CN220258467U - 用于基因合成的多通道阵列喷头装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于基因合成的多通道阵列喷头装置,包括:液路切换组件，包括切换腔体，及与切换腔体连通的第一入液口、第二入液口及切换出液口，第一入液口可接入反应液；清洗液注入组件，包括清洗液腔体，及与清洗液腔体连通的清洗液入口及清洗液出口，清洗液入口可接入清洗液，清洗液出口与第二入液口连通；液路分流组件，包括分流腔体，及与分流腔体连通的进样口及多个出样口，进样口与切换出液口连通；及多个分液阀组件，包括喷头、分液阀及过滤器，一过滤器对应与一出样口连通，一分液阀的进口对应与一过滤器连通，一分液阀的出口对应与一喷头连通。这种多通道阵列喷头装置可形成多行多列的阵列喷头，实现多通道快速分液。

Description

用于基因合成的多通道阵列喷头装置

技术领域

本实用新型涉及基因合成技术领域，特别是涉及用于基因合成的多通道阵列喷头装置。

背景技术

继“DNA双螺旋发现”和“人类基因组测序计划”之后，近期兴起的“基因合成”被认为是人类第三次基因技术革命。从寡核苷酸合成，基因合成，到染色体的合成，基因合成在合成生物学领域扮演着重要角色。合成的产物包括Oligo Pool、NGS探针、基因、抗体库等广泛应用于文库构建、二代测序、基因编辑、基因存储、蛋白质工程和遗传诊断等领域。

传统商业化的基因合成(通常指1-150nt长度的单链DNA的合成)，原理是原位化学固相合成，一般是基于市面上标准的SBS孔板(96孔板、384孔板)的合成，采用的分液喷头一般为电磁阀配合钢针的结构，钢针为排列设置，向合成孔板内分液为点动模式，也即每寸动一排，停顿，分液，再寸动，如此反复，合成效率慢。钢针结构安装精度差，不能满足高通量合成板注液要求。在向合成板内注液时，电磁阀的响应时间长，分液体积大，导致成本高，且钢针内部容易产生堆积，钢针末端容易挂液滴。总之，目前商业化的寡核苷酸合成精度差、通量低、效率慢、成本高，不能适应大规模、高通量的寡核苷酸合成乃至基因组装要求。

实用新型内容

基于此，有必要针对基因合成分液喷头无法达到高通量，快速注液的问题，提供一种可形成多行多列的阵列喷头，实现多通道快速分液，配合清洗支路有效防止喷头堵塞，注液更加快速、顺畅的用于基因合成的多通道阵列喷头装置。

一种用于基因合成的多通道阵列喷头装置，包括：

液路切换组件，内部具有切换腔体，所述液路切换组件包括与所述切换腔体连通的第一入液口、第二入液口及切换出液口，所述第一入液口能够接入反应液；

清洗液注入组件，内部具有清洗液腔体，所述清洗液注入组件包括与所述清洗液腔体连通的清洗液入口及清洗液出口，所述清洗液入口能够接入清洗液，所述清洗液出口与所述第二入液口连通；

液路分流组件，内部具有分流腔体，所述液路分流组件包括与所述分流腔体连通的进样口及多个出样口，所述进样口与所述切换出液口连通；及

多个分液阀组件，包括喷头、分液阀及过滤器，一所述过滤器对应与一所述出样口连通，一所述分液阀的进口对应与一所述过滤器连通，一所述分液阀的出口对应与一所述喷头连通。

上述用于基因合成的多通道阵列喷头装置，可以通过液路切换组件对注入反应液或者清洗液操作进行切换，反应液经液路切换组件流入液路分流组件，液路分流组件会将反应液分成多个支流，且每个反应液支流都会经过过滤器、分液阀，最后由喷头注入，液路分流组件及分液阀组件可以设置多行多列，可形成阵列喷头，实现多通道快速分液。清洗液可经液路切换组件流入液路分流组件，液路分流组件会将清洗液分成多个支流，且每个清洗液支流都会对每个喷头进行清洗，有效防止喷头堵塞，注液更加快速、顺畅。

