DE4325471B4

DE4325471B4 - Ventilsystem zur gleichzeitigen Synthese von DNA- oder Peptid-Sequenzen

Info

Publication number: DE4325471B4
Application number: DE19934325471
Authority: DE
Inventors: Leon E. Tucson Barstow; Anthony R. Tucson Ford; Terry D. Tucson Long; Glen D. Tucson Ward
Original assignee: Protein Technologies Inc
Current assignee: Gyros Protein Technologies AB
Priority date: 1992-07-29
Filing date: 1993-07-29
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: JPH06185650A; JP3464503B2; GB2269220A; US5203368A; GB2269220B; GB9313114D0; DE4325471A1

Abstract

Ventilsystem, umfassend
a) einen Ventilblock (10) mit einer Mehrzahl von innerhalb desselben ausgebildeten Zuführkanälen (31),
b) eine Mehrzahl von Abgabekanälen (36), die sich über eine Oberfläche des Ventilblocks (10) quer zu den Zuführkanälen (31) erstrecken,
c) eine Matrix von Löchern(35), welche die Zuführkanäle (31) mit der Blockoberfläche verbinden, und
d) eine Matrix von Ventilen zum Öffnen und Schließen der Fluidverbindung durch die Löcher (35), wobei die Ventile von einer die Blockoberfläche im wesentlichen überdeckenden nachgiebigen Schicht (25) und Einrichtungen gebildet sind, um an mindestens einer der Ventilstellen selektiv einen Unterdruck an die nachgiebige Schicht (25) anzulegen und durch lokale Verformung derselben mindestens einen Zuführkanal (31) mit mindestens einem Abgabekanal (36) zu verbinden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventilsystem mit Ventilen zur Steuerung des Flusses von flüssigen oder gasförmigen Materialien, insbesondere zur Verwendung bei der Peptidsynthese.
In dieser Abhandlung wird die Verwendung der Erfindung bezüglich der Festphasen-Peptidsynthese als ein Beispiel verwendet. Die Fachleute erkennen ohne weiteres verschiedene andere Anwendungen, bei denen sich derartige Ventile als kommerziell vorteilhaft erweisen, einschließlich, aber nicht ausschließlich DNA-Synthese und Eiweiß-Sequenzieren.
Die Festphasenmethode der Peptidsynthese wurde zuerst 1964 von Professor R. B. Merrifield eingeführt. Diese Methode reduzierte drastisch die zur chemischen Synthetisierung von Peptiden erforderliche Zeit durch wesentliche Vereinfachung der bei einer chemischen Synthese erforderlichen Isolierungs- und Reinigungsschritte. Diese Vereinfachung wurde durch Anfügen des Carboxyl-Endes der C- Endaminosäure an einen unlöslichen Harzträger (gewöhnlich vernetztes Polystyrol) erreicht. Alle chemischen Isolierungs- und Reinigungsschritte wurden dann auf diesem unlöslichen System betrieben. Die Methode wurde auf die Synthese einer sehr großen Anzahl von Peptiden sowohl im Labor- als auch im kommerziellen Maßstab angewandt.
Professor Merrifield erhielt 1985 einen Nobelpreis in Chemie für sein Beiträge zur Wissenschaft. Hunderte von wissenschaftlichen Abhandlungen wurden veröffentlicht, die Variationen von Merrifield's grundsätzlichem chemischen Verfahren beschreiben. Mehrere Apparate oder Geräte wurden sowohl durch akademische als auch kommerzielle Laboratorien entworfen und gebaut, um die Festphasenmethode zu automatisieren. Die Methode wurde auch auf die Synthese von Desoxyribonuclein (DNA), Ribonuclein (RNA) und Polysaccharide angewandt.
Bei einer typischen Festphasensynthese eines Peptides gibt es eine kovalente Bindung zwischen dem Carboxyl-Ende einer alpha-abgeschirmten oder -geschützten Aminosäure und einem unlöslichen Harz-Träger, der typischerweise vernetztes Polystyrol mit 1 bis 2 Prozent Divinylbenzol mit einer Kügelchen- oder Korngröße von 200 – 400 mesh ist.
Die nächste Aminosäure in der Peptidkette wird durch eine Reihe von chemischen Reaktionen hinzugefügt, die mit der Aufhebung der Abschirmung der Alpha-Amino-Gruppe, Waschen zur Reinigung und der Kopplung einer neuen geschützten oder abgeschirmten Aminosäure beginnen, gefolgt von weiterem Waschen zur Reinigung.
Dieser Vorgang wird für jede Aminosäure in der Peptidkette wiederholt. Chemische Reaktions- und Waschschritte können automatisiert werden und etliche kommerzielle Geräte oder Apparate sind nun zum Ausführen dieser Aufgaben verfügbar.
Wenn einmal die Peptidkette aufgebaut ist, muß sie vom Polymerträger entfernt werden, wobei die die Seitenketten abschirmenden oder schützenden Gruppen entfernt, isoliert und gereinigt werden.

Als ein guter Überblick über den Stand der Technik bei Peptidsynthese ist das US-Patent Nr. 4,668,476 mit dem Titel "Automated Peptide Synthesis Apparatus" anzusehen, das für Bridgham et al. am 26. Mai 1987 erteilt wurde und hierin durch Bezugnahme beinhaltet ist.

Die automatisierte Herstellung der Peptidsynthese verwendet zwei Ansätze: (i) die Verwendung von Roboterarmen, um die ausgewählte Aminosäure oder das Reagenz in ein Reaktionsgefäß zu befördern und dort physisch zu deponieren oder abzulegen, oder (ii) wahlweises Leiten eines Flusses von Aminosäure oder Reagenzien in das Reaktionsgefäß.

Roboterarme haben bei dem Vorgang eine sehr weitgehende Automatisierung geschaffen. Ein Gelenkarm, der einmal programmiert wurde, um das spezielle Peptid zu erzeugen, wählt die geeigneten Fläschchen des Materials aus und deponiert das Material im Reaktionsgefäß. Durch eine Reihe von Deponierungen und Wartezeiten wird das gewünschte Peptid hergestellt.

Obgleich die Roboter-Methode einige verschiedene Vorteile bietet, ist die mechanische Bewegung der Aminosäuren empfindlich für Verschütten. Ein anderer Nachteil ist die Zeit, die erforderlich ist, um den Behäl ter physisch zu bewegen und ihn dann zu ersetzen. Noch ein weiterer Nachteil ist die Tatsache, daß die Robotermechanismen nahezu per Definition typischerweise nur einen Einzelvorgang ermöglichen, das heißt, daß nur eine Synthese oder Synthetisierung zur gleichen Zeit möglich ist.

Weitere Nachteile des Robotersystems bestehen darin, daß es ein "offenes System" ist, das Gefahren für Arbeiter schafft und für Schmutz aus der Luft anfällig ist. Noch weiter sind Robotersysteme volumenmäßig begrenzt und haben eine sequenzielle Natur (ein Vorgang zur gleichen Zeit).

