CN1414006A - 固相合成仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固相合成的仪器，特别是用于各种链长，各种序列及各种修饰的寡聚核苷酸和多肽等固相的合成仪器。是由多通道液压加液系统、同步加液系统、瓶氩系统、信号传送系统、气流控制系统和真空系统构成。实现了高通量合成：可由96种提高到768种；高效率合成：每次合成时间可由原来的96种耗时15小时缩短到合成768种用时11小时；高合成率：每步连结反应的合成率可由99.5％上升到99.95％；高合格率：由90％上升到99.9％。

Description

固相合成仪

本发明涉及一种固相合成的仪器，特别是用于各种链长，各种序列及各种修饰的寡聚核苷酸和多肽等固相的合成仪器。

寡聚核苷酸的合成已有较长的历史，合成的原理及工艺也比较成熟，国内外很多生化实验室均能完成该合成。但是，这种实验室内的近乎手工的合成方法有其固有的缺陷：首先是合成的效率低，因为，对其合成环境有较高的要求，对合成的工艺控制也要求非常精确，而手工合成则很难保证环境和工艺的稳定和精确，因此，会造成合成效率降低。其次，是合成的时间长，由于合成工艺的复杂性，纯手工操作会花费很长的时间，并且，手工操作一次也只能合成一种序列的寡聚核苷酸。

基于上述原因，便出现了用于寡聚核苷酸合成的机器，将合成的工艺及环境用机器进行自动控制，实现了合成的自动化，提高了合成效率，缩短了合成时间，还能一次同时合成2-4种寡聚核苷酸。但是，由于基因研究对寡聚核苷酸的需求常常是同时需要成千上万种不同序列的寡聚核苷酸，因此，上述所提合成机器的合成能力仍然不能满足需要。为了解决这个矛盾，美国得克萨斯大学西南医学中心发明了Mermade合成仪，该合成仪能够在一次合成过程中，同时合成96种寡聚核苷酸。较于以往的合成机器而言，进了一大步。Mermade合成仪的不足之处是：(1)1个合成板只有96个合成孔是由板夹和螺钉固定，放置、取下合成板费时，希望提高合成量原设计无法增加合成盘；(2)合成板放置在移动平台上，移动平台是四向移动，导致加液针头与合成板孔定位的不精确，液滴溅出孔外污染其它孔内合成物，使合成失败；(3)每一种试剂从其容器内通过一根管路跟一个针头相连接，因此，每次只能给一个孔加入一种试剂。要完成给96个孔都加入一种试剂，则需要控制平台移动96次，并控制该种试剂管路上的电磁阀开关96次。这样加试剂的时间明显偏长；(4)在加完试剂后等待合成反应时，由于重力、毛细效应等多方面因素，在针头顶端会逐渐形成液滴，使加入试剂量不准确，更严重的是，这些液滴可能落下，如果落入某一孔，将直接导致该孔合成的失败；(5)当同时加入两种试剂时，两个针头并排，同时给一个孔加试剂，由于合成板上的孔径不大，使两个针头同时位于孔的上方较困难，两根针头并在一起使毛细效应增强，挂液滴的现象更严重，这样又导致了另一个问题：由于试剂溶媒的挥发性强，挥干后就形成结晶，容易堵住针头，这样也可能导致合成的失败；(6)在箱体内供入的氩气，迅速排出空气，保持湿度要求。在合成中，需低速均匀的供入氩气，补充泄漏的氩气，维持低湿度。在合成中启动真空系统进行抽液时，也会将箱内的氩气大量抽走，使箱体内形成负压，而导致空气的泄入，使湿度升高，这会严重影响合成反应，导致反应中断。如满足氩气的供应，在不抽真空时，这一供入量又远大于需求量，这样导致了氩气的大量浪费，使成本升高；(7)箱体氩气的供入管路出口是一个直径小于1厘米的圆孔，导致了箱内氩气浓度分布不均匀，这对合成环境的维持是不利的；(8)废液桶收集的废液，每次合成完毕后，需将废液桶从机器上取下，倒掉废液，这样操作既不方便又不安全(Mermade：an Oligodeoxyribondcleotide synthesizer forhigh throughput oligonvcleotide production in dual 96-well plates.Genome Re-search，Vol.8，741-747，1998)。综上所述，该合成仪存在(1)合成量低(96种)，(2)合成率低(99.5％)，(3)效率低(15小时)，(4)一次合格率低(90％)等无法克服的问题。