在其中一个实施例中，所述清洗液出口设有多个，所述液路切换组件及所述液路分流组件设有多组，一所述液路切换组件的所述第二入液口对应与一所述清洗液出口连通。

在其中一个实施例中，所述清洗液注入组件包括清洗液分流块、清洗液进样管及多个清洗液分管，所述清洗液分流块内部具有所述清洗液腔体，所述清洗液分流块的一侧设有所述清洗液入口，所述清洗液分流块的另一侧设有多个所述清洗液出口，所述清洗液进样管与所述清洗液入口连通，一所述清洗液分管的一端对应与一所述清洗液出口连通，一所述清洗液分管的另一端对应与一所述第二入液口连通。

在其中一个实施例中，所述液路分流组件包括液流分流块，所述液流分流块内部具有所述分流腔体，所述液流分流块的一侧设有所述进样口，所述液流分流块的另一侧设有多个所述出样口。

在其中一个实施例中，还包括第一相机及第一镜头，所述第一相机及所述第一镜头沿竖向依次同轴设置。

在其中一个实施例中，还包括阀控制器，所述阀控制器与所述分液阀连通，所述阀控制器能够控制所述分液阀的分液模式。

在其中一个实施例中，还包括安装架、基台、立架及合成板部件，所述安装架上设有所述液路切换组件、所述清洗液注入组件及所述液路分流组件，所述安装架沿竖向运动地设于所述立架上，所述立架竖直设于所述基台上，所述合成板部件可在水平方向上运动地设于所述基台上，所述合成板部件顶部具有多个排列设置的合成腔。

在其中一个实施例中，所述立架为龙门架结构，包括一横梁及两竖梁，所述横梁的相对两端分别与两所述竖梁的顶端连接，两所述竖梁的底端与所述基台连接，所述安装架能够运动地设于所述横梁上。

在其中一个实施例中，还包括竖向伺服轴、横向伺服轴及纵向伺服轴，所述竖向伺服轴设于所述立架上，且能够驱动所述安装架上下运动，所述横向伺服轴设于所述基台上，且能够驱动所述纵向伺服轴沿横向运动，所述纵向伺服轴能够驱动所述合成板部件沿纵向运动。

在其中一个实施例中，还包括第二相机、第二镜头及第二光源，所述第二相机、所述第二镜头及所述第二光源沿纵向依次同轴设于所述纵向伺服轴上，所述合成板部件位于所述第二镜头与所述第二光源之间。

附图说明

图1为本实用新型多通道阵列喷头装置实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型多通道阵列喷头装置的底部结构示意图；

图3为本实用新型清洗液注入组件一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型液路分流组件一实施例的结构示意图；

图5为本实用新型多通道阵列喷头装置实施例二的结构示意图；

图6为本实用新型多通道阵列喷头装置实施例三的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

100、用于基因合成的多通道阵列喷头装置；1、液路切换组件；11、第一入液口；12、第二入液口；13、切换出液口；2、清洗液注入组件；21、清洗液腔体；22、清洗液入口；23、清洗液出口；24、清洗液分流块；25、清洗液进样管；26、清洗液分管；27、第一堵头；3、液路分流组件；31、分流腔体；32、进样口；33、出样口；34、液流分流块；35、第二堵头；4、分液阀组件；41、喷头；42、分液阀；43、过滤器；51、安装架；52、基台；53、立架；531、横梁；532、竖梁；6、合成板部件；71、第一相机；72、第一镜头；81、竖向伺服轴；82、横向伺服轴；83、纵向伺服轴；91、第二相机；92、第二镜头；93、第二光源；94、第二支架；95、驱动部件；96、导向部件。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做清楚、完整的描述。显然，以下描述的具体细节只是本实用新型的一部分实施例，本实用新型还能够以很多不同于在此描述的其他实施例来实现。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

请参阅图1及图2，在一实施例中，一种用于基因合成的多通道阵列喷头装置100包括：液路切换组件1、清洗液注入组件2、液路分流组件3及多个分液阀组件4。液路切换组件1内部具有切换腔体，液路切换组件1包括与切换腔体连通的第一入液口11、第二入液口12及切换出液口13，第一入液口11能够接入反应液。清洗液注入组件2内部具有清洗液腔体21，清洗液注入组件2包括与清洗液腔体21连通的清洗液入口22及清洗液出口23，清洗液入口22能够接入清洗液，清洗液出口23与第二入液口12连通。液路分流组件3内部具有分流腔体31，液路分流组件3包括与分流腔体31连通的进样口32及多个出样口33，进样口32与切换出液口13连通。分液阀组件4包括喷头41、分液阀42及过滤器43，一过滤器43对应与一出样口33连通，一分液阀42的进口对应与一过滤器43连通，一分液阀42的出口对应与一喷头41连通。

