DE69212156T2

DE69212156T2 - Paralleler und sequentieller reaktor

Info

Publication number: DE69212156T2
Application number: DE69212156T
Authority: DE
Inventors: George Church; Stephen Kieffer-Higgins
Original assignee: Harvard College
Current assignee: Harvard College
Priority date: 1991-05-24
Filing date: 1992-05-22
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2012-05-23
Also published as: EP0586600A1; CA2109828A1; EP0586600B1; EP0586600A4; DE69212156D1; US5288468A; AU2170092A; WO1992021079A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft die gleichzeitige sequentielle Modifikation von auf mehr als einem Festphasensubstrat angeordneten Molekülen und insbesondere die gleichzeitige Synthese mehrerer Polymermoleküle.
Kürzliche Fortschritte in Molekularbiologie und Molekularmedizin haben einen beträchtlichen Bedarf für künstliche biologische Makromoleküle, insbesondere Peptide und Nukleinsäuren geschaffen.
Relevante Dokumente sind z.B. US-A-4,748,002, US-A-4,517,338, US-A-4,952,518, US-A-4,746,490 und WO-A-91/06558.

Zusammenfassung der Erfindung

Im allgemeinen stellt die Erfindung ein Verfahren und einen Reaktor zum sequentiellen Modifizieren eines an einen Festphasenträger angehefteten Moleküls dar. Der Reaktor umfaßt:
mehrere Substratträger, wobei jeder Substratträger einen Festphasenträger, an den ein zu modifizierendes Molekül angeheftet werden kann, tragen kann,
mehrere Reagenzkammern, wobei jede ein Reagenz zum Bewirken einer Modifizierung des Moleküls enthalten kann, und
Mittel, um jeden mehrerer ausgewählter Substratträger individuell in einen Reagenz-Kontakt-Modus und in einen Reagenz- Nicht-Kontakt-Modus mit jeder mehrerer ausgewählter Reagenzkammern zu bringen. Jeder der mehreren Substrattrager ist zum sequentiellen Kontakt mit dem Inhalt mehrerer Reagenzkammern fähig. Ein derartiger sequentieller Kontakt kann zur sequentiellen Modifizierung von an die Festphasenträger angehefteten Molekülen in den mehreren Substratträgern führen.
In bevorzugten Ausführungsformen umfaßt der Reaktor Mittel zum Steuern der Abfolge, in der die Reagenzkammern und die Substratträger in den Reagenz-Kontakt-Modus gebracht werden, und Mittel, um jeden mehrerer ausgewählter Substratträger individuell in einen Reagenz-Kontakt-Modus und in einen Reagenz- Nicht-Kontakt-Modus zu positionieren, und Mittel, um jede von mehreren ausgewählten Reagenzkammern relativ zu einem ausgewählten Substratträger zu positionieren, so daß, wenn der ausgewählte Substratträger im Reagenz-Kontakt-Modus ist, der ausgewählte Substratträger mit dem Inhalt einer ausgewählten Reagenzkammer in Kontakt steht, und wenn der ausgewählte Substratträger im Reagenz-Nicht-Kontakt-Modus ist, der ausgewählte Substratträger mit dem Inhalt der ausgewählten Reagenzkammer nicht in Kontakt steht.
Andere bevorzugte Ausführungsformen schließen diejenigen ein, bei denen: der Reaktor gleichzeitig ein erstes Molekül auf einem ersten Substratträger und ein zweites Molekül auf einem zweiten Substratträger modifizieren kann, und der Reaktor gleichzeitig Modifizierungen in unterschiedlichen Reagenzkammern durchführen kann.
Andere bevorzugte Ausführungsformen schließen diejenigen ein, bei denen: die Modifizierung das Hinzufügen einer monomeren Untereinheit an ein Nukleinsäuremolekül umfaßt, die Substratträger einen Festphasenträger tragen können, welcher geeignet ist die Synthese des Nukleinsäuremoleküls zu fördern, und wobei der Reaktor eine ausreichende Anzahl von Reagenzkammern umfaßt um eine Abfolge von Reaktionen durchzuführen, die zur Synthese eines Nukleinsäuremoleküls auf einem der Substratträger führen; der Reaktor gleichzeitig ein erstes Oligomer auf einem ersten Substratträger und ein zweites Oligomer auf einem zweiten Substratträger synthetisieren kann, wobei das erste und das zweite Oligomer sich in der Sequenz von Untereinheiten unterscheiden; und der Reaktor gleichzeitig eine Reaktion in der Synthese des ersten Oligomers und eine Reaktion in der Synthese des zweiten Oligomers in unterschiedlichen Reagenzkammern durchführen kann.
Andere bevorzugte Ausführungsformen schließen diejenigen ein, bei denen: die Substratträger einen Festphasenträger tragen können, welcher geeignet ist die Synthese eines Proteinmoleküls zu fördern, wobei die Modifizierung das Hinzufügen einer monomeren Untereinheit an das Proteinmolekül umfaßt, und der Reaktor eine ausreichende Anzahl von Reagenzkammern umfaßt um eine Abfolge von Reaktionen durchzuführen, die zur Synthese eines Proteinmoleküls auf einem der Substratträger führt; der Reaktor gleichzeitig ein erstes Protein auf einem ersten Substratträger und ein zweites Peptid auf einem zweiten Substratträger synthetisieren kann, wobei das erste und das zweite Oligomer sich in der Sequenz von Untereinheiten unterscheiden; und der Reaktor gleichzeitig eine Reaktion in der Synthese des ersten Proteins und eine Reaktion in der Synthese des zweiten Proteins in unterschiedlichen Reagenzkammern durchführen kann.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen umfaßt der Reaktor Mittel zum Zuführen von Reagenz an eine und zum Entfernen von Reagenz aus einer Reagenzkammer.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen umfaßt der Reaktor: einen Computer um das Positionieren mehrerer der Substratträger und das Positionieren mehrerer der Reagenzkammern zu steuern; wobei der Computer so programmiert ist, um eine Abfolge von Positionierungen eines ersten Substratträgers relativ zu mehreren Reagenzkammern zu bewirken, wobei die Abfolge eine gewünschte Abfolge von Modifizierungen eines Polymermoleküls in einem ersten Substratträger bewirken kann; der Computer so programmiert ist, um eine Abfolge von Positionierungen eines zweiten Substratträgers relativ zu mehreren Reagenzkammern zu bewirken, wobei die Abfolge eine gewünschte Abfolge von Modifizierungen eines zweiten Polymermoleküls in einem zweiten Substratträger bewirken kann; der Computer so programmiert ist, daß das erste Polymermolekül eine vom zweiten Polymermolekül unterschiedliche Abfolge monomerer Untereinheiten umfaßt; der Computer so programmiert ist, daß mindestens eine Reaktion in der Modifizierung des ersten Polymermoleküls und eine Reaktion in der Modifizierung des zweiten Polymermoleküls gleichzeitig durchgeführt werden; ein Computer so programmiert ist, daß die gleichzeitig ablaufenden Reaktionen in unterschiedlichen Reagenzkammern durchgeführt werden, und der Computer so programmiert ist, daß die gleichzeitig ablaufenden Reaktionen in der selben Reagenzkammer durchgeführt werden.
