CN115155504B - 一种活塞式固相合成系统及合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种活塞式固相合成系统及合成方法，活塞式固相合成系统包括缸体、固相反应柱和活塞板，活塞板与缸体内壁密封滑动连接，固相反应柱设在缸体与活塞板的顶面形成的腔体内；缸体还具有供试剂进入缸体内的进液口，活塞板具有位于进液口下方的第一位置、以及位于进液口上方的第二位置，当活塞式固相合成系统处在合成模式，活塞板在第二位置与固相反应柱之间往复运动且速度可调，活塞板用于使试剂往复浸没固相反应柱中的填料；缸体位于固相反应柱上方的部分还具有至少一个通气口，通气口用于向缸体内通入惰性气体或排出废气，惰性气体用于为合成反应提供惰性环境，或者用于将反应完的试剂排出缸体以及干燥固相反应柱和缸体内壁。

Description

一种活塞式固相合成系统及合成方法

技术领域

本发明涉及生物大分子的合成装置技术领域，尤其涉及活塞式固相合成系统及合成方法。

背景技术

根据生物化学领域的定义，当前的生物大分子主要定位有：DNA、RNA、多肽和多糖等。生物大分子在合成生物学的应用领域发挥重要作用，因此其体外的化学合成也成为研发热点。其中，医药领域的应用特别是核酸药物领域。

近年核酸药物获批上市的速度呈加速趋势，多款有潜力成为重磅炸弹的核酸药物公布了临床数据，覆盖了心脏与代谢性疾病、肝脏疾病以及多种罕见病等领域。目前全球已有13款核酸药物获批，2种mRNA疫苗获得FDA的EUA，众多核酸药物在临床试验中，随着技术的不断改进，核酸药物已经被称为继小分子化药和抗体药物后的第三大类变革型药物。各国均在布局核酸药物的研发和生产，其中，核酸药物的体外化学合成正在面临新的挑战。现有合成技术中，几乎百分之90的场景是通过柱法合成方式生产核酸药物，而现有柱法合成系统均采用电磁阀+气压的组合方式控制试剂的流动和合成方法。在该系统中，阀门位置、管路位置和长短、以及气体分布等均会影响合成试剂的用量以及试剂在反应柱内的流动速度，造成试剂浪费和反应效率低下的问题，且试剂均为一次性通过反应柱体，极易造成合成反应不均的问题。

发明内容

为了解决现有技术中，因采用气压控制试剂流动引起的合成反应不均以及反应效率低下的技术问题，本发明提供了一种活塞式固相合成系统及合成方法。

根据本发明的一个方面，一种活塞式固相合成系统，包括缸体、固相反应柱和活塞板，所述活塞板与所述缸体内壁密封滑动连接，所述固相反应柱设在所述缸体与所述活塞板的顶面形成的腔体内；

所述缸体还具有供试剂进入所述缸体内的进液口，所述活塞板具有位于所述进液口下方的第一位置、以及位于所述进液口上方的第二位置，当所述活塞式固相合成系统处在合成模式，所述活塞板在所述第二位置与所述固相反应柱之间往复运动且速度可调，所述活塞板用于使所述试剂往复浸没所述固相反应柱中的填料；

所述缸体位于所述固相反应柱上方的部分还具有至少一个通气口，所述通气口用于向所述缸体内通入惰性气体或排出废气，所述惰性气体用于为合成反应提供惰性环境，或者用于将反应完的试剂排出所述缸体以及干燥所述固相反应柱和所述缸体内壁。

根据本发明的至少一个实施方式，所述通气口包括与惰性气体供气装置连通的第一通气口和与废气回收管路连通的第二通气口。

根据本发明的至少一个实施方式，所述活塞式固相合成系统还包括控制器和与所述控制器电连接的直线驱动机构，所述活塞板的底面固定连接在所述直线驱动机构的运动部上，所述控制器用于控制所述活塞板以预设次数和/或预设速度在所述缸体内往复运动。