上述用于基因合成的多通道阵列喷头装置100，可以通过液路切换组件1对注入反应液或者清洗液操作进行切换，反应液经液路切换组件1流入液路分流组件3，液路分流组件3会将反应液分成多个支流，且每个反应液支流都会经过过滤器43、分液阀42，最后由喷头41注入，液路分流组件3及分液阀组件4可以设置多行多列，可形成阵列喷头41，实现多通道快速分液。清洗液可经液路切换组件1流入液路分流组件3，液路分流组件3会将清洗液分成多个支流，且每个清洗液支流都会对每个喷头41进行清洗，有效防止喷头41堵塞，注液更加快速、顺畅。

分液阀42可以是高速分液阀、压电喷射阀、压电陶瓷喷头、热发泡喷头、针式点样模块，分液频率范围100-2000Hz，分液阀42行数可以为2-16行，分液阀42列数可以为4-12列。

请参阅图1，液路切换组件1包括切换阀，切换阀具有第一入液口11、第二入液口12及切换出液口13。切换阀可以为2位三通电磁阀，数量与液路分流组件3一一对应设置，第一入液口11为常闭入液口，常闭入液口接反应液，第二入液口12为常开入液口，常开入液口接清洗液。切换阀内部触液材质耐有机溶剂腐蚀，可以是FFKM全氟醚橡胶，每个切液阀的切换出液口13与清洗液注入组件2的进样口32布设管路连接。

在另一实施例中，清洗液出口23设有多个，液路切换组件1及液路分流组件3设有多组，一切换阀的第二入液口12对应与一清洗液出口23连通。

请参阅图3，在清洗液注入组件2一实施例中，清洗液注入组件2包括清洗液分流块24、清洗液进样管25及多个清洗液分管26，清洗液分流块24内部具有清洗液腔体21，清洗液分流块24的一侧设有清洗液入口22，清洗液分流块24的另一侧设有多个清洗液出口23，清洗液进样管25与清洗液入口22连通，一清洗液分管26的一端对应与一清洗液出口23连通，一清洗液分管26的另一端对应与一第二入液口12连通。

各清洗液分管26可沿清洗液分流块24的长度方向等距离间隔，清洗液腔体21沿清洗液分流块24的长度方向延伸，各清洗液分管26与清洗液腔体21的长轴方向垂直。

清洗液注入组件2还包括第一堵头27，清洗液腔体21的形成可以是，由清洗液分流块24的一端面向内延伸设有长条形孔，且通过第一堵头27对清洗液分流块24的长条形孔的端口封住。

请参阅图4，在液路分流组件3一实施例中，液路分流组件3包括液流分流块34，液流分流块34内部具有分流腔体31，液流分流块34的一侧设有进样口32，液流分流块34的另一侧设有多个出样口33。

各出样口33可沿液流分流块34的长度方向等距离间隔，分流腔体31沿液流分流块34的长度方向延伸，各出样口33与分流腔体31的长轴方向垂直。

液路分流组件3还包括第二堵头35，分流腔体31的形成可以是，由液流分流块34的一端面向内延伸设置的长条形孔，且通过第二堵头35对液流分流块34的长条形孔的端口封住。液流分流块34可以采用耐有机溶剂腐蚀的材料制成，材料可为SUS316不锈钢、SUS304不锈钢、PEEK聚醚醚酮、PP聚丙烯、PPS聚苯硫醚、PTFE聚四氟乙烯、PVDF聚偏氟乙烯等。

请参阅图5，用于基因合成的多通道阵列喷头装置100还包括安装架51、基台52、立架53及合成板部件6，安装架51上设有液路切换组件1、清洗液注入组件2及液路分流组件3，安装架51沿竖向运动地设于立架53上，立架53竖直设于基台52上，合成板部件6可在水平方向上运动地设于基台52上，合成板部件6顶部具有多个排列设置的合成腔。

立架53为龙门架结构，包括一横梁531及两竖梁532，横梁531的相对两端分别与两竖梁532的顶端连接，两竖梁532的底端与基台52连接，安装架51能够运动地设于横梁531上。基台52、横梁531及竖梁532的材质可以是大理石。