In nochmals anderen Ausführungsformen umfaßt der Reaktor: Mittel zum Positionieren jeder von mehreren Reagenzkammern, umfassend einen beweglichen Träger, der mehrere Reagenzkammern umfaßt, wobei individuelle Positionierungsmittel relativ zu dem beweglichen Träger angeordnet sind, so daß die Wirkung eines individuellen Positionierungsmittels den übergang vom Reagenz- Nicht-Kontakt-Modus zum Reagenz-Kontakt-Modus eines ausgewählten Substratträgers bezüglich einer ausgewählten Reagenzkammer verursacht, und die Bewegung des beweglichen Trägers festlegt welche von mehreren Reagenzkammern die ausgewählte Reagenzkammer bezüglich eines ausgewählten Substratträgers ist; der Reaktor gleichzeitig ein erstes Molekül auf einem ersten Substrattrbger und ein zweites Molekül auf einem zweiten Substratträger modifizieren kann; das individuelle Positionierungsmittel so angeordnet ist, daß ein erster Substratträger und ein zweiter Substratträger gleichzeitig bezüglich einer ersten ausgewählten Reagenzkammer in den Reagenz-Kontakt-Modus gebracht werden können; und ein dritter Substratträger gleichzeitig bezüglich einer zweiten ausgewählten Reaktionskammer in den Reagenz- Kontakt-Modus gebracht werden kann.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung stellt der Reaktor einen Nukleinsäureoligomersynthesizer dar. Der Synthesizer umfaßt: mehrere bewegliche diskrete Oberflächen, welche geeignet sind ein Substrat zur Festphasensynthese eines Nukleinsäureoligomers zu halten, ein bewegliches Reagenzkammermodul, das mehrere Reagenzkammern umfaßt, wobei das Modul zu einer Bewegung fähig ist, so daß eine der Kammern als eine ausgewählte Reagenzkammer festgelegt werden kann, und Mittel zum Bewegen der diskreten Oberflächen, um sie mit dem Inhalt der Reagenzkammern in Kontakt zu bringen. Die mehreren diskreten Oberflächen sind so angeordnet, daß eine erste ausgewählte Oberfläche mit dem Inhalt einer ersten ausgewählten Reagenzkammer in Kontakt gebracht werden kann und eine zweite ausgewählte Oberfläche mit dem Inhalt einer zweiten ausgewählten Reagenzkammer in Kontakt gebracht werden kann. Eine Reagenzkammer wird ausgewählt durch Bewegen des Moduls derart, daß die ausgewählten Oberflächen mit dem Inhalt einer ausgewählten Reagenzkammer in Kontakt gebracht werden können. Die Bewegung jeder mehrerer Oberflächen, um sie mit dem Inhalt einer Reagenzkammer in Kontakt zu bringen, unterliegt individueller Steuerung. Eine Abfolge von Kontäkten zwischen einer Oberfläche und mehreren Reagenzkammern ist zur Synthese eines Nukleinsäureoligomers auf einer der Oberflächen fähig.
Bevorzute Ausführungsformen umfassen Mittel zum Zuführen von Reagenz an eine und zum Entfernen von Reagenz aus einer Reagenzkammer.
Andere bevorzugte Ausführungsformen schließen diejenigen ein, bei denen: der Synthesizer einen Computer umfaßt um das Positionieren mehrerer der Oberflächen und das Positionieren mehrerer der Reagenzkammern zu steuern; wobei der Computer so programmiert ist, um eine Abfolge von Kontakten zwischen einer ausgewählten Oberfläche und mehreren ausgewählten Reagenzkammern zu bewirken, wobei die Abfolge fähig ist ein erstes Oligomer auf der ausgewählten Oberfläche zu synthetisieren; die Abfolge weiterhin fähig ist ein zweites Oligomer auf einer zweiten ausgewählten Oberfläche zu synthetisieren; der Computer so programmiert ist, daß das erste Oligomer eine vom zweiten Oligomer unterschiedliche Abfolge monomerer Untereinheiten umfaßt; der Computer so programmiert ist, daß mindestens eine monomere Untereinheit des ersten Oligomers und eine monomere Untereinheit des zweiten Oligomers gleichzeitig hinzugefügt werden; der Computer so programmiert ist, daß die gleichzeitigen Hinzufügungen in unterschiedlichen Reagenzkammern durchgeführt werden, und der Computer so programmiert ist, daß die gleichzeitigen Hinzufügungen in der selben Reagenzkammer durchgeführt werden.
Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur sequentiellen Modifizierung eines an einen Festphasenträger angehefteten Moleküls. Das Verfahren umfaßt: das Bereitstellen mehrerer Substratträger, wobei jeder Substratträger einen Festphasenträger tragen kann, an den ein zu modifizierendes Molekül angeheftet werden kann, das Bereitstellen mehrerer Reagenzkammern, wobei jede ein Reagenz zum Bewirken einer Modifizierung des Moleküls enthalten kann, und das Bereitstellen eines Mittels, um jeden mehrerer ausgewählter Substratträger mit jedem von mehreren ausgewählten Reagenzkammern in einen Reagenz- Kontakt-Modus und in einen Reagenz-Nicht-Kontakt-Modus zu positionieren; und das sequentielle Inkontaktbringen jedes der mehreren Substratträger mit dem Inhalt von mehreren der Reagenzkammern, wobei die sequentiellen Kontakte, zur sequentiellen Modifizierung von an die Festphasenträger angehefteten Molekülen auf den mehreren Substratträgern führen können.
Bevorzugte Ausführungsformen umfassen: das Steuern der Abfolge, in der die Reagenzkammern und die Substratträger in den Reagenz- Kontakt-Modus gebracht werden, und das Bereitstellen von Mitteln, um jeden mehrerer ausgewählter Substratträger individuell in einen Reagenz-Kontakt-Modus und in einen Reagenz- Nicht-Kontakt-Modus zu positionieren, und Mittel, um jede von mehreren ausgewählten Reagenzkammern relativ zu einem ausgewählten Substratträger zu positionieren, so daß, wenn der ausgewählte Substratträger im Reagenz-Kontakt-Modus ist, der ausgewählte Substratträger mit dem Inhalt einer ausgewählten Reagenzkammer in Kontakt steht, und wenn der ausgewählte Substratträger im Reagenz-Nicht-Kontakt-Modus ist, der ausgewählte Substratträger mit dem Inhalt der ausgewählten Reagenzkammer nicht in Kontakt steht.
Andere bevorzugte Ausführungsformen umfassen: das gleichzeitige Modifizieren eines ersten Moleküls auf einem ersten Substratträger und eines zweiten Moleküls auf einem zweiten Substratträger, und das Durchführen der gleichzeitig ablaufenden Modifizierungen in unterschiedlichen Reagenzkammern.
Andere bevorzugte Ausführungsformen umfassen: das synthetisieren eines Nukleinsäuremoleküls, wobei (als die Modifizierung) eine monomere Untereinheit an das Nukleinsäuremolekül hinzugefügt wird, das Bereitstellen von Substratträgern, die fähig sind einen Festphasenträger zu tragen, welcher geeignet ist die Synthese des Nukleinsäuremoleküls zu fördern, und das Bereitstellen einer ausreichenden Anzahl von Reagenzkammern, um eine Abfolge von Reaktionen durchzuführen, die zur Synthese eines Nukleinsäuremoleküls auf einem der Substratträger führt.
Andere bevorzugte Ausführungsformen umfassen: das gleichzeitige Synthetisieren eines ersten Oligomers in einem ersten Substratträger und eines zweiten Oligomer in einem zweiten Substratträger, wobei das erste und das zweite Oligomer sich in der Sequenz von Untereinheiten unterscheiden; und das gleichzeitige Durchführen einer Reaktion in der Synthese des ersten Oligomers und einer Reaktion in der Synthese des zweiten Oligomers in unterschiedlichen Reagenzkammern.
Andere bevorzugte Ausführungsformen umfassen: das Synthetisieren eines Proteinmoleküls, wobei (als die Modifizierung) eine monomere Untereinheit an das Proteinmolekül hinzugefügt wird, das Bereitstellen von Substratträgern, die fähig sind einen Festphasenträger zu tragen, welcher geeignet ist die Synthese eines Proteinmoleküls zu fördern, und das Bereitstellen einer ausreichenden Anzahl von Reagenzkammern, um eine Abfolge von Reaktionen durchzuführen, die zur Synthese eines Proteinmoleküls auf einem der Substratträger führt.
