合成通量。

当然，在其他不同实施方式中，在不同反应组件内，第一通孔的数量也可不同，例如其中一个反应组件的盖体上的第一通孔数量大于其余各反应组件的盖体上的第一通孔数量。所有反应组件的盖体上的第一通孔的总和至少为1536个。

为便于清洗限位件，如图7-图9所示，在一种可行实施方式中，限位件30设置有第一接头61、第二接头62、第一液体通路32和第二液体通路33。具体地，第一液体通路32与第一接头61连通，第一液体通路32通过第一单向开合机构与限位槽31连通，以使液体经由第一液体通路32流入限位槽31。第二液体通路33与第二接头62连通，第二液体通路33通过第二单向开合机构与限位槽31连通，以使液体经由限位槽31流入第二液体通路33，并最终经由第二液体通路33流到第二接头62处，以从第二接头62处排出。

在清洗限位件时，通过第一接头向第一液体通路通入液体，液体沿第一液体通路流动，最终流入与第一液体通路连通的各限位槽中的反应池内。

如图7和图8所示，在一种可行实施方式中，限位件30包括底板和设置于底板朝向柔性垫体的侧面的限位筋34，限位筋34交错分布并围成多个限位槽31。

在一种可选实施方式中，第一液体通路和第二液体通路均可设置于限位筋内。

或者，在一种优选实施方式中，第一液体通路和第二液体通路均设置于限位筋的顶面，第一液体通路和第二液体通路均由限位筋的顶部向下凹陷后形成的槽体形成。柔性垫体盖合在限位筋上，将第一液体通路和第二液体通路的顶部开口盖合，柔性垫体在盖体与限位件之间起到分隔作用，且柔性垫体对第一液体通路和第二液体通路起到顶部密封作用，避免液体有第一液体通路或第二液体通路的顶部溢出。将第一液体通路和第二液体通路均设置在限位筋的顶部，便于加工制造。

进一步地，底板与限位筋为一体结构，一体成型制造而成。

在第一液体通路与限位槽之间设置有第一单向开合机构，如图9所示，第一单向开合机构可如下设置：第一单向开合机构包括第一弹性挡片35，限位筋34具有用于连通第一液体通路32和限位槽31的第一连通口，第一弹性挡片35的一端与位于第一连通口一侧的限位筋34连接，第一弹性挡片35的另一端与位于第一连通口另一侧的限位筋34朝向限位槽31的内部的侧面通过齿状结构咬合。

优选地，第一弹性挡片与限位筋为一体结构，限位件整体由具有一定弹性的材料制成，例如pc(polycarbonate，聚碳酸酯)。

应用上述第一单向卡合机构的限位件在清洗过程中，第一接头处通入有一定压力的清洗液，清洗液沿第一液体通路流动，在流动到第一连通口处，由于清洗液有一定压力，因此清洗液会推动第一弹性挡片的一端向限位槽内侧偏转，从而使得第一弹性挡片的自由端与限位槽的内壁之间出现间隙，清洗液经由该间隙进入限位槽内。进入限位槽内的液体对于第一弹性挡片施加一个向限位槽外侧偏转的力，即使限位槽内的液体压力大于第一液体通路中的液体压力，限位槽内的液体也不会经由第一单向开合机构流回到第一液体通路，而是将第一弹性挡片推回初始位置，使得第一连通口关闭。

清洗液可以为水，也可以为添加有清洁剂的溶液。

第二单向卡合机构的结构可以与第一单向可和结构类似。第二液体通路的第二单向卡合机构包括第二弹性挡片，限位筋具有用于连通第二液体通路和限位槽的第二连通口，第二弹性挡片的一端与位于第二连通口一侧的限位筋连接，第二弹性挡片的另一端与位于第二连通口另一侧的限位筋朝向限位槽的外侧的侧面通过齿状结构咬合。

如此设置，当限位槽内的液体逐渐增多后，限位槽内液体的压力逐渐增大，位于限位槽内的液体推动第二弹性挡片，使得第二弹性挡片的自由端向限位槽的外侧方向偏转，从而使得第二弹性挡片与限位筋之间出现缝隙，位于限位槽内的液体可经由该缝隙进入第二液体通路，并经由第二液体通路流动到第二接头，最终经由第二接头排出。

为提高清洗效率，可在第一接头处连接增压泵，以增加进入第一液体通路的清洗液的压力，使得清洗液流动速度增加。为增加液体从限位槽中流出的速度，可以在第二接头处连接负压泵，从而提高限位槽内的清洗液流出的速度。

在本申请阵列式合成装置工作过程中，需要向反应池通入液体，在一种优选实施方式中，盖体设置有第三接头、第四接头和第三液体通路，第三液体通路与第三接头和第四接头连通，第三液体通路与各第一通孔连通。通过第三接头向第三液体通路内通入液体，液体经由第三液体通路流入反应池。在反应完成后，将反应池内的液体抽出到第三液体通路，并经由第四接头排出。