Wegen dieser Beschränkungen des Roboterverfahrens verwenden die meisten Anwendungen nicht den gelenkigen Arm für die Synthese von Peptiden.

Die überwiegende Mehrheit von Anwendungen verwendet eine Arbeitsweise mit Ventilen, um die Aminosäuren und Reagenzmaterialien an die Reaktionskammer abzugeben. Bei diesen Vorrichtungen ist eine Versorgungseinrichtung von ausgewählten Aminosäuren und Reagenzmaterialien angeordnet, um durch Ventile das Reaktionsgefäß zu versorgen. Auf diese Weise werden durch die wahlweise Aktivierung von einzelnen Ventilen die Aminosäure oder Reagenzien zum Reaktionsgefäß übertragen, um das Peptid zu bilden.

Die Verwendung von Ventilen beseitigt das Erfordernis, die Behälter physisch zu bewegen, und arbeitet dadurch viel schneller und ohne die Möglichkeit, etwas, zu verschütten, wie beim Roboterverfahren.

Zu diesem Zweck wurde eine große Anzahl von Patenten erlangt, die die Ventile selbst und ihre Steuerung betreffen. Beispiele dieser Patente umfassen: US-Patent Nr. 4 597 412 mit dem Titel "Valve for Sequential Chemical Operations", erteilt am 1. Juli 1986 für Stark, US-Patent Nr. 4 595 565 mit dem Titel "Equipment for Mixing Liquid Reactants", erteilt am 17. Juni 1986 für Tenhagen, US-Patent Nr. 4 281 683 mit dem Titel "Modular Multiple-Fluid Component Selection and Delivery System", erteilt am 4. August 1981 für Hetherington et al., US-Patent Nr. 3 784 169 mit dem Titel "Method of and Apparatus for the Controlled Mixing of Two Reactive Components", erteilt am 8. Januar 1974 für Bockmann et al., US-Patent Nr. 4 848 387 mit dem Titel "Method and Apparatus for Segregated Introduction of Two Liquids into a Chemical Reaktor Vessel at a Common Entry Point", erteilt am 18, Juli 1989 für Hon, und US-Patent Nr. 4 008 736 mit dem Titel "Valve Arrangement for Distributing Fluids", erteilt am 22. Februar 1977 für Wittman-Liebold et al.

Zusätzlich haben viele verschieden Firmen ihre eigenen speziellen Entwürfe erprobt, um eine Gruppierung von Ventilen zu erzeugen. Ein derartiges Beispiel. ist das von Protein Technologies Inc. verwendete Ventil für ihren P53 Peptidsynthesizer oder -synthetisierer.

Bei allen diesen Fällen sind die Ventilanordnungen von einer derartigen Kompliziertheit, daß nur eine einzige Gruppe von Ventilen möglich ist, von denen alle ein einziges Reaktionsgefäß beschicken. Diese Beschränkung wird ihnen durch ihre eigenen komplexen Rohrleitungsanforderungen auferlegt.

Ferner haben diese Vorrichtungen einige wesentliche Nachteile sowohl bei der Betriebszeit als auch der Qualitätskontrolle. Wenn einmal eine bestimmte Flüssigkeit durch ein Ventil hindurch und in die Leitung zum Reaktionsgefäß geströmt ist, wird ein Rückstand zurückgelassen. Wenn nicht gründlich gereinigt wird, wird dieser Rückstand von der vorhergehenden Flüssigkeit spätere Flüssigkeiten beeinflussen und so eine negative Wirkung auf die Qualität des hergestellten Peptids haben. Aufgrund dieser Tatsache ist die physische Struktur des Ventils und der "Rohrleitungen", Röhren oder Leitungen oder Kanäle, die alles verbinden, von ausgeprägter Wichtigkeit. Wenn sie ungeeignet hergestellt sind, werden Totvolumina erzeugt, die die Rückstände vom Reinigen abschirmen.

Weitere Ventilsysteme sind in der DE 26 48 751 A1 , der DE 31 37 875 A1 und der EP 257 797 A2 beschrieben. Sie umfassen jeweils einen Ventilblock mit einer Reihe von Zuführleitungen, die mit Vorratsgefäßen verbindbar sind und durch jeweils ein Ventil an eine Gemeinschaftsleitung anschließbar sind, die zickzackförmig innerhalb des Blockes ausgebildet ist und zu einer Abgabeleitung führt. Eine solche Ventilanordnung erlaubt nur ein rein serielles Arbeiten. Es könnte immer nur Material von einem Vorratsgefäß zu einem Reaktionsgefäß gelangen.

Da sich die Industrie weiterentwickelt hat, nahm die Notwendigkeit für eine schnellere, genauere und höher qualitative Synthese zu. Diese vorstehenden Vorrichtungen haben dieses Erfordernis nicht erfüllt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Voraussetzungen für eine schnellere, genauere und qualitativ höhere Synthese zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Ventilsystem gemäß Anspruch 1 und ein Synthesesystem gemäß Anspruch 10 gelöst.

Ein Anwendungsfall der Erfindung ist ein Peptidsynthetisierer oder -synthesizer, der eine Ventilmatrix umfaßt, die durch Verwendung eines Verbundes oder einer Sandwichbauart aus drei Schichten mit einer biegsamen oder nachgiebigen Membrane zwischen jeder der Schichten. gebildet wird. Zufuhrkanäle und Abgabekanäle werden durch Ätzen, Fräsen oder andere derartige Mittel in der mittleren Schicht geschaffen. Jeder Zufuhrkanal steht mit allen Abgabekanälen über eine Ventilstelle in Verbindung, die durch die nachgiebige Membrane geöffnet oder geschlossen, wird. Die Bewegung der nachgiebigen Membrane wird durch Sog oder Druck bewirkt, wie er durch Löcher in der überlagernden Schicht übertragen wird. Auf diese Weise werden ausgewählte Zufuhr- und Abgabekanäle einfach durch Anwendung eines geeigneten Soges auf die Membrane verbunden.

Gemäß der bevorzugten Ausführung der Erfindung wird eine Apparatur zum gleichzeitigen automatischen Aufbauen von Peptiden geschaffen. Die Apparatur enthält einen frei stehenden Computer, der zum Eingeben der Aminosäure-Sequenz in jeder Peptidkette und der chemischen Mittel verwendet wird, die zum Aufbauen oder Konstruieren dieser Sequenz verwendet werden. Idealerweise hat die Apparatur Eingabe- oder Zufuhrflaschen für 20 verschiedene alpha-amino-geschützte. oder -abgeschirmte Aminosäuren, zwei Lösungsmittel und vier Reagenzien. Vorzugsweise sind die Gefäße für alpha-amino-geschützte oder -abgeschirmte Aminosäuren an der Vorderseite der Apparatur, um leicht gefüllt werden zu können. Die Lösungsmittel und Reagenzien sind in einem Gehäuse direkt unterhalb des Aminosäure- und Reaktionssystems enthalten. Bei der bevorzugten Ausführung sind zwölf Reaktionsgefäße über die vordere Oberseite des Geräts verteilt angeordnet, Diese Reaktionsgefäße werden durch ein besonders aufgebautes federbelastetes Kugel-Sitz-System an ihrem Ort gehalten.