Andere bevorzugte Ausführungsformen umfassen: das Bereitstellen von Mitteln zum Zuführen von Reagenz an eine und zum Entfernen von Reagenz aus einer Reagenzkammer; Steuern des Positionierens mehrerer der Substratträger und des Positionierens mehrerer der Reagenzkammern mit einem Computer; das Bewirken mittels des Computers einer Abfolge von Positionierungen eines ersten Substratträgers relativ zu mehreren Reagenzkammern, wobei die Abfolge eine gewünschte Abfolge von Modifizierungen eines Polymermoleküls auf einem ersten Substratträger bewirken kann; das Bewirken mittels des Computers einer Abfolge von Positionierungen eines zweiten Substratträgers relativ zu mehreren Reagenzkammern, wobei die Abfolge eine gewünschte Abfolge von Modifizierungen eines zweiten Polymermoleküls auf einem zweiten Substratträger bewirken kann; und das Bewirken mittels des Computers einer Abfolge von Positionierungen, so daß das erste Polymermolekül eine vom zweiten Polymermolekül unterschiedliche Sequenz monomerer Untereinheiten umfaßt; das Durchführen einer Abfolge, wobei mindestens eine Reaktion in der Modifizierung des ersten Polymermoleküls und eine Reaktion in der Modifizierung des zweiten Polymermoleküls gleichzeitig durchgeführt werden; das Durchführen einer Abfolge, wobei die gleichzeitig ablaufenden Reaktionen in unterschiedlichen Reagenzkammern durchgeführt werden, und das Durchführen einer Abfolge, wobei die gleichzeitig ablaufenden Reaktionen in der selben Reagenzkammer durchqeführt werden.
Nochmals andere bevorzugte Ausführungsformen umfassen: das Bereitstellen des Mittels zum Positionieren jeder von mehreren Reagenzkammern als einen beweglichen Träger, der mehrere Reagenzkammern umfaßt, wobei individuelle Positionierungsmittel relativ zu dem beweglichen Träger angeordnet sind, so daß die Wirkung eines individuellen Positionierungsmittels den Übergang vom Reagenz-Nicht-Kontakt-Modus zum Reagenz-Kontakt-Modus eines ausgewählten Substratträgers bezüglich einer ausgewählten Reagenzkammer verursacht, und das Bewegen des beweglichen Trägers, um festzulegen welche von mehreren Reagenzkammern die ausgewählte Reagenzkammer bezüglich eines ausgewählten Substratträgers ist; und das gleichzeitige Modifizieren eines ersten Moleküls auf einem ersten Substratträger und eines zweiten Moleküls auf einem zweiten Substratträger; das Anordnen des individuellen Positionierungsmittels, so daß ein erster Substratträger und ein zweiter Substratträger gleichzeitig bezüglich einer ersten ausgewählten Reagenzkammer in den Reagenz-Kontakt-Modus gebracht werden können; das Anordnen der Matrix von individuellen Positionierungsmitteln, so daß ein erster Substratträger und ein zweiter Substratträger gleichzeitig bezüglich einer ersten Reagenzkammer in den Reagenz-Kontakt-Modus gebracht werden können; das gleichzeitige Positionieren eines dritten Substratträgers bezüglich einer zweiten Reaktionskammer in den Reagenz-Kontakt-Modus.
Andere bevorzugte Ausführungsformen umfassen: das gleichzeitige Synthetisieren eines ersten Proteins auf einem ersten Substratträger und eines zweiten Peptids auf einem zweiten Substratträger, wobei das erste und das zweite Oligomer sich in der Sequenz von Untereinheiten unterscheiden; und das gleichzeitige Durchführen einer Reaktion in der Synthese des ersten Proteins und einer Reaktion in der Synthese des zweiten Proteins in unterschiedlichen Reagenzkammern.
Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zum Synthetisieren eines Nukleinsäureoligomers. Das Verfahren umfaßt: das Bereitstellen mehrerer beweglicher diskreter Oberflächen, welche geeignet sind ein Substrat zur Festphasensynthese eines Nukleinsäureoligomers zu halten, das Bereitstellen eines beweglichen Reagenzkammermoduls, das mehrere Reagenzkammern umfaßt, wobei das Modul zu einer Bewegung fähig ist, so daß eine bestimmte Kammer als eine ausgewählte Kammer festgelegt werden kann, das Bereitstellen von Mitteln zur Bewegung der diskreten Oberflächen, um sie mit dem Inhalt der Reagenzkammern in Kontakt zu bringen, wobei die mehreren diskreten Oberflächen so positioniert werden, daß eine erste ausgewählte Oberfläche mit dem Inhalt einer ersten ausgewählten Reagenzkammer in Kontakt gebracht werden kann und eine zweite ausgewählte Oberfläche mit dem Inhalt einer zweiten Reagenzkammer in Kontakt gebracht werden kann; das Auswählen einer Reagenzkammer durch Bewegen des Moduls derart, daß die ausgewählten Oberflächen mit dem Inhalt einer ausgewählten Reagenzkammer in Kontakt gebracht werden können; und das Bewegen jeder mehrerer individuell steuerbarer Oberflächen, um sie mit dem Inhalt mehrerer Reagenzkammern in Kontakt zu bringen, um eine Abfolge von Kontakten zwischen Oberflächen und Reagenzkammern zu bewirken, welche zur Synthese eines Nukleinsäuremokeüls auf einer der Oberflächen fähig ist.
Bevorzugte Ausführungsformen umfassen: das Bereitstellen von Mitteln zum Zuführen von Reagenz an eine und zum Entfernen von Reagenz aus einer Reagenzkammer.
Andere bevorzugte Ausführungsformen umfassen: das Bereitstellen eines Computers, um das Positionieren mehrerer der Oberflächen und das Positionieren mehrerer der Reagenzkammern zu steuern; das Bewirken, mittels Computer, einer Abfolge von Kontakten zwischen einer ausgewählten Oberfläche und mehreren ausgewählten Reagenzkammern, wobei die Abfolge ein erstes Oligomer auf der ausgewählten Oberfläche synthetisieren kann, das Bewirken, mittels Computer, einer Abfolge welche weiterhin ein zweites Oligomer, bevorzugt mit einer vom ersten Oligomer unterschiedlichen Sequenz auf einer zweiten ausgewählten Oberfläche synthetisieren kann; das Bewirken, mittels Computer, einer Abfolge, wobei mindestens eine monomere Untereinheit des ersten Oligomers und eine des zweiten Oligomers gleichzeitig in der selben oder in unterschiedlichen Reagenzkammern hinzugefügt werden.
Die Erfindung umfaßt auch modifizierte Moleküle, z.B. Nukleinsäureoligomere oder Proteinmoleküle, die durch die hierin beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind.
Sequentielles Modifizieren, wie hierin verwendet, bedeutet das Durchführen von mindestens zwei Modifizierungen, von denen eine vor der anderen begonnen wird.
Das Modifizieren eines Moleküls, wie hierin verwendet, bedeutet das Bewirken einer chemischen Veränderung im Molekül, z.B. das Aufbrechen einer kovalenten oder nichtkovalenten Bindung im Molekül, das Hinzufügen oder Entfernen einer Komponente oder einer monomeren Untereinheit oder das Abspalten eines Moleküls von einem Substrat oder das Verändern der Umgebung des Moleküls, z.B. durch Ändern der Reinheit oder der Konzentration des Moleküls.
Gleichzeitig, wie hierin verwendet, bedeutet zeitlich überlappend.
Eine Reaktion, wie hierin verwendet, ist ein Ereignis bei dem ein Molekül modifiziert wird.
Verfahren und Vorrichtungen der Erfindung sehen die rasche, einfache und ökonomische gleichzeitige Synthese mehrerer DNA- Oligomere vor. Die Erfindung erfordert kein arbeitsaufwendiges Füllen von Säulen oder Sortieren von Papiersubstraten und reduziert den Reagenzienabfall auf ein Minimum. Eine große Anzahl von Oligomeren wird gleichzeitig und physikalisch voneinander getrennt hergestellt.
Die Erfindung ist insbesondere nützlich, wenn 1-500 pMol DNA erwünscht sind, z.B. zur Verwendung bei DNA-Sequenzierung, Hybridisierungstests, diagnostischen Verfahren, Polymerase- Kettenreaktions-Verfahren, Gensynthese und stellenspezifischer Mutagenese (site directed mutagenesis).
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den Ansprüchen ersichtlich werden.

