CN113877485A - 一种核酸合成仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核酸合成仪，涉及核酸合成技术领域，包括机箱、单体瓶、试剂瓶、入口阀、输液泵、压力传感器、循环阀、柱位切换阀、合成柱、电导率检测器、紫外检测器、背压阀和排废阀；机箱为外侧带有瓶体安装面板和控制部件面板、内部设置有控制元件容置空腔的箱体结构；单体瓶、试剂瓶和合成柱均设置有多个并安装于瓶体安装面板上；入口阀、排废阀、输液泵、压力传感器、循环阀和柱位切换阀安装于机箱内；本发明中的核酸合成仪，通过输液泵配合各个阀门向合成柱内输送试剂或单体，输送的液体流量更加精准，减少反应试剂的消耗，且整个机箱结构简单，自动化程度高，核酸的合成效率较高。

Description

一种核酸合成仪
技术领域
本发明涉及核酸合成技术领域，特别是涉及一种核酸合成仪。
背景技术
随着寡聚核苷酸链合成技术的快速发展，合成成本不断下降，合成长度与精度不断提高，使得以寡核苷酸链为起始的大规模DNA和RNA合成成为可能，因此出现了核酸合成仪。
现在市面上产业化的核酸合成仪只有少数几家(德国K&A Labor Geraete公司、美国GE公司和美国Biolytic公司、俄国BIOSSET'S等)国外企业在生产。而现在的核酸合成仪的试剂递送不够精准，反应试剂浪费严重，气密性不够好，价格昂贵、维护周期太长，同时修理较为繁琐。鉴于以上现有技术中存在的缺陷，有必要研发新型合成仪，使其更具备实用性，以符合实际应用的需要
发明内容
本发明的目的是提供一种核酸合成仪，以解决上述现有技术存在的问题，输送的液体流量更加精准，减少反应试剂的消耗，且整个机箱结构简单，自动化程度高，可根据工艺需求，设置单体瓶数量，核酸的合成效率较高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种核酸合成仪，包括机箱、单体瓶、试剂瓶、入口阀、输液泵、压力传感器、循环阀、柱位切换阀和合成柱；所述机箱为外侧带有瓶体安装面板和控制部件面板、内部设置有控制元件容置空腔的箱体结构；所述单体瓶、所述试剂瓶和所述合成柱均设置有多个并安装于所述瓶体安装面板上；所述入口阀、输液泵、压力传感器、循环阀和柱位切换阀安装于所述机箱内，且所述入口阀、所述输液泵、所述循环阀和所述柱位切换阀的通道接口均凸出于所述控制部件面板外侧；
所述入口阀包括入口阀一、入口阀二、入口阀三和入口阀四，所述入口阀一和入口阀二均设置有多个，多个所述入口阀一和入口阀二通过输液管路分别连接不同的所述单体瓶或试剂瓶，各个所述入口阀一和所述入口阀二还通过输液管路连接所述入口阀三，所述入口阀三还通过输液管路连接所述试剂瓶；所述输液泵包括输液泵一和输液泵二，所述入口阀三通过输液管路连接所述输液泵一的入口，所述入口阀四通过输液管路连接所述循环阀，所述循环阀通过输液管路连接所述输液泵二；所述柱位切换阀包括柱位切换阀一和柱位切换阀二，所述合成柱的两端分别用输液管路连接柱位切换阀一和柱位切换阀二，所述输液泵一和输液泵二通过输液管路和三通接头连接所述柱位切换阀一，所述三通接头和所述柱位切换阀一之间的所述输液管路上设置压力传感器一，所述柱位切换阀二通过输液管路连接所述循环阀，所述输液管路上设置有电导率检测装置。
优选地，还包括惰性气体保护装置、所述惰性气体保护装置包括惰性气体气源、压力传感器二、压力传感器三、调压阀一、调压阀二、气源分配器一和气源分配器二，所述惰性气体气源通过三通接头分配到所述气源分配器一和所述气源分配器二，所述气源分配器一和所述气源分配器二分别用于向所述单体瓶和所述试剂瓶内分配惰性气体，两个所述气管上分别设置所述压力传感器二和压力传感器三，所述压力传感器二连接调压阀一，所述压力传感器三连接调压阀二，所述调压阀一和调压阀二用于根据工艺需要调节所述单体瓶或所述试剂瓶内的压力。
