CN110545906A - 用于合成寡核苷酸的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于合成寡核苷酸的设备，包括：‑试剂容器接收器(1)，其用于接收包括多个试剂容器(18)的试剂容器支架(17)；可替换的微流控芯片(10)，其包括合成腔室、流体接口以及微流控阀；‑控制装置(5)；‑流体连接装置(2)；其中该设备可在装载位置中装载以微流控芯片(10)和试剂容器支架(17)，‑芯片接收器(3)。为了能够成本有效且及时地合成甚至少量的寡核苷酸，根据本发明提供一种致动器装置(6)，利用该致动器装置可将试剂容器接收器(1)、微流控芯片(10)和流体连接装置(2)从装载位置带入操作位置，在该操作位置中，试剂容器接收器(1)、芯片接收器(3)和流体连接装置(2)相对于彼此定位，使得根据微流控阀的阀位可将试剂从试剂容器(18)朝合成腔室(14)的方向输送。

Description

用于合成寡核苷酸的设备

技术领域

本发明涉及用于合成寡核苷酸、优选地DNA链的设备，以及用于合成寡核苷酸的设备用的微流控芯片、用于容纳在合成寡核苷酸的设备中的的试剂容器支架和操作用于合成寡核苷酸的设备的方法。

背景技术

寡核苷酸是由少量核苷酸、DNA和RNA构成的寡聚物(低聚物)。例如，寡核苷酸可为包含多个核苷酸的DNA或RNA链的片段。寡核苷酸的核苷酸序列通常包括15至100、优选地15至50个核苷酸单元，其中更短或更长的核苷酸序列也是可想到的。

特别是在分子生物学领域，寡核苷酸起着重要的作用，因为它们被用作例如聚合酶链反应(PCR)的引物、DNA测序的引物、矢量设计(Vectordesign)的构建单元或人工基因合成的构建单元。寡核苷酸还用作探针，特别是在实时定量PCR中或在寡核苷酸芯片中。

通常，寡核苷酸可通过纯化学合成制备，其中使用合适的催化剂将各个核苷酸直接链接在一起。

为了合成整个DNA链，通常使用重组DNA合成的方法，其中DNA序列被以自然方式复制和扩增，随后被切割并重新组装以获得所需的DNA序列。作为替代，可使用适当的酶催化剂由较短的化学合成的寡核苷酸组装具有任意DNA序列的较长DNA链。

对于实际的实验室操作，必须在每种情况下重新合成寡核苷酸作为起始原料。通常在实验室中，特别地在中小型实验室中，不存在用于合成寡核苷酸的必要基础设施。根据现有技术的用于DNA合成的设备，也称为DNA合成仪，通常是大体积的仪器，其需要装载多个装有有机化学合成试剂的容器。一些试剂在装载后具有受限的使用寿命，因此DNA合成仪在实践中必须保持连续运行。在操作过程中，主要由于仪器的内部容积，产生以升为单位的有机溶剂废料，其必须予以专门处理。因此，对于DNA合成仪以及试剂和废料的处理，通常需要专业人员来完成。

为了避免这些问题并节省成本，寡核苷酸合成通常外包给第三方制造商。然而，从第三方制造商那里购买寡核苷酸在时间因素和最终成本方面都具有明显的缺点：由于第三方制造商的合成通常仅按需进行，因此合成的外包会导致大量的时间损失，因为除了合成的持续时间之外，还必须考虑第三方制造商的订单量、交货延迟和运输时间。因此，在实践中通常不可能及时地获得所需的寡核苷酸。因此，必须长期计划寡核苷酸的订购，以确保在正确的时间点在实验室中可用。该过程可严重抑制实验室的研究速度，当要将研究周期的结果纳入下一个研究周期中时，尤其如此。由此造成的延误和等待时间会导致额外的人员成本，这可减少给定研究预算下可实现的研究成果总量。

对于合成最长不超过200个核苷酸的单独使用的短寡核苷酸(主要是引物)，基于色谱柱的合成仍然是最新技术。由于所述原因，近几十年来DNA合成仪的开发已从内部实验室使用的设备转变为在第三方制造商的情况下更有效的工业使用设备。因此，当今开发的重点通常是通过使用数十至数百个色谱柱和提高自动化程度来提高并行合成通量。这种开发的极端(极限)是使用DNA微阵列芯片进行合成。在这种情况下，芯片表面上的数千个接头点(Linker-Spots)用作用于并行合成具有不同序列的短寡核苷酸的起点。然后将它们组装成例如合成基因，其中必须使用复杂的理论方法来避免不期望的寡核苷酸组合。随着理论通量的提高，还需要不断提高利用率，从而确保这种设备和工艺的盈利能力。所描述的高通量应用的反发展是当前对具有额外整合的经修饰的核苷酸的寡核苷酸的高需求，所述经修饰的核苷酸在各种应用中用作例如探针或“标签”分子作为限定的锚定分子。尽管这些是在较小尺寸的设备上以较小的总量合成的，但是通常仍从第三方制造商处购买。

现有技术的另一缺点是核苷酸序列必须被传递给第三方制造商，因此原则上存在非法取得的风险。

技术问题

因此，本发明的目的在于克服现有技术的缺点，并提出一种用于合成寡核苷酸的设备，该设备允许及时且因此低成本地合成甚至少量的寡核苷酸。另外，根据本发明的设备的操作和购买对于中小型实验室在经济上也应是有意义的。

发明内容

根据本发明的装置包括多个部件，这些部件的相互作用使得能够在设备的操作位置中合成寡核苷酸。这些部件是试剂容器接收器，其可装载以用于进行合成的试剂；可替换的微流控芯片(微流体芯片)，其中寡核苷酸的合成在合成腔室内进行；流体连接装置，可通过该流体连接装置将试剂从试剂容器输送至微流控芯片；以及控制装置，其用于控制试剂向合成腔室的供应。例如，合成腔室可包含在合成反应开始时具有接头(连接子)分子的载体介质。在此，例如对于载体介质可想到多孔结构，如所谓的由可控孔度玻璃(controlledpore glass，CPG)或大孔聚苯乙烯(MPPS)制成的珠。为了在流动穿过合成腔室期间将带有试剂的载体介质保持在合成腔室中，可设置阻挡(围护)结构。此外，可想到的是，对合成腔室本身的表面进行修饰，使得其携带接头分子和/或通过合适的表面扩大方法而具有高的总表面积。

本发明的一方面在于，将试剂容器接收器、流体连接装置以及优选地还有控制装置定位在设备中的装载位置中，使得微流控芯片可被引入到设备中并且试剂容器接收器可装载以试剂。为了能够实现这些过程，微流控芯片和位于试剂容器接收器中的试剂容器、优选地试剂容器支架在装载位置中未连接至流体连接装置。

在其中进行合成的微流控芯片是可替换的，因为单个芯片通常仅适用于有限数量的合成。在大多数情况下，使用一个芯片甚至只能进行一个合成过程，因此在每次成功合成后都必须更换芯片，方式是通过从设备中移出已进行过先前合成的用过的芯片，并为该设备装载新的微流控芯片。通常在装载位置中进行至少所述装载、优选地还有取出用过的芯片。

在装载位置，一方面，试剂容器接收器可装载以试剂容器，另一方面，可从试剂容器接收器中取出空的试剂容器。因此，试剂容器和处于其中的试剂的更换是可能的。在此，有利的是，将至少两个试剂容器、优选地所有试剂容器集成到试剂容器支架中。在此，试剂容器通过试剂容器支架牢固地相互连接在一起并且仅作为一个整体被更换。结果，空的试剂容器支架可作为消耗品以简单的方式被新的经填充的试剂容器支架替换，而用户无需单个地重新填充(补充)和监控试剂。

在微流控芯片中，利用已知的液体的微流体行为(性能)，其中微流体通道的直径通常小于一毫米，通常在100纳米和500微米之间。在这种情况下，形成具有特别低的雷诺数(Reynolds Zahlen)的流，这几乎仅对应于层流。微流控芯片具有一系列的流体接口(fluidischen Anschlüssen)，这些流体接口可与流体连接装置相连，以便沿合成腔室的方向从试剂容器中传输试剂。对于合成所需的每种试剂，提供至少一个单独的流体接口。流体接口经由通常至少部分地以微流体的方式形成的流体连接部(fluidischen Verbindung)而连接至合成腔室。例如，合成腔室可布置在流体连接部的合成通道中。为每个流体接口分配一个微流控阀(微流体阀)，通过该微流控阀，流体接口和合成腔室之间的流体连接部可从关闭状态变为打开状态，在所述关闭状态下流体连接部中断并且没有试剂可朝合成腔室的方向流动，在所述打开状态下流体连接部是打开的。当然，也可考虑将微流控阀置于其中微流控阀部分打开的阀位中。

本发明的另一方面在于，将试剂容器接收器、流体连接装置、微流控芯片以及优选地还有控制装置在操作位置中如此定位在设备中，使得通过流体连接装置来在布置在试剂容器接收器的试剂容器和微流控芯片的流体接口之间建立连接，并且微流控芯片连接至控制装置以允许对微流控阀进行受控的致动。控制装置在此被设计为控制微流控阀的阀位，使得试剂以由合成预定的数量和顺序被输送到合成腔室中。

对于微流控阀的致动，有利的是，控制装置包括气动系统，通过该气动系统来控制微流控阀。特别地，当微流控芯片的微流控阀具有隔膜并且隔膜通过改变来自控制装置的气动系统的作用在隔膜上的压力来释放或中断流体连接部时，气动系统是有利的。但是也可想到的是，例如通过压电元件机械地操纵微流控阀。

控制装置的气动系统在此通常包括多条控制管线，这些控制管线可例如通过芯片接收器的接口段直接或间接地连接至微流控阀。控制管线可被设计成例如软管或管道。

在操作位置，寡核苷酸的合成可通过由控制装置预定的顺序(微流控阀的阀位以该顺序被释放并再次被锁定)进行。由于在其中进行合成的微流控芯片的归功于微流体特性的小的尺寸，因此显著减小了设备的尺寸。由于不再需要第三方制造商，因此甚至少量的寡核苷酸也可通过本发明的设备以成本有利的方式制备。根据本发明的设备的特征还在于其易于操作，因为仅需要为试剂容器接收器装载试剂，为该设备装载微流控芯片并且将寡核苷酸的核苷酸序列馈送到控制装置中，以开始合成。

因此，在开头所述的目的在根据本发明的用于合成寡核苷酸、优选地DNA链的设备中如此实现，即该设备包括以下组件：

-试剂容器接收器，其用于接收(接受)包括多个用于合成寡核苷酸的试剂的试剂容器的试剂容器支架；

-可替换的微流控芯片，其包括用于合成寡核苷酸的合成腔室、用于供应试剂的流体接口以及微流控阀，

其中流体接口通过流体连接部与合成腔室连接，并且各流体接口与合成腔室之间的流体连接部可通过微流控阀之一中断或释放；

-控制装置，优选地包括气动系统，其用于控制微流控阀；

-流体连接装置,其用于将试剂从试剂容器传输到微流控芯片的流体接口，

其中在装载位置中该设备可装载以微流控芯片并且试剂容器接收器可装载以试剂容器支架，

其中可将试剂容器接收器、微流控芯片和流体连接装置从装载位置带入操作位置，

在操作位置中试剂容器接收器、微流控芯片和流体连接装置相对于彼此定位，使得微流控芯片的微流控阀连接到控制装置，布置在试剂容器接收器中的试剂容器通过流体连接装置与微流控芯片的流体接口相连接，使得可根据微流控阀的阀位将试剂从试剂容器朝向合成腔室输送。

与现有技术相比，根据本发明的设备中使用的微流控技术使得可更有效地使用试剂，而不会因技术原因而造成损失。由此才能够实现的试剂储备的减少在这样的程度上简化了设备的使用，使得与第三方工业制造商相比，本发明可直接在中小型实验室中进行操作。

原则上，将试剂容器接收器、微流控芯片、流体连接装置以及优选地控制装置沿任意的运动方向(例如线性运动方向、圆形路径或曲线路径)可移动地连接在装置中，以从装载位置带入到操作位置。所述运动可通过致动器装置来实现或者可手动地执行，所述致动器装置优选地包括一个或多个电驱动单元和/或手动操作的机构。

