CN113373048A - 无细胞蛋白质合成系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于蛋白质合成技术领域，尤其是无细胞蛋白质合成系统，针对现有的无细胞蛋白质合成方式复杂，不便于对无细胞液混合和加入外界介质，降低工作效率的问题，现提出如下方案，其包括操作平台和控制模块，操作平台上连接有无细胞液混合模块、配置模块和冷藏模块，操作平台包括工作台和支撑腿，支撑腿为多个且均设置在工作台的顶部，无细胞液混合模块、配置模块和冷藏模块均设置在工作台的顶部，无细胞混合模块包括混合筒、电机、混合器和出液管，混合筒设置在工作台的顶部，电机设置在混合筒的左侧，混合器转动安装在混合筒内。本发明结构简单，操作方便，便于对无细胞液混合和加入外界介质，提高了工作效率。

Description

无细胞蛋白质合成系统

技术领域

本发明涉及蛋白质合成技术领域，尤其涉及无细胞蛋白质合成系统。

背景技术

无细胞蛋白质合成(CFPS)系统是一种简单，快速且灵敏的工具，没有膜结合的屏障，但包含合成所需蛋白质需要的所有必需底物，生物分子和机械。它有可能克服当前体内蛋白合成的一些困难，是基础科学研究和应用科学研究中的有希望的工具。它有助于简化具有各种反应条件所需实验的组织，使CFPS成为生物学研究中的强大工具。它已被用于扩展遗传密码，组装病毒以及在代谢工程中生产有毒和复杂的蛋白质，是一种以外源mRNA或DNA为模板，在体外条件下的使用酶、氨基酸底物和能量来合成蛋白质的生化反应系统。

现有的无细胞蛋白质合成方式复杂，不便于对无细胞液混合和加入外界介质，降低工作效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的无细胞蛋白质合成方式复杂，不便于对无细胞液混合和加入外界介质，降低工作效率的缺点，而提出的无细胞蛋白质合成系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

无细胞蛋白质合成系统，包括操作平台和控制模块，操作平台上连接有无细胞液混合模块、配置模块和冷藏模块，操作平台包括工作台和支撑腿，支撑腿为多个且均设置在工作台的顶部，无细胞液混合模块、配置模块和冷藏模块均设置在工作台的顶部，无细胞混合模块包括混合筒、电机、混合器和出液管，混合筒设置在工作台的顶部，电机设置在混合筒的左侧，混合器转动安装在混合筒内，混合器与电机的输出轴相连，出液管设置在混合筒的右侧，配合模块包括配液单元和试管放置单元，配液单元包括竖板、放置板、动力结构和模板液结构，竖板固定设置在工作台的顶部，动力结构设置在竖板的右侧，放置板与动力结构相连，模板液结构为多个且均设置在放置板上，试管放置单元包括伺服电机、旋转板、圆板和试管，伺服电机设置在工作台的底部，旋转板与伺服电机的输出轴相连，圆板与旋转板相适配，圆板的顶部开设有多个通孔，通孔内转动安装有固定结构，试管与对应的固定结构相连，工作台的顶部设置有支撑结构，固定结构与支撑结构相连，冷藏模块包括冷藏柜、隔板和稳定杆，冷藏柜设置在工作台的顶部，隔板为多个且均设置在冷藏柜内，稳定杆为多个且均设置在隔板的顶部，控制模块为控制器。

优选的，所述动力结构包括丝杆电机、工字块、丝杆和竖槽，竖槽开设在竖板的右侧，工字块与竖槽滑动相连，丝杆竖直转动安装在竖槽内，丝杆电机固定连接在竖槽的顶部内壁上，丝杆电机的输出轴与丝杆的顶端相连，工字块螺纹连接在丝杆的外侧。

优选的，所述模板液结构包括模板存放筒、排放管和电磁流量阀，模板存放筒放置在放置板的顶部，排放管与模板存放筒的底部相连通，电磁流量阀与排放管相连。

优选的，所述固定结构包括固定柱、弧形垫和塑胶齿轮，固定柱转动安装在通孔内，固定柱的顶部开设有试管槽，弧形垫为两个且对称设置在试管槽内，试管与试管槽内的弧形垫相抵触，塑胶齿轮与固定柱的底部相连。