根据本发明的至少一个实施方式，所述活塞板还具有供试剂排出的排液口，所述排液口用于排出试剂或者气体，或者，所述活塞板上还具有供气体排出的排气口。

根据本发明的至少一个实施方式，所述固相反应柱包括上筛板、下筛板以及设在所述上筛板和所述下筛板之间的填料，位于所述上筛板和所述下筛板之间的腔体的容积大于所述填料的体积。

根据本发明的至少一个实施方式，所述上筛板和所述下筛板中两者中至少一者的高度可调节设置。

根据本发明的至少一个实施方式，所述进液口为一个；或者，所述进液口为多个；或者，所述进液口为多个且多个所述进液口沿着所述缸体的周向均匀分布；或者，所述进液口为多个，多个所述进液口在缸体壁面上的开口方向按照流速方向由高到低，以此减少试剂在通道内的残留；或者，在进液口距离缸体壁面较近的位置，设置单向阀/ 止回阀，以防止试剂的回流。

根据本发明的至少一个实施方式，所述直线驱动机构包括气缸、液压缸或与电机传动连接的推拉杆，所述推拉杆与所述活塞板的底面固定连接；所述固定连接为1个；或者，所述固定连接为多个；或者，所述固定连接为多个，多个所述固定连接沿着活塞板的周向均匀分布，以确保推拉杆在运动过程中保持和驱缸体的轴线平行，以保证活塞板直线运动的稳定性。

本发明的另一个目的在于提供一种合成方法，包括上述的活塞式固相合成系统；

所述合成方法包括以下步骤：

给液，所述活塞板处在第一位置，打开进液口通入试剂后关闭，所述活塞板从第一位置推进至第二位置；

合成，所述活塞板在所述第二位置与下筛板之间往复运动，所述试剂往复浸没所述固相反应柱的填料；

排液，所述活塞板打开排液口并从所述第二位置返回至所述第一位置；

吹干，所述活塞板位于第一位置，打开上方通气口和下方排液口和/或排气口，所述惰性气体将腔体内接触过试剂的所有壁面和表面吹干。以确保下一步反应不受到上一步残留试剂的影响。

根据本发明的至少一个实施方式，在所述合成的步骤中，在所述合成的步骤中，所述活塞板根据预设的速度和往复次数运动；

在所述排液的步骤中，所述通气口和所述排液口均打开，反应后的试剂在气体压力以及所述活塞板的驱动下通过所述排液口，进入废液回收通道。

本发明的有益效果是：试剂经位于第二位置下方的进液口进入缸体内部，在合成模式中，活塞板在第二位置与反应柱之间往复运动，避免因固相反应柱压力作用导致试剂重新进入进液口；控制器控制直线驱动机构驱动活塞板从第一位置移动到第二位置，然后控制器控制直线驱动机构驱动活塞板在第二位置和固相反应柱之间以预设的速度和预设的次数往复运动，使试剂可同时接触固相反应柱上下方向的每一个平面，保证了固相反应柱内每个位置化学反应的均匀性，从而提高反应的效率和收率；并且，活塞板在第二位置与反应柱之间的往复运动使制备核酸药物的试剂多次与固相反应柱的填料充分接触，增加了试剂与填料的接触时间，相较于现有技术中试剂一次性与填料进行合成反应更充分，从而提高试剂利用率，降低试剂消耗量。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本发明的实施方式的活塞式固相合成系统的示意图(活塞板位于第一位置)。

图2是根据本发明的实施方式的活塞式固相合成系统的示意图(活塞板位于第二位置)。

附图标记：1-缸体；2-活塞板；3-进液口；4-第一位置；5-第二位置；6-上筛板；7-填料；8-下筛板；9-通气口；10-排液口；11-排气口；12-电机；13-推拉杆；14-单向阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

如图1和2所示，根据本发明的第一实施方式，提供了一种活塞式固相合成系统，包括缸体1、固相反应柱和活塞板2，活塞板2与缸体1 内壁密封滑动连接，固相反应柱设在缸体1与活塞板2的顶面形成的腔体内；

缸体1还具有供试剂进入缸体1内的进液口3，活塞板2具有位于进液口3下方的第一位置4、以及位于进液口3上方的第二位置5，当活塞式固相合成系统处在合成模式，活塞板2在第二位置5与固相反应柱之间往复运动且速度可调，活塞板2用于使试剂往复浸没固相反应柱中的填料7；