Ausführliche Beschreibung

Zunächst werden die Zeichnungen beschrieben.

Zeichnungen

Fig. 1 ist ein kombiniertes Block-Bild-Diagramm einer Ausführungsform des Reaktors der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Teils des Reaktors;
Fig. 3A ist einen Aufriß des Muldenmoduls von oben;
Fig. 3B ist einen Aufriß des Muldenmoduls von vom;
Fig. 3C ist einen Aufriß des Muldenmoduls von hinten;
Fig. 3D ist einen Aufriß des Muldenmoduls von der Seite;
Fig. 4 ist eine Ansicht des Reaktors von der Seite;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht des Muldenmoduls und dazugehöriger Strukturen von unten;
Fig. 6 ist ein Diagramm des Reagentienreservoir- und -fördersystems;
Fig. 7 ist ein Aufriß in teilweiser Explosionsdarstellung einer Solenoid-Kolben-Reagenzspitzen-Anordnung;
Fig. 8 ist ein Schaltplan der Anschlußplatte der OM-915 Steuereinheit;
Fig. 9 ist ein Schemadiagramm des Ventilblocks;
Fig. 10 ist ein Schemadiagramm der Verdrahtung für die Syntheseeinheit;
Fig. 11 ist ein Flußdiagramm fur ein zur Verwendung mit dem Reaktor geeignetes Computerprogramm; und
Fig. 12 ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht, die die Anordnung der Solenoid-Anordnungen untereinander und bezüglich des Wannenmoduls zeigt.