本发明正是为了克服上述现有技术中的不足之处而提供一种高通量合成、高效率、高合成率、高合格率的固相合成仪。

本发明的设计特别之处在于：在上箱体、中箱体、下箱体中构成多通道液压加液系统、同步加液系统、瓶氩系统、信号传送系统、气流控制系统和真空系统。1.在上箱体上由2个合成盘增加到8个合成盘，合成板置于托盘上，放置、取下方便，不费时。每次合成量可由96种提高到768种，实现高通量合成。2.将原来1根针头给96个孔“单通道加液”设计为24根针头的“多通道液压加液系统”，即每一种试剂的容器通过多根管路跟多个针头相连接，每个管路上设置电磁阀进行控制，同时给多孔加试剂。实现了高效率合成，每次合成时间可由原来的96种耗时15小时缩短到合成768种用时11小时。3.采用“同步加液系统”使相邻两排针头在短时间内分别两次对一个孔加不同的试剂，避免了原来两根针对同一个合成孔加液时产生的毛细效应和液滴间的污染，实现了高合成率，每步连结反应的合成率可由99.5％上升到99.95％。4.在上箱体的支架上设有1个瓶氩系统，由瓶氩输气腔、输气阀门、微压计和压力平衡管构成，该平衡管调节2-13个输气阀门出口压力平衡，试剂瓶内氩气压力。5.将原来的托盘四向移动设计为双向移动，提高了加液针尖头与合成孔之间定位的精确度，从而避免液滴溅出污染其它合成孔的合成。实现了高合格率，每次合成的一次合格率由90％上升到99.9％。6.在中箱体内所设计的废液槽边的刮板，在针头加液前刮干净针头上的液滴，不但使加液定量准确，还不因液滴滴在其它合成孔内造成污染及合成的大面积失败。7.控制中箱体内氩气流量的速度、维持箱内湿度是通过“气流控制系统”中的管路根据箱内氩气的浓度，由电脑及电磁阀控制向中箱体内供应和排出氩气。管路上一排气孔，使进出氩气密度均匀。8.真空系统是由电磁阀控制真空泵开启和关闭，对合成板给负压，以抽出废液。并将原来每次合成完毕后，都要取下的废液桶，设计为固定密闭的废液箱，每个废液箱下部都有1个阀门出口通入废液管中，每个废液箱的顶部分别有通中箱体内合成板废液槽的废液管路和接真空泵的管路。合成时，关闭排液管道阀门和气压平衡阀门，使废液箱内密闭，从而使仪器的真空系统生效。合成结束后，打开排液管道阀门和气压平衡阀门，即可方便的排走废液。

本设计的还有信号传送系统：控制信号的传送是由电脑的程序控制向PC机给电磁阀发出命令，让针头定时加液电脑程序还控制步进电机驱动托盘移动。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.高通量合成：每次合成量可由96种提高到768种。由1个合成盘增加到8个合成盘，合成板置于托盘上，放置、取下方便，不费时。

