CN216879279U - 一种基于芯片的合成组件及合成机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于芯片的合成组件及合成机构，包括进样盖、高通量合成芯片与反应腔体，反应腔体由进样盖覆盖于高通量合成芯片上形成，进样盖上设置多个输液孔，用于供原料试剂加入反应腔体，高通量合成芯片上表面具有与反应腔体对应设置的工作区域，用于原位合成核酸；基于芯片的合成组件还包括第一密封部，设置于进样盖的内侧面与高通量合成芯片的上表面之间，第一密封部的内部边缘与反应腔体的边缘相对应。本实用新型采用高通量合成芯片，无需复杂操作，能够高效快速地原位合成大量目标产物，提高合成通量以及生产效率，降低生产成本；同时，采用第一密封部密封反应腔体，避免外部污染，保证目标产物的纯度和产率。

Description

一种基于芯片的合成组件及合成机构

技术领域

本实用新型涉及生物芯片技术领域，尤其涉及一种基于芯片的合成组件及合成机构。

背景技术

在分子生物学时代，DNA的“写”(DNA合成)与“读”(DNA测序)是两大基础设施。相对于测序来说，DNA合成技术发展相对缓慢，成本高昂，操作不便。

现有技术中，DNA合成技术上的两大创新方向，一是通过半导体芯片提高通量，二是研发新的合成方法，比如酶促法；但是，现下酶促法进展缓慢，需要发现效率更高的酶，存在较大科研风险；而DNA合成芯片已经商业化的技术路径包括喷墨法合成，其喷头可以外包，工程化难度相对较低，但是受到表面张力的影响，喷墨法的合成通量受到限制，并且喷墨打印的控制系统复杂，工艺要求十分精确，生产成本较高。

因此，需要一种基于芯片的合成组件及合成机构，无需复杂操作，能够高效快速地在基于芯片的合成组件上原位合成大量DNA或者RNA，提高合成通量，降低生产成本。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种基于芯片的合成组件及合成机构，无需复杂操作，能够高效快速地在基于芯片的合成组件上原位合成大量DNA或者RNA，提高合成通量，降低生产成本。所述技术方案如下：

本实用新型提供了一种基于芯片的合成组件，包括进样盖、高通量合成芯片与反应腔体，所述反应腔体由所述进样盖覆盖于所述高通量合成芯片上形成，所述进样盖上设置多个输液孔，所述输液孔用于供原料试剂加入所述反应腔体，所述高通量合成芯片上表面具有与所述反应腔体对应设置的工作区域，所述工作区域用于原位合成核酸；

所述基于芯片的合成组件还包括第一密封部，所述第一密封部设置于所述进样盖的内侧面与所述高通量合成芯片的上表面之间，所述第一密封部的内部边缘与所述反应腔体的边缘相对应。

进一步地，所述第一密封部为O型密封圈或者密封胶。

进一步地，所述高通量合成芯片为硅基芯片，所述高通量合成芯片中包括8～1000万的微阵列电极。

进一步地，所述微阵列电极包括工作电极与对电极，所述工作电极与所述对电极构成双电极结构。

进一步地，所述微阵列电极还包括参比电极，所述工作电极、所述对电极与所述参比电极形成三电极结构。

进一步地，所述输液孔包括第一进液孔与第一出液孔，所述第一进液孔与所述第一出液孔均与所述反应腔体连通。

进一步地，所述基于芯片的合成组件还包括两个第二密封部，两个所述第二密封部分别与所述第一进液孔和所述第一出液孔相匹配，用于密封所述进样盖的外侧面。

进一步地，所述基于芯片的合成组件还包括安装座，所述安装座的上表面设置安装槽，所述高通量合成芯片嵌设于所述安装槽内。

进一步地，所述基于芯片的合成组件还包括定位结构，所述定位结构包括第一定位部与第二定位部，所述第一定位部位于所述进样盖的下表面，所述第二定位部位于所述安装座的上表面，所述第一定位部与所述第二定位部相匹配。

本实用新型还提供一种合成机构，包括夹持组件与至少一个如上所述的基于芯片的合成组件，所述夹持组件的一个侧面为开口结构，所述夹持组件的内部具有容纳腔，所述基于芯片的合成组件与所述容纳腔一一对应设置，所述基于芯片的合成组件均插设于所述容纳腔。