优选地，所述气管为四氟管或PEEK管；所述输液管路为PEEK管或四氟管或不锈钢管。
优选地，所述循环阀还通过排液管路连接用于排放废液的排废阀，所述排废阀的通道接口凸出于所述瓶体安装面板外侧，所述排液管路上设置有紫外检测器和背压阀，所述背压阀位于所述紫外检测器的尾端。
优选地，所述排液管路为四氟管或PEEK管。
优选地，所述试剂瓶和所述单体瓶均通过夹板安装于所述瓶体安装面板上，所述夹板包括上夹板和下夹板，所述上夹板连接所述瓶体安装板，所述上夹板为门形板，所述上夹板的两个竖向板体的底部外侧设置有横向设置的卡接部，所述下夹板的顶部两侧设置有用于卡接所述卡接部的卡槽，所述单体瓶或所述试剂瓶的瓶口处设置有密封垫，所述单体瓶或所述试剂瓶的瓶口通过所述下夹板中部设置的豁口卡入所述下夹板上的瓶口卡槽上，所述下夹板的卡槽沿着所述上夹板的卡接部相向推动将所述单体瓶或所述试剂瓶夹紧在所述上夹板与下夹板之间。
优选地，所述合成柱通过支架安装于所述瓶体安装面板上。
优选地，所述入口阀、循环阀、柱位切换阀和排废阀均为多通道切换阀，各阀体均为电机驱动转动轴，带动固定在轴端的转子转动，切换到所需的阀头上的通道。
优选地，所述入口阀、循环阀、柱位切换阀和排废阀均为多个隔膜阀组成的阀组结构，每个阀组中的单个隔膜发的膜片由执行器控制通断，进而控制单个阀体所连接的管路的通断。
优选地，所述机箱为防爆机箱或非防爆机箱。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明提供的核酸合成仪，通过输液泵配合各个阀门向合成柱内输送试剂或单体，输送的液体流量更加精准，减少反应试剂的消耗，且整个机箱结构简单，自动化程度高，可根据工艺需求，设置单体瓶数量，核酸的合成效率较高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明中核酸合成仪的立体结构示意图；
图2为本发明中核酸合成仪的正向结构示意图；
图3为本发明中核酸合成仪的工艺流程图；
图4为本发明中惰性气体保护装置的流程图；
图5为试剂瓶或单体瓶的安装示意图；
图6为安装有合成柱的支架的结构示意图；
图中：1-机箱、2-单体瓶、3-试剂瓶、4-入口阀一、5-入口阀二、6-入口阀三、7-入口阀四、8-输液泵一、9-输液泵二、10-压力传感器一、11-压力传感器二、12-压力传感器三、13-循环阀、14-柱位切换阀一、15-柱位切换阀二、16-合成柱、17-瓶体安装面板、18-控制部件面板、19-三通接头、20-电导率检测装置、21-惰性气体气源、22-气源分配器一、23-气源分配器二、24-调压阀一、25-调压阀二、26-瓶口、27-支架、28-排废阀、29-紫外检测器、30-背压阀、31-上夹板、32-下夹板、33-卡接部、34-卡槽、35-瓶口卡槽。
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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种核酸合成仪，以解决现有技术存在的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例中的核酸合成仪，如图1-3所示，包括机箱1、单体瓶2、试剂瓶3、入口阀、输液泵、压力传感器、循环阀13、柱位切换阀和合成柱16；机箱1为外侧带有瓶体安装面板17和控制部件面板18、内部设置有控制元件容置空腔的箱体结构；单体瓶2、试剂瓶3和合成柱16均设置有多个并安装于瓶体安装面板17上；入口阀、排废阀28、输液泵、压力传感器、循环阀13和柱位切换阀安装于机箱1内，且入口阀、输液泵、循环阀13和柱位切换阀的通道接口均出于控制部件面板18外侧，通道接口用于根据工艺需要连接不同的管路；