优选的，所述塑胶齿轮的底部开设有稳定槽，稳定槽与稳定杆相适配。

优选的，所述固定柱的外侧固定套设有限位环，通孔的内壁上开设有限位槽，限位环与限位槽滑动相连。

优选的，所述支撑结构包括支撑环、环形外齿轮和滚珠，支撑环固定设置在工作台的顶部，环形外齿轮套设在支撑环的外侧，塑胶齿轮与环形外齿轮相啮合，滚珠内嵌在支撑环的外侧并与旋转板的底部接触。

优选的，所述圆板的底部固定安装有多个插杆，旋转板的顶部均匀开设有多个插槽，插杆与插槽相适配。

优选的，所述插槽的内壁上开设有弹性槽，弹性槽内滑动安装有圆头杆，插杆的外侧开设有弧形槽，圆头杆与弧形槽相适配。

优选的，所述圆头杆上固定安装有弹簧的一端，弹簧的另一端与弹性槽的内壁固定相连。

优选的，所述竖槽的两侧内壁上均固定安装有限位条，限位条与工字块滑动相连。

优选的，所述冷藏柜的外侧转动安装有柜门，放置板为半圆形结构。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本方案无细胞液混合模块用于配备无细胞混合液，将不同种类的无细胞液加入混合筒内，电机带动混合混合器旋转对无细胞液充分混合；

2.本方案将DNA模板、使用酶和氨基酸分别加入模板存放筒内，设置的配置模块用于将DNA模板、使用酶和氨基酸与试管内的无细胞混合反应；

3.本方案试管继续环形运动一定角度，直到将DNA模板、使用酶和氨基酸全部加入同一个试管内与无细胞液混合反应，同时试管带动塑胶齿轮在环形外齿轮运动，使得固定柱自转，固定柱带动试管自转，提高DNA模板、使用酶和氨基酸与无细胞液的混合效果；

本方案设置的冷藏模块用于对无细胞液反应冷藏需求，并控制冷藏柜的温度，可以冷藏放置多个圆板，直到无细胞蛋白质形成。

本发明结构简单，操作方便，便于对无细胞液混合和加入外界介质，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明提出的无细胞蛋白质合成系统的框图；

图2为本发明提出的无细胞蛋白质合成系统的结构示意图；

图3为本发明提出的无细胞蛋白质合成系统的剖视结构示意图；

图4为本发明提出的无细胞蛋白质合成系统的图3中A部分结构示意图；

图5为本发明提出的无细胞蛋白质合成系统的3中B部分结构示意图；

图6为本发明提出的无细胞蛋白质合成系统的放置板、工字块和模板存放筒的俯视结构示意图；

图7为本发明提出的无细胞蛋白质合成系统的圆板、固定柱的俯视结构示意图；

图8为本发明提出的无细胞蛋白质合成系统的塑胶齿轮的仰视结构示意图。

图中：1、工作台；2、混合筒；3、电机；4、混合器；5、出液管；6、竖板；7、放置板；8、模板存放筒；9、排放管；10、电磁流量阀；11、丝杆电机；12、工字块；13、丝杆；14、竖槽；15、伺服电机；16、旋转板；17、圆板；18、试管；19、固定柱；20、通孔；21、限位环；22、限位槽；23、试管槽；24、弧形垫；25、塑胶齿轮；26、支撑环；27、环形外齿轮；28、插槽；29、弹性槽；30、弹簧；31、圆头杆；32、插杆；33、滚珠；34、冷藏柜；35、隔板；36、稳定杆；37、控制器；38、柜门；39、稳定槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