实施本实用新型，具有如下有益效果：

1、本实用新型采用高通量合成芯片，对生产工序要求较低，无需进行复杂操作，能够高效快速地在高通量合成芯片表面进行原位合成，得到目标产物，提高合成通量以及生产效率，降低生产成本；同时，采用第一密封部将进样盖与高通量合成芯片密封形成反应腔体，避免外部污染，保证目标产物的纯度和产率，生产性能稳定。

2、高通量合成芯片内部采用大量微阵列电极，在合成时向对应的工作电极施加电压或者电流，即能够独立地控制每个工作电极表面的合成，在大大提升合成通量同时，还能够适用于不同目标产物的合成，适用范围广泛。

3、采用第二密封部，进一步密封反应腔体，最大限度地保证合成反应的反应环境不会被污染。

4、夹持组件与基于芯片的合成组件之间设置多组导向结构，提升定位准确性，以利于合成反应的正常进行，提升整体机构的运行稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所使用的附图作简单的介绍，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它附图。

图1为实施例1提供的一种基于芯片的合成组件的爆炸图；

图2为图1中基于芯片的合成组件的装配示意图；

图3为图2中基于芯片的合成组件的半剖视图；

图4为实施例1提供的一种合成机构的结构示意图；

图5为实施例2提供的一种合成机构的结构示意图；

图6为图5中进样盖的结构示意图；

图7为图5中进样盖底部的结构示意图；

图8为实施例2中高通量合成芯片与安装座的装配图；

图9为实施例2所提供的夹持组件的结构示意图；

图10为沿图5中A-A截面的剖面图；

图11为图5中合成机构的纵向半剖视图。

其中，图中附图标记对应为：310-高通量合成芯片，311-电极连接点，312-参比电极，320-进样盖，321-第一进液孔，322-第一出液孔，323-第一定位部，324-第一避让槽，325-第一导向部，326-第二导向部，327-手持部，330-反应腔体，340-第一密封部，341-第二密封部，350-安装座，351-安装槽，352-第二定位部，361-电极引出结构，362-第一电极引出线，363-第二电极引出线，371-第三导向部，380-容纳腔，410-连接管道，411-连接接口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本实用新型的实施例能够以除了下述图示或下述描述以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

本实施例提供一种基于芯片的合成组件，如说明书附图1-3所示，该基于芯片的合成组件包括进样盖320、高通量合成芯片310、反应腔体330与安装座350，其中，安装座350的上表面设置安装槽351，高通量合成芯片310安装于该安装槽351内；而进样盖320位于高通量合成芯片310上方，该进样盖320上设置多个输液孔，用于供原料试剂通过，进而加入到反应腔体330中，反应腔体330由进样盖320覆盖于高通量合成芯片310上形成，即反应腔体330与高通量合成芯片310的部分上表面相对应，将该部分上表面设为工作区域，则在该基于芯片的合成组件工作时，原料试剂在该工作区域上进行原位合成反应，得到目标产物(即核酸)，从而实现高通量合成；而根据实际的生产需求的不同，目标产物可以选择为DNA，也可以选择为RNA，适用范围广泛。

具体地，该基于芯片的合成组件还包括第一密封部340，如图1所示，在竖直方向上，第一密封部340设置于进样盖320的内侧面与高通量合成芯片310的上表面之间，并且第一密封部340的中部为空心结构，该空心结构的边缘与反应腔体330的边缘相对应，从而为反应腔体330预留出空间，避免因第一密封部340遮挡导致原料试剂无法到达高通量合成芯片310表面，进而影响合成反应的正常进行。

而在本说明书的一个可能的实施方式中，第一密封部340设置为密封胶，采用密封胶将进样盖320与高通量合成芯片310密封，该密封胶可以选择为双面胶，双面胶的上侧面与进样盖320粘接密封，下侧面与安装座350粘接密封，材料易得，成本低廉；在本说明书的另一个可能的实施方式中，进样盖320与安装座350之间还可以通过焊接或者键合等方式密封；在本说明书的其他可能的实施方式中，进样盖320与安装座350设置为一体结构，两者中部形成密封腔体从而实现密封作用，能够减少装配的零件数量，也能够避免第一密封部340意外漏气造成反应腔体330的污染。