DNA-Synthesizer: Überblick

Nachstehend ist ein DNA-Synthesizer beschrieben, welcher zur gleichzeitigen Synthese einer großen Anzahl unterschiedlicher Oligomere fähig ist. Die Vorrichtung umfaßt sechs diskrete Oberflächen, auf denen Oligomere synthetisiert werden können. (Obwohl die hierin diskutierte Ausführungsform sechs Syntheseoberflächen aufweist, wird sie wie nachstehend beschrieben auf einfache Weise modifiziert um viele weitere Oberflächen zu umfassen, wodurch die gleichzeitige Synthese einer wesentlich größeren Anzahl von Oligomeren gestattet wird.) Die Oberflächen weisen einen Festphasenträger auf, der zur Synthese von an ihm angehefteter DNA fähig ist. Die Vorrichtung umfaßt auch eine Anzahl von Reagenzkammern, welche die in den Synthesereaktionen verwendeten Reagentien aufnehmen. Das sequentielle Hinein- und Herausbewegen einer Oberfläche in bzw. aus Reaktionskammern führt zu der passenden Abfolge von Reaktionen für die Synthese eines Oligomers der gewünschten Sequenz. Durch Bewegen der individuellen Oberflächen und der Kammern erlaubt die Vorrichtung die individuelle Steuerung des Kontakts jeder Oberfläche mit jeder Reagenzkammer.
Jede diskrete Oberfläche ist auf der Spitze einer Solenoid- Kolben-Anordnung getragen, wobei die Solenoidwirkung fähig ist, die Spitze anzuheben oder abzusenken. Die Solenoid-Kolben- Anordnungen sind in einer Matrix von Reihen überhalb einer Matrix von Reagenzkammern angeordnet. Die Reagenzkammern bestehen aus Wannen, die in die Oberfläche eines Blocks aus inertem Kunststoff eingelassen sind. Der Block kann mittels eines Schrittmotors bewegt werden, um den Zugang einer Reihe von Solenoid-getragenen Spitzen zu einer gegebenen Reagenzwanne zu erlauben. Bei Absenkung taucht eine Oberfläche (oder Spitze) in den Inhalt der unter ihr angeordneten Reagenzkammer ein.
Die Spitzen in einer Reihe werden durch die Wirkung der Solenoide entweder in die Wanne unter ihnen getaucht oder überhalb der Wanne gehalten und somit nicht in die Wanne getaucht, in Abhängigkeit davon, ob die Sequenz des aufzubauenden Moleküls einen Kontakt mit dem Reagenz in der Wanne erfordert. Spitzen in benachbarten Reihen werden überhalb entsprechend benachbarten Wannen angeordnet. Das Eintauchen von Oberflächen wird individuell gesteuert und erfolgt gleichzeitig, so daß unterschiedliche Reaktionen, d.h. Reaktionen in unterschiedlichen Wannen gleichzeitig stattfinden.
Die Vorrichtung umfaßt auch ein System von Ventilen, Leitungen und Reservoirs, um die Wannen mit Reagentien zu versorgen, einen Motor, um den Wannenblock zu bewegen und einen Computer und eine Schnittstelle, um die Funktion der Solenoide, der Ventile, des Wannenblocks zu steuern. Der Computer, der mit der Sequenz des an jeder Spitze zu synthetisierenden Oligomers programmiert ist, erzeugt Anweisungen für die passende Eintauchabfolge, die Wannenbewegung und die Ventilsteuerung, um die gewünschten Synthesereaktionen zu bewirken, d.h. um die gleichzeitige Synthese spezifischer Oligomere auf spezifischen Oberflächen zu bewirken.

Struktur und Betrieb

Wie in Fig. 1 gezeigt und nachstehend ausführlicher beschrieben, sind die Hauptkomponenten des automatisierten Synthesizers 10 die Wannenanordnung 20, das Reagenzvorrats- und -fördersystem 30, die Solenoidmatrix 40, das gasdichte Gehäuse 50, der Ventilblock 60, der Motor 70, der Computer 80 und die Steuereinheit 90.

Wannenanordnung

Die Wannenanordnung stellt Reagenzwannen bereit, die beweglich unterhalb einer Matrix von auf Solenoiden befestigten Syntheseoberflächen positioniert werden können. Reagenzwannen sind auf einem Trägerblock angeordnet, der durch einen Schrittmotor bewegt wird.
Mit Bezug auf Fig. 2 umfaßt die Wannenanordnung ein Wannenmodul 20, die Befestigungsanordnung 30, Lagerböcke 40, Laufschienen 50, den Antriebsriemen 60, Rollen 70 und den Schrittmotor 80.
Das Wannenmodul, wie in Fig. 3 gezeigt, wurde aus einem massiven Polypropylenblock gefräst, obwohl jedes ähnliche inerte Material geeignet ist. Das Wannenmodul 20 hat eine Länge von 5 Zoll, eine Tiefe von 1,275 Zoll ( 32,4 mm) und eine Breite von 3,375 Zoll ( 85,7 mm). Die Wannen 30, die in die Oberseite 25 (Fig. 3A) des Wannenmoduls 20 gefräst sind, sind mit 12, 10, 8, 4, 3, 2, 1 bezeichnet. Mit Ausnahme von Wanne Nr. 8 sind die Wannen an der Basis auf einen 60º Winkel gefräst und 5 mm tief. Wanne Nr. 8 ist zur Erleichterung eines höheren Volumens an Reagenzfluß während des Detritylierungsschrittes am Boden rund ausgebildet und 8 mm tief. Die Wannen 30 sind zur Kompatibilität mit dem Abstand, der in kommerziell verfügbarer Laborausrüstung mit 96 Vertiefungen angetroffen wird, mit einem Mittenabstand von 9 mm angeordnet. Die Reagenzeinlaßöffnungen 40, die an der Vorderseite 45 (Fig. 3B) des Wannenmoduls 20 angeordnet sind, und die Reagenzzufuhrleitungen 50 erlauben die Zufuhr von Reagentien zu den Wannen 30. Die Reagenzeinlaßöffnungen 40 sind für Standard-1/4" 28 -Verbindungen mit Gewinden versehen. Die an der Rückseite 65 (Fig. 3C) des Wannenmoduls angeordneten Reagenzauslaßöffnungen 60 und die Auslaßleitungen 70 erlauben das Entfernen von Reagentien aus den Wannen 30. Die Reagenzauslaßöffnungen 60 sind für Standard-1/4" 28 -Verbindungen mit Gewinden versehen.
Wie in Fig. 3D gezeigt sollte die Unterseite 80 der Reagenzeinlaß- und auslaßöffnungen flach sein, um eine gute Dichtung mit Standard-1/4" 28 -Verbindern zu erlauben. Alle öffnungen und Leitungen sollten so ausgelegt sein, um das Totvolumen des Systems auf ein Minimum zu reduzieren, während sie noch angemessene Fließraten erlauben. Ihre Oberflächen sollten glatt sein, um das Waschen zu erleichtern und Kontamination auf ein Minimum zu reduzieren.
Wie in den Figuren 2, 4 und 5 gezeigt, ist das Wannenmodul 20 auf Lagerböcken 40 (TWN-4-ADJ Super-Kugellaufbuchsen- Doppellagerbock, Atlantic/Tracy Inc.) befestigt, um die Bewegung des Wannenmoduls 20 auf den Laufschienen 50 zu erlauben. Die Befestigungsanordnung 30 umfaßt zwei 1/8 Zoll ( 3,2 mm) Aluminiumplatten 35, an denen das Wannenmodul 20 fest, aber entfernbar befestigt ist. Die Lagerböcke 40 sind an der Unterseite 38 der Befestigungsanordnung 30 befestigt. Die Laufschienen 50 erstrecken sich durch die Lagerböcke 40 hindurch. Der Antriebsriemen 60 ist fest mit der Antriebsriernenverankerung 65 verbunden und wird von den Rollen 70 in Position gehalten. Eine Winkelverschiebung der Hauptantriebsrolle 85 des Schrittmotors 80 wird durch den Antriebsriernen 60 in eine transversale Verschiebung des Wannenmoduls 20 entlang der Laufschienen 50 umgesetzt.
Die Hauptantriebsrolle 85 ist so nahe wie möglich an der Rückplatte 90 des gasdichten Gehäuses angeordnet. Der Antriebsriernen 60 wird so geführt, daß er die Solenoidmatrix, die mit der Wanneneinheit verbundenen Reagenzzufuhr- oder -auslaßleitungen oder andere Elemente der Vorrichtung nicht stört. Der Antriebsriemen 60 ist so nahe wie möglich an den Wänden des gasdichten Gehäuses angeordnet, und so nahe wie möglich an der Basisplatte 100, und wird entlang der Mittelachse der Basisplatte 100 zu der Wanneneinheit geführt. Notschalter sind geeignet angebracht um die Wegstrecke der Wanneneinheit zu begrenzen und zu verhindern, daß sie auf eine der Seitenplatten 110 aus Glas auftrifft.