请参阅图1，在另外实施例中，用于基因合成的多通道阵列喷头装置100还包括沿竖向依次同轴设置的第一相机71及第一镜头72。通过竖向设置的第一相机71对喷头41液滴落点精准标定，还兼容对合成板部件6定位、合成反应颜色观察。

在其中一个实施例中，用于基因合成的多通道阵列喷头装置100还包括阀控制器，阀控制器与分液阀42连通，阀控制器能够控制分液阀42的分液模式。

阀控制器的控制信号的一个脉冲对应一次分液，根据阀控制器发生的触发信号与阀控制信号时序关系，分液阀42具有如下三种打液模式：

打点模式：接收到一个有效的触发信号后，阀控制器发送设定的阀控制信号，发送完后自动停止。在没发送完设定阀控制信号之前，对再次接收到的触发信号的脉冲无响应。分液阀42用打点模式适合一次打单滴或高频多滴。

连续打点模式：当触发信号有效时，按照设定频率连续发送阀控制信号，当触发信号失效则停止。分液阀42在连续打点模式下，可在低频率下发生等间隔液滴，也可在高频率下表现为分发连续液滴。

划线模式：当触发信号有效时打开分液阀42，当触发信号失效则关闭分液阀42。分液阀42在划线模式下可在一定流量的下连续出液，结合芯片的移动控制，连续出液落到芯片上表现为划线。

请参阅图5，用于基因合成的多通道阵列喷头装置100还包括竖向伺服轴81、横向伺服轴82及纵向伺服轴83，竖向伺服轴81设于立架53上，且能够驱动安装架51上下运动，横向伺服轴82设于基台52上，且能够驱动纵向伺服轴83沿横向运动，纵向伺服轴83能够驱动合成板部件6沿纵向运动。横向伺服轴82及纵向伺服轴83能够驱动高通量合成板部件6水平方向移位。

请参阅图5及图6，在一实施例中，用于基因合成的多通道阵列喷头装置100还包括沿纵向依次同轴设于纵向伺服轴83上的第二相机91、第二镜头92及第二光源93，合成板部件6位于第二镜头92与第二光源93之间。还可以设置第二支架94，第二光源93设于第二支架94上，第二光源93的安装高度可通过高度调节机构调节。第二相机91主要用于液滴观测，还兼容液滴飞溅检测。高度调节机构包含驱动部件95和导向部件96。第二相机91、第二镜头92安装在高度调节机构上，高度调节机构的驱动部件95可以是气缸或者电缸驱动，导向部件96可以是直线导轨或直线轴承。

用于DNA合成的一般方法：根据DNA合成需求，阵列喷头41中的一组或多组可用于一种合成试剂的分液。合成时，依次将合成试剂(催化剂、碱基、盖帽试剂、氧化试剂、脱保护试剂、清洗试剂)按照指定程序添加到指定合成板部件6的合成腔内，完成一个标准的亚磷酰胺合成反应。多次循环上述过程，可以实现2-300个碱基长度的高通量DNA合成。

在其他实施例中，用于基因合成的多通道阵列喷头装置100还包括控制系统，控制系统分为上位监控软件和下位控制程序，上位监控软件可以是基于触摸屏开发的组态人机界面，也可是自主开发的安装于工控机上的管理软件。下位控制器可以是可编程逻辑控制器，也可以是运动控制卡，下位控制程序烧录上述控制器或者控制卡中。上位软件可导入基因序列文件和编辑合成工艺文件，解析转换成打液位置信息下发给下位控制器，下位控制器根据打液位置信息，总线通信或者差分脉冲控制伺服驱动器，驱动横向伺服轴82、纵向伺服轴83和竖向伺服轴81移动，各伺服状态信号、位置信号接入下位控制器。特别地，对于各模块总线通信，布设总线交换机，工控机和下位控制器经由总线链接至交换机。第一相机71和第二相机91有对应相机控制器，通过通信总线链接至交换机。相机负责曝光取图，图片存储、分析、计算由相机控制器完成，输出拍照结果数据通过总线通信上传给下位控制器。