具体地，如说明书附图1所示，为了保证反应腔体330中能够正常进样，输液孔包括第一进液孔321与第一出液孔322，并且第一进液孔321与第一出液孔322均与反应腔体330连通，以使得原料试剂能够通过第一进液孔321流入反应腔体330，而合成反应所产生的废液又能够从第一出液孔322流出，避免影响下一次合成反应的正常进行；而第一进液孔321与第一出液孔322的设置位置可以对调，以满足多种不同的实际需求。

具体地，如图1与图2所示，在基于芯片的合成组件中还包括两个第二密封部341，其中一个第二密封部341与第一进液孔321的外侧面相匹配，用于在第一进液孔321与外部连接进样时，防止原料试剂从两者的接触面之间意外渗出；而另一个第二密封部341与第一出液孔322相匹配，用于密封，那么两个第二密封部341之间相配合，就能够密封进样盖320的外侧面，避免原料试剂的意外渗漏，也能够避免污染反应腔体330以及外部环境对合成反应造成的不良影响；此外，第二密封部341上还可以设置背胶，用于将第二密封部341固定于进样盖320上，固定牢靠，进一步降低意外泄漏发生的风险。

具体地，如图3所示，基于芯片的合成组件中还包括定位结构，该定位结构包括第一定位部323与第二定位部352，其中，第一定位部323位于进样盖320的下表面，而第二定位部352位于安装座350上，则第一定位部323与第二定位部352相匹配，即可实现进样盖320与安装座350之间良好的定位，进而有利于提升密封效果；而在本实施例中，第一定位部323为朝向下方设置的定位凸起，而第二定位部352为与该定位凸起形状相匹配的定位凹槽，安装时定位方便快速；而在本说明书的一个可能的实施方式中，还可以将第一定位部323设置为定位凹槽，而将第二定位部352设置为定位凸起，设置方式灵活多变；此外，在本说明书的其他可能的实施方式中，还可以设置两组以及两组以上的定位结构，则两组定位结构相配合，能够唯一确定进样盖320与安装座350之间的位置，进一步提升定位便利性。

具体地，高通量合成芯片310为硅基芯片，即半导体芯片，该高通量合成芯片310中包括电极层与控制电路层(CMOS电路层)，电极层位于反应腔体330的下方，而控制电路层又位于电极层的下方，用于控制电极层中电流回路的通断；并且，该高通量合成芯片310中包括8～1000万的微阵列电极，所有微阵列电极均位于电极层，将每一个微阵列电极均看作一个电极单元，则通过控制电极层的控制，在每一个电极单元上均能够独立进行合成反应，那么在一个高通量合成芯片310上，就能够合成8～1000万种DNA或者RNA，相比于传统方法仅有几十万的通量，该基于芯片的合成组件的合成通量得到大大提高。

具体地，每一个微阵列电极、即电极单元均包括工作电极与对电极，工作电极与对电极设置于同一平面内，而原位合成反应仅发生于工作电极上，对电极用于与工作电极组成回路，以使得工作电极中有电流通过；此外，在本实施例中，高通量合成芯片310上设置多个电极连接点311，用于使工作电极和对电极与外部的电化学机构连接，当电化学机构对微阵列电极施加电压(或者电流)时，工作电极对应的区域产生电压(或者流过电流)，以使得原料试剂在该区域上发生原位合成反应，生成目标产物；而控制电极层能够控制与电化学机构连通的微阵列电极的位置以及数量，从而实现不同区域工作电极上的原位合成反应，实现多种目标产物的合成，通量高，适用范围广泛；此外，该基于芯片的合成组件能够实现短链DNA的合成，还能够进行DNA原位纯化与拼接，从而合成长链DNA，大幅降低长链DNA合成的成本。

具体地，在本说明书的一个可能的实施方式中，微阵列电极还可以为三电极结构，即微阵列电极中还包括参比电极312，工作电极、对电极和参比电极312三者共同形成三电极结构，而控制电路层能够控制参比电极312的连通，当需要连接参比电极312时，可以选择将参比电极312与工作电极以及对电极连入同一回路，稳定性更好；也可以选择仅连通工作电极与对电极的回路，而不连接参比电极312，灵活性好，操作方式多变。