在本发明的一种实施方式变型中规定，设有致动器装置，利用该致动器装置可将试剂容器接收器、微流控芯片、流体连接装置以及优选地控制装置从装载位置带入操作位置，其中致动器装置优选地具有线性运动轴，并且试剂容器接收器和/或流体连接装置和/或微流控芯片的定位沿着该运动轴进行。换句话说，一个或多个或所有元件可通过致动器装置沿着运动轴定位。借助于致动器装置，该设备可自动地从装载位置被带入到操作位置。通过线性运动容易控制运动学关系，并且可以成本有利的方式制造必要的机械装置。

为了定位微流控芯片，通常设置芯片接收器，其中可在装载位置将微流控芯片放入该芯片接收器中。通过沿着致动器装置的优选的线性运动轴移动芯片接收器，可沿着运动轴定位芯片。为了易于更换微流控芯片，该芯片接收器具有抽屉式可拉出的接收室(Aufnahmefach)，该接收室可从装载位置移动到中间位置，其中在该装载位置，微流控芯片可放入接收室中；在该中间位置，微流控芯片的流体接口被定位成与流体连接装置对准。优选地，接收室的运动在此在垂直于线性运动轴的方向上进行。

还有利的情形是，芯片接收器具有用于将微流控芯片的接口(Anschluss)连接至控制装置的接口段(Anschlussabschnitt)，优选地板状的接口段。接口段优选地布置在微流控芯片的与流体连接装置相反的一侧上，并且还用作用于夹持微流控芯片的夹持面。例如，接口段可具有用于控制装置的气动系统的控制管线通道，这些控制管线通道在操作位置中分别连接至微流控芯片的的微流控阀。优选地，在各自情况下，接口段的一个控制管线通道连接至控制装置的气动系统的控制管线。

原则上可想到，通过致动器装置，将芯片接收器、试剂容器接收器和流体连接装置都沿着线性运动轴可滑动地连接在致动器装置的框架上，或者将芯片接收器或试剂容器接收器固定地连接在框架上，而相应的其它两个元件可滑动地连接在框架上。

允许设备的特别简单的构造的本发明的另一实施方式规定，致动器装置具有框架，其中流体连接装置、优选地通过支撑板固定地连接至该框架上，并且其中试剂容器接收器和用于接收微流控芯片的芯片接收器优选地线性地沿着运动轴、朝向流体连接装置可滑动地和/或可枢转地连接至所述框架上，以将试剂容器接收器和微流控芯片，优选地通过芯片接收器的定位，从装载位置带入到操作位置中，反之亦然。优选地，芯片接收器和/或试剂容器接收器被设计为滑架，其可沿着至少一个由框架形成的导轨平移地移位。还可想到的是，用于芯片接收器的致动器装置具有枢转机构，其中通过枢转机构的枢转来实现微流控阀与控制装置的连接并且优选地将微流控芯片夹紧。因此，特别有利的是，芯片接收器的接口段被设计成可通过致动器装置枢转。致动器装置可在此具有例如一个或多个驱动器、特别地一个或多个主轴驱动器和/或皮带驱动器和/或线性马达以特别地用于被设计成滑片的芯片接收器和/或试剂容器接收器的运动。

有利的情形是，在操作位置中通过芯片接收器的行进将微流控芯片夹紧在芯片接收器的夹紧面与支撑板的夹紧面之间。特别优选地，支撑板具有支撑元件，其中微流控芯片在操作位置中被平放在支撑元件上。

为了能充分利用设备中可用的空间并因此使设备的尺寸保持尽可能小，在试剂容器接收器和微流控芯片之间设置流体连接装置。在这种情况下，在芯片的一侧，例如在底侧形成在操作位置中连接到流体连接装置上的微流控芯片的流体接口。与控制装置的连接、优选地与控制装置的气动系统的连接在芯片的相反侧，例如顶侧上完成，从而既存在用于流体连接装置的足够的空间，优选地在支撑板中，又存在用于阀门致动所需的控制装置部分的足够的空间，优选地在芯片接收器中。因此，根据本发明的另一实施方式变型规定，设备的部件在操作位置中按以下顺序，优选地沿运动轴的方向观察，相对于彼此定位：

-试剂容器接收器

-流体连接装置

-微流控芯片，

其中流体接口布置在微流控芯片的面向流体连接装置的一侧上并且微流控阀在微流控芯片的与流体接口相反的一侧上连接至控制装置。

流体和/或连接装置在一般情况下可理解为任何可流通的元件，例如管线、管子、软管或管道。连接装置还可包括多个部件，例如形成为可穿流元件的输送管线和用于连接至微流控芯片或用于连接至气动系统的连接头。然而，连接装置、特别地气动连接装置也可各自由一条、优选地针形的输送管线组成。

为了在操作位置中在微流控芯片的流体接口和流体连接装置之间建立紧密的连接，在根据本发明的设备的优选的实施方式中规定，流体连接装置各自包括用于连接至微流控芯片的流体接口之一的连接头(Anschlussstück)和用于连接至试剂容器的、优选地针形的输送管线。连接头例如可被设计成金属套筒，其可用被设计成微流控芯片的套筒状凸出部的微流体接口压紧。在另一实施方式中，连接头也可被设计成密封元件、优选地由塑料、特别地橡胶构成的密封元件，从而通过按压微流控芯片的、优选以圆环形状围绕流体接口的密封面来实现操作位置中的密封性。优选地，输送管线被设计为针形的，换言之，相对于输送管线的长度具有小的横截面面积，其中连接头可在端侧布置在输送管线的端部处。输送管线的与连接头相对的端部在此被设计成穿透试剂容器的密封元件、优选地隔板。

根据本发明的另一实施方式，设置有气动连接装置，通过该气动连接装置可在操作位置中将气动系统、优选地控制装置的气动系统连接到布置在试剂容器接收器中的试剂容器，以通过流体连接装置在微流控芯片的方向上(朝向微流控芯片)输送试剂。气动系统在此应理解为是指可通过至少一个气动阀关闭的管线系统，在该管线系统中存在优选为惰性的加压气体。在这种情况下，用于输送试剂的气动系统可为控制装置的气动系统，通过该气动系统也可控制微流控阀。然而，也可考虑，用于输送试剂的气动系统是单独的封闭系统。为了连接至气动连接装置，气动系统、优选地控制单元的气动系统、具有气体管线，其可直接或间接地、特别地经由支撑板中的气体管线通道连接至气动连接装置。当试剂容器通过气动连接装置连接到用于输送试剂的气动系统时，气动系统的气压可通过气动阀的阀位对处于试剂容器中的试剂施加压力，以通过流体连接装置朝向微流控芯片输送试剂。

类似于流体连接装置，气动连接装置各自可包括用于连接到气动系统的套筒形的连接头，和用于将气态介质从气动系统引入到试剂容器中的输送管线、优选地针形的输送管线。然而，优选的是，气动连接装置各自被设计成输送管线、优选地针形的输送管线。优选地，输送管线是针形的，换言之，相对于输送管线的长度具有小的横截面面积，其中连接头可在端侧布置在输送管线的端部处。输送管线的端部之一在此被设计成穿透试剂容器的密封元件、优选地隔板。

特别有利的是，将流体连接装置和气动连接装置固定到支撑板上，该支撑板牢固地连接至框架处。特别地可规定，支撑板具有气体管线通道，通过该气体管线通道，在操作状态中来自气动系统的气体进入气动连接装置。气体管线通道可与气动系统的气体管线、特别地控制装置的气动系统的气体管线相连。

在此，不言而喻，支撑板也可被设计成多件式的，并且单个的构件、特别地用于连接流体和/或气动连接装置的构件被组合为支撑板的组件。

试剂容器(在操作位置中优选地以试剂容器支架的形式定位在试剂容器接收器中)各自由密封元件例如隔板几乎气密性地封闭，以防止试剂与环境反应。换句话说，试剂容器包括由密封元件封闭的空间，在所述空间中一方面存在试剂，另一方面存在惰性气体。在操作位置中，流体连接装置的端部和气动连接装置的端部都处于包含液体试剂的试剂容器中，其中在各自情况下通常涉及相应的连接装置的针形输送管线的端部。通常，流体连接装置的端部浸入试剂中，而气动连接装置的端部不浸入试剂中，而是其末端在试剂表面上方。换句话说，气动连接装置的端部靠近密封元件布置，而流体连接装置的端部靠近试剂容器的与密封元件对置的底面布置。如果气体然后通过气动连接装置从气动系统流入试剂容器的封闭空间中，则该空间中的压力增加并且试剂通过流体连接装置朝向合成腔室输送。因此，在本发明的另一优选的实施方式中规定，在操作位置中分别将流体连接装置之一的输送管线的端部和气动连接装置之一的端部布置在包含液体试剂的试剂容器内，以通过气动系统的气压将试剂从试剂容器朝向合成腔室输送，其中输送管线和气动连接装置穿过相应试剂容器的密封元件。

除了已经是液体形式的试剂之外，还可规定一些试剂以固体形式存在，例如以粉末形式存在，并且直到合成开始才溶解。这对于例如在寡核苷酸的合成中经常使用的碱基腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶或尿嘧啶的亚磷酰胺是有利的。溶解在溶剂中的亚磷酰胺的反应性或活性即仅在14天后就会显著降低，因此，如果亚磷酰胺已经以溶解形式存在于试剂容器中，则必须在生产后很短的时间内将新的试剂容器支架消耗掉并且不能暂时储存。为了克服这些缺点，在用于各自包含亚磷酰胺的试剂容器的试剂容器支架中提供包含试剂、优选地乙腈的试剂容器。包含溶剂的试剂容器在此通过连接管线与包含固体的试剂容器连接，其中气动连接装置的端部布置在包含溶剂的试剂容器中，优选地在试剂表面上方，而流体连接装置的端部布置在包含固体的试剂容器中。连接管线的两端分别(优选地以针形的形式)穿过试剂容器之一的密封元件，从而连接管线的端部布置在包含溶剂的试剂容器中，以及另一端部布置在包含固体的试剂容器中。以类似于以上所述的方式进行传输(输送)，但是溶剂首先通过连接管线进入到包含固体的试剂容器中，于其中固体溶解在溶剂中，之后气体通过连接管线流入包含此刻已溶解的固体的试剂容器中并增加空间中的压力，使得溶液通过流体连接装置朝向合成腔室输送。因此，在本发明的另一优选的实施方式中规定，在试剂容器接收器中设置一对对应的试剂容器，其中试剂容器之一包含固体，优选地粉末形式的碱基腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶或尿嘧啶的亚磷酰胺，以及试剂容器之一包含溶剂、优选地乙腈，并且在操作位置中气动连接装置之一的端部布置在包含溶剂的试剂容器中，以及流体连接装置之一的输送管线的端部布置在包含固体的试剂容器中，并且连接管线将两个试剂容器连接在一起，使得溶剂通过气动系统的气压从一个试剂容器转移到另一个试剂容器中，固体在试剂容器中溶解于溶剂中并且溶液可朝向合成腔室输送。

在本发明的另一实施方式中规定，试剂容器通过相应的密封元件封闭并且气动连接装置被设计成使得在从装载位置运动到操作位置的过程中，多个、优选地全部试剂容器的密封元件同时被穿透。

根据本发明的另一实施方式规定，试剂容器通过相应的密封元件封闭并且流体连接装置被设计成使得在从装载位置运动到操作位置的过程中，多个、优选地全部试剂容器的密封元件同时被穿透。

特别优选地，流体连接装置和气动连接装置被设计成使得密封元件在不同的时间点被穿透。

同时穿透多个试剂容器的密封元件使得如下成为可能：使用相同的试剂容器和密封元件以及对于所有相应的试剂容器各自具有相同长度的流体连接装置和/或气动连接装置，从而大大简化了设备的技术结构并提高了经济效益。特别优选地，所有试剂容器的所有密封元件被同时穿透，从而上述效果适用于所有流体和/或气动连接装置或所有试剂容器。