2.高效率合成：“多通道液压加液系统”，使每次合成时间可由原来的96种耗时15小时缩短到合成768种用时11小时。

3.高合成率：“同步加液系统”使每步连结反应的合成率可由99.5％上升到99.95％。

4.高合格率：“双向定位”精确度高，使每次合成的一次合格率由90％上升到99.9％。

5.所设计的废液槽边的刮板，在针头加液前刮干净针头上的液滴，不但使加液定量准确，还不因液滴滴在其它合成孔内造成污染及合成的大面积失败。

6.“气流控制系统”控制中箱体内氩气均匀流量、维持箱内湿度，节约成本，保证合成质量。

以下是本发明的附图图面说明：

图1是本发明的主视示意图。

图2是本发明的俯视示意图。

图3是本发明的右视示意图。

图4是本发明的左视示意图。

图5是本发明的后视示意图。

图6是本发明下箱体主视展示示意图。

图7是本发明中箱体内托盘、废液槽的俯视示意图。

图8是本发明合成盘与合成板的主视剖面示意图。

图9是本发明废液槽的主视示意图。

图10是本发明托架的主视示意图。

图11是本发明瓶口固定器的半剖视图。

图12是本发明插管盘俯视图。

图13是本发明氩气进气管、出气管的示意图。

图14是本发明工作原理图。

本发明以下将结合实施例和说明书附图作进一步详述：

实施例：一种固相合成仪，其特别之处在于：由上箱体〔1〕、中箱体〔2〕和下箱体〔3〕构成：

1.上箱体：边缘设有支架〔4〕，沿支架用螺钉〔5〕固定上2-13个瓶口固定器〔6〕，固定器由插管盘〔7〕、试剂瓶螺旋丝口及瓶口垫片〔8〕构成，插管盘上有24个管孔〔9〕和1个进气管孔〔10〕，试剂瓶〔11〕挂在固定器的螺旋丝口上。试剂瓶下部放在托架〔12〕上，托架由软垫〔13〕，丝杆〔14〕、调节旋纽〔15〕和底座〔16〕、手把〔17〕构成，用螺丝固定在上箱体上。在上箱体的支架上设有1组箱氩气体流量计〔18〕，用流量调节旋纽〔19〕调节氩气在中箱体内的进气量。在上箱体的支架上设有1个瓶氩系统，由1个瓶氩输气腔〔20〕、2-13个输气阀门〔21〕、微压计表〔22〕和压力平衡管〔23〕，控制2-13个阀门出口压力平衡。在上箱体中间设有1个多通道液压加液系统，由试剂瓶〔11〕通过管路〔24〕与每根管路尾端针头相连接〔25〕，24×13根针头安装在挂板〔26〕上，所有管路上设置有电磁阀〔27〕控制加试剂。在上箱体上设有合成观察窗〔28〕。

2.中箱体：外侧固定架〔29〕上设有计算机终端显示屏〔30〕，在中箱体中部设有计算机键盘〔31〕和活动台面〔32〕。在中箱体内部设有托盘〔33〕，在托盘上用卡子〔34〕卡住合成板〔35〕，合成板上放置8个合成盘〔36〕，加垫片〔37〕和压条〔38〕密闭，每个合成盘上有8排12列孔〔39〕，每个孔上部呈圆柱形，下部呈圆锥形，尾部开口，过滤片〔40〕放在圆锥上，每个合成盘与合成板之间留有空间，板下有真空及废液抽出管路〔41〕。托盘安置在两根滑轨〔42〕上，移动平台底部中间步进电机〔43〕，带动移动平台沿丝扛〔44〕前后移动。在托盘上还设有1个废液槽〔45〕，废液槽的近合成板侧设有1刮板〔46〕，在加液前刮去针头上多余液滴。在中箱体内的箱体氩气浓度自动调节系统设有氩气进气管〔47〕和出气管〔48〕，管路上有一排小气孔〔49〕，上箱体的流量计通过电磁阀〔50〕经进气管路控制给中箱体内部提供氩气的流量。在中箱体设有1个门〔51〕，由2-6个门栓〔52〕固定。

3.下箱体：柜门〔53〕内设有电脑主机〔54〕，控制PC机〔55〕给电磁阀〔27〕发出命令和控制步进电机〔43〕驱动托盘〔33〕移动，还设有电源总开关〔56〕和稳压器〔57〕。在下箱体内设有2-9个密闭废液箱〔58〕，每个废液箱下部都有1个阀门〔59〕出口通入废液管〔60〕中，每个废液箱的顶部分别有通中箱体内合成板、废液槽的废液管路〔41〕和接真空泵〔61〕的管路〔62〕。在下箱体内设有2-8个真空泵〔63〕，由1组电磁阀〔64〕控制液压系统的压力，其余的控制真空泵的启动与关闭，真空表〔65〕可直接观察到真空度。在下箱体的柜门上设有散热风扇〔66〕，柜门有门把手〔67〕。

4.控制信号系统的信号传送是由电脑的程序控制向PC机给电磁阀发出命令，让针头定时加液电脑程序还控制步进电机驱动托盘移动；

5.气流控制系统由箱用氩气通过流量计在电磁阀的控制下向中箱体内供给氩气；瓶氩系统的瓶用氩气通过瓶氩腔向试剂瓶供给氩气；

6.真空系统是由电磁阀控制真空泵开启和关闭，对合成板给负压，以抽出废液。

上述零部件组成了多通道液压加液系统〔68〕、同步加液系统〔69〕、瓶氩系统〔70〕、气流控制系统〔71〕、信号传送系统〔72〕和真空系统〔73〕.