缸体1位于固相反应柱上方的部分还具有至少一个通气口9，通气口9用于向缸体1内通入惰性气体或排出废气，惰性气体用于为合成反应提供惰性环境，或者用于将反应完的试剂排出缸体1以及干燥固相反应柱和缸体1内壁。

排液模式包括活塞板2从第二位置5向第一位置4运动，反应阶段加入惰性气体对反应过程进行保护，排液模式时，通过向缸体1内通入惰性气体对反应完的试剂施加压力，从而加快完成试剂的排空以及固相反应柱的干燥。需要说明的是，可通过现有的设有阀门的管路将惰性气体供气装置与通气口9连通，阀门可为换向阀，在合成模式和排液模式时，阀门处于工位一，惰性气体由惰性气体供气装置加入缸体1内部。

显而易见的是，活塞板2与缸体1内壁之间是密封的，可用密封圈、胶塞或其他方式实现活塞板2与缸体1之间的密封，或者活塞板2本身就是至少一部分橡胶制成的。

需要说明的是，进液口3可通过现有技术的方式与现有的试剂存储设备连接，例如设有阀门和泵或者压力控制器的管路，打开阀门，在泵或压力控制器的作用下，试剂通过管道自试剂存储设备流入缸体1内部。

固相反应柱及固相反应柱的填料7根据具体药物做出合适的选择，为本领域内公知常识，且不是本发明的改进点，在此不再赘述。

在一个实施方式中，当活塞式固相合成系统处在给液模式，活塞板2 从第一位置4向第二位置5运动，活塞板2将自进液口3进入缸体1内的试剂运送至第二位置5。即活塞板2在反应阶段始终处于进液口3上方，避免反应时因固相反应柱压力作用导致试剂重新进入进液口3。

在一个实施方式中，通气口9的数量为2个，即与惰性气体供气装置连通的第一通气口和与废气回收管路连通的第二通气口；在活塞板2 上移即缸体1与活塞板2的顶面形成的腔体变小时，第二通气口打开，减小活塞板2移动的压力，保证试剂浸没固相反应柱；在活塞板2下移即缸体1与活塞板2的顶面形成的腔体变大时，第一通气口打开，使活塞板2顺利下移，完成合成反应。腔体一直处在惰性气体环境中，保证合成的质量。

在一个实施方式中，活塞式固相合成系统还可包括控制器和与控制器电连接的直线驱动机构，活塞板2固定连接在直线驱动机构的运动部上，控制器用于控制活塞板2以预设次数和/或预设速度在缸体1内往复运动。

控制器可为单片机或PLC等现有控制器，直线驱动机构可为气缸、液压缸或电动缸等，当直线驱动机构为气缸或液压缸时，气缸或液压缸的活塞杆与活塞板2连接，由电磁换向阀控制气缸活塞杆伸出与缩回，因此可直接将电磁换向阀的线缆接入控制器的输入端进行通信；通过控制电磁换向阀的动作次数，即可控制活塞板2的运动次数；气缸或液压缸的速度可通过连接在气缸或液压缸上的调速阀实现。需要说明的是，由于活塞板2具有两段行程，因此选用气缸或油缸时，可选用多行程气缸或油缸，或将两个气缸或油缸串联，或至少在第一行程即活塞板2由第一位置4移动到第二位置5的行程的终点设置活动的限位结构。

当直线驱动机构为电动缸时，控制器可通过现有的脉冲控制方式等控制活塞板2的运动速度和运动次数。

直线驱动机构还可为电机12和与电机12传动连接的推拉杆13，电机12为伺服电机或步进电机，推拉杆的一端与活塞板2固定连接；固定连接可为1个，例如推拉杆的一端与活塞板2螺纹连接；或者，固定连接为多个，例如，推拉杆的一端一体成型有法兰，法兰通过螺钉与活塞板2固定连接；或者，固定连接为多个，例如，推拉杆13的一端一体成型有法兰，法兰通过多个螺钉与活塞板2固定连接，多个螺钉沿着活塞板2的周向均匀分布。只要固定连接能保证推拉杆13在运动过程中保持和驱缸体1的轴线平行，以保证活塞板2直线运动的稳定性即可。推拉杆13可通过螺旋传动机构与电机12传动连接，例如推拉杆13内开设螺纹孔，推拉杆13的螺纹孔螺纹连接一螺杆，螺杆与电机12的输出端连接。控制器控制伺服电机或步进电机的方式与控制电动缸的方式可一样。