参照图1-8，无细胞蛋白质合成系统，包括操作平台和控制模块，操作平台上连接有无细胞液混合模块、配置模块和冷藏模块，操作平台包括工作台1和支撑腿，支撑腿为多个且均设置在工作台1的顶部，无细胞液混合模块、配置模块和冷藏模块均设置在工作台1的顶部，无细胞混合模块包括混合筒2、电机3、混合器4和出液管5，混合筒2设置在工作台1的顶部，电机3设置在混合筒2的左侧，混合器4转动安装在混合筒2内，混合器4与电机3的输出轴相连，出液管5设置在混合筒2的右侧，配合模块包括配液单元和试管放置单元，配液单元包括竖板6、放置板7、动力结构和模板液结构，竖板6固定设置在工作台1的顶部，动力结构设置在竖板6的右侧，放置板7与动力结构相连，模板液结构为多个且均设置在放置板7上，试管放置单元包括伺服电机15、旋转板16、圆板17和试管18，伺服电机15设置在工作台1的底部，旋转板16与伺服电机15的输出轴相连，圆板17与旋转板16相适配，圆板17的顶部开设有多个通孔20，通孔20内转动安装有固定结构，试管18与对应的固定结构相连，工作台1的顶部设置有支撑结构，固定结构与支撑结构相连，冷藏模块包括冷藏柜34、隔板35和稳定杆36，冷藏柜34设置在工作台1的顶部，隔板35为多个且均设置在冷藏柜34内，稳定杆36为多个且均设置在隔板35的顶部，控制模块为控制器37。

本实施例中，动力结构包括丝杆电机11、工字块12、丝杆13和竖槽14，竖槽14开设在竖板6的右侧，工字块12与竖槽14滑动相连，丝杆13竖直转动安装在竖槽14内，丝杆电机11通过螺丝连接在竖槽14的顶部内壁上，丝杆电机11的输出轴与丝杆13的顶端相连，工字块12螺纹连接在丝杆13的外侧。

本实施例中，模板液结构包括模板存放筒8、排放管9和电磁流量阀10，模板存放筒8放置在放置板7的顶部，排放管9与模板存放筒8的底部相连通，电磁流量阀10与排放管9相连。

本实施例中，固定结构包括固定柱19、弧形垫24和塑胶齿轮25，固定柱19转动安装在通孔20内，固定柱19的顶部开设有试管槽23，弧形垫24为两个且对称设置在试管槽23内，试管18与试管槽23内的弧形垫24相抵触，塑胶齿轮25与固定柱19的底部相连。

本实施例中，塑胶齿轮25的底部开设有稳定槽39，稳定槽39与稳定杆36相适配。

本实施例中，固定柱19的外侧固定套设有限位环21，通孔20的内壁上开设有限位槽22，限位环21与限位槽22滑动相连。

本实施例中，支撑结构包括支撑环26、环形外齿轮27和滚珠33，支撑环26固定设置在工作台1的顶部，环形外齿轮27套设在支撑环26的外侧，塑胶齿轮25与环形外齿轮27相啮合，滚珠33内嵌在支撑环26的外侧并与旋转板16的底部接触。