本发明的一个方面涉及用户对设备的易用性。在用于合成寡核苷酸的已知设备中，必须单个地监测试剂容器中试剂的填充水平，并且分别单个地重新填充(补充)或连通试剂以保证设备的高效能性。因此，所有用于补充试剂容器的试剂必须存放在实验室中。在根据本发明的用于合成寡核苷酸的设备中，通过如下方式克服了现有技术的这一缺点：提供一种试剂容器支架，其包括用于为合成所需的所有试剂的试剂容器。试剂容器因此通过试剂容器支架被连接成一个单元，从而无需单个地监视、补充和取出试剂容器。试剂容器支架可用作完整的单元并且可半自动或全自动连接至设备，而无需进一步的用户交互。因此，在由试剂量预先确定的合成次数之后，可将试剂容器支架作为整体进行更换，并用新的已填充的试剂容器支架替换。因此，试剂容器支架代表易于操作的备件，这使得不再需要各种试剂的成本高昂的存储和购买。根据本发明的这种实施方式，仅需要存储至少一个试剂容器支架作为替换物。因此，在本发明的一种特别优选的实施方式(其中基于亚磷酰胺进行寡核苷酸合成)中规定，试剂容器支架包括至少六个、优选地至少七个试剂容器并且布置在试剂容器接收器中，其中每个试剂容器包含以下试剂之一：

-各自一种包含碱基腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶或尿嘧啶的亚磷酰胺的试剂；

-用于寡核苷酸的末端的去三苯甲基化的试剂，优选地包含二氯乙酸、三氯乙酸或溴化锌；

-用于对寡核苷酸的去三苯甲基化的5'-OH基团进行活化并用于偶联亚磷酰胺的试剂，优选地包含四唑；

-用于氧化亚磷酸三酯的试剂，优选地为包括弱碱、特别地吡啶、卢替丁或可力丁的碘水溶液，或非水性氧化剂例如CSO；

-优选地至少一种用于对活化的寡核苷酸的未反应的5'-OH基团进行封阻的试剂，优选乙酸酐和N-甲基咪唑或DMAP；

其中每个试剂容器均由密封元件封闭。

优选地，试剂容器支架还包括：

-包含用于从固体支持物上分离寡核苷酸和/或用于去除寡核苷酸的保护基团的试剂的试剂容器，所述试剂优选地为无机碱和/或胺、特别地氢氧化铵和/或甲胺或丙胺，

和/或

-至少一个、优选地至少四个包含溶剂、优选地乙腈的试剂容器。

由于试剂容器支架是对于操作根据本发明的设备所必需的可更换的消耗品，因此本发明还涉及容纳在用于合成寡核苷酸的根据发明的设备的试剂容器接收器中的试剂容器支架，该试剂容器支架包括至少六个、优选地至少七个具有不同试剂的试剂容器，其中试剂容器各自包含以下试剂之一：

-包含碱基腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶或尿嘧啶的亚磷酰胺的试剂；

-用于寡核苷酸的末端的去三苯甲基化的试剂，优选地包含二氯乙酸、三氯乙酸或溴化锌；

-用于对寡核苷酸的去三苯甲基化的5'-OH基团进行活化并用于偶联亚磷酰胺的试剂，优选地包含四唑；

-用于氧化亚磷酸三酯的试剂，优选地为包括弱碱、特别地吡啶、卢替丁或可力丁的碘水溶液，或非水性氧化剂例如CSO；

-优选地至少一种用于对活化的寡核苷酸的未反应的5'-OH基团进行封阻的试剂，优选乙酸酐和N-甲基咪唑或DMAP；

其中每个试剂容器均由密封元件封闭。

合成的各个步骤和各种试剂的作用将在别处更详细地讨论。在任何情况下，选择试剂的量，使得在必须用新的试剂容器支架替换之前，可进行至少一种、优选地至少两种、特别地三种、四种或五种合成方法。

为了将微流控阀有效地集成到与合成腔室的流体接口之间的流体连接部中，在另一优选的实施方式中规定，微流控芯片的流体连接部包括连接到合成腔室的主通道和多个流体连接通道，其中，在各自的情况下，流体接口经由流体连接通道和微流控阀连接到主通道。在此，将微流控阀布置在流体连接通道中的哪个位置上是无关紧要的，例如也可想到端侧或中央布置。

例如，主通道可线性延伸地布置。为了能够最佳利用可用空间并尽可能减小微流控芯片的尺寸，有利的是，将合成腔室布置在合成通道中，并且主通道具有至少两个相互平行延伸的分支，其中分支在合成通道中合并。

为了能够在每个单独的合成步骤之后从合成腔室中移除试剂并产生压力补偿，有利的是，将合成腔室、优选地合成通道与被设计成出口的流体出口接口连接。

特别地，如果主通道具有在合成通道中合并的多个平行分支，则有利的是，被设计成出口的第二流体出口接口在端侧布置在主通道的至少一个分支上。通过第二出口接口可将试剂朝向第二出口输送，而无需试剂流动通过合成腔室。这种结构特别有利于将试剂引至微流控阀和随后的冲洗。

为了方便未反应的试剂或其成分的处置，有利的是，该设备包括废料容器，该废料容器在操作位置中与微流控芯片的至少一个被设计成出口的流体出口接口相连接。

通常，可想到的是，微流控阀、特别地微流控阀的隔膜布置在微流控芯片的外表面上，并且直接连接到控制装置，特别地连接到控制装置的气动系统。

在根据本发明的设备的另一优选的实施方式中规定，微流控芯片由多个层构成并且包括具有流体接口的第一载体层以及第二载体层，其中第二载体层被设计用于连接至控制装置，并且微流控阀被布置在第一和第二载体层之间。一方面，多层结构为微流控芯片提供了更高的结构稳定性。由此，尤其是在操作位置中在夹紧表面之间的夹紧时发生的芯片的变形被最小化。同时，敏感的微流控阀、特别地微流控阀的隔膜受到两个载体层的保护以防止损坏。

通过经由气动系统对微流控阀施加有针对性的压力，可以特别简单的方式实现微流控阀的致动。在这种情况下，通过气动系统对微流控阀加压，以将其以微流体方式置于关闭的阀位，在该位置流体连接部被中断。如果没有压力施加在微流控阀上，则微流控阀打开并且流体连接部被释放。原则上，微流控阀可包括阻塞元件，例如柱塞或阀瓣，但如果微流控阀具有隔膜作为阻塞元件，则是特别有利的。

因此，本发明的另一特别优选的实施方式规定，控制装置包括气动系统并且微流控芯片具有用于连接在气动系统上的气动接口和多个气动连接通道，其中，在各自的情况下，气动接口通过气动连接通道与微流控阀连接。

不管微流控芯片是否具有气动接口和连接通道或者微流控阀是否直接连接至控制装置的气动系统，有利的是，芯片接收器具有用于连接至控制装置的气动系统的控制管线上的气动控制管线通道，通过控制管线通道和控制管线，在操作位置中可通过气动系统控制芯片的微流控阀。还可规定，每个控制管线或每个控制管线通道可通过由控制装置控制的阀来控制，其中所述阀优选地布置在阀块(阀组，Ventilblock)中。为了确保对于微流阀控的致动所必需的气动系统与微流控芯片的连接的密封性，在另一实施方式中提供了密封元件。特别优选地，在操作位置中在微流控芯片的背离流体接口的一侧与芯片接收器的具有控制管线通道的接口段之间布置密封元件。密封元件优选地被设计成环形，以便密封地围绕(环绕)控制管线通道。

合成寡核苷酸所需的至少一部分试剂不得与氧气接触。另外，合成腔室内的大部分合成反应仅在无氧环境中进行。为了保护微流控芯片中的流体连接部和试剂容器不受氧气、特别地不受周围空气的影响，在本发明的另一优选的实施方式中规定，控制装置的气动系统和/或与气动连接装置连接的气动系统包含惰性气体、优选地氩气。有利的是，该设备仅具有一个气动系统，即控制装置的气动系统，该控制装置的气动系统在操作位置中连接到气动连接装置，并且该气动系统包含惰性气体。

如果在微流控阀的致动过程中，控制装置的气动系统与芯片的流体连接部之间不进行交换并且与气动连接装置相连的气动系统是一个包含惰性气体的独立系统，则原则上可考虑，控制装置的气动系统不包含惰性气体。

为了能够干燥微流控芯片的流体连接部和合成腔室，有利的是，将控制装置的包含惰性气体的气动系统连接到微流控芯片的流体接口或气动接口。

该设备优选地包括溶剂容器，该溶剂容器包含溶剂、优选地包含乙腈，该溶剂容器在操作位置中连接至微流控芯片的流体接口，以便冲洗微流控芯片的流体连接部。

因为微流控芯片是可更换的消耗品，该消耗品对于根据本发明的设备的操作是必需的，但是仅设计用于执行有限数量的合成，特别地单个合成，所以本发明还涉及用于根据本发明的用于合成寡核苷酸的设备的微流控芯片，其包括：

-用于合成寡核苷酸的合成腔室；

-多个可通过控制装置致动的微流控阀；

-多个用于提供试剂的流体连接装置的流体接口；

-流体连接部，其分别将流体接口经由微流控阀与合成腔室连接；

其中流体接口布置在微流控芯片的一侧，以及微流控阀可在微流控芯片的与流体接口相反的一侧上连接到控制装置，

其中取决于微流控阀的阀位，可由流体接口朝向合成腔室输送试剂。

开头提到的技术问题还通过操作优选地根据本发明的用于合成寡核苷酸的设备的方法来解决，该设备包括：

-试剂容器接收器，在其上布置包括多个填充有试剂的试剂容器的，优选地根据本发明的试剂容器支架；

-优选地根据本发明的微流控芯片，其具有用于合成寡核苷酸的合成腔室、微流控阀以及用于供应试剂的流体接口，

-控制装置、特别地包括气动系统的控制装置，其用于控制微流控阀；

-流体连接装置，其用于将试剂从试剂容器输送到微流控芯片的流体接口，

其中执行以下步骤：

-在所述设备中定位微流控芯片，以将微流控芯片的流体接口与流体连接装置对齐地布置，并且微流控芯片的微流控阀可连接到控制装置；

-定位微流控芯片、特别地通过可经由致动器装置移动的芯片接收器，直到在微流控芯片的流体接口与流体连接装置之间建立连接为止；

-将微流控阀连接到控制装置，特别地连接到控制装置的气动系统；

-定位试剂容器接收器，特别地通过致动器装置，直到通过流体连接装置在试剂容器和微流控芯片的流体接口之间建立连接，使得根据微流控阀的阀位将试剂从试剂容器朝向合成腔室输送。

对于根据本发明的设备的构造的描述，为了更有条理性而参考前面的描述，从而在下面仅更详细地阐述方法步骤。

该方法从如下的装载位置出发，在该位置中设备中没有微流控芯片，并且在试剂容器接收器中未布置试剂容器支架。在第一步骤中，将试剂容器支架布置在试剂容器接收器中，并优选地如此取向，使得流体连接装置、特别地优选针形的输送管线与试剂容器对齐地布置。

之后，将微流控芯片放入设备中并如此定位，使得其流体接口与流体连接装置、特别地与连接头对准地(对齐地)取向。该定位可例如通过将微流控芯片放置在与流体连接装置对准的芯片接收器中来实现。同样，可以如下方式进行定位：将芯片放入芯片接收器的接收室中，并且接收室从装载位置(在该装载位置中，微流控芯片的流体接口未与连接装置对齐)沿着位移方向移动，直到微流控芯片的流体接口与连接装置对齐，使得微流控芯片布置在中间位置。为了定位接收室，可设置挡块。为了将接收室固定在中间位置，可提供锁定机构。

在进一步的步骤中，通过在设备中移动微流控芯片将微流控芯片连接到流体连接装置。优选地，微流控芯片布置在芯片接收器中，并且芯片接收器与微流控芯片一起在设备中移动或行进。特别优选地，借助于致动装置使芯片接收器沿着线性运动轴线朝向流体连接装置运动。流体连接装置可例如被牢固地固定在支撑板上。

微流控阀到控制装置的连接例如可通过与控制装置、特别地与控制装置的气动系统相连的接口段来进行，该接口段优选地借助于致动器装置朝向微流控芯片移动或与流体连接装置一起连接到微流控芯片。

优选地，芯片接收器具有用于将控制装置连接至微流控芯片的微流控阀上的接口段。在这种情况下可规定，一旦流体接口停靠(Aufliegen)在固定在支撑板上的流体连接装置上，芯片接收器就可相对于微流控芯片移动。在这种情况下，芯片接收器可进一步朝向流体连接装置移动，直到微流控芯片被夹持在流体连接装置和接口段之间。换句话说，微流控芯片通过停靠在流体接口上而保持位置固定，而芯片接收器可进一步朝向支撑板移动。特别优选地，接口段具有用于控制装置气动系统的供应管路和密封元件，其中微流控芯片被夹持在密封元件和流体连接装置的连接头之间。