而在本实施例中，如图2与图3所示，进样盖320上可以设置贯穿该进样盖320的第一避让槽324，该第一避让槽324与电极连接点311对应设置，用于将电极连接点311暴露出进样盖320，便于电极连接点311与外部的电化学机构连接。

本实施例还提供一种合成机构，如图4所示，该合成机构中包括夹持组件与至少一个如上所述的基于芯片的合成组件，而夹持组件的内部具有容纳腔380，并且基于芯片的合成组件与容纳腔380一一对应设置，该夹持组件的一个侧面为开口结构，而容纳腔380由夹持组件的一个底部边壁与三面侧面边壁包围形成，使得基于芯片的合成组件由开口结构插设入容纳腔380，固定后用于合成DNA或者RNA。

而如图2所示，进样盖320上设置多种导向结构，其中，包括第一导向部325，用于指示基于芯片的合成组件的安装方向与安装位置；例如，箭头状的第一导向部325能够指示基于芯片的合成组件的安装方向，即便于操作人员按照箭头指示方向将基于芯片的合成组件插入容纳槽380；而在靠近该箭头状第一导向部325的一端，进样盖320的边缘处设置为缺口形第一导向部325，若没有按照正确的方式插入基于芯片的合成组件，则会与容纳腔380的边壁相抵触，从而起到导向作用；而为了便于拿取，在进样盖320上靠近开口结构的一端设置手持部327，也能够起到一定的导向作用，避免基于芯片的合成组件装反。

此外，在本实施例中，进样盖320上还设置第二导向部326，如图3所示，第二导向部326为导向凹槽结构，则容纳腔380的侧面边壁形状与该第二导向部326相匹配，从而进一步提升定位插入的可靠性，保证后续合成反应的正常进行以及合成机构运行的稳定性。

通过上述的实施例可以看出，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型采用高通量合成芯片，对生产工序要求较低，无需进行复杂操作，能够高效快速地在高通量合成芯片表面进行原位合成，得到目标产物，提高合成通量以及生产效率，降低生产成本；同时，采用第一密封部将进样盖与高通量合成芯片密封形成反应腔体，避免外部污染，保证目标产物的纯度和产率，生产性能稳定。

2、高通量合成芯片内部采用大量微阵列电极，在合成时向对应的工作电极施加电压或者电流，即能够独立地控制每个工作电极表面的合成，在大大提升合成通量同时，还能够适用于不同目标产物的合成，适用范围广泛。

3、采用第二密封部，进一步密封反应腔体，最大限度地保证合成反应的反应环境不会被污染。

4、夹持组件与基于芯片的合成组件之间设置多组导向结构，提升定位准确性，以利于合成反应的正常进行，提升整体机构的运行稳定性。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，第一密封部340为O型密封圈，如图7所示，该O型密封圈设置于进样盖320底部，可以选择为橡胶材质的弹性密封圈，以提升密封性。

具体地，如图5所示，进样盖320可以直接与外部的连接管道410通过设置在连接管道410一端的连接接口411连通，以备原料试剂进样，则第一进液孔321的外部与第一出液孔322的外部均设置为与连接接口411相匹配的形状，保证连接接口411与第一进液孔321(第一出液孔322)之间连接紧密，避免进样或者反应时漏液；则在这一前提下，可以选择不设置第二密封部341，节省材料成本。

具体地，如图5和图6所示，进样盖320上也可以选择不设置第一避让槽324，而在进样盖320上直接设置电极引出结构361，该电极引出结构361包括第一电极引出线362与第二电极引出线363，其中，第一电极引出线362与电极连接点311对应设置，用于使工作电极与对电极连接到外部的电化学机构。

而第二电极引出线363用于使参比电极312与外部的电化学机构连接，则如图10所示，在本实施例中，参比电极312可以设置于进样盖320的内侧面上，并且位于反应腔体330所对应的区域，而第二电极引出线363设置于参比电极312对应位置的上方，且第二电极引出线363竖直贯穿进样盖320，以便于第二电极引出线363的顶端与电化学机构连接。