本发明用于各种链长，各种序列及各种修饰的寡聚核苷酸和多肽等固相的合成。

Claims (1)

1.一种固相合成仪，其特征在于：由上箱体〔1〕、中箱体〔2〕和下箱体〔3〕构成：

1.1在上箱体上边缘设有支架〔4〕，沿支架用螺钉〔5〕固定上2-13个瓶口固定器〔6〕，

1.2固定器由插管盘〔7〕、试剂瓶螺旋丝口和瓶口垫片〔8〕构成，插管盘上有24个管孔〔9〕和1个进气管孔〔10〕，试剂瓶〔11〕挂在固定器的螺旋丝口上，

1.3试剂瓶下部放在托架〔12〕上，托架由软垫〔13〕，丝杆〔14〕、调节旋纽〔15〕和底座〔16〕、手把〔17〕构成，用螺丝固定在上箱体上；

1.4在上箱体的支架上设有1组箱氩气体流量计〔18〕，用流量调节旋纽〔19〕调节氩气在中箱体内的进气量；

1.5在上箱体的支架上设有1个瓶氩系统，由1个瓶氩输气腔〔20〕、2-13个输气阀门〔21〕、微压计〔22〕和压力平衡管〔23〕，控制2-13个阀门出口压力平衡；

1.6在上箱体中间设有1个多通道液压加液系统，由试剂瓶〔11〕通过管路〔24〕与每根管路尾端针头〔25〕相连接，24×13根针头安装在挂板〔26〕上，所有管路上设置有电磁阀〔27〕控制加试剂；

1.7在上箱体上设有合成观察窗〔28〕；

2.1在中箱体〔3〕外侧固定架〔29〕上设有计算机终端显示屏〔30〕，在中箱体中部设有计算机键盘〔31〕和活动台面〔32〕；

2.2在中箱体内部设有托盘〔33〕，在托盘上用卡子〔34〕卡住合成板〔35〕，合成板上放置2-8个合成盘〔36〕，加垫片〔37〕和压条〔38〕密闭，每个合成盘上有8排12列孔〔39〕，每个孔上部呈圆柱形，下部呈圆锥形，尾部开口，过滤片〔40〕放在圆锥上，每个合成盘与合成板之间留有空间，板下有真空及废液抽出管路〔41〕；

2.3托盘安置在两根滑轨〔42〕上，移动平台底部中间步进电机〔43〕，带动移动平台沿丝扛〔44〕前后移动；

2.4在托盘上还设有1个废液槽〔45〕，废液槽的近合成板侧设有1刮板〔46〕，

在加液前刮去针头上多余液滴；

2.5在中箱体内的箱体氩气浓度自动调节系统设有氩气进气管〔47〕和出气管48〕，管路上有一排小气孔〔49〕，上箱体的流量计通过电磁阀〔50〕经进气管路控制给中箱体内部提供氩气的流量；

2.6在中箱体设有1个门〔51〕，由2-6个门栓〔52〕固定；

3.1在下箱体〔3〕，柜门〔53〕内设有电脑主机〔54〕，控制PC机〔55〕给电磁阀〔27〕发出命令和控制步进电机〔43〕驱动托盘〔33〕移动，还设有电源总开关〔56〕和稳压器〔57〕；

3.2在下箱体内设有2-9个密闭废液箱〔58〕，每个废液箱下部都有1个阀门〔59〕出口通入废液管〔60〕中，每个废液箱的顶部分别有通中箱体内合成板、废液槽的废液管路〔41〕和接真空泵〔61〕的管路〔62〕；

3.3在下箱体内设有2-8个真空泵〔63〕，由1组电磁阀〔64〕控制液压系统的压力，其余的控制真空泵的启动与关闭，真空表〔65〕可直接观察到真空度；

3.4在下箱体的柜门上设有散热风扇〔66〕，柜门有门把手〔67〕；

4.1控制信号系统的信号传送是由电脑的程序控制向PC机给电磁阀发出命令，让针头定时加液电脑程序还控制步进电机驱动托盘移动；

4.2气流系统的箱用氩气通过流量计在电磁阀的控制下向中箱体内供给氩气；瓶氩系统的瓶用氩气通过瓶氩腔向试剂瓶供给氩气；

4.3真空系统是由电磁阀控制真空泵开启和关闭，对合成板给负压，以抽出废液。

上述零部件组成了多通道液压加液系统〔68〕、同步加液系统〔69〕、瓶氩系统〔70〕、气流控制系统〔71〕、信号传送系统〔72〕和真空系统〔73〕.

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