在进一步的步骤中，通过将试剂容器接收器与试剂容器一起朝向流体连接装置移动而将试剂容器连接到流体连接装置。优选地，借助于致动器装置沿着线性运动轴线进行移动。特别地，在试剂容器支架的移动期间，试剂容器的封闭元件被流体连接装置、特别地被针形输送管线穿过，使得流体连接装置的端部分别位于试剂容器中。

虽然有利的是，以这种顺序进行对齐取向的步骤、流体连接装置的连接、控制装置的连接和试剂容器的连接，但是在替代实施方式中的各个步骤是可互换的。例如，试剂容器可在多个合成过程中保持连接，而为各个合成更换微流控芯片并执行对此必要的步骤。

一旦将微流控芯片连接到流体连接装置和控制装置、特别地连接到控制装置的气动系统，并且流体连接装置将试剂容器支架的试剂容器与微流控芯片连接，设备就处于操作位置中，其中寡核苷酸的合成通过经由微流控阀控制的将试剂输送到合成腔室中来进行。

原则上，可想到用于将试剂从试剂容器经由流体连接装置朝向微流控芯片输送的各种技术可能性，例如泵系统或活塞系统。

本发明的优选的实施方式规定，试剂容器，优选地经由气动连接装置，与气动系统、特别地控制装置的气动系统连接并经由气动系统的气压将试剂从试剂容器朝向合成腔室输送。通过借助于气动系统的气压输送试剂，减少了机械可移动元件的数量，这导致磨损减少并且降低故障率。特别优选地，该设备仅包括控制装置的气动系统，该气动系统既用于微流控阀的致动又用于试剂的输送。气动连接装置在此优选地与流体连接装置平行地布置，以便在试剂容器接收器的移动中，气动连接装置的端部也穿透试剂容器的密封元件，并且将端部分别布置在试剂容器中。

在根据本发明的方法的另一优选的实施方式中规定，微流控芯片具有至少一个被设计成出口的流体出口接口、优选地两个被设计成出口的流体出口接口，并且微流控阀通过控制装置被单独地致动，以将试剂从与试剂容器连接的流体接口朝向至少一个被设计成出口的出口接口输送，方式是将相应的控制两个流体接口的微流控阀打开。因此，通过同时打开控制试剂的相应流体接口的微流控阀和控制出口接口之一的微流控阀来进行试剂的输送。其余微流控阀在这种情况下通常是关闭的。因此，试剂从流体接口经由流体连接部、特别地经由输送通道和主通道流向出口接口，该出口接口优选连接至废料容器。出口接口之一沿流动方向位于合成腔室下游，以允许试剂流动通过合成腔室。

然而，有利的是，微流控芯片具有至少两个、优选地正好两个被设计成出口的出口接口，其中至少一个出口接口沿流动方向位于合成腔室下游，以及至少一个出口接口被布置成使得在打开相关的阀时试剂不流动通过合成腔室。

在合成过程期间，通过微流控阀的控制将少量试剂输送到合成腔室中。因此，为了进行合成，有必要产生一般的起始状态，在该状态下，没有明显的扩张，优选地通过释放一个微流控阀而直接使试剂通过流体连接部朝向合成腔室流动。因此，有必要在将设备带入操作位置后将试剂引入微流控阀。为此目的，在各自的情况下，打开控制来自试剂容器的试剂的流体接口的微流控阀，使得试剂从试剂容器通过相应的流体连接装置、流体接口流动至微流控阀。通常，试剂流动通过微流控阀，使得试剂的一部分处于流体连接部的主通道中。微流控阀的打开持续时间被存储在控制装置中，并且例如可在考虑气压、流体连接装置的输送路径、流体连接装置的直径和/或试剂的粘度的情况下来设计。

为了防止流动通过微流控阀的试剂在引入之后保留在主通道中，通过打开相应的控制与溶剂、优选地与溶剂容器相连的流体接口的微流控阀，随后使溶剂、优选地乙腈流动通过微流控芯片或流体连接部。在另一步骤中，将微流控芯片或流体连接部干燥以除去溶剂残留物。在这种情况下，打开能够实现惰性气体的供应的微流体阀。优选地，惰性气体来自设备的气动系统，特别地来自控制装置的气动系统。

优选地，将用于溶剂和用于惰性气体的接口布置在流体连接部中，使得所有其余的流体接口都沿流动方向布置在上述两个接口下游。由此确保了在冲洗和干燥过程中，流体连接部的所有区域都可被流动通过，并且可去除所有试剂。

对每个包含合成所需试剂的试剂容器重复这些步骤。因此，根据本发明的方法的特别优选的实施方式规定，在开始合成寡核苷酸之前执行以下步骤：

-将控制用于从试剂容器供应试剂的流体接口的微流控阀打开；

-当试剂流动通过打开的微流控阀时，将打开的微流控阀关闭；

-通过将控制用于供应溶剂、优选地乙腈的流体接口的微流控阀打开来冲洗微流控芯片、优选地微流控芯片的主通道；

-优选地，通过将控制惰性气体、优选地氩气的供应的微流控阀打开来干燥微流控芯片、特别地微流控芯片的主通道；

-重复前面的步骤，直到将每个试剂从与微流控芯片的流体接口相连的试剂容器引入相应的流体接口的各微流控阀为止。

合成完成后，通过打开相应的微流控阀，并且优选地同时将控制惰性气体、优选地氩气供应的微流控阀打开，将试剂从微流控芯片和流体连接装置的输送管线输送返回到试剂容器中。随后，可以相反的顺序执行用于运行的上述步骤，以使设备返回到装载位置。

为了防止在引入试剂期间以及在冲洗和干燥流体连接部期间试剂进入合成腔室并在那里进行反应，有利的是，在各自的情况下打开控制出口接口之一的微流控阀，其中试剂不流动通过合成腔室。换句话说，沿流动方向布置在合成腔室后的那个出口接口不被释放。

在下文中，将讨论合成循环的合成步骤，这些合成步骤对于将核苷酸偶联至寡核苷酸的部分序列的末端或作为第一个核苷酸偶联至载体介质的连接子分子是必需的。合成步骤的顺序和用于其的试剂本身是已知的。在此，不言而喻，在合成腔室中，可同时合成核苷酸序列相同的多个寡核苷酸。每个寡核苷酸均起始于载体介质的连接子分子，并利用各个合成步骤扩增一个核苷酸，该核苷酸与链的末端偶联。寡核苷酸的5'-OH基团具有酸不稳定的二甲氧基三苯甲基保护基团(4,4'-二甲氧基三苯甲基-DMT)。

首先，向合成腔室供应试剂，该试剂用于具有部分序列的寡核苷酸的末端的去三苯甲基化或用于来自相应的试剂容器中的连接子分子的去三苯甲基化。由此除去了DMT保护基团，使得另一个核苷酸可与游离的5'-OH基团偶联。用于去三苯甲基化的试剂可为酸性溶液。例如，可考虑在惰性溶剂例如乙腈、二氯甲烷或甲苯中包含2％三氯乙酸或3％二氯乙酸的溶液。此步骤也称为解封步骤。

在下一步骤中，核苷酸链在去三苯甲基化的游离5'-OH基团上延伸一个核苷酸，即DNA链的腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶或胸腺嘧啶或者RNA链的腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶或尿嘧啶。为此，向合成腔室交替供应用于活化游离的5'-OH基团的试剂和包含相应的核苷酸的亚磷酰胺的试剂。亚磷酰胺在溶溶剂、特别地乙腈中以溶解形式供应。例如可通过0.2-0.7摩尔的酸性唑催化剂溶液，特别地通过1H-四唑、5-乙硫基-1H-四唑、2-苄基硫四唑或4,5-二氰基咪唑实现5'-OH基团的活化。在此，核苷酸偶联在寡核苷酸的游离5'-OH基团上，而亚磷酰胺残基被分裂(解离)。新偶联的核苷酸的5'-OH基团再次被DMT保护基团保护。此步骤也称为偶联步骤。

有利地，在下一步骤中向合成腔室供应用于封阻未反应的5'-OH基团的试剂。由于在上一步骤中，通常单个寡核苷酸链的游离5'-OH基团的0.1％至1％不反应，因此随着合成的继续而形成具有缺失突变的寡核苷酸，这些寡核苷酸与待合成的寡核苷酸仅略有不同并且难以过滤掉。然而，如果未反应的5'-OH基团通常通过乙酰化作用来封阻，则链的形成将持久性地中断，并且中断的寡核苷酸的长度通常比待合成的寡核苷酸的长度短得多。结果，可以简单的方式从合成产物中除去被中断的寡核苷酸。例如，未反应的5'-OH基团的封阻通过将乙酸酐、1-甲基咪唑和/或4-二甲基氨基吡啶(DMAP)的混合物作为催化剂来实现。该步骤也称为封端步骤(Capping-Schritt)。

合成循环的最后一个步骤是在新偶联的核苷酸和寡核苷酸的相应5'-OH基团之间形成的亚磷酸三酯键的氧化。试剂将亚磷酸三酯键氧化为四配位的磷酸三酯，这是天然存在的磷酸二酯核苷间键合(lnternukleosidbindung)的受保护前体。由此稳定了偶联的核苷酸与相应的5'-OH基团之间的键。对于氧化，例如可使用包含弱碱、特别地吡啶、卢替丁或可力丁的碘水溶液，或在无水条件下借助于(1S)-(+)-(10-樟脑磺酰基)-唑烷(CSO)或叔丁基氢过氧化物(TBHP)。该步骤也称为氧化步骤。

按照待合成的寡核苷酸的核苷酸序列的顺序来重复合成循环的三个步骤、优选地四个步骤，直到寡核苷酸具有预定的长度和序列。

因此，在本发明方法的特别优选的实施方式中规定，为了合成寡核苷酸、优选地DNA链，进行以下步骤：

-将控制用于从试剂容器供应用于去三苯甲基化的试剂的流体接口的微流控阀打开，该试剂用于寡核苷酸的设有二甲氧基三苯甲基保护基团的5'-OH基团的去三苯甲基化或用于载体介质的连接子分子的去三苯甲基化；

-将控制用于从试剂容器供应用于对去三苯甲基化的5'-OH基团进行活化的试剂的流体接口的微流控阀，和控制用于从试剂容器供应包含碱基腺嘌呤或鸟嘌呤或胞嘧啶或胸腺嘧啶或尿嘧啶的亚磷酰胺的试剂的流体接口的微流控阀交替地打开；

-优选地，打开至少一个控制用于从试剂容器供应用于封阻未反应的5'-OH基团的试剂的流体接口的微流控阀；

-将控制用于从试剂容器供应用于氧化亚磷酸三酯键的试剂的流体接口的微流控阀打开；

-重复上述步骤。

优选地，如上所述，在合成循环的每个步骤之后，对微流控芯片或流体连接部进行冲洗和/或干燥。在此，特别有利的是，在冲洗和干燥期间，交替地打开和关闭所有被设计成出口的流体出口接口的微流控阀，其中通常在各自的情况下仅一个微流控阀同时打开。

合成完成后，可想到不同的处理方法：一方面，可将如上所述的设备带回到装载位置，并取出包含合成的含寡核苷酸的微流控芯片。在一个单独的步骤中，将合成的寡核苷酸从合成腔室中移出并与连接子分子分离以及除去保护基团。

然而，有利的是，保护基团的去除和寡核苷酸从载体介质的连接子分子的脱离仍然在操作位置中进行并且合成的寡核苷酸可作为最终产物从设备的产品收集容器中取出。因此，在本发明的另一优选的实施方式中规定，在合成完成之后进行以下步骤：

-打开至少一个控制用于供应用于从连接子分子分离寡核苷酸的试剂和/或用于去除保护基团的试剂的流体接口的微流控阀，

-同时打开控制用于产品收集容器的流体接口的微流控阀。该步骤称为裂解/去保护。

优选地，提供两个流体接口以供应用于从连接子分子分离寡核苷酸的试剂和/或用于去除保护基团的试剂，其中流体接口之一沿流动方向布置在合成腔室上游以及另一个流体接口沿流动方向布置在合成腔室下游。由此可增加冲洗容量。