在一个实施方式中，活塞板2还具有供试剂排出的排液口10，排液口10在排液模式排出试剂或者气体，或者，活塞板2上还具有供气体排出的排气口11。排气口11和排液口10可为同一开口，从而降低试剂死体积的大小；排液阶段时，可采用上吹下抽结合的方式，即通气口9加入惰性气体，排气口11进行抽气，从而在较短时间内排空反应完的试剂。排液口10可与收集装置通过管路连通，可在排液口10设置单向阀14等阀门，在合成模式和给液模式下，阀门关闭，避免试剂流出。需要说明的是，死体积是指：试剂流通以后在过往通道内的残留体积，且该残留体积无法通过外在的冲洗等避免和降低。

在一个实施方式中，固相反应柱包括上筛板6、下筛板8以及设在上筛板6和下筛板8之间的填料7，位于上筛板6和下筛板8之间的腔体的容积大于填料7的体积，填料7多为树脂小球，试剂浸没填料7后，填料7体积变大，因此上筛板6和下筛板8之间的腔体的容积大于填料7 的体积便于填料7接触试剂时的溶胀。在此基础上，上筛板6和下筛板8 中两者中至少一者的高度可调节设置，从而达到控制固相反应柱大小的目的。可通过现有的方式调节上筛板6和/或下筛板8的高度，例如，在缸体1内转动连接一竖向的螺杆，上筛板6和/或下筛板8与该螺杆螺纹连接，需要说明的是，当上筛板6和下筛板8均与螺杆连接时，可将螺杆设置为正螺纹和反螺纹两部分，相应的，上筛板6和下筛板8二者之一的螺纹孔为正螺纹，另一者的螺纹孔为反螺纹。

进液口3的数量不限，可以降低试剂死体积为目标来排布进液口3 的数量和位置，在一个实施方式中，进液口3可为一个，即所有试剂共用一个进液口3，此时，可通过乙腈进行清洗；在另一个实施方式中，进液口3可为多个，优选地，多个进液口3沿着缸体1的周向均匀分布，多个进液口3可分别用于通入不同的试剂；进一步地，多个进液口3在缸体壁面上的开口方向按照流速方向由高到低，以此减少试剂在通道内的残留；或者，在进液口距离缸体壁面较近的位置，设置单向阀/止回阀，以防止试剂的回流。

本发明的另一个目的在于提供一种合成方法，包括上述的活塞式固相合成系统；

合成方法包括以下步骤：

步骤1：给液，活塞板2处在第一位置4，具体地，打开上方的通气口9和活塞板2的出气口或排液口，使得缸体的腔体中为惰性环境，关闭出气口或排液口，停止通入惰性气体，开进液口3通入试剂后关闭；

步骤2：合成，打开通气口9中与废气回收管路连通的阀门，驱动装置将活塞板2从第一位置4推进至第二位置5，并控制活塞板2在第二位置5与下筛板8之间按照预定速度和/或预定次数进行往复运动，预设速度根据不同的化学反应阶段进行控制，示例性地，在脱保护阶段，运动速度较快，在耦合阶段，运动速度较慢。其中，活塞板2上移过程中，通气口9与惰性气体供气装置连通；活塞板2下移过程中，通气口9与废气回收管路连通。

试剂往复浸没固相反应柱的填料7，填料7可以为PS树脂，直至试剂合成反应完成；

步骤3：排液，反应完成后，活塞板2打开排液口10后从第二位置 5推进至第一位置4。

步骤4：吹干，活塞板2位于第一位置4，打开上方通气口9和下方排液口10和/或排气口11，此时与惰性气体供气装置连通；惰性气体将腔体内接触过试剂的所有壁面和表面吹干。