在一种优选实施方式中，第三液体通路设置于盖体的底面(朝向弹性垫体的一面)，且具有朝下(朝向弹性垫体方向)的开口。在使用过程中，弹性垫体位于盖体下方，将第三液体通路朝下的开口密封，避免液体经由第三液体通路的底部开口流出，使得液体仅可沿第三液体通路的走向流动。

在上述技术方案中，可选地，第三接头和第四接头分别设置于盖体的底部边缘，限位件上与第三接头和第四接头相对的区域设置有定位槽，第三接头和第四接头能够伸入对应的定位槽。

具体地，如图2-图4所示，在盖体10的底部边缘区域设置有定位座12，第三接头和第四接头分别通过其各自对应的定位座12与盖体10连接。定位座12能够伸入到定位槽中。进一步地，如图5和图6所示，在柔性垫体20与定位座相对的区域设置有避让孔22，定位座可穿过该避让孔22伸入到对应的定位槽中。

在另一种可选实施方式中，定位座还可设置于盖体的顶部边缘，在这种设置方式中，无需在限位件上设置定位槽。

如图7和图8所示，第三液体通路包括横向通路13、纵向通路14和分支通路15，沿第一方向间隔分布的第一通孔11为一排，两排第一通孔11为一组，同组内两排第一通孔11之间设置有一条横向通路13，横向通路13沿第一方向延伸，横向通路13与相邻的两排第一通孔11内的各第一通孔11分别通过分支通路15连通，各横向通路13均与纵向通路14连通，纵向通路14沿第二方向延伸，第二方向与第一方向垂直。

在该种设置方式中，纵向通路的数量为两个，横向通路的数量为多个，两个纵向通路分别与各横向通路的两端连通，第三接头与其中一个纵向通路连通，第四接头与另一个纵向通路连通。如此设置，在液体注入的过程中，液体可有第三接头处流入与其连通的纵向通路，并从纵向通路分流到各横向通路中，最终经由与横向通路连通的各分支通路流入第一通孔，从而到达反应池。第四接头可在液体排出时与负压泵连接，以将各第一通孔内的液体吸出。或者，也可在注液过程中，同时通过第三接头和第四接头向第三液体通路内注入液体，增加注入液体的速度。

或者，在本实施例的另一种具体实施方式中，第三液体通路包括横向通路13、纵向通路14和分支通路15，沿第二方向间隔分布的第一通孔11为一列，两列第一通孔11为一组，同组内两列第一通孔11之间设置有一条纵向通路14，纵向通路14沿第二方向延伸，纵向通路14与相邻的两列第一通孔11内的各第一通孔11分别通过分支通路15连通，各纵向通路14均与横向通路13连通。

在这种设置方式中，横向通路的数量为两个，纵向通路的数量为多个，两个横向通路分别与各纵向通路的两端连接，第三接头与其中一个横向通路连通，第四接头与另一个横向通路连通。如此设置，与上述第三接头和第四接头与纵向通路连通的设置方式相比，在注液或排液的过程中，液体的主要流向不同。

当将反应组件放置于托载件中时，为便于为接头(包括第一接头、第二接头、第三接头和第四接头)连接注液管道，如图1所示，在托载件50上设置有过孔52，可通过过孔52向位于托在件50的内侧的限位件30或盖体10上安装接头(第一接头、第二接头、第三接头或第四接头)，也可将外部的注液管道伸入过孔52中，以与接头(第一接头、第二接头、第三接头或第四接头)连接。

在托载件中设置有多个反应组件时，不同反应组件内的各第一液体管路可相互连通，各第二液体管路可相互连通，各第三液体管路也可相互连通。如此设置，可使用一个接头连接泵送装置即可完成注液或排液的操作。

当然，在托载件中设置有多个反应组件时，各反应组件可分别连接泵送装置，注液与排液过程单独进行。或者其中若干反应组件为一组，组内的几个反应组件间的液体管路连通，并通过一套泵送装置进行注液或排液的操作。

值得说明的是，在一种可选实施方式中，盖体可以由塑料材质制成，柔性垫体可以由橡胶材质制成，限位件可以由pc塑料制成，合成载体可以由玻璃制成，托载件可以由塑料或者金属制成。

实施例二

一种喷墨合成仪，包括上述实施例一提供的阵列式合成装置。进一步地，喷墨合成仪还包括泵送系统，阵列式合成装置中的第一接头、第二接头、第三接头和第四接头分别与泵送系统连接，并在泵送系统控制下向反应池注入液体，或者将反应池的液体排出。

喷墨合成仪与上述阵列式合成装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。