附图说明

现在将参考示例性实施例更详细地解释本发明。这些附图是示例性的，并且旨在说明本发明的构思，但是无意于缩窄或甚至限制本发明的构思。

附图示出了：

图1：处于装载位置的根据本发明的用于合成寡核苷酸的设备的三维视图；

图2：处于装载位置的设备的侧视图；

图3：处于中间位置的设备的侧视图；

图4：处于操作位置的设备的侧视图；

图5：处于操作位置的设备的正视图；

图6：根据图5中的线AA的设备的剖视图；

图7：根据图6中的区域B的设备的放大细节图；

图8：根据图7中的区域C的设备的放大细节图；

图9：处于中间位置的根据图7中的区域C的设备的放大细节图；

图10：根据本发明的微流控芯片的第一实施方式的布局；

图11：类似于图8的、针对微流控芯片的第二实施方式的设备的第二实施方式的放大细节图；

图12：类似于图9的、针对微流控芯片的第二实施方式的、处于中间位置的设备的放大细节图；

图13：根据本发明的微流控芯片的第二实施方式的布局；

图14：试剂容器支架的实施方式的布局。

具体实施方式

图1示出了处于装载位置的根据本发明的用于合成寡核苷酸的设备的第一实施方式。在本示例性实施例中，该设备包括试剂容器接收器1、芯片接收器3以及框架8和支撑板9。在芯片接收器3和试剂容器接收器1之间布置有流体连接装置2，其固定到支撑板9。

在所示的装载位置，试剂容器接收器1可装载以试剂容器支架17，该试剂容器支架17包括多个作为单元连接的试剂容器18，其中试剂容器18包含用于合成寡核苷酸的试剂。在所示的装载位置中，试剂容器18没有牢固地连接到设备，使得试剂容器支架17可从试剂容器接收器1移除，或者可被导入到试剂容器接收器1中(对比图2和图3)。换句话说，试剂容器支架17在装载位置可被作为替换部件的结构相同的试剂容器支架17替换。

在所示的装载位置，芯片接收器3可装载以由塑料制成的微流控芯片10，该微流控芯片10具有合成腔室14，在该合成腔室中进行寡核苷酸的合成(参见图10和13)。从图中可清楚地看到，微流控芯片10在装载位置中没有牢固地连接至设备，使得微流控芯片10可放入设备中或从设备中取出。换句话说，微流控芯片10在装载位置中可被作为替换部件的结构相同的微流控芯片10替换。在本实施例中，芯片接收器3具有抽屉式可拉出的接收室3a，微流控芯片10可放入其中。

如特别在图7至13中所示，微流控芯片10在一侧上具有多个流体接口11。流体接口11可与流体连接装置2连接，该流体连装置2在操作位置(特别地参见图4、7和11)中将各个试剂容器18与微流控芯片10的流体接口11连接，使得可将试剂从试剂容器18朝向合成腔室14输送。流体连接装置2布置在芯片接收器3和试剂容器接收器1之间。

除了流体接口11之外，微流控芯片10还具有微流控阀12，其可通过示意性示出的控制装置5来控制。微流控芯片10的微流控阀12可连接至控制装置5，其中微流控阀12在操作位置中经由相应的控制管线28连接至控制装置5。在本示例性实施例中，微流控阀12可在微流控芯片10的与流体接口将11相反的一侧上连接至控制装置5。

为了能够将微流控阀12连接到控制装置5，芯片接收器3具有接口段3b，其在操作位置中将控制装置5与微流控芯片10连接。

为了将微流控芯片10与芯片接收器3、试剂容器接收器1和流体连接装置2一起从装载位置带到操作位置，在该设备的本实施例中提供了致动器装置6，该致动器装置6包括框架8和固定在框架8上的导轨8a。支撑板9在此固定地安装在框架8上，而芯片接收器3和试剂容器接收器1可平移地安装在导轨8a上。各流体连接装置2包括用于连接至微流控芯片10的流体接口11上的连接头2a和用于将试剂从试剂容器18输出的针形输送管线2b。致动器装置6优选地包括至少一个电驱动单元例如电马达或线性马达，和/或主轴驱动器。

图2至4示出了设备从装载位置到操作位置的运动过程。

在图2中，将接收室3a拉出，并将微流控芯片10放入到接收室3a中。接收室3a在流体连接装置2的方向上是打开的，其中微流控芯片10被放置在接收室3a上的边缘区域中。在这种情况下，微流控芯片10可优选地仅以一个取向被放入到接收室3a中并且被固定地定位在接收室3a中。芯片接收器3具有连接段3c，通过该连接段3c将芯片接收器3与导轨8a连接。进一步示出的是，如何将试剂容器支架17定位在试剂容器接收器1中。在这种情况下，有利的是，试剂容器接收器1具有定位装置例如定位凸耳，导轨或止动件，以确保试剂容器支架17只能沿一个取向放入试剂容器接收器1中和/可以简单的方式将试剂容器支架17相对于固定安装的流体连接装置2置于预定的相对位置。试剂容器接收器1还具有连接段1a，通过该连接段将试剂容器接收器1与导轨8a连接。

致动器装置6使芯片接收器3、试剂容器接收器1和流体连接装置2沿着线性运动轴7定位。在本实施例中，这是通过使导轨8a平行于运动轴7取向来实现的。

在本实施例中，借助于源自气动系统的气压进行试剂的输送。在这种情况下，处于气动系统中的气体是惰性气体，其中在本示例性实施例中使用氩气。为了将试剂容器18与气动系统连接而设置气动连接装置4，其各自被设计成针形输送管线。气动连接装置4固定地连接至支撑板9，优选地以平行于流体连接装置2延伸的方式。

在图3中，示出了中间位置，在该中间位置中，抽屉式接收室3a被推入到芯片接收器3中，其中推入方向垂直于线性运动轴7。在这种情况下，放入接收室3a中的微流控芯片10的流体接口11与流体连接装置2对齐，更确切地说，与它们的连接头2a对齐，使得当芯片接收器3沿着运动轴7朝向支撑板9移动时，可在流体接口11和流体连接装置2之间，更确切地说在它们的连接头2a之间产生连接。

试剂容器支架17被定位在试剂容器接收器1中，使得单个试剂容器18一方面与流体连接装置2、特别地它们的输送管线2b对准，以及另一方面与被设计成输送管线的气动连接装置4对准，从而在试剂容器接收器1沿运动轴7朝向支撑板9移动时，可在流体连接装置2、更确切地说它们的输送管线2b与试剂容器18之间以及在气动连接装置4与试剂容器18之间产生连接。

将该图中的试剂容器接收器1和芯片接收器3的位置与图4中的位置进行比较，可以看出，试剂容器接收器1和芯片接收器3两者都已朝向支撑板9移位。

现在，图4示出了设备的操作位置，其中微流控芯片10的流体接口11连接到流体连接装置2的连接头2a，流体连接装置2的输送管线2b的端部和气动连接装置4的端部分别处于试剂容器18中(特别地参见图6和7)。试剂容器接收器1和芯片接收器3沿着导轨8a在线性运动轴7的方向上移动到最大位置。

图5中示出了该设备的正视图，其特别地示出了试剂容器支架17具有多排试剂容器18。在这种情况下，在所选视图中，流体连接装置2和气动连接装置4一前一后地定位。

图6示出了处于工作位置的设备的剖视图，其中一方面可以看到微流控芯片10到流体连接装置2以及到控制装置5的连接，另一方面可以看到气动装置4和流体连接装置2与试剂容器18的连接。

虽然参照图8和9详细地说明了微流控芯片10的连接，但将参照图7讨论朝向微流控芯片10输送试剂的机制。

支撑板9具有多个气体管线通道21，通过该多个气体管线通道21将气动连接装置4与气动系统的气体管线27连接。在本实施例中，气动连接装置4被设计成输送管线，其被胶合或压入支撑板9的开口中。为了控制试剂的输送，可通过至少一个输送阀来控制气体管线通道21，该输送阀可释放或切断气体管线通道21与气动系统的气体管线27的连接。优选地，为每个气动连接装置4或每个气体管线27提供单独的输送阀。

通过流体连接装置2，仅可将液体试剂朝向微流控芯片10输送。图的最右边所示的试剂容器18包含液体试剂。如图所示，流体连接装置2的输送管线2b的背离微流控芯片10的端部位于试剂容器18内。在这种情况下，流体连接装置2的输送管线2b在试剂容器接收器1的定位期间穿过试剂容器18的密封元件19。流体连接装置2的输送管线2b的端部在此位于试剂容器18的底部区域中并且换言之浸入试剂中。流体连接装置2的连接头2a固定在载体板9的背离试剂容器18的一侧上，使得流体连接装置2的输送管线2b横穿载体板9。

类似于流体连接装置2，被设计成输送管线的气动连接装置4的与支撑板9相对的端部位于试剂容器18内。在这种情况下，气动连接装置4的针形端部在试剂容器接收器1的定位期间也穿透试剂容器18的密封元件19。在这种情况下，气动连接装置4的端部位于试剂容器18的与底部区域相对的区域中。

通过密封元件19在试剂容器18内形成封闭的空间。如果现在通过经由气动连接装置4供应气体来增加试剂容器18中的气压，则将液态试剂经由流体连接装置2的输送管线2b朝向微流控芯片10输送。

某些试剂会因为失去其反应性而不能长时间以液体形式存储。在这种情况下，提供了一对试剂容器18，其中一个试剂容器18包含溶剂SOL1,SOL2,SOL3,SOL4，而另一个试剂容器18包含待溶解的固体。在本实施例中，溶剂是乙腈，以及固体是碱基腺嘌呤B1、鸟嘌呤B2、胞嘧啶B3和胸腺嘧啶或尿嘧啶B4的粉末状亚磷酰胺(Phosphoramidite)。

流体连接装置2与上述流体连接装置2相类似地设计，其中流体连接装置2的输送管线2b的末端布置在包含粉末状亚磷酰胺B1，B2，B3，B4的试剂容器18中。气动连接装置4也与上述气动连接装置4相类似地设计，但是气动连接装置4的端部布置在包含溶剂SOL1,SOL2,SOL3,SOL4的试剂容器18中。包含粉末状亚磷酰胺B1，B2，B3，B4的试剂容器18通过固定在支撑板9上的连接管线20与包含溶剂SOL1,SOL2,SOL3,SOL4的试剂容器18连接。如果此时通过经由气动连接装置4供应气体来增加包含溶剂SOL1,SOL2,SOL3,SOL4的试剂容器18中的气压，则溶剂SOL1,SOL2,SOL3,SOL4经由连接管线20转移到包含粉末状亚磷酰胺B1，B2，B3，B4的试剂容器18中，在那里粉末状亚磷酰胺B1，B2，B3，B4溶解在溶剂SOL1,SOL2,SOL3,SOL4中。一旦全部溶剂SOL1,SOL2,SOL3,SOL4都被转移，气体就会通过连接管线20流入此刻包含溶液的试剂容器18中，从而现在可通过气压将溶液经由流体连接装置2朝向微流控芯片10输送。

在替代实施方式中，还可规定，将溶剂SOL从中央溶剂容器引入到包含粉末状亚磷酰胺B1，B2，B3，B4的试剂容器18中，而不经由用于溶剂SOL1,SOL2,SOL3,SOL4的四个单独的试剂容器18。

原则上，可设想不同设计的控制装置5用于控制微流控阀12，例如压电驱动的柱塞或阀瓣。在本示例性实施例中，微流控阀12的致动通过控制装置5的气动系统进行。虽然通常可以想到提供两个单独的气动系统，一个用于输送试剂以及另一个用于致动微流控阀12，但有利的情形是该设备包括单个气动系统。因此，在本实施例中，存在一个气动系统，只是控制装置5的气动系统，使得控制装置5的气动系统经由气体管线27也与支撑板9中的气体管线通道21连接。在下文中，为了清楚起见，仅更多地讨论该气动系统。

气动系统可经由芯片接收器3的接口段3b连接至微流控芯片10的微流控阀12。为此，接口段3b具有用于各个微流控阀12的控制管线通道22。各个控制管线通道22在此连接至控制装置5的气动系统的控制管线28之一。例如，控制管线28可被压入和/或被粘入控制管线通道22中。接口段3b可例如被直接设计成芯片接收器3的一部分，或者例如设计成附接到芯片接收器3的分离板。