入口阀包括入口阀一4、入口阀二5、入口阀三6和入口阀四7，入口阀一4和入口阀二5均设置有多个，本实施例中入口阀一4和入口阀二5均设置8个，多个入口阀一4和入口阀二5根据工艺需要通过输液管路分别连接不同的单体瓶2或试剂瓶3，各个入口阀一4和入口阀二5分别通过输液管路连接入口阀三6，入口阀三6还通过输液管路连接试剂瓶3；输液泵包括输液泵一8和输液泵二9，入口阀三6通过输液管路连接输液泵一8的入口，入口阀四7通过输液管路连接循环阀13，循环阀13通过输液管路连接输液泵二9；柱位切换阀包括柱位切换阀一14和柱位切换阀二15，合成柱16的两端分别用输液管路连接柱位切换阀一14和柱位切换阀二15，输液泵一8和输液泵二9通过输液管路和三通接头19连接柱位切换阀一14，三通接头19和柱位切换阀一14之间的输液管路上设置压力传感器一10，柱位切换阀二15通过输液管路连接循环阀13，输液管路上设置有电导率检测装置20。其中，输液管路为PEEK管或四氟管或不锈钢管。
于本具体实施例中，循环阀13还通过排液管路连接用于排放废液的排废阀28，排液管路为四氟管或PEEK管，排废阀28的通道接口凸出于瓶体安装面板17外侧，通道接口用于根据工艺需要连接不同的管路，排液管路上设置有紫外检测器29和背压阀30，背压阀30位于紫外检测器29的尾端，背压阀30的设置目的为提供适当背压，防止前端流路产生气泡，影响检测数据。
如图4所示，还包括惰性气体保护装置、惰性气体保护装置包括惰性气体气源21、压力传感器二11、压力传感器三12、调压阀一24、调压阀二25、气源分配器一22和气源分配器二23，惰性气体气源21通过三通接头和两个气管分别连接气源分配器一22和气源分配器二23，气源分配器一22和气源分配器二23设置多个气口，各个气口连接不同的单体瓶2或试剂瓶3，进而向各个单体瓶2和试剂瓶3内分配惰性气体，三通接头与气源分配器一22、气源分配器二23之间的两个气管上分别设置压力传感器二11和压力传感器三12，压力传感器二11连接调压阀一24，压力传感器三12连接调压阀二25，调压阀一24和调压阀二25的控制端钮设置在控制部件面板18上。单体瓶2及试剂瓶3需要用惰性气体保护，设置压力在0.3-0.35Bar，惰性气体气源21通过机箱1后面的气管分别进入气源分配器一22和气源分配器二23，压力传感器二11和压力传感器三12配合调压阀一24和调压阀二25，以及时调整瓶内压力，气源分配器可以分配若干气管出去，接入单体瓶2或者试剂瓶3，单体瓶2、试剂瓶3都设有密封装置，保证气瓶内部压力；压力传感器二11和压力传感器三12设置于控制部件面板18上；气管为四氟管或PEEK管。
如图5所示，单体瓶2和试剂瓶3均通过夹板安装于瓶体安装面板17上，夹板包括上夹板31和下夹板32，上夹板31连接瓶体安装面板17，上夹板31为门形板，上夹板31的两个竖向板体的底部外侧设置有横向设置的卡接部33，下夹板32的顶部两侧设置有用于卡接卡接部33的卡槽34，单体瓶2或试剂瓶3的瓶口处设置有密封垫，单体瓶2或试剂瓶3的瓶口26通过下夹板32中部设置的豁口卡入下夹板32上的瓶口卡槽35上，下夹板32的卡槽34沿着所述上夹板31的卡接部33相向推动将单体瓶2或试剂瓶3夹紧在上夹板31与下夹板32之间。
如图6所示，合成柱16通过支架27安装于瓶体安装面板17上。
本实施例中，各个入口阀、循环阀13、柱位切换阀、排废阀28均为多通道切换阀，阀体的各个通道根据工艺需要连接不同的管路，阀体在工作时由电机驱动转动轴，带动固定在轴端的转子转动，切换到所需的阀头上的通道上，进而开启相应的管路。