本实施例中，圆板17的底部通过焊接安装有多个插杆32，旋转板16的顶部均匀开设有多个插槽28，插杆32与插槽28相适配。

本实施例中，插槽28的内壁上开设有弹性槽29，弹性槽29内滑动安装有圆头杆31，插杆32的外侧开设有弧形槽，圆头杆31与弧形槽相适配。

本实施例中，圆头杆31上通过焊接安装有弹簧30的一端，弹簧30的另一端与弹性槽29的内壁固定相连。

本实施例中，竖槽14的两侧内壁上均通过焊接安装有限位条，限位条与工字块12滑动相连。

本实施例中，冷藏柜34的外侧转动安装有柜门38，放置板7为半圆形结构。

实施例二

参照图1-8，无细胞蛋白质合成系统，包括操作平台和控制模块，操作平台上连接有无细胞液混合模块、配置模块和冷藏模块，操作平台包括工作台1和支撑腿，无细胞液混合模块用于将多种无细胞液配备混合；配置模块用于将DNA模板、使用酶和氨基酸与试管18内的无细胞混合反应；冷藏模块对无细胞液反应冷藏需求；支撑腿为多个且均设置在工作台1的顶部，无细胞液混合模块、配置模块和冷藏模块均设置在工作台1的顶部，无细胞混合模块包括混合筒2、电机3、混合器4和出液管5，混合筒2为圆柱形结构，混合筒2设置在工作台1的顶部，电机3设置在混合筒2的左侧，混合器4转动安装在混合筒2内，混合器4与电机3的输出轴相连，出液管5设置在混合筒2的右侧，将不同种类的无细胞液加入混合筒2内，电机3带动混合混合器4旋转对无细胞液充分混合，然后使用试管18通过出液管5对无细胞液进行收集，配合模块包括配液单元和试管放置单元，配液单元包括竖板6、放置板7、动力结构和模板液结构，竖板6固定设置在工作台1的顶部，动力结构设置在竖板6的右侧，放置板7与动力结构相连，模板液结构为多个且均设置在放置板7上，试管放置单元包括伺服电机15、旋转板16、圆板17和试管18，伺服电机15设置在工作台1的底部，旋转板16与伺服电机15的输出轴相连，圆板17与旋转板16相适配，圆板17的顶部开设有多个通孔20，通孔20内转动安装有固定结构，试管18与对应的固定结构相连，工作台1的顶部设置有支撑结构，固定结构与支撑结构相连，冷藏模块包括冷藏柜34、隔板35和稳定杆36，冷藏柜34设置在工作台1的顶部，隔板35为多个且均设置在冷藏柜34内，稳定杆36为多个且均设置在隔板35的顶部，使得稳定杆36与稳定槽39相连，可以增加圆板17的稳定性，控制模块为控制器37，控制器37可以控制电器设备。

本实施例中，动力结构包括丝杆电机11、工字块12、丝杆13和竖槽14，竖槽14开设在竖板6的右侧，工字块12与竖槽14滑动相连，丝杆13竖直转动安装在竖槽14内，丝杆电机11固定连接在竖槽14的顶部内壁上，丝杆电机11的输出轴与丝杆13的顶端相连，工字块12螺纹连接在丝杆13的外侧，丝杆电机11带动丝杆13旋转，丝杆13可以带动工字块12在竖槽14内竖直移动。

本实施例中，模板液结构包括模板存放筒8、排放管9和电磁流量阀10，模板存放筒8放置在放置板7的顶部，排放管9与模板存放筒8的底部相连通，电磁流量阀10与排放管9相连，设置的电磁流量阀10可以保证排放管9无细胞液进入试管18内，并计算无细胞液的流量。

本实施例中，固定结构包括固定柱19、弧形垫24和塑胶齿轮25，固定柱19转动安装在通孔20内，固定柱19的顶部开设有试管槽23，弧形垫24为两个且对称设置在试管槽23内，试管18与试管槽23内的弧形垫24相抵触，塑胶齿轮25与固定柱19的底部相连，设置的弧形垫24为试管18提供摩擦力，可以增加试管18的稳定性。

本实施例中，塑胶齿轮25的底部开设有稳定槽39，稳定槽39与稳定杆36相适配，稳定杆36与稳定槽39配合，可以保证圆板17放置的稳定性。

本实施例中，固定柱19的外侧固定套设有限位环21，通孔20的内壁上开设有限位槽22，限位环21与限位槽22滑动相连，设置的限位环21与限位槽22配合，可以保证固定柱19稳定在通孔20内旋转。

本实施例中，支撑结构包括支撑环26、环形外齿轮27和滚珠33，支撑环26固定设置在工作台1的顶部，环形外齿轮27套设在支撑环26的外侧，塑胶齿轮25与环形外齿轮27相啮合，滚珠33内嵌在支撑环26的外侧并与旋转板16的底部接触，支撑环26为旋转板16起到支撑作用，设置的滚珠33可以降低旋转板16的摩擦力。

本实施例中，圆板17的底部固定安装有多个插杆32，旋转板16的顶部均匀开设有多个插槽28，插杆32与插槽28相适配，插槽28的内壁上开设有弹性槽29，弹性槽29内滑动安装有圆头杆31，插杆32的外侧开设有弧形槽，圆头杆31与弧形槽相适配，圆头杆31与弧形槽配合，可以保证插杆32的稳定性。