进一步地，在合成的步骤中，活塞板2与伺服电机12传动连接，伺服电机12与控制器电连接，活塞板2根据控制器预设的速度和往复次数运动；

进一步地，在排液的步骤中，通气口9和排液口10均打开，反应后的试剂在气体压力下通过排液口10，进入废液回收通道。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例 /方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种活塞式固相合成系统，其特征在于，包括缸体、固相反应柱和活塞板，所述活塞板与所述缸体内壁密封滑动连接，所述固相反应柱设在所述缸体与所述活塞板的顶面形成的腔体内；

所述缸体还具有供试剂进入所述缸体内的进液口，所述进液口位于所述缸体的壁面上，所述活塞板具有位于所述进液口下方的第一位置、以及位于所述进液口上方的第二位置，当所述活塞式固相合成系统处在合成模式，所述活塞板在所述第二位置与所述固相反应柱之间往复运动且速度可调，所述活塞板用于使所述试剂往复浸没所述固相反应柱中的填料；

所述缸体位于所述固相反应柱上方的部分还具有至少一个通气口，所述通气口用于向所述缸体内通入惰性气体或排出废气，所述惰性气体用于为合成反应提供惰性环境，或者用于将反应完的试剂排出所述缸体以及干燥所述固相反应柱和所述缸体内壁；

所述通气口包括与惰性气体供气装置连通的第一通气口和与废气回收管路连通的第二通气口；

所述活塞式固相合成系统还包括控制器和与所述控制器电连接的直线驱动机构，所述活塞板的底面固定连接在所述直线驱动机构的运动部上，所述控制器用于控制所述活塞板以预设次数和/或预设速度在所述缸体内往复运动。

2.如权利要求1所述的活塞式固相合成系统，其特征在于，所述活塞板还具有供试剂排出的排液口，所述排液口用于排出试剂或者气体，或者，所述活塞板上还具有供气体排出的排气口。

3.如权利要求1至2任一项所述的活塞式固相合成系统，其特征在于，所述固相反应柱包括上筛板、下筛板以及设在所述上筛板和所述下筛板之间的填料，位于所述上筛板和所述下筛板之间的腔体的容积大于所述填料的体积。

4.如权利要求3所述的活塞式固相合成系统，其特征在于，所述上筛板和所述下筛板中两者中至少一者的高度可调节设置。

5.如权利要求1所述的活塞式固相合成系统，其特征在于，所述进液口为一个；或者，所述进液口为多个；或者，所述进液口为多个且多个所述进液口沿着所述缸体的周向均匀分布；或者，所述进液口为多个，多个所述进液口在缸体壁面上的开口方向按照流速方向由高到低。

6.如权利要求1所述的活塞式固相合成系统，其特征在于，所述直线驱动机构包括气缸、液压缸或与电机传动连接的推拉杆，所述推拉杆与所述活塞板的底面固定连接；所述固定连接为1个；或者，所述固定连接为多个；或者，所述固定连接为多个，多个所述固定连接沿着活塞板的周向均匀分布。

7.一种合成方法，其特征在于，采用权利要求1至6任一项所述的活塞式固相合成系统；

所述合成方法包括以下步骤：

给液，所述活塞板处在第一位置，打开进液口通入试剂后关闭，所述活塞板从第一位置推进至第二位置；

合成，所述活塞板在所述第二位置与下筛板之间往复运动，所述试剂往复浸没所述固相反应柱的填料；

排液，所述活塞板打开排液口并从所述第二位置返回至所述第一位置；

吹干，所述活塞板位于第一位置，打开上方通气口和下方排液口和/或排气口，所述惰性气体将腔体内接触过试剂的所有壁面和表面吹干。

8.如权利要求7所述的合成方法，其特征在于，在所述合成的步骤中，所述活塞板根据预设的速度和往复次数运动；

在所述排液的步骤中，所述通气口和所述排液口均打开，反应后的试剂在气体压力以及所述活塞板的驱动下通过所述排液口，进入废液回收通道。