为了能够经由控制装置5控制微流控阀12的打开和关闭，可经由单独的控制阀来控制控制装置5中的各个控制管线28。在这种情况下，在本实施例中，当相应的控制阀打开时，微流控阀12关闭，反之亦然。

从图9开始，下面将描述微流控芯片10到流体连接装置2以及到控制装置5的连接。在图9中，设备仍处于中间位置，其中微流控芯片10停靠在接收室3a的定位边缘上，并且流体接口11与流体连接装置2的连接头2a对准地取向，但是仍然间隔开。在本示例性实施例中，流体接口11是在微流控芯片10的下侧上的开口，例如孔。连接头2a固定在支撑板9上，其中在连接头2a之间布置有支撑元件24，以便防止微流控芯片10在操作位置中弯曲。

微流控芯片10具有第一载体层10a，其形成流体接口11。这些流体接口在本实施方式中被设计成微流控芯片10的底侧中的开口。流体连接装置2的连接头2a被压靠在流体接口11上并且用作另外的密封元件，其在操作位置中被压靠在第一载体层10a或芯片10的底侧上，以确保与试剂容器18的连接所需的密封性。流体接口11与流体连接装置2对准地取向。

微流控芯片10构造为多层并且具有第二载体层10b，该第二载体层在操作位置中被压靠在密封元件23上并且形成微流控芯片10的上侧。在本示例性实施例中，微流控阀12相对于控制管线通道22横向偏移，并且布置在两个载体层10a，10b之间。在这种情况下，微流控阀12在本实施例中被设计成隔膜。

为了能够经由控制管线28和控制管线通道22致动布置在微流控芯片10内的微流控阀12，第二载体层10b具有被设计成开口的气动接口15，其与控制管线通道22对准地取向。微流控阀12通过气动连接管线16连接到气动接口15。因此，微流控阀12的致动由控制装置5经由控制阀、控制管线28、控制管线通道22、气动接口15和气动连接管线16来进行。

接口段3b在面对微流控芯片10或第二载体层10b的表面上具有密封元件23，其在操作位置通过对控制管线通道和气动接口15之间的过渡进行密封来确保控制导线管道22和微流控阀12之间的气动连接。

如果现在使芯片接收器3进一步朝向载体板9运动，则将流体连接装置2的连接头2a压靠在流体接口11或第一载体层10a上，其中微流控芯片10从接收室3a中抬起并且压在接口段3b的夹紧面上或者压在密封元件23上。该操作位置在图8中示出：微流控芯片10被夹持在接口段3b的夹持面之间或被夹持在布置在夹持面上的密封元件23与流体连接装置2的连接头2a之间。通过将连接片2a按压到流体接口11上来将试剂容器18与微流控芯片10之间的连接密封。流体连接装置2的连接头2a在此还用作另外的密封元件，并且优选地被设计成可弹性变形的。密封元件23由接触压力导致的变形又确保了控制管线通道22与微流控芯片10的气动接口15之间的连接的为驱动微流体控阀所需的密封性。支撑元件24停靠在由第一载体层10a形成的微流控芯片10的下侧上，并且防止芯片10由于夹紧而弯曲。

为了能够在合成之后再次从设备中移除微流控芯片10，将芯片接收器3从支撑板9移开，以达到图9中所示的构造。

图10示出了微流控芯片10的第一实施方式的可能的布局，利用该实施方式可合成寡核苷酸。微流控芯片10具有流体连接部13，其将合成腔室14与流体接口11连接。每个流体连接部13可通过微流控阀12关闭或释放，从而可经由相应的微流控阀12的位置来中断或实现试剂从流体接口11之一到合成腔室14的供应。

流体连接部13分为主通道13a和多个连接通道13b，试剂通过所述主通道13a朝向合成腔室14流动，所述多个连接通道13b分别将主通道13a连接到流体接口11之一。

由于微流控阀12和气动接口15的偏移，因而分别设置了将阀12与气动接口15相连的气动连接通道16。流体连接部13的连接通道13b分别终止于微流控阀12，从而微流控阀12分别布置在主通道13a和连接通道13b之间。

在本实施例中，主通道13a被划分为两个平行的区段，在下文中称为分支，其在合成腔室14之前合并成合成通道26。在合成腔室14中存在具有连接子分子的载体介质，该连接子分子用作寡核苷酸合成的起点。合成腔室14可例如是漏斗形的并且在流动方向上增宽。为了在流动通过合成腔室14时不冲洗载体介质，而在流动方向上、优选直接在合成腔室14后面布置阻挡结构25。

为了能够最佳地利用可用空间，主通道13a的分支(在该分支的末端布置有用于溶剂SOL的流体接口11和用于惰性气体GAS的气动接口15)具有两个相互平行的区段，该区段通过优选地U形连接头连接在一起。在这种情况下，试剂B1，B2，B3，B4的连接通道13b通入到主通道13a的相应分支的与合成通道26邻接的区段中。

下面将借助溶剂SOL描述如何实现流动通过微流控芯片10的流体连接部13。该原理可类似地应用于所有其他试剂。

为了允许溶剂SOL从相应的流体接口11经由连接通道13b和主通道13a朝向合成腔室14流动，一方面，打开控制接口11的微流控阀12。另一方面，打开控制被设计成第二出口W2的流体出口接口11b的微流控阀12。第二出口接口11b在流动方向上布置在合成腔室14下游，使得溶剂SOL从流体接口11经由流体连接部13、合成腔室14和第二出口接口11b流到第二出口W2。第二出口W2例如可由废料容器形成。

微流控阀12基本上保持在关闭位置，使得连接通道13b与主通道13a隔离，或者流体连接部13被中断。通过如下方式来实现关闭位置，控制装置5经由气动系统，更确切地经由控制管线28、控制管线通道22、气动接口15和气动连接通道16对微流控阀12施加压力。如果由控制装置5施加在微流控阀12之一上的压力降低或者中止加压，则相应的微流控阀12打开并且在相应的连接通道13b和主通道13a之间的流体连接部13建立或打开。

用于溶剂SOL的接口11在其端侧连接至主通道13a的分支，使得合成所需的试剂的连接通道13b中没有一个位于其下游。因此，可借助于溶剂SOL冲洗流体连接部13以去除试剂。为了也能够冲洗主通道13a的第二分支，设置有被设计成第一出口W1的第一出口接口11a，该第一出口接口11a在端侧连接到主通道13a的第二分支。如果同时打开控制第一出口接口11a的微流控阀12和控制用于溶剂SOL接口11的微流控阀12，则溶剂SOL经由主通道13a的第一分支流入主通道13a的第二分支，而不会在此流入合成腔室14。

另外，提供用于惰性气体GAS的气动接口15，其在本实施例中连接至气动系统。气动系统包含惰性气体GAS，在本实施例中，该气体为氩气。通过用惰性气体GAS流动通过流体连接部13而将流体连接部13在用溶剂SOL冲洗之后干燥。

在开始合成之前，必须将试剂从试剂容器18通过流体连接装置2的输送管线2b引入至微流控阀12。因此，依次将用于合成所需的试剂的流体接口11的微流控阀12一个接一个地与用于第一出口W1的第一出口接口11a的微流控阀12一起打开。在每次引入之间，首先通过同时打开用于溶剂SOL的微流控阀12和用于第一出口W1的第一出口接口11a的微流控阀12来分别冲洗主通道13a，然后通过打开用于惰性气体GAS的微流控阀12和用于第一出口W1的第一出口接口11a的微流体控阀12来进行干燥。结果，在引入、冲洗和干燥期间，没有试剂进入合成腔室14。通过同时打开用于惰性气体GAS的微流控阀12和相应地用于合成所需的试剂的流体接口11的微流控阀12之一，可在合成结束之后将试剂又输送回试剂容器18中。

在下文中，将讨论合成循环的合成步骤，这对于将核苷酸偶联至寡核苷酸的部分序列的末端处或作为第一个核苷酸偶联至载体介质的连接子分子处是必需的。合成步骤的顺序和用于其的试剂本身是已知的。

每个寡核苷酸起始于布置在合成腔室14中的载体介质的连接子分子，并以每个合成步骤扩增一个核苷酸，该核苷酸与链的末端偶联。寡核苷酸的5'-OH基团具有酸不稳定的二甲氧基三苯甲基保护基团(4,4'-二甲氧基三苯甲基-DMT)。

首先，向合成腔室14供应用于去三苯甲基化的试剂DEBL，该试剂用于对具有部分序列的寡核苷酸的末端进行去三苯甲基化或用于对来自相应的试剂容器18的连接子分子进行去三苯甲基化。在此，如上所述，将控制用于去三苯甲基化的试剂DEBL的流体接口11的微流体阀12与控制第二出口接口11b的微流控阀12一起打开。

由此去除DMT保护基团，使得另一个核苷酸可与游离的5'-OH基团偶联。在该情况下，去三苯甲基化试剂DEBL是酸性溶液，即可以考虑在惰性溶剂例如二氯甲烷或甲苯中含有2％的三氯乙酸或3％的二氯乙酸的溶液。该步骤也称为解封步骤。

在下一步骤中，经去三苯甲基化的游离5'-OH基团上的核苷酸链延长一个碱基，即腺嘌呤B1、鸟嘌呤B2、胞嘧啶B3或胸腺嘧啶B4(对于DNA链的)或尿嘧啶B4(对于RNA链)。为此，向合成腔室14交替地供应用于活化(ACT)游离5'-OH基团的试剂和包含相应的碱基B1，B2，B3，B4的亚磷酰胺的试剂。亚磷酰胺以溶解在溶剂SOL，特别地乙腈中的形式供应。在当前情况下，通过0.2-0.7摩尔的酸性唑催化剂溶液，特别地通过1H-四唑、5-乙硫基-1H-四唑、2-苄硫基四唑或4,5-二氰基咪唑实现5'-OH基团的活化。在此，核苷酸偶联在寡核苷酸的游离5'-OH基团上，而亚磷酰胺残基被分裂。新偶联的核苷酸的5'-OH基团再次被DMT保护基团保护。该步骤也称为偶联步骤。

在下一步骤中，在合成腔室14中，提供了由两种用于封阻未反应的5'-OH基团的试剂CAP1，CAP2构成的混合物。在当前情况下，未反应的5'-OH基团的封阻是通过由乙酸酐和1-甲基咪唑构成的混合物作为催化剂来实现的。该步骤也称为封端步骤(Capping-Schritt)。

作为合成循环的最后一个步骤，通过提供用于氧化的试剂OXI来进行在新偶联的核苷酸和寡核苷酸的相应5'-OH基团之间形成的亚磷酸三酯键的氧化。所述用于氧化的试剂OXI将亚磷酸三酯键氧化为四配位的磷酸三酯，这是天然存在的磷酸二酯核苷间键合(Internukleosidbindung)的受保护前体。由此稳定了偶联的核苷酸与相应的5'-OH基团之间的键。在当前情况下，氧化在无水条件下借助于(1S)-(+)-(10-樟脑磺酰基)-唑烷(CSO)来实现。该步骤也称为氧化步骤。

在根据本发明的方法中，如上所述，在合成循环的每个步骤之后，将微流控芯片10或流体连接部13冲洗并干燥。如果在冲洗和干燥期间交替地打开和关闭被设计成出口W1，W2的流体出口接口11a，11b的微流控阀12，则是特别有利的。

微流控阀12的打开持续时间由控制单元5控制，由该打开持续时间确定到达合成腔室14的试剂的量和合成步骤的持续时间或者冲洗或干燥的持续时间。在这种情况下，控制单元5具有如下的程序，该程序被设计成使得对于各个合成步骤、冲洗过程和干燥过程，设定相应的微流控阀12的所需打开时间。

以待合成的寡核苷酸的核苷酸序列的顺序，重复合成循环的四个步骤，直到寡核苷酸具有预定的长度和序列。一旦待合成的寡核苷酸完成，就向合成腔室14提供如下的试剂，该试剂用于从连接子分子分离寡核苷酸并去除CL/DE保护基团。在当前情况下，使用氨和甲胺的混合物作为用于从连接子分子分离寡核苷酸和用于去除保护基团的试剂CL/DE，其中两种试剂优选以相等的比例存在于混合物中。该试剂CL/DE从连接子分子脱除寡核苷酸，其中该过程耗时约3至15分钟，通常约5分钟。在这种情况下，打开控制用于产品收集容器PRO的流体接口11的微流控阀12，以将合成的寡核苷酸输送到产品收集容器PRO中。当例如通过内置加热块使产品收集容器PRO达到在50°和75°之间，优选地约65℃的温度时，保护基团的去除通常还需要3至15分钟，通常约5分钟。在室温下，此过程耗时45至120分钟，通常约为60分钟。