本实施例中，圆头杆31上固定安装有弹簧30的一端，弹簧30的另一端与弹性槽29的内壁固定相连，设置的弹簧30为圆头杆31提供弹力。

本实施例中，竖槽14的两侧内壁上均固定安装有限位条，限位条与工字块12滑动相连，设置的限位条与工字块12配合，可以保证工作块12竖直移动。

本实施例中，冷藏柜34的外侧转动安装有柜门38，放置板7为半圆形结构，设置的柜门38方便对圆板17取放。

本实施例中，使用时，无细胞液混合模块用于配备无细胞混合液，具体工作：将不同种类的无细胞液加入混合筒2内，启动电机3，电机3带动混合混合器4旋转对无细胞液充分混合，然后使用试管18通过出液管5对无细胞液进行收集，且收集的无细胞液重量比例均匀备用；将DNA模板、使用酶和氨基酸分别加入模板存放筒8内，设置的配置模块用于将DNA模板、使用酶和氨基酸与试管18内的无细胞混合反应，具体工作：将插杆32插入对应的插槽28内，将圆板17与旋转板16相连，通过弹簧30的弹力作用，使得圆头杆31进入弧形槽内，可以增加插杆32的稳定性，将试管18放置到对应的试管槽23内，通过设置的弧形垫24对试管18挤压，可以将试管18固定，准备完毕后，启动伺服电机15，伺服电机15带动旋转板16旋转，旋转板16带动圆板17旋转，圆板17带动试管18作环形运动，当试管18移动到排放管9的下方时，丝杆电机11带动丝杆13旋转，丝杆13带动工字块12向下运动，工字块12带动放置板7向下运动，放置板7带动排放管9向下运动进入试管18口内，电磁流量阀10打开，加入DNA模板、使用酶和氨基酸中的任意一个，加入完成后，排放管9离开试管18，同时电磁流量阀10关闭，试管18继续环形运动一定角度，直到将DNA模板、使用酶和氨基酸全部加入同一个试管18内与无细胞液混合反应，同时试管18带动塑胶齿轮25在环形外齿轮27运动，使得固定柱19自转，固定柱19带动试管18自转，提高DNA模板、使用酶和氨基酸与无细胞液的混合效果，直到所用的试管18都加入了DNA模板、使用酶和氨基酸，停止伺服电机15；设置的冷藏模块用于对无细胞液反应冷藏需求，具体工作时：向上拉动圆板17，使得插杆32离开插槽28，将圆板17放置到冷藏柜34内，使得稳定杆36与稳定槽39相连，关闭柜门38，并控制冷藏柜34的温度，可以冷藏放置多个圆板17，直到无细胞蛋白质形成。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.无细胞蛋白质合成系统，包括操作平台和控制模块，操作平台上连接有无细胞液混合模块、配置模块和冷藏模块，其特征在于，所述操作平台包括工作台(1)和支撑腿，支撑腿为多个且均设置在工作台(1)的顶部，所述无细胞液混合模块、配置模块和冷藏模块均设置在工作台(1)的顶部，所述无细胞混合模块包括混合筒(2)、电机(3)、混合器(4)和出液管(5)，混合筒(2)设置在工作台(1)的顶部，电机(3)设置在混合筒(2)的左侧，混合器(4)转动安装在混合筒(2)内，混合器(4)与电机(3)的输出轴相连，出液管(5)设置在混合筒(2)的右侧，所述配合模块包括配液单元和试管放置单元，所述配液单元包括竖板(6)、放置板(7)、动力结构和模板液结构，竖板(6)固定设置在工作台(1)的顶部，动力结构设置在竖板(6)的右侧，放置板(7)与动力结构相连，所述模板液结构为多个且均设置在放置板(7)上，所述试管放置单元包括伺服电机(15)、旋转板(16)、圆板(17)和试管(18)，伺服电机(15)设置在工作台(1)的底部，旋转板(16)与伺服电机(15)的输出轴相连，圆板(17)与旋转板(16)相适配，圆板(17)的顶部开设有多个通孔(20)，通孔(20)内转动安装有固定结构，试管(18)与对应的固定结构相连，工作台(1)的顶部设置有支撑结构，固定结构与支撑结构相连，所述冷藏模块包括冷藏柜(34)、隔板(35)和稳定杆(36)，冷藏柜(34)设置在工作台(1)的顶部，隔板(35)为多个且均设置在冷藏柜(34)内，稳定杆(36)为多个且均设置在隔板(35)的顶部，控制模块为控制器(37)。