Es ist wesentlich, daß das Protokoll oder der Ablauf für jede Peptidsynthese genau durchgeführt wird. Die Apparatur enthält deshalb ein Fluidsensorsystem, das jedes Reaktionsgefäß überwacht, um die Integrität oder Vollständigkeit der Synthese sicherzustellen. Jeder durch das System detektierte Fluidfehler führt zum Stillegen dieser einzelnen Synthese, bis ein Bedienereingriff erfolgt, um das Problem abzustellen.

Sowohl die Rate oder das Ausmaß als auch die Vollständigkeit von chemischen Reaktionen bei der Peptidsynthese sind von der Struktur der geschützten oder abgeschirmten, anzukoppelnden Aminosäure und der Struktur der wachsenden Peptidkette abhängig. Es gibt 20 natürlich vorkommende Aminosäuren, die die meiste Zeit bei Peptidsynthese verwendet werden. Dies begrenzt die Anzahl von Variablen für diesen, Teil der Synthese. Es gibt jedoch eine praktisch unendliche Anzahl von Möglichkeiten für den Aufbau von wachsenden Peptidketten. Unter normalen Bedingungen setzen sich die beiden chemischen Reaktionen (Koppeln und Entschirmen oder Aufheben der Abschirmung) unter Standardbedingungen fort. Jedoch gibt es einige chemische Reaktionen, die langsamer und weniger wirkungsvoll sind. Diese automatisierte Apparatur schafft für jene eine Kompensation, indem sie wirksamere Bedingungen zuläßt (d. h., längere Reaktionszeiten, multiple identische Reaktionen oder erhöhte Reagenzkonzentrationen, um diese Reaktionen zum Abschluß voranzutreiben).

Diese Apparatur, die grundsätzlich wie zwölf unabhängige Peptidsynthetisierer oder -synthesizer funktioniert, ist durch die Benutzung eines einzigen Ventilmatrix-Blocks vereinfacht, der unten beschrieben wird. Dieser Ventilmatrix-Block eliminiert die meisten komplexen Installationen, die andernfalls zum Aufbau einer Apparatur dieser Art erforderlich wären.

Dieser Ventilmatrix-Block erlaubt das unabhängige Füllen einer Mehrzahl von Aufnahmegefäßen aus einer Mehrzahl von Versorgungsbehältern in einer wirklich simultanen oder gleichzeitigen Weise. Der Ventilblock eliminiert ferner überzählige Rohrleitungen oder -netze und Verbinder auf Grund der Flüssigkeitsleitungen, die im Ventilblock selbst eingearbeitet sind, und der an der Oberfläche montierten Magnetvorsteuer- oder -schaltventile.

Der Ventilblock ist tatsächlich eine Ventilmatrix. Zum Beispiel, wenn es N Zufuhrleitungen gibt, die M Reakti onsgefäße speisen, ist der Ventilblock N × M, wobei es jeder der N Zufuhrleitungen möglich ist, in jedes der M Reaktionsgefäße zuzuführen.

Durch Computersteuerung wird die Versorgung oder Zufuhr Si zum Reaktionsgefäß Rj für eine ausgewählte Zeit freigegeben, um die richtige Reaktion zu erzeugen, während gleichzeitig eine andere Zufuhr Sk zum Reaktionsgefäß Rl freigegeben wird.

Die wirklich unabhängige Art des Systeme. erlaubt es, daß das Ausmaß (Menge an für eine bestimmte Reaktion herzustellendem Peptid) von Reaktionsgefäß zu Reaktionsgefäß variiert wird. Diese Eigenschaft verringert die Menge an erforderlichen Reagenzien dadurch, daß der Bediener nicht gezwungen wird, mehr Material zu erzeugen, als für die folgenden biologischen Experimente nötig sein kann.

Der Ventilmatrix-Block ist vollkommen eingeschlossen und ermöglicht daher nicht, daß gefährliche Lösungsmitteldämpfe in die Atmosphäre entkommen, wie es bei kommerziellen Robotersystemen der Fall ist. Alle Reaktionen werden in inerter Stickstoff- oder Argonatmosphäre durchgeführt.

Da diese Apparatur wirklich simultan funktioniert, ist sie merklich schneller als Robotersysteme, bei denen jede Synthese tatsächlich einzeln und schrittweise durchgeführt wird.