合成完成后，可将产品收集容器PRO取出并进行进一步处理。此后可通过按照相反的顺序执行上述步骤(图4、3、2)来将设备重新从操作位置带入装载位置，以便能够从该设备卸下或更换微流控芯片10和试剂容器支架17。

图11和12示出了设备的第二实施方式，其中使用了微流控芯片10的第二优选实施方式。由于设备的基本结构保持不变，因此下面仅讨论不同之处。与图8和9相比，图11和12示出了两种实施方式的结构差异。在两种实施方式中，气动连接装置4被设计成直接连接至支撑板9的输送通道，该输送通道例如胶粘在气体管线通道21中。

将参照图11和图12讨论微流控芯片10的不同结构以及由此导致的在连接到流体连接装置2上和连接到控制装置5上时的差异。

在第二实施方式中，微流控芯片10以单层方式构造，微流控阀12优选地也由微流控芯片10的材料形成，也就是说，微流控芯片10是单片式构造的。在这种情况下，微流控阀12形成在微流控芯片10的一侧上(在本示例性实施例中为上侧)，并且流体接口11布置在与微流控阀12相对的一侧上(在当前情况下为下侧)。微流控阀12面对芯片接收器3的连接段3b，并且与控制管线通道22对准地取向，但是与控制管线通道22隔开。

在该实施方式中，微流控阀12直接连接到控制管线28和控制管线通道22，从而不需要气动接口15或气动连接管线16。如图11所示，当微流控芯片10被夹持在流体连接装置2的连接头2a和密封元件23之间时，密封元件23使布置在微流控芯片10的上侧处的微流控阀12之间的空间密封。通过经由气动系统的控制管线28对微流控阀12加压，使被设计成隔膜的微流控阀12变形并中断流体连接部13。

最后，图13示出了微流控芯片10的第二实施方式的布局。同样在这里，下面将仅讨论与先前描述的布局的差异。为了完整起见，应该提到合成循环的步骤是完全相似的。

在本实施例中，一些微流控阀12设置在连接通道13b内并且在连接通道13b和主通道13a之间的过渡中不是在端侧设置。如上所述，在该实施方式中，在微流控芯片12中既未设置气动接口15也未设置气动连接管线16。

惰性气体GAS可通过流体接口11来供应，但是该流体接口例如通过气体管线通道21连接到气动系统。在替代实施方式中，可提供两个分开的流体接口11或两个分开的试剂容器18，以用于从连接子分子分离寡核苷酸和用于去除保护基团的试剂CL/DE。

在微流控芯片10的两种实施方式中，用于进行合成循环用的试剂的流体接口11以这样的方式连接到主通道13a，使得用于碱基B1，B2，B3，B4和用于活化ACT的试剂的流体接口11连接到主通道13a的分支，并且用于去三苯甲基化的试剂DEBL、用于氧化的试剂OXI和用于封阻未反应的5'-OH基团的两种试剂CAP1，CAP2的流体接口11连接到主通道13a的第二分支。当然，碱基B1，B2，B3，B4可以以任意顺序连接到主通道13a。

在主通道13a的第一分支的端部，连接有用于供应溶剂SOL和惰性气体GAS的接口11,15。在主通道13a的第二分支的端部，连接有用于第一出口W1的第一出口接口11a。主通道13a的第二分支进一步连接至用于从连接子分子分离寡核苷酸并去除保护基团的试剂CL/DE的流体接口11。

在主通道13a的两个分支和合成通道26之间的过渡处，在所示的实施方式中还布置有微流控阀12，其可例如在试剂引入期间关闭合成通道26。

在图14中示例性地示出了包含试剂的试剂容器18在试剂容器支架17中的布置，其中试剂容器18的布置与微流控芯片10的第二优选实施方式相匹配。

试剂容器18在该图中布置成三列，其中，为清楚起见，仅分别在一列的最上面的试剂容器18设有附图标记。

中间列从顶部到底部包含用于以下试剂的试剂容器18：用于对去三苯甲基化的5'-OH基团进行活化的试剂ACT，第一碱基腺嘌呤的粉末状亚磷酰胺B1，第二碱基鸟嘌呤的粉末状亚磷酰胺B2，第三碱基胞嘧啶的粉末状亚磷酰胺B3，第四碱基胸腺嘧啶或尿嘧啶的粉末状亚磷酰胺B4和溶剂SOL。

左列从顶部到底部包括四个包含溶剂SOL、优选地乙腈的试剂容器18，其中第一试剂容器18包含用于第一碱基B1的溶剂SOL1，第二试剂容器18包含用于第二碱基B2的溶剂SOL2，第三试剂容器18包含用于第三碱基B3的溶剂SOL3以及第四试剂容器18包含用于第四碱基B4的溶剂SOL4。在此，用于溶剂SOL1，SOL2，SOL3，SOL4的试剂容器18分别与用于碱基B1，B2，B3，B4的相应试剂容器18成对地布置。

右列从顶部到底部包括用于以下试剂的试剂容器18：用于从连接子分子分离寡核苷酸并去除保护基团的试剂CL/DE，用于对具有二甲氧基三苯甲基保护基团的5'-OH基团进行去三苯甲基化的试剂DEBL，用于亚磷酸三酯键的氧化的试剂OXI，用于封阻未反应的5'-OH基团的第二试剂CAP2，用于封阻未反应的5'-OH基团的第一试剂CAP1。

在这种情况下，中间列的试剂容器18可连接至微流控芯片10的主通道13a的第一分支的流体接口11，而右列的试剂容器18可连接至微流控芯片10的主通道13a的第二分支的流体接口11。

附图标记清单

1 试剂容器接收器

1a 连接段

2 流体连接装置

2a 连接头

2b 输送管线

3 芯片接收器

3a 接收室

3b 接口段

3c 连接段

4 气动连接装置

5 控制装置

6 致动器装置

7 致动器装置的直线运动轴

8 框架

8a 导轨

9 支撑板

10 微流控芯片

10a 第一载体层

10b 第二载体层

11 流体接口

11a 第一出口接口

11b 第二出口接口

12 微流控阀

13 流体连接部

13a 主通道

13b 连接通道

14 合成腔室

15 气动接口

16 气动连接通道

17 试剂容器支架

18 试剂容器

19 密封元件

20 连接管线

21 气体管线通道

22 控制管线通道

23 密封元件

24 支撑元件

25 阻挡结构

26 合成通道

27 气体管线

28 控制管线

SOL 溶剂

GAS 惰性气体

ACT 用于对去三苯甲基化的5'-OH基团进行活化的试剂

B1 碱基1(例如碱基腺嘌呤的亚磷酰胺)

B2 碱基2(例如碱基鸟嘌呤的亚磷酰胺)

B3 碱基3(例如碱基胞嘧啶的亚磷酰胺)

B4 碱基4(例如碱基胸腺嘧啶或尿嘧啶的亚磷酰胺)

W1 第一出口

CL/DE 用于从连接子分子分离寡核苷酸的试剂和/或用于去除保护基团的试剂

DEBL 用于设有二甲氧基三苯甲基保护基团的5'-OH基团的去三苯甲基化的试剂

OXI 用于亚磷酸三酯键的氧化的试剂

CAP1 用于封阻未反应的5'-OH基团的第一试剂

CAP2 用于封阻未反应的5'-OH基团的第二试剂

PRO 产品收集容器

W2 第二出口

SOL1 用于溶解碱基1的溶剂

SOL2 用于溶解碱基2的溶剂

SOL3 用于溶解碱基3的溶剂

SOL4 用于溶解碱基4的溶剂

Claims (40)

1.用于合成寡核苷酸、优选地DNA链的设备，该设备包括以下组件：

-试剂容器接收器(1)，其用于接收包括多个用于合成寡核苷酸用的试剂的试剂容器(18)的试剂容器支架(17)；

-可替换的微流控芯片(10)，其包括用于合成寡核苷酸的合成腔室(14)、用于供应试剂的流体接口(11)以及微流控阀(12)；

其中流体接口(11)通过流体连接部(13)与合成腔室(14)连接，并且各流体接口(11)与合成腔室(14)之间的流体连接部(13)可通过微流控阀(12)之一中断或释放；

-控制装置(5)，其用于控制微流控阀(12)；

-流体连接装置(2)，其用于将试剂从试剂容器(18)传输到微流控芯片(10)的流体接口(11)，

其中在装载位置中该设备可装载以微流控芯片(10)并且试剂容器接收器(1)可装载以试剂容器支架(17)，

-芯片接收器(3)，其用于接收微流控芯片(10)，

其特征在于，

设置有致动器装置(6)，利用该致动器装置可将试剂容器接收器(1)、微流控芯片(10)借助于芯片接收器(3)和流体连接装置(2)从装载位置带入操作位置，

在该操作位置中，试剂容器接收器(1)、芯片接收器(3)和流体连接装置(2)借助于致动器装置(6)彼此定位，使得微流控芯片(10)的微流控阀(12)连接到控制装置(5)，布置在试剂容器接收器(1)中的试剂容器(18)通过流体连接装置(2)与微流控芯片(10)的流体接口(11)相连接，

以便可根据微流控阀(12)的阀位将试剂从试剂容器(18)朝向合成腔室(14)输送。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，控制装置(5)包括用于控制微流控阀(12)的气动系统。

3.根据权利要求1至2之一所述的设备，其特征在于，致动器装置(6)具有线性运动轴(7)，并且试剂容器接收器(1)和/或流体连接装置(2a)和/或芯片接收器(3)的定位沿着该运动轴(7)进行。

4.根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，致动器装置(6)具有框架(8)，其中流体连接装置(2)固定地连接至所述框架(8)，并且其中试剂容器接收器(1)和芯片接收器(3)朝向流体连接装置(2)可滑动地和/或可枢转地连接至所述框架(8)，以将试剂容器接收器(1)和微流控芯片(10)从装载位置带入到操作位置中，反之亦然。

5.根据权利要求3和4所述的设备，其特征在于，试剂容器接收器(1)和/或芯片接收器(3)线性地沿着运动轴(7)可滑动地连接到框架(8)。

6.根据权利要求4或5所述的设备，其特征在于，流体连接装置(2)通过支撑板(9)固定地连接至框架(8)。

7.根据权利要求1至6之一所述的设备，其特征在于，芯片接收器(3)具有抽屉式可拉出的接收室(3a)，该接收室可从装载位置移动到中间位置，在所述装载位置中，微流控芯片(10)可放入接收室(3a)中；在所述中间位置中，微流控芯片(10)的流体接口(11)被定位成与流体连接装置(2)对准。

8.根据权利要求1至7之一所述的设备，其特征在于，芯片接收器(3)具有用于将微流控芯片(10)连接在控制装置(5)上的接口段(3b)，其中接口段(3b)具有用于控制装置(5)的气动系统的控制管线通道(22)，这些控制管线通道在操作位置中分别连接至微流控芯片(10)的微流控阀(12)上。

9.根据权利要求1至8之一所述的设备，其特征在于，该设备的组件在操作位置中按以下顺序，优选地沿运动轴(7)的方向观察，相对于彼此定位：

-试剂容器接收器(1)

-流体连接装置(2)

-具有微流控芯片(10)的芯片接收器(3)，

其中流体接口(11)布置在微流控芯片(10)的面向流体连接装置(2)的一侧上并且微流控阀(12)在微流控芯片(10)的与流体接口(11)对置的一侧上连接至控制装置(5)。

10.根据权利要求1至8之一所述的设备，其特征在于，流体连接装置(2)各自包括用于与微流控芯片(10)的流体接口(11)之一相连的连接头(2a)和用于连接至试剂容器(18)之一上的、优选针形的输送管线(2b)。