2.根据权利要求1所述的无细胞蛋白质合成系统，其特征在于，所述动力结构包括丝杆电机(11)、工字块(12)、丝杆(13)和竖槽(14)，竖槽(14)开设在竖板(6)的右侧，工字块(12)与竖槽(14)滑动相连，丝杆(13)竖直转动安装在竖槽(14)内，丝杆电机(11)固定连接在竖槽(14)的顶部内壁上，丝杆电机(11)的输出轴与丝杆(13)的顶端相连，工字块(12)螺纹连接在丝杆(13)的外侧。

3.根据权利要求1所述的无细胞蛋白质合成系统，其特征在于，所述模板液结构包括模板存放筒(8)、排放管(9)和电磁流量阀(10)，模板存放筒(8)放置在放置板(7)的顶部，排放管(9)与模板存放筒(8)的底部相连通，电磁流量阀(10)与排放管(9)相连。

4.根据权利要求1所述的无细胞蛋白质合成系统，其特征在于，所述固定结构包括固定柱(19)、弧形垫(24)和塑胶齿轮(25)，固定柱(19)转动安装在通孔(20)内，固定柱(19)的顶部开设有试管槽(23)，弧形垫(24)为两个且对称设置在试管槽(23)内，试管(18)与试管槽(23)内的弧形垫(24)相抵触，塑胶齿轮(25)与固定柱(19)的底部相连。

5.根据权利要求4所述的无细胞蛋白质合成系统，其特征在于，所述塑胶齿轮(25)的底部开设有稳定槽(39)，稳定槽(39)与稳定杆(36)相适配。

6.根据权利要求4所述的无细胞蛋白质合成系统，其特征在于，所述固定柱(19)的外侧固定套设有限位环(21)，通孔(20)的内壁上开设有限位槽(22)，限位环(21)与限位槽(22)滑动相连。

7.根据权利要求1所述的无细胞蛋白质合成系统，其特征在于，所述支撑结构包括支撑环(26)、环形外齿轮(27)和滚珠(33)，支撑环(26)固定设置在工作台(1)的顶部，环形外齿轮(27)套设在支撑环(26)的外侧，塑胶齿轮(25)与环形外齿轮(27)相啮合，滚珠(33)内嵌在支撑环(26)的外侧并与旋转板(16)的底部接触。

8.根据权利要求1所述的无细胞蛋白质合成系统，其特征在于，所述圆板(17)的底部固定安装有多个插杆(32)，旋转板(16)的顶部均匀开设有多个插槽(28)，插杆(32)与插槽(28)相适配。

9.根据权利要求8所述的无细胞蛋白质合成系统，其特征在于，所述插槽(28)的内壁上开设有弹性槽(29)，弹性槽(29)内滑动安装有圆头杆(31)，插杆(32)的外侧开设有弧形槽，圆头杆(31)与弧形槽相适配。

10.根据权利要求9所述的无细胞蛋白质合成系统，其特征在于，所述圆头杆(31)上固定安装有弹簧(30)的一端，弹簧(30)的另一端与弹性槽(29)的内壁固定相连。

11.根据权利要求2所述的无细胞蛋白质合成系统，其特征在于，所述竖槽(14)的两侧内壁上均固定安装有限位条，限位条与工字块(12)滑动相连。

12.根据权利要求1所述的无细胞蛋白质合成系统，其特征在于，所述冷藏柜(34)的外侧转动安装有柜门(38)，放置板(7)为半圆形结构。

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