Nachdem alle Aminosäuren auf dem Polymerträger zusammengefügt wurden, ist die Peptidsynthese abgeschlossen. Durch Computersteuerung entfernt diese Apparatur das Peptid von dem Festphasenträger und jeder Seitenketten-Schutzgruppe. Das gespaltene und völlig unabgeschirmte Peptid ist in Lösung und wird automatisch von einem Re aktionsgefäß zu einem getrennten Sammelrohr überführt. Das Rohr wird aus der Apparatur entfernt und das Peptid wird von der Lösung isoliert und gereinigt.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen zu den einzelnen unabhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anschließend beispielhaft anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der:
1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Ventilblocks der vorliegenden Erfindung ist.
2 eine Querschnittsansicht des zuerst in 1 bezeichneten Ventilblocks ist und die Verbund- oder Sandwichbauweise veranschaulicht.
3 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Ventilblocks von 1 ist und eine offene und eine geschlossene Ventilanordnung veranschaulicht.
4 eine Frontansicht der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist und die Zufuhrflaschen und Reaktionsgefäße veranschaulicht.
5 eine Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform in Blockform ist und die Anordnungen der verschiedenen Bestandteile des bevorzugten Peptidsynthetisierers oder -synthesizers veranschaulicht.
6 eine vergrößerte Seitenansicht des Reaktionsgefäßes ist, das bei der Ausführungsform von 5 verwendet wird.
7 ein Blockschaltbild ist, das die Computer/ Bediener-Schnittstelle veranschaulicht, die mit dem bevorzugten Peptidsynthetisierer oder -synthesizer verbunden ist.
8 ein Arbeitsablaufplan des bevorzugten Betriebs des Computers ist, der zum Steuern des Peptidsynthetisierers oder -synthesizers verwendet wird.
9 ein Arbeitsablaufplan des bevorzugten Betriebs des Peptidsynthetisierers oder -synthesizers ist,
10 eine graphische Darstellung der bevorzugten Datenzeichenfolge ist, die vom Computer verwendet wird, um den Peptidsynthesebetrieb zu steuern.
11 eine graphische Darstellung der bevorzugten Befehlszeichenfolge ist, die vom Computer zum Leiten des Betriebs und zum Abrufen von angeforderten Zustandsinformationen des Peptidsynthetisierers oder -synthesizers verwendet wird.
Durch die Festphasenmethode zusammen mit ihrer Automatisierung sind Peptide ohne weiteres für Forscher verfügbar. Jedoch ist der Bedarf an kleinen Mengen (1 bis 100 Milligramm) für viele Forschungsgruppen weit größer als mit aktuell verfügbarer Ausrüstung herstellbar ist, die grundsätzlich nur einen Syntheseschritt nach dem anderen ausführt.
Frühere Maschinen haben ihren Durchsatz durch Verwendung sequentieller Synthesen, um die Maschinenausfallzeit außerhalb der Arbeitszeit zu eliminieren, oder durch die Verwendung von Robotersystemen erhöht, die eine große Anzahl von Synthesen in einer sequentiellen Weise bedienen. Diese Systeme sind alle sehr langsam und bieten minimale Flexibilität bei dem Ausmaß oder dem Umfang, bei der chemischen Zusammensetzung und bei den Reaktionsbedingungen.
Da die Forschungsgeschwindigkeit in der Biotechnologie zunimmt, hat sich die Anzahl der benötigten synthetischen Peptide wesentlich erhöht. Die derzeitigen automatisierten Synthesizer oder Synthetisierer sind nicht in der Lage, mit der Nachfrage Schritt zu halten.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Ventilblocks der vorliegenden Erfindung.
Der Ventilblock 10 ist eine allgemein flache Anordnung mit einer Vielzahl von Saugverbindern, wie 11A, 11B und 11D, die in einer Matrixbeziehung angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform besteht der Ventilblock 10 aus einer 6 × 9-Gruppierung von Ventilen. Das heißt, daß der Ventilblock 10 in der Lage ist, sechs verschiedene Flüssigkeiten wahlweise zu neun verschieden Reaktionsgefäßen zu übertragen.
Zufuhrlöcher 13A, 13B, 13C, usw. nehmen Rohrleitung auf, die mit den Reaktionsgefäßen in Verbindung stehen. Die Fachleute erkennen ohne weiteres verschiedenartige Mechanismen, die geeignet sind, eine ineinandergreifen de Anordnung zwischen den Löchern, wie 13A, und den Rohrleitungen (nicht gezeigt) herzustellen, die zu den Reaktionsgefäßen gehen.
Zufuhrlöcher, wie 12A und 12B, nehmen auch Rohrleitung von den Zufuhrbehältern von Aminosäuren, Kopplungsmitteln und Deblockierungsmaterialien (Materialien, die die Schutzgruppen entfernen) auf.
Bei dieser Anwendung sei angenommen, daß eine Aminosäure X einem Zufuhrloch 12A und eine Aminosäure Y zu 12B zugeführt wird. Durch Aktivierung eines Soges oder Saugens durch 11A wird die Aminosäure X zum Reaktionsgefäß übertragen, das mit 13A verbunden ist. In gleicher Weise gestattet ein an 11B erzeugter Sog, daß die Aminosäure X zum Reaktionsgefäß übertragen wird, das mit 13B verbunden ist, und der Sog an 11D ermöglicht der Aminosäure Y zum Reaktionsgefäß übertragen zu werden, das mit 13C verbunden ist.
Zu beachten ist der wichtige Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, daß alle drei Ventile 11A, 11B und 11D gleichzeitig offen sind, so daß die Zuführmengen der Aminosäuren oder anderen gewünschten Materialien, durch die Verwendung der Ventilmatrix zum genau gleichen Zeit abgegeben werden können.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, daß neun verschiedene Ventile geöffnet sind, so daß jedes der neun Reaktionsgefäße gleichzeitig oder simultan Materialien erhält.
2 ist eine Querschnittsansicht des zuerst in 1 bezeichneten Ventilblocks und veranschaulicht die Verbund- oder Schichtbauweise.
Der Ventilblock besteht aus einem Verbund von mehreren Schichten. Die untere Schicht 24 ist ein im wesentlichen flaches Materialstück, das darüberliegend eine Schutzschicht 25B aufweist. Die Schutzschicht 25B wird bei dieser Ausführungsform verwendet, um die Schicht 24 davor zu schützen, mit den Aminosäuren und anderen derart ätzenden Materialien zu reagieren, die durch die Ventile und Kanäle übertragen werden können.
Die Schicht 23 besteht aus einem Material, das gegen Reaktionen mit den Aminosäuren und ähnlichem beständig ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht die Schicht 23 aus Polyphenylensulfid. In der Schicht 23 sind Kanäle und Löcher geschaffen, um die Flüssigkeiten von den Zufuhrbehältern zu den Reaktionsgefäßen zu befördern.
Die Schutzschicht 25A schirmt die Schicht 22 von den Aminosäuren ab. Die Schicht 22 wird verwendet, um die Ventilstellen zu erzeugen, die mit der Pumpe (nicht gezeigt) über Sogverbinder, wie 21A, 21B und 21C, in Verbindung stehen.
Durch Sichern dieses Verbundes unter Verwendung von Schrauben oder anderen derartigen Verbindungsmitteln bildet die Anordnung einen starren Körper, der für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist.