在一实施例中，竖向伺服轴81驱动阵列喷头41在低位(分液打印位)，横向伺服轴82驱动合成板部件6横向飞行移动，合成板部件6飞行过程中，根据生物信息选择性打开分液阀42，分发液滴至部分合成板部件6的合成腔内。纵向伺服轴83驱动合成板部件6纵向寸动切换打印行，横向伺服轴82再次驱动合成板部件6横向飞行移动，过程中阵列喷头41再次分液打印部分行，依此，进行多次合成板部件6横向飞行中阵列喷头分液，纵向寸动切换合成打印行，完成对高通量合成板的分液。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、替换及改进，这些都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于基因合成的多通道阵列喷头装置，其特征在于，包括：

液路切换组件，内部具有切换腔体，所述液路切换组件包括与所述切换腔体连通的第一入液口、第二入液口及切换出液口，所述第一入液口能够接入反应液；

清洗液注入组件，内部具有清洗液腔体，所述清洗液注入组件包括与所述清洗液腔体连通的清洗液入口及清洗液出口，所述清洗液入口能够接入清洗液，所述清洗液出口与所述第二入液口连通；

液路分流组件，内部具有分流腔体，所述液路分流组件包括与所述分流腔体连通的进样口及多个出样口，所述进样口与所述切换出液口连通；及

多个分液阀组件，包括喷头、分液阀及过滤器，一所述过滤器对应与一所述出样口连通，一所述分液阀的进口对应与一所述过滤器连通，一所述分液阀的出口对应与一所述喷头连通。

2.根据权利要求1所述的用于基因合成的多通道阵列喷头装置，其特征在于，所述清洗液出口设有多个，所述液路切换组件及所述液路分流组件设有多组，一所述液路切换组件的所述第二入液口对应与一所述清洗液出口连通。

3.根据权利要求2所述的用于基因合成的多通道阵列喷头装置，其特征在于，所述清洗液注入组件包括清洗液分流块、清洗液进样管及多个清洗液分管，所述清洗液分流块内部具有所述清洗液腔体，所述清洗液分流块的一侧设有所述清洗液入口，所述清洗液分流块的另一侧设有多个所述清洗液出口，所述清洗液进样管与所述清洗液入口连通，一所述清洗液分管的一端对应与一所述清洗液出口连通，一所述清洗液分管的另一端对应与一所述第二入液口连通。

4.根据权利要求1所述的用于基因合成的多通道阵列喷头装置，其特征在于，所述液路分流组件包括液流分流块，所述液流分流块内部具有所述分流腔体，所述液流分流块的一侧设有所述进样口，所述液流分流块的另一侧设有多个所述出样口。

5.根据权利要求1所述的用于基因合成的多通道阵列喷头装置，其特征在于，还包括第一相机及第一镜头，所述第一相机及所述第一镜头沿竖向依次同轴设置。

6.根据权利要求1所述的用于基因合成的多通道阵列喷头装置，其特征在于，还包括阀控制器，所述阀控制器与所述分液阀连通，所述阀控制器能够控制所述分液阀的分液模式。

7.根据权利要求1所述的用于基因合成的多通道阵列喷头装置，其特征在于，还包括安装架、基台、立架及合成板部件，所述安装架上设有所述液路切换组件、所述清洗液注入组件及所述液路分流组件，所述安装架沿竖向运动地设于所述立架上，所述立架竖直设于所述基台上，所述合成板部件可在水平方向上运动地设于所述基台上，所述合成板部件顶部具有多个排列设置的合成腔。

8.根据权利要求7所述的用于基因合成的多通道阵列喷头装置，其特征在于，所述立架为龙门架结构，包括一横梁及两竖梁，所述横梁的相对两端分别与两所述竖梁的顶端连接，两所述竖梁的底端与所述基台连接，所述安装架能够运动地设于所述横梁上。

9.根据权利要求7所述的用于基因合成的多通道阵列喷头装置，其特征在于，还包括竖向伺服轴、横向伺服轴及纵向伺服轴，所述竖向伺服轴设于所述立架上，且能够驱动所述安装架上下运动，所述横向伺服轴设于所述基台上，且能够驱动所述纵向伺服轴沿横向运动，所述纵向伺服轴能够驱动所述合成板部件沿纵向运动。

10.根据权利要求9所述的用于基因合成的多通道阵列喷头装置，其特征在于，还包括第二相机、第二镜头及第二光源，所述第二相机、所述第二镜头及所述第二光源沿纵向依次同轴设于所述纵向伺服轴上，所述合成板部件位于所述第二镜头与所述第二光源之间。