此外，在本实施例的一个具体的实施方式中，如图11所示，第一电极引出线362与第二电极引出线363可以设置为引针，材料易得，基于芯片的合成组件的加工成本低。

此外，在本说明书的一个可能的实施方式中，如图7与图8所示，还可以设置两组以及两组以上的第一定位部323与第二定位部352，且不同组的第二定位部352形状不同，则两组第二定位部352(或者两组第一定位部323)相配合，能够唯一确定进样盖320与安装座350之间的位置，进一步提升定位便利性。

具体地，如图9所示，夹持组件中还可以设置第三导向部371，该第三导向部371设置于容纳腔380的两侧边壁顶部，由边壁向容纳腔380的内部翻折，从而限制基于芯片的合成组件上方的位置，避免基于芯片的合成组件从上方意外脱出；并且，以夹持组件的开口结构为始，该第三导向部371在沿基于芯片的合成组件的插入方向上为逐渐增厚的结构，能够在基于芯片的合成组件插入时进一步起到导向作用。

以上所描述的仅为本实用新型的一些实施例而已，并不用于限制本实用新型，本行业的技术人员应当了解，本实用新型还会有各种变化和改进，任何依照本实用新型所做的修改、等同替换和改进都落入本实用新型所要求的保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于芯片的合成组件，其特征在于，包括进样盖(320)、高通量合成芯片(310)与反应腔体(330)，所述反应腔体(330)由所述进样盖(320)覆盖于所述高通量合成芯片(310)上形成，所述进样盖(320)上设置多个输液孔，所述输液孔用于供原料试剂加入所述反应腔体(330)，所述高通量合成芯片(310)上表面具有与所述反应腔体(330)对应设置的工作区域，所述工作区域用于原位合成核酸；

所述基于芯片的合成组件还包括第一密封部(340)，所述第一密封部(340)设置于所述进样盖(320)的内侧面与所述高通量合成芯片(310)的上表面之间，所述第一密封部(340)的内部边缘与所述反应腔体(330)的边缘相对应。

2.根据权利要求1所述的一种基于芯片的合成组件，其特征在于，所述第一密封部(340)为O型密封圈或者密封胶。

3.根据权利要求1所述的一种基于芯片的合成组件，其特征在于，所述高通量合成芯片(310)为硅基芯片，所述高通量合成芯片(310)中包括8～1000万的微阵列电极。

4.根据权利要求3所述的一种基于芯片的合成组件，其特征在于，所述微阵列电极包括工作电极与对电极，所述工作电极与所述对电极构成双电极结构。

5.根据权利要求4所述的一种基于芯片的合成组件，其特征在于，所述微阵列电极还包括参比电极(312)，所述工作电极、所述对电极与所述参比电极(312)形成三电极结构。

6.根据权利要求1所述的一种基于芯片的合成组件，其特征在于，所述输液孔包括第一进液孔(321)与第一出液孔(322)，所述第一进液孔(321)与所述第一出液孔(322)均与所述反应腔体(330)连通。

7.根据权利要求6所述的一种基于芯片的合成组件，其特征在于，所述基于芯片的合成组件还包括两个第二密封部(341)，两个所述第二密封部(341)分别与所述第一进液孔(321)和所述第一出液孔(322)相匹配，用于密封所述进样盖(320)的外侧面。

8.根据权利要求1所述的一种基于芯片的合成组件，其特征在于，所述基于芯片的合成组件还包括安装座(350)，所述安装座(350)的上表面设置安装槽(351)，所述高通量合成芯片(310)嵌设于所述安装槽(351)内。

9.根据权利要求8所述的一种基于芯片的合成组件，其特征在于，所述基于芯片的合成组件还包括定位结构，所述定位结构包括第一定位部(323)与第二定位部(352)，所述第一定位部(323)位于所述进样盖(320)的下表面，所述第二定位部(352)位于所述安装座(350)的上表面，所述第一定位部(323)与所述第二定位部(352)相匹配。

10.一种合成机构，其特征在于，包括夹持组件与至少一个如权利要求1-9任一项所述的基于芯片的合成组件，所述夹持组件的一个侧面为开口结构，所述夹持组件的内部具有容纳腔(380)，所述基于芯片的合成组件与所述容纳腔(380)一一对应设置，所述基于芯片的合成组件均插设于所述容纳腔(380)。

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