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Ventilblocks von 1 und veranschaulicht eine offene und eine geschlossene Ventilanordnung.
Wie vorher angegeben wurde, ist der Ventilblock aus einem Verbund aus Schicht 22, Schutzschicht 25A, Schicht 23, Schutzschicht 25B und Schicht 24 aufgebaut. Innerhalb der Schicht 23 sind Kanäle für die Übertragung oder Leitung von Flüssigkeiten und Gasen geschaffen.
Die Kanäle 31A und 31B erstrecken sich senkrecht zur Zeichenebene und werden verwendet, um Aminosäuren und andere Materialien von den Behältern zuzuführen. Diese Kanäle werden entweder durch eine Schleifbehandlung, Fräsen, Ätzen oder eine ähnliche den Fachleuten bekannte Weise erzeugt.
Die Kanäle 31A und 31B stehen mit den Ventilen jeweils über Löcher 35A und 35B in Verbindung. Die Ventilstellen 32A und 32B sind so aufgebaut, daß sie ihr angeschlossenes Zufuhrloch (35A beziehungsweise 35B) und den Abgabekanal 36 überlagern.
Bei dieser Ausführungsform ist der Abgabekanal 36 auf der gegenüberliegenden Seite der Schicht 23 geschaffen und im wesentlichen senkrecht zu den Zufuhrkanälen 31A und 31B. Diese Anordnung erlaubt einen leichten Zugang zwischen Zufuhr- und Abgabekanälen über die Ventile und erzeugt eine Ventilmatrix.
Ein geschlossenes Ventil ist an der Ventilstelle 32A dargestellt. Ein Druck 30A wird über den Sog- oder Saugverbinder 21A und das Loch 33A geliefert und drückt die Schutzschicht 25A über dem Zufuhrloch 35A fest gegen die Schicht 23. Flüssigkeiten oder Gase vom Zufuhrkanal 31A können nicht hindurchgehen und infolgedessen ist die Ventilstelle 32A geschlossen.
Die Ventilstelle 32B ist offen. Sog 30B wird von einer nicht gezeigten Pumpe über den Sogverbinder 21B und das Loch 33B geliefert. Dies zieht einen Teil der Schutzschicht 25A nach oben in die Aushöhlung der Ventilstelle 32B, wodurch es Flüssigkeiten oder Gasen ermöglicht wird, vom Zufuhrkanal 31B nach oben durch das Zufuhrloch 35B und in den Kanal 36 zu fließen, wie durch den Pfeil 34 veranschaulicht ist.
Bei der der bevorzugten Ausführungsform sind die Ventile normalerweise geschlossen (Pneumatikdruck wird ihnen zugeführt) . Wenn ein Ventil geöffnete werden soll, wird der Druck an diesem Ventil abgeschaltet und an diesem Ventil ein Sog angelegt.
Obgleich bei der bevorzugten Ausführungsform bei der Anwendung der Peptidsynthese nur ein Ventil pro Abgabekanal offen ist, gibt es einige Situationen oder Gelegenheiten, in denen viele Ventile pro Kanal gleichzeitig geöffnet sind, um den Betrieb zu beschleunigen.
Zu bemerken ist, daß ein einziger Zufuhrkanal in der Lage ist, Flüssigkeiten oder Gase zu jeder oder irgendeiner ausgewählten Gruppe von Abgabekanälen zu liefern.
4 ist eine Frontansicht der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und veranschaulicht die Zufuhrflaschen und Reaktionsgefäße.
Bei dieser Ausführungsform sind sowohl die Reaktionsgefäße als auch die Zufuhrbehälter an der Vorderseite der Apparatur zugänglich. Wie gezeigt ist, verwendet diese Ausführungsform zwölf verschiedene Reaktionsgefäße 41, R1 – R12. Jedes Reaktionsgefäß ist durch Betätigung eines zugehörigen Freigabemechanismus 43 abnehmbar. Beispielsweise ist das Reaktionsgefäß R5 durch den Freigabemechanismus 44 abnehmbar.
Aminosäuren sind in den Zufuhrbehältern 42, S1 – S20. Obgleich die Vorrichtung mit Sensoren ausgerüstet ist, um festzustellen, wenn ein Zufuhrbehälter leer ist (wie später dargestellt wird), bestehen die Zufuhrbehälter aus klarem Material, wie Glas, um eine schnelle visuelle Überprüfung ihres Zustandes zu erlauben.
Die Verwendung des vorher dargestellten Ventilblocks gestattet es, jede der zwanzig Flüssigkeiten von den Zufuhrbehältern wahlweise zu irgendeinem oder jedem der zwölf Reaktionsgefäße zu übertragen.
5 ist eine Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform in Blockform und veranschaulicht die Anordnungen der verschiedenartigen Bestandteile des bevorzugten Peptidsynthetisierers oder -synthesizers.
Wie vorher erörtert wurde, sind die Zufuhrbehälter 42, Reaktionsgefäße 41 und Freigabemechanismen 43 alle an der Vorderseite der Maschine angeordnet, um einen schnellen Zugriff für die Entfernung und Ersetzung zu ermöglichen.
Der Sensor 55 wird verwendet, um festzustellen, daß Flüssigkeit vom Zufuhrbehälter hindurchgeht. Die Flüssigkeit wird durch eine Pneumatikbetätigung und die Rohrleitung 53 zum Ventilblock 51 übertragen. Pneumatikeinlaßventile 52 werden verwendet, um diese Pumpaktion zu ermöglichen, und werden ferner dazu verwendet, den für den Betrieb der Ventile erforderlichen Sog und Druck in dem Ventilblock 51 bereitzustellen, wie vorher diskutiert wurde.
Die Flüssigkeiten werden durch das Rohr 54 vom Ventilblock 51 zum Reaktionsgefäß übertragen oder geleitet.
Der Betrieb der gesamten Maschine wird durch den Computer 50 gesteuert.
Auf diese Weise ist der Computer 50 in der Lage, den Zustand des Zufuhrbehälters 42 über Sensoren, wie den Sensor 55, zu überwachen. Die Flüssigkeitsvolumina, die übertragen werden, werden durch den Sensor 56 überwacht, der mit dem Ventilblock 51 in Verbindung steht.
Beim Betrieb ist das Rohr 54 bis zu der Zeit leer, bis Flüssigkeit übertragen werden soll. Auf das Öffnen des geeigneten Ventils im Ventilblock 51 hin wird Flüssigkeit in das Rohr 54 übertragen oder geleitet. Die Länge des Rohrs 54 zwischen dem Sensor 56 und dem Ventilblock 57 ist hinsichtlich der Länge und des Volumens festgelegt. Infolgedessen, wenn der Sensor 56 die Anwesenheit einer Flüssigkeit feststellt, begründet dies ein bekanntes Referenz- oder Vergleichsvolumen, das von der Steuerung 50 verwendet wird. Zusätzliche Volumina werden durch zeitliche Koordinierung der Öffnung des Ventils im Ventilblock 57 eingerichtet.
dank des automatisierten Systems werden bei dieser Ausführungsform zwölf verschiedene Reaktionen ohne einen Bedienereingriff noch die physische Bewegung der Zufuhrbehälter gleichzeitig ausgeführt.
6 ist eine vergrößerte Seitenansicht des Reaktionsgefäßes, das bei der Ausführungsform von 5 verwendet wird.
Die Möglichkeit, die Reaktionsgefäße leicht von der Vorrichtung zu entfernen, ist dadurch ein wichtiger Gesichtspunkt, daß es die Abschaltzeit der Maschine zwischen den Peptidsynthesen verringert und ferner die Möglichkeiten des Abfalls oder Verschüttens vermindert.
Das Reaktionsgefäß 41 hat an seinem oberen Ende einen Kugelventilsitz 61A, der automatisch schließt, wenn der Druck, der über einen Verbinder 62A auf den Kugelventilsitz 61A wirkt, über den Freigabemechanismus 43 abgeschaltet wird. Das Rohr 54 erstreckt sich durch den Verbinder 62A, um geeignet mit dem Reaktionsgefäß 41 in Verbindung zu stehen.
Ähnlich befindet sich am unteren Ende des Reaktionsgefäßes 41 ein Kugelventilsitz 61B, der über einen Verbinder 62B mit einem Gasstrom in Verbindung ist, um eine geeignete Bewegung innerhalb des Reaktionsgefäßes zu ermöglichen.