Reagenzreservoir- und -fördersystem

Das Reagenzreservoir- und -fördersystem sorgt für die Zufuhr und Entfernung von Reagentien, d.h. Monomer, Oxidationsmittel und Spülmitteln zu den Monomerwannen.
Wie in Fig. 6 gezeigt umfaßt das Reagenzreservoir- und Fördersystem 10 die Gasquelle 20, Zumeßventile 30, Reagenzreservoirs 40, 42, 44 und 46, Monomerreservoirs 50, 52, 54 und 56, Gasleitungen 60, Zufuhrleitungen 70, Durchgangsventile 80, Reagenzeinlaß-Verbinder 90 (mit der Vorderseite 95 des Wannenmoduls verbunden), Reagenzauslaß- Verbinder 100 (mit der Rückseite 105 des Wannenmoduls verbunden), Auslaßleitungen 110, das Dreiwegeventil 120, die Vakuumfalle 130 und die Vakuumquelle 140.
Die treibende Kraft für den Transfer von Reagentien aus ihren Reservoirs durch die Zufuhrleitungen zu den Reagenzeinlaß- Verbindern (und somit zu den Wannen des Wannenmoduls) liefert Gasdruck aus der Gasquelle 20. Die treibende Kraft für das Entfernen von Reagenz oder Monomer von einer Wanne wird durch eine Vakuumquelle bereitgestellt. Die Zufuhr oder Entfernung eines Reagenzes wird durch Öffnen und Schließen geeigneter Ventilgruppen gesteuert. Wie nachstehend beschrieben unterliegt der Betrieb der Ventile Computersteuerung.
Argon ist ein geeignetes Inertgas zur Verwendung im Reagenzreservoir- und -fördersystem. Ein 2-Stufen Standardregler wird verwendet um ultra-reines Argon aus dem Vorratstank mit etwa 10 psi ( 70 KPa) freizusetzen. Die Leitungen, die den Monomerreservoirs Argon zuführen, werden auf 6 psi ( 42 kPa) eingestellt. Die Monomere und Tetrazol werden aus den Flaschen, in denen sie geliefert werden, entnommen. Argondruck wird ihnen mittels einer 20er 1 1/2" Nadel zugeführt, die an einem Luer(w/lock)-1/4"24 Außenadapter befestigt ist, welcher mit dem passenden allgemeinen Ventilverbinder verbunden ist. Die anderen Reagentien werden in Kontes HPLC/Synthesizer Vorratsgefäßen aufbewahrt. Argon wird diesen Vorratsgefäßen direkt über Einlaßöffnungen in den Deckeln der Vorratsgefäße mit 3 psi zugeführt.