另一种方式中，各个入口阀、循环阀13、柱位切换阀、排废阀28均为多个隔膜阀组成的阀组结构，每个阀组中的单个隔膜发的膜片由执行器控制通断，进而控制单个阀体所连接的管路的通断，各个单个的隔膜阀根据工艺需要连接不同的管路。
本实施例中，机箱1根据需要做成防爆机箱或非防爆机箱；合成柱16根据工艺需要可以配置多种规格。
具体工艺实施步骤：
1、合成的第一步——脱保护(Deblocking)，用三氯乙酸去除CPG所连核苷上的DMT，以暴露5’羟基，供下一步偶联。
工作流程：试剂瓶3内的三氯乙酸通过入口阀三6的三氯乙酸口进入，通过输液泵一8、压力传感器一10、柱位切换阀一14进入合成柱16。反应完成后，乙腈通过入口阀三6的乙腈口进入系统，对上述流路进行清洗，通过排废阀28八排出。
2.第二步——活化(Activation)，在偶联之前，单体与四唑混合并进入合成柱16，此时四唑提供一个质子给3’磷酸上二异丙胺基的N原子，质子化的二异丙胺是一个良好的游离基团，与四唑形成亚磷酰胺四唑这种活性中间体。
工作流程：单体瓶2内的单体通过入口阀一4、入口阀二5、入口阀三6所需口对应进入，通过输液泵一8、压力传感器一10、柱位切换阀一14进入合成柱16；试剂瓶3内的四唑通过入口阀四7的四唑口进入循环阀13、输液泵二9、压力传感器一10、柱位切换阀一14进入合成柱16，反应完成后，乙腈通过入口阀一4、入口阀二5、入口阀三6的乙腈口进入系统，同时，也通过入口阀四7的乙腈口进入系统，对上述流路进行清洗，通过排废阀28排出。
3.第三步——偶联(Coupling)，亚磷酰胺四唑与CPG所连的核苷酸碰撞时，与其5’羟基发生亲核反应，发生偶联并脱掉四唑，合成的寡核苷酸链延长一个。
工作流程：循环阀13切换到循环状态，启动输液泵二9，设定流速，由输液泵二9提供动力，由输液泵二9、压力传感器一10、柱位切换阀一14、柱位切换阀二15、电导率检测装置20、循环阀13形成闭环运行。反应完成后，乙腈通过入口阀四7的乙腈口进入系统，对上述流路进行清洗，通过排废阀28排出。
4.第四步——盖帽(Capping)，为了防止未反应的与CPG相连的5’羟基在随后的循环中被延长，需要在偶联反应充分进行之后使之封。
工作流程：盖帽剂(盖帽剂为乙酰化)通过入口阀三6的盖帽剂口进入输液泵一8，经过压力传感器一10，柱位切换阀一14进入合成柱16，反应完成后，乙腈通过入口阀三6的乙腈口进入系统，对上述流路进行清洗，通过排废阀28排出。
5.第五步——氧化(Oxidation)，偶联反应后新加上的核苷酸通过亚磷酯键(磷为三价)与CPG上的寡核苷酸链相连，此亚磷酯键不稳定，易被酸、碱水解，因此需将此处三价磷氧化为五价的磷。
工作流程：氧化剂通(氧化剂为四氢呋喃)过入口阀四7的氧化剂口通过循环阀13、输液泵二9、压力传感器一10、柱位切换阀一14进入合成柱16，反应完成后，乙腈通过入口阀四7的乙腈口进入系统，对上述流路进行清洗，通过排废阀28排出。
6.循环上述一至五步，寡核苷酸链延伸至所需长度时即可完成。
在整个反应过程中，单体瓶2&试剂瓶3需要用氩气或者氮气增压保护，以达到隔绝空气目的。
上述工艺步骤，每部执行后，均需冲洗管路，以保证洁净,单体根据需要，依次执行上述循环步骤。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种核酸合成仪，其特征在于：包括机箱、单体瓶、试剂瓶、入口阀、输液泵、压力传感器、循环阀、柱位切换阀和合成柱；所述机箱为外侧带有瓶体安装面板和控制部件面板、内部设置有控制元件容置空腔的箱体结构；所述单体瓶、所述试剂瓶和所述合成柱均设置有多个并安装于所述瓶体安装面板上；所述入口阀、输液泵、压力传感器、循环阀和柱位切换阀安装于所述机箱内，且所述入口阀、所述输液泵、所述循环阀和所述柱位切换阀的通道接口均凸出于所述控制部件面板外侧；