Auf diese Weise ermöglicht das Lösen des Reaktionsgefäßes 41 durch den Freigabemechanismus 43, daß das Reaktionsgefäß schnell und leicht von der Vorrichtung entfernt wird.
Wenn das Entfernen derart ausgeführt wurde, kann ein anderes Reaktionsgefäß ohne weiteres eingefügt und das entfernte Gefäß gelagert oder dem Bediener übergeben werden, der das darin enthaltene Peptid benötigt.
7 ist ein Blockschaltbild, das die Computer/Bediener-Schnittstelle veranschaulicht, die mit dem bevorzugten Peptidsynthetisierer oder -synthesizer verbunden ist.
Bei der bevorzugten Ausführungsform hängt ein externes Computersystem 71 einschließlich einer Tastatur 70 und einem Videobildschirm 72 mit dem vorbeschriebenen Peptidsynthetisierer oder -synthesizer 40 zusammen und leitet ihn. Bei dieser Ausführungsform besteht die Programmsteuerung aus zwei Softwareteilen, die zusammenarbeiten.
An der externen Computersystemstufe 71 läuft ständig ein Multitasking- oder Mehrprozeß-Kern, der Mitteilungen oder Meldungen vom Peptidsynthetisierer oder – synthesizer 40 erhält, Bedienerschnittstellenprozesse ausführt und Befehle an den Peptidsynthetisierer 40 schickt.
Dieser Multitaskbetriebskern oder -kernel besteht aus einem Standard eines allgemeinen oder gemeinsamen Anwenderzugriffs (Engl,: "Common User Access Standard" _ "CUA standard") (wie die von International Business Machines entwickelte "CUA"-Schnittstelle), der es dem Anwender erlaubt, bis zu zwölf Tätigkeiten oder Operationen gleichzeitig an dem Peptidsynthetisierer oder -synthesizer zu starten/stoppen, während der Anwender gleichzeitig in der Lage ist, verschiedenartige Bearbeitungsoperationen auf dem externen Computer vorzunehmen. Diese Bearbeitungsfunktionen sind nützlich zum Definieren des zum Synthetisieren bestimmten Peptids.
Der Multitaskbetriebskern ist ereignisbetätigt und der gesamte Vorgang ist durch Meldungs- oder Nachrichtenprotokolle mit dem Peptidsynthetisierer oder -synthesizer 40 verknüpft.
Der zweite Softwareteil befindet sich im Peptidsynthetisierer oder -synthesizer und ist auf einer Grundplatinenanordnung eingerichtet. Diese Software verwendet eine Vielzahl von Unterbrechungen oder Interrupts, um ihre Aufgaben oder Prozesse, Ereignisse und Kommunikation mit dem externen Computer anzuzeigen. Ihr gesamter Betrieb ist interruptbetätigt und der Peptidsynthetisierer handelt als eine "Arbeitsrechner"-Vorrichtung für den externen Computer 71.
Der externe Computer 71 initiiert die gesamte Kommunikation, die einen Interrupt an der Peptidsynthetisiererstufe 40 verursacht.
8 ist ein Ablaufdiagramm des bevorzugten Betriebs des Computers, der beim Steuern des Peptidsynthetisierers oder -synthesizers 40 verwendet wird.
Wenn einmal das Programm gestartet wurde (bei 80), gibt der Bediener die Peptiddefinition ein (bei 81A). Diese Definition nimmt eine Vielzahl von Formen an, einschließlich einer Bibliotheksdefinition, wie "Stelle Peptid mit der I. D. Nr. 367 her", einer chemischen Definition des Peptids oder einer schrittweisen Definition von dem, was getan werden muß.
Basierend auf der Peptiddefinition richtet der externe Computer einen Satz Interrupts und Befehle ein (bei 82A), die die Wünsche des Bedieners erfüllen.
Wenn auch noch ein anderes Peptid gewünscht wird (bei 83A), dann geht das, Programm in einer Schleife zurück, um eine weitere Peptiddefinition zu gestatten (bei 81A). Wenn nicht, wird die Uhr- oder der Taktgegeber und die Überwachung gestartet (bei 82B).
Unter Verwendung der eingestellten Interrupts oder Unterbrechungen überwacht das Programm, ob ein Interrupt erreicht wurde (bei 83B). Ein Interrupt kann intern erzeugt worden sein oder von den programmeigenen, eingerichteten Interrupts erhalten werden, die für eine spezielle Peptidsynthese erzeugt wurden.
Der Interrupt wird analysiert, um anzuzeigen, ob es eine Bedienerunterbrechung (83C) ist. Wenn dies der Fall ist, wählt der Bediener (bei 83D), um entweder zu stoppen (bei 84) oder ein weiteres Peptid (81A) zu definieren. Eine Halt- oder Stoppbetätigung (bei 84) wird typischerweise in einer Notsituation ausgeführt, da die Arbeit, die in den Reaktionsgefäßen ausgeführt wird, verloren gehen kann, wenn sie nicht genau überwacht wird.
Die Wahlmöglichkeit für einen Bediener, ein weiteres Peptid zu definieren, selbst nachdem das Programm be gonnen hat, ist wichtig. In dieser Situation wird dem Bediener ein großer Grad an Freiheiten überlassen, da nun der Peptidsynthetisierer oder -synthesizer mit einigen Sätzen von Peptiden gestartet werden kann, z. B. sieben verschiedenen, und dann später, wenn die Notwendigkeit entsteht, werden noch mehr Peptide hinzugefügt. Der Peptidsynthetisierer oder -synthesizer ist nicht "festgelegt", wenn er einmal gestartet wurde, sondern es ist ein dynamischer Betrieb, bei dem die fortlaufenden verschiedenartigen Peptidsynthesen verschiedene Stufen der Fertigstellung haben können.
Auf diese Weise arbeitet das gesamte System wie zwölf unabhängige Synthesizer, die es dem Anwender erlauben, willentlich jede Reaktion zu starten und zu stoppen, ohne die anderen Reaktionen zu stören.
Wenn der Interrupt nicht vom Bediener erzeugt wurde, wurde der Interrupt durch das Programm bei (82A) erzeugt und nun müssen die geeignete Aminosäure oder andere Tätigkeiten gleichzeitig ein- bzw. ausgeführt werden. Unter Verwendung der mit dem Interrupt verbundenen Informationen, wird eine Überprüfung ausgeführt, um zu sehen, ob die benötigte Aminosäure (oder eine andere ähnliche Flüssigkeit) verfügbar ist (bei 83E).
Wenn die Flüssigkeit nicht verfügbar ist, wird diese bestimmte Peptidsynthese beendet (bei 82E). Die Interrupts dieses Peptids werden aufgehoben (bei 82F) und dem Bediener wird angezeigt oder gemeldet (bei 81B), daß der benötigte Behälter leer ist. Das Programm fährt mit dem Überwachen von Interrupts fort (bei 83B).
Zu beachten ist, daß in dieser Situation der Vorgang für alle anderen Peptidsynthesen im Prozeß weitergeht. Nur die Synthese, die eine Aminosäure von dem leeren Behälter erfordert, wird aufgehoben. Der Bediener ist in der Lage, den Behälter aufzufüllen und die aufgehobene Synthese wieder anzufangen.
Wenn davon ausgegangen wird, daß die geeignete Aminosäure verfügbar ist (bei 83E), dann veranlaßt der externe Computer den Peptidsynthetisierer oder -synthesizer, die richtige Menge zum Reaktionsgefäß zu übergeben (bei 82C). Wenn einmal die Aminosäure übergeben ist, wird der Kanal zum Reaktionsgefäß für spätere Operationen von jeglichem Fluid gereinigt (bei 82D). Die Fachleute erkennen ohne weiteres verschiedenartige Methoden zum Entleeren oder Reinigen des Kanals. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird Stickstoff in den Kanal gegeben, um ihn zu entleeren, gefolgt von einem Lösungsmittel, um ihn zu reinigen.