Solenoide und Solenoidmatrix

Die unteren Spitzen der Solenoid-Kolben-Anordnungen (auf denen die Syntheseoberflächen angebracht sind) können durch die Wirkung der Solenoide in die Reagenzwannen getaucht werden. Die Positionierung der Solenoidmatrix gewährleistet zusammen mit der zulässigen Wegstrecke des Wannenmoduls, daß jede Solenoidreihe Zugang zu jeder Wanne auf dem Wannenmodul hat.
Eine Solenoid-Kolben-Reagenzstift-Anordnung 10 ist in Fig. 7 gezeigt. Die Anordnung umfaßt das Solenoid 20, den Kolben 30, den Haltering 40, den Verbindungsstab 50, den Adapter 60, die Stiftbuchse 70, den Stift 80 und die Reagenzspitze 90.
Ein Guardian T 3.5 X 9-C12D 12 Volt Dauergleichspannung Röhrensolenoid ist ein geeignetes Solenoid. Der Haltering 40 kann aus Polypropylen hergestellt sein, z.B. eine 1 Millimeter dicke, von einer Ramm RT96 Pipettenspitze abgeschnittene Scheibe. Der Verbindungsstab so ist ein Plastikschaft, der beispielsweise aus dem Verdrängerkolben einer Gilson CP-250 Pipette hergestellt sein kann. Der biegsame Adapter 60 kann aus einem biegsamen Schlauchstück hergestellt sein, beispielsweise Cole-Parmer 1/32 X 3/32 C-Schlauch. Die Stiftbuchse 70 kann aus den letzten sechs Millimetern einer Ramm RT96 Pipettenspitze hergestellt sein. Der Stift 80 ist ein Stahlstab und kann aus dem Verdrängerkolben einer Gilson CP-50 Pipette hergestellt sein. Die Reagenzspitze 90 ist aus Polypropylen hergestellt. Das vordere Anschlußstück des Stahl-Verdrängerkolbens einer Gilson CP-50 Pipette kann als Reagenzspitze verwendet werden.
Die Solenoidanordnungen 20 werden im Solenoidmatrix-Rahmen 100 befestigt. Der Rahmen 100 kann aus einer Rainin RT96 Pipettenkiste hergestellt sein. Die Solenoidanordnungen 20 sind in einer Matrix angeordnet, so daß die Längsachse der Kolben zu dem in Standard-Titerplatten mit 96 Vertiefungen angetroffenen Abstand ausgerichtet sind (Standardplatten mit 96 Vertiefungen haben eine 8x12 Matrix von Vertiefungen. Die Vertiefungen sind in einem Mittenabstand von 9 mm angeordnet). Die Solenoide sollten in einer gestaffelten, d.h. einer Zwei-Schicht Konfiguration angeordnet sein, da der Durchmesser der Solenoide zu groß ist um zuzulassen, daß sie nebeneinander, d.h. in der gleichen Schicht angeordnet werden. Die Zwei-Schicht-Anordnung erlaubt auch eine verbesserte Wärmeableitung. Der Kolben 30 wird in das Solenoid 30 eingeführt. Haltering 40 wird auf dem Kolben 30 befestigt. Der Verbindungsstift 50 verbindet den biegsamen Adapter 60 mit dem Kolben 30 und am anderen Ende mit der Stiftbuchse 70. Der Stift 80 paßt entfernbar in die Stiftbuchse 70. Der Haltering 40 verhindert, daß der Kolben bei Erregung des Solenoids 20 vollständig einfährt. Falls ein vollständiges Einfahren zugelassen wird, verhindert Restmagnetismus das Ausfahren des Kolbens wenn der Strom abgeschaltet wird. Unterhalb der Kolbenanordnung richten die obere Führungsplatte 110 und die untere Führungsplatte 120 den Reagenzstift 80 aus und führen ihn zu der Wanne. Die Führungsplatten 110, 120 sind bezüglich des Solenoidmatrix-Rahmens 100 starr fixiert. Zwischen der Spitze und der oberen Oberfläche der Wanne liegt ein Zwischenraum von etwa 1 mm vor wenn die Solenoide erregt werden. Die obere Führungsplatte 110 verhindert, daß der Kolben aus dem Solenoid herausfällt und bestimmt das Ausmaß der Kolbenwegstrecke. Die gesamte Kolbenwegstrecke beträgt etwa 8mm.
Oligomere werden auf einem Festphasensubstrat, das an die Reagenzspitzen angeheftet ist, synthetisiert. Jedes geeignete Festphasensubstrat, z.B. Glasfaser, Cellulose oder Regelporen- Glaskugeln (controlled pore glass beads) kann verwendet werden. Kommerziell verfügbare derivatisierte Regelporen-Kugeln (an die A, G, T oder C Monomer angeheftet wurde), die bei der Säulensynthese von DNA verwendet werden, z.B. die von ABI (z.B. A Regelporen-Glas ABI Artikelnummer 400386, C Regelporen-Glas ABI Artikelnummer 300387, G Regelporen-Glas ABI Artikelnummer 400388 und T Regelporen-Glas ABI Artikelnummer 400389) oder von Milligen erhältlichen, sind zur Verwendung mit der Vorrichtung besonders geeignet.
Die Kugeln werden an die Reagenzspitzen angeheftet durch Erwärmen der Reagenzspitze bis sie gerade angeschmolzen ist, und anschließend Pressen der erwärmten Spitze in einen flachen Behälter, der mit der passenden Kugel gefüllt ist. Wenn zur Synthese eines Moleküls Kugeln verwendet werden, die an ein gegebenes Monomer gekoppelt sind, bildet dieses Monomer die erste Untereinheit in 3'-5' Richtung des Moleküls.

Gasdichtes Gehäuse

Das gasdichte Gehäuse stellt eine solide Basis bereit, auf der andere Komponenten, z.B. der Motor, die Laufschienen und die Solenoidmatrix befestigt werden können und schirmt die Reagenzspitzen und die Reagentien von der Atmosphäre ab.
Mit Bezug auf die Figuren 2 und 4 hat das gasdichte Gehäuse eine Vorderplatte 88, eine Rückplatte 90 und eine Basisplatte 100, die aus 0,3125" ( 7,9 mm) Aluminium hergestellt sind, und Seitenplatten 110 und die obere Platte 120, die aus 0,3125" ( 7,9 mm) Glas hergestellt sind. Auf die Glasplatten sind Silikondichtungen aufgeklebt und die Glasplatten sind an die Aluminiumstruktur geklammert um für eine gasdichte Umgebung zu sorgen. Ein Feuchtigkeitsmeßgerät (nicht gezeigt) ist an der oberen Platte angebracht, dessen Sonde zwischen der Aluminiumwand und der oberen Silikondichtung durchgeführt wird. Leitungen, die frisches Reagenz zuführen, gelangen durch die Vorderplatte 88 in die Vorrichtung. Die Vakuum-(Auslaß-)leitung, Argonspülleitungen und elektrische Verbindungen sind durch die Rückplatte 90 durchgeführt und der Motor ist an der Rückplatte 90 angebracht. Die Wanneneinheit gleitet auf Schienen, die auf der Basisplatte 100 angebracht sind. Die Solenoidmatrix 125 liegt auf Trägern auf, die mit der Vorderplatte 88 und der Rückplatte 90 verbunden sind. Die Solenoidmatrix 125 ist fest eingesetzt, dennoch entfernbar.
Das gesamte Gehäuse kann von Atmosphärengasen mittels Argon, das durch einen Regler zugeführt wird, gespült werden.

Ventilblock

Der Ventilblock stellt Ventile bereit, die den Reagentienfluß zu und von den Reagenzwannen steuern.
Der Ventilblock besteht aus 24 12 V Gleichspannung Teflon- Durchgangsventilen (GV#2-17-900, General Valve Corp.), die den Fluß von Monomeren und anderen Substanzen zum und vom Wannenmodul steuern und einem einzigen 3-Wege-Teflonventil (GV#1-17-900, General Valve Corp.), welches das Auslaßvakuum steuert. Die Durchgangsventile sind, wenn nicht erregt, geschlossen und bei Erregung offen. Alle Auslaß- Durchgangsventile (Omega relay # 7-12, siehe nachstehend) sind mit dem 3-Wege-Ventil verbunden, so daß die Hauptkraft des Vakuums von den Durchgangsventilen abgetrennt ist, wenn die Durchgangsventile geschlossen sind. Die Vakuumventile sind mittels Dioden voneinander isoliert.
Die Ventile sind auf Rainin RT96 Pipettenspitzengestellen befestigt und in Ramm RT96 Pipettenspitzenkisten untergebracht. Alle Nicht-Monomer Verbindungen werden mittels 1/16" x 1/32" Teflonschläuchen und den geeigneten, von General Valve gelieferten Anschlüssen gemäß deren Empfehlungen hergestellt. Die Monomer- und Tetrazolleitungen sind 0,007"ID Schläuche. Obwohl Schläuche mit geringem Innendurchmesser wünschenswert sind, da das Totvolumen somit auf ein Minimum reduziert wird, kann die zusätzlich erforderliche Zeit zum Füllen der Wannen durch Schläuche mit geringem Innendurchmesser unerwünscht sein.