11.根据权利要求1至10之一所述的设备，其特征在于，设置有与试剂容器(18)可连接的气动连接装置(4)，通过该气动连接装置在操作位置中将气动系统与布置在试剂容器接收器(1)中的试剂容器(18)相连，以借助于所述气动系统的气压将试剂从试剂容器(18)通过流体连接装置(2)朝向微流控芯片(10)输送。

12.根据权利要求10和11所述的设备，其特征在于，在操作位置中，流体连接装置(2)之一的输送管线(2b)的端部和气动连接装置(4)之一的端部在各自的情况下布置在包含液体试剂的试剂容器(18)内，以通过所述气动系统的气压将试剂从试剂容器(18)朝向合成腔室(14)输送，其中输送管线(2b)和气动连接装置(4)穿透相应试剂容器(18)的密封元件(19)。

13.根据权利要求10和11或根据权利要求12所述的设备，其特征在于，在操作位置中，在试剂容器接收器(1)中设置至少一对对应的试剂容器(18)，所述试剂容器(18)之一包含固体(B1,B2,B3,B4)，优选地粉末形式的碱基腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶或尿嘧啶的亚磷酰胺，以及所述试剂容器(18)之一包含溶剂(SOL1,SOL2,SOL3,SOL4)、优选地乙腈，并且

在操作位置中气动连接装置(4)之一的端部布置在包含溶剂(SOL1,SOL2,SOL3,SOL4)的试剂容器(18)中，以及流体连接装置(2)之一的输送管线(2b)的端部布置在包含固体(B1,B2,B3,B4)的试剂容器(18)中，并且

连接管线(20)将这两个试剂容器(18)连接在一起，以便通过气动系统的气压，溶剂(SOL1,SOL2,SOL3,SOL4)从一个试剂容器(18)转移到另一个试剂容器(18)中，固体(B1,B2,B3,B4)在试剂容器(18)中溶解于溶剂中并且溶液能够朝向合成腔室(14)输送。

14.根据权利要求11至13之一所述的设备，在从属于权利要求2的情况下，其特征在于，试剂容器(18)通过气动连接装置(4)连接到控制装置(5)的气动系统。

15.根据权利要求11至14之一所述的设备，其特征在于，流体连接装置(2)和气动连接装置(4)固定在支撑板(9)上，该支撑板(9)固定地连接到致动器装置(6)的框架(8)。

16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，支撑板(9)具有气体管线通道(21)，通过该气体管线通道(21)，所述气动系统在操作状态中与气动连接装置(4)连接。

17.根据权利要求11至16之一所述的设备，其特征在于，试剂容器(18)分别通过密封元件(19)封闭并且气动连接装置(4)被设计成使得在从装载位置运动到操作位置的过程中，多个、优选地全部试剂容器(18)的密封元件(19)同时被穿透。

18.根据权利要求1至17之一所述的设备，其特征在于，试剂容器(18)分别通过密封元件(19)封闭并且流体连接装置(2)被设计成使得在从装载位置运动到操作位置的过程中，多个、优选地全部试剂容器(18)的密封元件(19)同时被穿透。

19.根据权利要求1至18之一所述的设备，其特征在于，试剂容器支架(17)包括至少六个、优选地至少七个试剂容器(18)并且布置在试剂容器接收器(1)中，其中每个试剂容器(18)都包含以下试剂之一：

-各自一种包含碱基腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶或尿嘧啶的亚磷酰胺的相应试剂(B1,B2,B3,B4)；

-用于寡核苷酸的末端的去三苯甲基化的试剂(DEBL)，优选地包含二氯乙酸、三氯乙酸或溴化锌；

-用于对寡核苷酸的去三苯甲基化的5'-OH基团进行活化并用于偶联亚磷酰胺的试剂(ACT)，优选地包含四唑；

-用于氧化亚磷酸三酯的试剂(OXI)，优选地为包括弱碱、特别地吡啶、卢替丁或可力丁的碘水溶液，或非水性氧化剂例如CSO；

-优选地至少一种用于对活化的寡核苷酸的未反应的5'-OH基团进行封阻的试剂(CAP1,CAP2)，优选乙酸酐和N-甲基咪唑或DMAP；

其中各个试剂容器(18)均由密封元件封闭。

20.根据权利要求1至19之一所述的设备，其特征在于，微流控芯片(10)的流体连接部(13)包括连接到合成腔室(14)的主通道(13a)和多个流体连接通道(13b)，其中，在各自的情况下，流体接口(11)经由流体连接通道(13b)和微流控阀(12)连接到主通道(13a)。

21.根据权利要求1至20之一所述的设备，其特征在于，微流控芯片(10)构造为多层并且包括具有流体接口(11)的第一载体层(10a)以及第二载体层(10b)，其中第二载体层(10b)被设计用于连接至控制装置(5)，并且微流控阀(12)被布置在第一载体层(10a)和第二载体层(10b)之间。

22.根据权利要求2至21之一所述的设备，其特征在于，微流控芯片(10)具有用于连接在控制装置(5)的气动系统上的气动接口(15)和多个气动连接通道(16)，其中，在各自的情况下，气动接口(15)通过气动连接通道(16)与微流控阀(12)连接。

23.根据权利要求22所述的设备，其特征在于，控制装置(5)的气动系统和/或与气动连接装置(4)连接的气动系统包含惰性气体、优选地氩气。

24.用于合成寡核苷酸的设备的操作方法，所述设备包括：

-试剂容器接收器(1)，在其上布置包括多个填充有试剂的试剂容器(18)的试剂容器支架(17)；

-微流控芯片(10)，其具有用于合成寡核苷酸的合成腔室(14)、微流控阀(12)以及用于供应试剂的流体接口(11)，

-控制装置(5)，其用于控制微流控阀(12)；

-流体连接装置(2)，其用于将试剂从试剂容器(18)输送到微流控芯片(10)的流体接口(11)，

其特征在于，

执行以下步骤：

-在所述设备中定位微流控芯片(10)，以将微流控芯片(10)的流体接口(11)与流体连接装置(2)对齐地布置，并且微流控芯片(10)的微流控阀(12)可连接到控制装置(5)；

-借助可经由致动器装置(6)移动的芯片接收器(3)定位微流控芯片(10)，直到在微流控芯片(10)的流体接口(11)与流体连接装置(2)之间建立连接为止；

-将微流控阀(12)连接到控制装置(5)；

-借助致动器装置(6)定位试剂容器接收器(1)，直到通过流体连接装置(2)在试剂容器(18)和微流控芯片(10)的流体接口(11)之间建立连接，以便根据微流控阀(12)的阀位，将试剂从试剂容器(18)朝向合成腔室(14)输送。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，控制装置(5)包括用于控制微流控阀(12)的气动系统。

26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，将微流控阀(12)连接到控制装置(5)的气动系统。

27.根据权利要求24至26之一所述的方法，其特征在于，将微流控芯片(10)放入芯片接收器(3)的接收室(3a)中，并且接收室(3a)从其中微流控芯片(10)的流体接口(11)未与流体连接装置(2)对准的装载位置沿着位移方向移动，直到微流控芯片(10)的流体接口(11)在中间位置中与流体连接装置(2)对准。

28.根据权利要求24至27之一所述的方法，其特征在于，芯片接收器(3)具有用于将微流控芯片(10)的微流控阀(12)连接至控制装置(5)、特别地控制装置(5)的气动系统上的接口段(3b)，其中在移动到操作位置中期间，接口段(3b)借助于致动器装置(6)枢转，以将微流控阀(12)连接至控制装置(5)，其中优选地将微流控芯片(10)夹持在流体连接装置(2)和接口段(3b)之间。

29.根据权利要求24至27之一所述的方法，其特征在于，芯片接收器(3a)具有用于将微流控芯片(10)的微流控阀(12)连接至控制装置(5)、特别地控制装置(5)的气动系统上的接口段(3b)，其中当流体接口(11)停靠在流体连接装置(2)上时，芯片接收器(3a)在移动到操作位置中期间相对于微流控芯片(10)位移，直到停靠在流体连接装置(2)上的微流控芯片(10)被夹持在流体连接装置(2)和接口段(3b)之间。

30.根据权利要求24至29之一所述的方法，其特征在于，流体连接装置(2)刚性地连接到致动器装置(6)的框架(8)，其中芯片接收器(3)和试剂容器接收器(1)在相对于框架(8)定位期间移动。

31.根据权利要求24至30之一所述的方法，其特征在于，通过气动连接装置(4)将试剂容器(18)与气动系统连接，并通过气动系统的气压将试剂从试剂容器(18)朝向合成腔室(14)输送。

32.根据权利要求25和31所述的方法，其特征在于，将试剂容器(18)与控制装置(5)的气动系统连接。

33.根据权利要求31至32之一所述的方法，其特征在于，气动连接装置(4)和流体连接装置(2)刚性地连接到致动器装置(6)的框架(8)，其中芯片接收器(3)和试剂容器接收器(1)在相对于框架(8)定位期间移动。

34.根据权利要求31至33之一所述的方法，其特征在于，试剂容器(18)分别由密封元件(19)封闭，并且气动连接装置(4)在定位期间同时穿透多个、优选地全部试剂容器(18)的密封元件(19)。

35.根据权利要求24至34之一所述的方法，其特征在于，试剂容器(18)分别由密封元件(19)封闭，并且流体连接装置(2)在定位期间同时穿透多个、优选地全部试剂容器(18)的密封元件(19)。

36.根据权利要求24至35之一所述的方法，其特征在于，微流控芯片(10)具有至少一个被设计成出口(W1，W2)的流体出口接口(11a，11b)，并且微流控阀(12)通过控制装置(5)单独致动，以使试剂从连接到试剂容器(18)的流体接口(11)朝向被设计成出口(W1，W2)的出口接口(11a，11b)输送，方式是将相应的控制两个流体接口(11a，11b)的微流控阀(12)打开。

37.根据权利要求36所述的方法，其特征在于，微流控芯片(10)具有至少两个被设计成出口(W1，W2)的流体出口接口(11a，11b)，其中将至少一个出口接口(11b)沿流动方向布置在合成腔室(14)下游，并且将至少一个出口接口(11a)布置为在打开相关的微流控阀(12)时试剂不流动通过合成腔室(14)。

38.根据权利要求24至37之一所述的方法，其特征在于，在开始合成寡核苷酸之前执行以下步骤：

-将控制用于从试剂容器(18)供应试剂的流体接口(11)的微流控阀(12)打开；

-当试剂流动通过打开的微流控阀(12)时，将打开的微流控阀(12)关闭；

-通过将控制用于供应溶剂(SOL)、优选地乙腈的流体接口(11)的微流控阀(12)打开来冲洗微流控芯片(10)、优选地微流控芯片(10)的主通道(13a)；

-优选地，通过将控制惰性气体(GAS)、优选地氩气的供应的微流控阀(12)打开来干燥微流控芯片(10)、特别地微流控芯片(10)的主通道(13a)；

-重复前面的步骤，直到将各试剂从与微流控芯片(10)的流体接口(11)连接的试剂容器(18)引入相应的流体接口(11)的各微流控阀(12)为止。

39.根据权利要求24至38之一所述的方法，其特征在于，为了合成寡核苷酸、优选地DNA链，进行以下步骤：

-将控制用于从试剂容器(18)供应用于去三苯甲基化的试剂(DEBL)的流体接口(11)的微流控阀(12)打开，该试剂用于寡核苷酸的设有二甲氧基三苯甲基保护基团的5'-OH基团的去三苯甲基化或用于载体介质的连接子分子的去三苯甲基化；

-将控制用于从试剂容器(18)供应用于对去三苯甲基化的5'-OH基团进行活化的试剂(ACT)的流体接口(11)的微流控阀(12)，和控制用于从试剂容器(18)供应包含碱基腺嘌呤或鸟嘌呤或胞嘧啶或胸腺嘧啶或尿嘧啶的亚磷酰胺的试剂(B1,B2,B3,B4)的流体接口(11)的微流控阀(12)交替地打开；

-优选地，打开至少一个控制用于从试剂容器(18)供应用于封阻未反应的5'-OH基团的试剂(CAP1,CAP2)的流体接口(11)的微流控阀(12)；

-将控制用于从试剂容器(18)供应用于氧化亚磷酸三酯键的试剂(OXI)的流体接口(11)的微流控阀(12)打开；

-重复上述步骤。

40.根据权利要求24至39之一所述的方法，其特征在于，所述设备根据权利要求1至23之一来构造。