所述入口阀包括入口阀一、入口阀二、入口阀三和入口阀四，所述入口阀一和入口阀二均设置有多个，多个所述入口阀一和入口阀二通过输液管路分别连接不同的所述单体瓶或试剂瓶，各个所述入口阀一和所述入口阀二还通过输液管路连接所述入口阀三，所述入口阀三还通过输液管路连接所述试剂瓶；所述输液泵包括输液泵一和输液泵二，所述入口阀三通过输液管路连接所述输液泵一的入口，所述入口阀四通过输液管路连接所述循环阀，所述循环阀通过输液管路连接所述输液泵二；所述柱位切换阀包括柱位切换阀一和柱位切换阀二，所述合成柱的两端分别用输液管路连接柱位切换阀一和柱位切换阀二，所述输液泵一和输液泵二通过输液管路和三通接头连接所述柱位切换阀一，所述三通接头和所述柱位切换阀一之间的所述输液管路上设置压力传感器一，所述柱位切换阀二通过输液管路连接所述循环阀，所述输液管路上设置有电导率检测装置。
2.根据权利要求1所述的核酸合成仪，其特征在于：还包括惰性气体保护装置、所述惰性气体保护装置包括惰性气体气源、压力传感器二、压力传感器三、调压阀一、调压阀二、气源分配器一和气源分配器二，所述惰性气体气源通过三通接头分配到所述气源分配器一和所述气源分配器二，所述气源分配器一和所述气源分配器二分别用于向所述单体瓶和所述试剂瓶内分配惰性气体，两个所述气管上分别设置所述压力传感器二和压力传感器三，所述压力传感器二连接调压阀一，所述压力传感器三连接调压阀二，所述调压阀一和调压阀二用于根据工艺需要调节所述单体瓶或所述试剂瓶内的压力。
3.根据权利要求2所述的核酸合成仪，其特征在于：所述气管为四氟管或PEEK管；所述输液管路为PEEK管或四氟管或不锈钢管。
4.根据权利要求1所述的核酸合成仪，其特征在于：所述循环阀还通过排液管路连接用于排放废液的排废阀，所述排废阀的通道接口凸出于所述瓶体安装面板外侧，所述排液管路上设置有紫外检测器和背压阀，所述背压阀位于所述紫外检测器的尾端。
5.根据权利要求4所述的核酸合成仪，其特征在于：所述排液管路为四氟管或PEEK管。
6.根据权利要求1所述的核酸合成仪，其特征在于：所述试剂瓶和所述单体瓶均通过夹板安装于所述瓶体安装面板上，所述夹板包括上夹板和下夹板，所述上夹板连接所述瓶体安装板，所述上夹板为门形板，所述上夹板的两个竖向板体的底部外侧设置有横向设置的卡接部，所述下夹板的顶部两侧设置有用于卡接所述卡接部的卡槽，所述单体瓶或所述试剂瓶的瓶口处设置有密封垫，所述单体瓶或所述试剂瓶的瓶口通过所述下夹板中部设置的豁口卡入所述下夹板上的瓶口卡槽上，所述下夹板的卡槽沿着所述上夹板的卡接部相向推动将所述单体瓶或所述试剂瓶夹紧在所述上夹板与下夹板之间。
7.根据权利要求1所述的核酸合成仪，其特征在于：所述合成柱通过支架安装于所述瓶体安装面板上。
8.根据权利要求4所述的核酸合成仪，其特征在于：所述入口阀、循环阀、柱位切换阀和排废阀均为多通道切换阀，各阀体均为电机驱动转动轴，带动固定在轴端的转子转动，切换到所需的阀头上的通道。
9.根据权利要求1所述的核酸合成仪，其特征在于：所述入口阀、循环阀、柱位切换阀和排废阀均为多个隔膜阀组成的阀组结构，每个阀组中的单个隔膜发的膜片由执行器控制通断，进而控制单个阀体所连接的管路的通断。
10.根据权利要求1所述的核酸合成仪，其特征在于：所述机箱为防爆机箱或非防爆机箱。
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CN115253953A (zh) * 2022-09-29 2022-11-01 江苏汉邦科技股份有限公司 一种核酸合成系统
CN117920015A (zh) * 2024-03-20 2024-04-26 上海复迪源码生物技术有限公司 用于制备纳米制剂的制备系统及控制方法

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