Nach dem Reinigen kehrt das Programm zurück, um einen weiteren Interrupt (bei 83B) abzuwarten.
Auf diese Weise erzeugt das Programm einen dynamischen Rahmen, durch den mehrere Peptide gleichzeitig und unabhängig erzeugt werden können.
9 ist Ablaufdiagramm der bevorzugten Betätigung des Peptidsynthetisierers oder -synthesizers.
Wenn einmal der Start (90) eingetreten ist, sucht das Programm nach eingehenden Mitteilungen und geht in einer Schleifen zurück (bei 91A), wenn noch keine erhalten wurden. Der Peptidsynthetisierer oder -synthesizer ist eine Nebenvorrichtung zum externen Computer und überprüft als solche eingehende Mitteilungen oder Meldungen, um zu bestimmen, was zu tun ist.
Wenn einmal eine Meldung empfangen wurde, wird die Art des Befehls (bei 91B) bestimmt. Befehle fallen allge mein in drei verschiedene Kategorien: Frage, Halt und Befehl.
Wenn die Meldung eine Frage ist, dann wird die Art der gesuchten Informations (91C) bestimmt. Fragen nach der Betriebsart erfordern, daß der Maschinenzustand (94B) zum externen Computer übertragen wird. Dann geht das Programm zurück, um weitere eingehende Meldungen 91A zu erwarten. Wenn die Frage Informationen über die Zuführungen innerhalb des Peptidsynthetisierers sucht, dann, wird die Verfügbarkeit der Aminosäuren (und anderer Flüssigkeiten) zurück zum externen Computer übertragen (bei 94A) und das Programm geht zurück, um weitere eingehende Meldungen zu erwarten.
Wenn die ankommende Meldung als ein Halt oder Stopp bestimmt wird (bei 91B), dann wird der Ablauf des Programms und infolgedessen der Synthesizer gestoppt oder angehalten (bei 92).
Wenn die ankommende Meldung als ein Befehl bestimmt wird (bei 91B), wird der Befehl analysiert, um zu bestimmen, welche Reaktionsgefäße betroffen sind und welche Zeit erforderlich ist, um die Aminosäure zu übertragen (bei 93A). Alle Ventile im Ventilblock sind geschlossen (bei 93B). Die geeigneten Ventile sind für die im Befehl (93C) spezifizierte Zeit geöffnet. Wenn einmal die richtige Menge von Aminosäure zum Reaktionsgefäß übertragen wurde, kehrt das Programm zurück, um eingehende Meldungen (91A) zu überwachen.
Auf diese Weise strukturiert das Programm den Peptidsynthetisierer oder -synthesizer, um nur auf die Befehle des externen Computers zu reagieren.
10 ist eine graphische Darstellung der bevorzugten Datenzeichenfolge, die vom Computer zur Steuerung des Peptidsynthesebetriebs verwendet wird.
Daten, die vom externen Computer zum Peptidsynthetisierer oder -synthesizer übertragen werden, sind als eine Zeichenfolge strukturiert, mit einem Datengruppen- oder Dateianfang 100 (Engl.: "Start of File" = SOF), der von N Vierzehn-Bit-Wörtern, wie 101A, 101B und 101C gefolgt ist. Die Übertragung wird durch ein Datengruppen- oder Dateiende 102 (Engl.: "End of File" = EOF) beendet.
Jedes der Vierzehn-Bit-Wörter 103 ist in eine Reaktionsgefäß-Identifikationszahl 104A (vier Bits), in eine Zufuhrmaterialzahl (fünf Bits) 104B und in einen Zeitwert (fünf Bits) 104C decodiert.
Die Reaktionsgefäßzahl oder -nummer gibt einen von aufeinanderfolgenden Werten an, die von 1 bis N gehen und die Nummer für die Reaktionsgefäße des einzelnen Peptidsynthetisierers oder -synthesizers sind. Infolgedessen würde das Reaktionsgefäß für Abschnitt 101A mit 0001 bezeichnet, für 101B ist die Reaktionsgefäßnummer 0010, usw.
Wenn mit einem bestimmten Reaktionsgefäß keine Tätigkeit ausgeführt werden muß, zeigt der Zufuhrmaterialabschnitt 00000 an. Andernfalls bezeichnet die Zufuhrmaterialzahl die Quelle des Stoffes (d. h. Aminosäure für Behälter sieben – "00111"), der in das bestimmte Reaktionsgefäß zu übertragen ist.
Die Zeit der Ventilöffnung ist in Zehntelsekunden angegeben. Diese Bedingung variiert mit den Kanalabmessungen im Ventilblock und dem Druck, der zum Übertragen der Flüssigkeit verwendet wird. Die Zeit wird verwen det, um einzustellen, wieviel Flüssigkeit übertragen wird.
11 ist eine graphische Darstellung der bevorzugten Befehlszeichenfolge, die vom Computer zum Leiten des Betriebs und zum Abrufen von angeforderten Zustandsinformationen des Peptidsynthetisierers oder -synthesizers verwendet wird.
Informationsnachfragen werden durch eine Zeichenfolge übertragen, die einen Datengruppen- oder Dateianfang 110 haben (Engl.: "Start of File" = SOF), der von einem Vierzehn-Bit-Befehl 111 und dann einem Datengruppen- oder Dateiende 112 (Engl.: "End of File" = EOF) gefolgt wird. Der Vierzehn-Bit-Befehl 113 setzt sich zusammen aus einem Vier-Bit-Identifizierungszeichen, das 0000 ist. Diese Struktur wird verwendet, um diese Art der Mitteilung von der in 10 dargestellten zu unterscheiden.
Der Wert des Zwei-Bit-Identifizierungszeichens 114B wird verwendet, um anzuzeigen, wenn ein Maschinenzustand, Zufuhrzustand, Betriebsbefehl oder eine Notfallabschaltung übertragen wird.
Das Befehlsidentifizierungszeichen 114C ist ein Acht-Bit-Befehl, der angibt, welcher Befehl auszuführen ist. Der Bereich der Befehle variiert stark von einer Ausführungsform zu einer anderen und die Befehle werden entsprechend eingestellt.
Zusammenfassend wird dazu eine Matrix aus Ventilen durch Verwendung eines Verbundes aus drei Schichten 22, 23, 24 mit einer zwischen zwei der Schichten zwischengelegten nachgiebigen Membrane 25A gebildet. Zufuhrkanäle 25B und Abgabekanäle 35A, 35B werden durch Ätzen, Fräsen oder andere derartige Mittel auf der mittleren, Schicht 23 geschaffen. Jeder Zufuhrkanal steht mit allen Abgabekanälen über eine Ventilstelle 32A in Verbindung, die über Pneumatikdruck 30A, 30B auf die nachgiebige Membrane geöffnet oder geschlossen wird. Die Bewegung der nachgiebigen Membrane wird durch Sog oder Druck bewirkt, wie er durch Löcher in der überlagernden Schicht übertragen wird. Auf diese Weise werden ausgewählte Zufuhr- und Abgabeleitungen durch geeigneten Sog verbunden, der auf die Membrane angesetzt wird. Der sich daraus ergebende Peptidsynthesizer oder DNA-Synthesizer liefert Aminosäuren 42 zu zwei oder mehr Reaktionsgefäßen 41 gleichzeitig. Der Computer 71 im Synthesizer öffnet wenigstens zwei Ventile, um es Aminosäuren zu ermöglichen, gleichzeitig zu wenigstens zwei verschieden Reaktionsgefäßen zu fließen. Die abgegebenen Aminosäuren bilden eine Teilmenge der verfügbaren, in den einzelnen Behältern gespeicherten Aminosäuren. Die Anzahl der Elemente in der Abgabeteilmenge ist so klein wie eine einzelne Aminosäure, oder so groß wie die Gesamtanzahl der verfügbaren Behälter. Auf diese Weise arbeitet jedes Reaktionsgefäß unabhängig und gleichzeitig in einem einzigen Peptidsynthesizer.
Es ist durch das Voranstehende deutlich, daß die vorliegende Erfindung einen stark verbesserten Peptidsynthetisierer oder -synthesizer mit der Fähigkeit schafft, gleichzeitig Peptide au synthetisieren oder aufzubauen.

Claims

Ventilsystem, umfassend a) einen Ventilblock (10) mit einer Mehrzahl von innerhalb desselben ausgebildeten Zuführkanälen (31), b) eine Mehrzahl von Abgabekanälen (36), die sich über eine Oberfläche des Ventilblocks (10) quer zu den Zuführkanälen (31) erstrecken, c) eine Matrix von Löchern(35), welche die Zuführkanäle (31) mit der Blockoberfläche verbinden, und d) eine Matrix von Ventilen zum Öffnen und Schließen der Fluidverbindung durch die Löcher (35), wobei die Ventile von einer die Blockoberfläche im wesentlichen überdeckenden nachgiebigen Schicht (25) und Einrichtungen gebildet sind, um an mindestens einer der Ventilstellen selektiv einen Unterdruck an die nachgiebige Schicht (25) anzulegen und durch lokale Verformung derselben mindestens einen Zuführkanal (31) mit mindestens einem Abgabekanal (36) zu verbinden.
Ventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilblock (10) umfaßt: a) eine erste Schicht (24) mit einer ersten im wesentlichen ebenen Oberfläche, b) eine über der ersten Oberfläche der ersten Schicht (24) angeordnete zweite Schicht (23), in der mindestens zwei Zuführkanäle (31) und mindestens zwei Abgabekanäle (36) ausgebildet sind und die mindestens vier Ventilstellen hat, um Fluid von jedem der Zuführkanäle (31) zu jedem der Abgabekanäle (36) zu übertragen, und c) eine über der zweiten Schicht (23) angeordnete dritte Schicht (22), die über den Ventilstellen der zweiten Schicht (23) gelegene Ventilöffnungen (33) und Hohlräume hat, d) wobei die nachgiebige Schicht (25) zwischen der zweiten Schicht 23 und der dritten Schicht (22) angeordnet ist und flexibel auf das Anlegen eines Unterdruckes so anspricht, daß ein Teil der nachgiebigen Schicht (25) in den Hohlraum gezogen und dadurch an dieser Ventilstelle eine Durchflußverbindung von einem der Zuführkanäle (31) zu einem der Abgabekanäle (36) geschaffen wird, und wobei die nachgiebige Schicht (25) auf das Anlegen eines Druckes dadurch anspricht, daß diese Ventilstelle gegen die Oberfläche der zweiten Schicht (23) gepreßt wird und dadurch die Durchflußverbindung von dem Zuführkanal (31) zu dem Abgabekanal (36) unterbricht.
Ventilsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine erste Schutzschicht (25B), die zwischen der ersten Schicht (24) und der zweiten Schicht (23) angeordnet ist, und eine zweite Schutzschicht umfaßt, die zwischen der nachgiebigen Schicht (25A) und der zweiten Schicht (23) angeordnet ist.
Ventilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (23) aus einem chemisch reaktionsbeständigen Material besteht.
Ventilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabekanäle (36) und die Ventilstellen (32A, B) auf einer den Zufuhrkanälen (31) gegenüberliegenden Seite angeordnet sind.
Ventilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es Einrichtungen zum Spülen der Abgabekanäle (36) enthält.
Ventilsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Spülen Einrichtungen zum Leiten von gasförmigem Stickstoff in die Abgabekanäle (36) enthalten.
Ventilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner enthält: a) Einrichtungen zum Einleiten eines flüssigen Reinigungsmittels an einem Ende jedes Abgabekanals (36), und b) einen Abfallbehälter, der wahlweise mit einem gegenüberliegenden zweiten Ende jedes Abgabekanals (36) in Verbindung steht.
Ventilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Hohlraum (32A, B) der dritten Schicht (22) einen Abschnitt der Ababekanäle (36) überlagert.
Synthesesystem, umfassend a) mindestens zwei Behälter (42), die verschiedene Reagenzien enthalten, b) mindestens zwei Reaktionsgefäße (41), c) einen Ventilblock (10) mit einer Mehrzahl von Ventilen, wobei der Ventilblock (10) mit den Behältern (42) und den Reaktionsgefäßen (41) in Fluidverbindung steht und die Übertragung eines Reagens von jedem der Behälter (42) zu jedem der Reaktionsgefäße (41) ermöglicht und d) eine Steuereinrichtung (50) zum selektiven und gleichzeitigen Öffnen mindestens zweier Ventile des Ventilblockes (10) der Art, daß Reagenzien gleichzeitig zu den Reaktionsgefäßen (41) strömen können.
Synthesesystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (50) Mittel zum selektiven Schließen eines offenen Ventils hat.
Synthesesystem nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch ein Ventilsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9.
Synthesesystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens zwei Sensoreinrichtungen (55) hat, von denen jede an einen der Behälter (42) angeschlossen ist, wobei die Sensoreinrichtungen (55) feststellen, wenn ein Behälter (42) leer ist, und Zustandsdaten, die auf den leeren oder vollen Zustand des Behälters (42) hinweisen, zu der Steuereinrichtung (50) übertragen.
Synthesesystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner eine Schnittstelle zu einer Bedienereinheit hat und daß die Steuereinrichtung (50) Einrichtungen zum Übermitteln von Betriebsdaten an die Bedienereinheit über die Schnittstelle enthält.
Synthesesystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ferner Einrichtungen (56) enthält um a) alle Ventile des Ventilblocks (10), die mit einem der Behälter (42) in Verbindung stehen, zu schließen, wenn die Daten von dem mit dem Behälter (42) verbundenen Sensoreinrichtungen (55) anzeigen, daß der Behälter (42) leer ist, und b) Daten über den Zustand des Behälters (42) über die Schnittstelle zu übermitteln.
Synthesesystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner Einrichtungen (56) hat, um das bestimmte Volumen eines den Ventilblock (10) durchströmenden Fluides zu ermitteln, wobei diese Einrichtungen mit der Steuereinrichtung (50) verbunden sind.
Synthesesystem nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner Vorrichtungen zum Übertragen einer Spaltsubstanz zu ausgewählten Reaktionsgefäßen (41) hat.
Synthesesystem nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Sythetisieren von DNA ausgebildet ist.