Motor

Ein Super Vexta PH268M-E1.5B 2-Phasen Schrittmotor (Induktive Komponenten) ist ein geeigneter Motor zum Bewegen des Wannenmoduls.

Computer und Schnittstelle

Die DNA-Synthese wird in Ausführungsformen der Erfindung per Computer gesteuert. Sowohl Digital Microvax als auch Radio Schack TRS 80 Model 100 Computer wurden mit dem Synthesizer verwendet. Anweisungen aus dem Computer steuern die Zeiteinteilung und die Abfolge von Reagentien, die mit einer Syntheseoberfläche, d.h. den Kugeln auf denen Oligomere synthetisiert werden, in Kontakt kommen und bestimmen somit die Sequenz des auf jeder Spitze synthetisierten Oligomers. Diese Anweisungen, d.h. Anweisungen zum Öffnen oder Schließen verschiedener Ventile (um ein Reagenz in eine Wanne einzubringen oder aus ihr zu entfernen), zum Bewegen des Wannenmoduls (um eine ausgewählte Wanne unter einer ausgewählten Reihe von Spitzen anzuordnen) oder zum Anheben oder Absenken einer gegebenen Syntheseoberfläche (um eine Spitze in eine Wanne zu tauchen) werden durch die Schnittstelle realisiert.
Eine Omega OM900 Series Schnittstelle (Omega Instruments, Stanford, Connecticut) oder eine ähnliche Vorrichtung, welche fähig ist Anweisungen vom Computer in Signale umzusetzen, die die elektromechanischen Vorrichtungen des Synthesizers, z.B. die Ventile und den Motor steuern können, kann als Schnittstelle verwendet werden.
Die Omega OM900 Series Schnittstelle umfaßt einen Zentralrechner (OM992 Central Processing Unit), eine Schnittstellenstromversorgung (OM-903 Power Supply) und ein Multiplexmodul (OM915 Multiplex Module) mit 32 individuell adressierbaren Relais, die verwendet werden um die Ventile, den Schrittmotor und die Solenoide der Vorrichtung zu steuern. In einer zur Synthese von DNA konfigurierten Vorrichtung mit sechs separaten solenoidgesteuerten Syntheseoberflächen sind die 32 Relais wie in Tabelle 1 gezeigt zugeordnet. Tabelle 1 Relaisnummer gesteuerte Funktion Oxidationsreagenz (tert.Butylhydroperoxid (tBHP)) Zufuhrventil Detritylierungsreagenz (Trichloressigsäure (TCA)) Zufuhrventil Adenin (Bz dA Cyanethylphosphoramidit) Zufuhrventil Tetrazol Zufuhrventil Cytosin (Bz dC Cyanethylphosphoramidit) Zufuhrventil Guanin (iBu dG Cyanethylphosphoramidit) Zufuhrventil Thymin (T Cyanethylphosphoramidit) Zufuhrventil Oxidationsreagenz (tBHP) Auslaßventil Detritylierungsreagenz (TCP) Auslaßventil Adenin Auslaßventil Cytosin Auslaßventil Guanin Auslaßventil Thymin Auslaßventil Oxidationsmittel Spülen Zufuhrventil Detritylierung Spülen Zufuhrventil Adenin Spülen Zufuhrventil Cytosin Spülen Zufuhrventil Guanin Spülen Zufuhrventil Thymin Spülen Zufuhrventil Solenoid (Anfangsaktivierung) V Gleichspannungsversorgung Schrittmotor (Motorantrieb) 5 V Gleichspannungsversorgung Schrittmotor (Motorrichtung) 5 V Gleichspannungsversorgung Solenoid (Halten) V Gleichspannungsversorgung Solenoid Nr.6 (Halten) 5 V Gleichspannungsversorgung
(Die Solenoide Nr. 1-6, auf die in Tabelle 1 Bezug genommen wird, steuern jeweils das Eintauchen einer der sechs Reagenzspitzen.)
Somit, beispielsweise: Relais Nr.1 öffnet ein Ventil, welches den Fluß von Oxidationsmittel in die entsprechende Wanne (Wanne Nr.12) zuläßt; Relais Nr.3 öffnet zwei Ventile, von denen eines den Fluß von Adenin-Monomer und eines den Fluß von Tetrazol in die entsprechende Wanne (Wanne Nr.4) zuläßt; Relais Nr.7 öffnet ein Ventil, welches zuläßt, daß der Inhalt der Oxidationswanne (Wanne Nr.12) entfernt wird; Relais Nr.13 öffnet ein Ventil, welches den Fluß einer Spüllösung in die Oxidationswanne (Wanne Nr.12) zuläßt; Relais Nr.19 steuert die 12 V Gleichspannungsversorgung für das Solenoid Nr.1 (12 V Gleichspannung ist erforderlich um das Solenoid anfangs zu aktivieren); Relais Nr.27 steuert die Leistungsversorgung von 5 V Gleichspannung für das Solenoid Nr.1 die erforderliche Spannung um das Solenoid im aktivierten Zustand zu halten); und die Relais 25 und 26, welche die Leistungsversorgung für den Schrittmotor bzw. die Richtung des Schrittmotors steuern, steuern die Positionierung des Wannenmoduls.
Die Zuordnung eines einzigen Relais um sowohl die Monomer- als auch Tetrazol-Ventile zu steuern (Relais 3-6) erfolgt auf Grund von Einschränkungen, die durch die Anzahl von Relais auf dem OM-915 Modul auferlegt werden. Eine Erhöhung der Anzahl von Relais würde die Erfordernis beseitigen, mehr als ein Ventil auf ein Relais zu legen. Von größerer Bedeutung ist, daß eine Erhöhung der Anzahl von Relais eine Erhöhung der Anzahl von Solenoiden gestatten würde, und somit der Anzahl von Synthesen, die gleichzeitig durchgeführt werden könnten. Das System könnte beispielsweise einfach durch Hinzufügen weiterer sechs OM-915- Einheiten erweitert werden. In einer derartigen Konfiguration wäre eine OM-915-Einheit mit der Ventil- und Motorsteuerung befaßt und die anderen sechs OM-915-Einheiten wären mit der Solenoidsteuerung befaßt. Die Verwendung von sieben OM-915- Einheiten würde 96 steuerbare Solenoide erlauben und somit 96 gleichzeitig ablaufende Synthesen erlauben.
Fig. 8 bildet die Anschlußplatte 20 der OM-915 Schnittstelle und zugehörige Verbinder ab. Relaisanschlüsse 30 sind mit ihren Relais-Nummern bezeichnet. Den Relais 30 wird in Banken von vier Relais (z.B. stellen die Relais Nr.1-4 eine Bänk dar und die Relais Nr.5-8 stellen eine separate Bank dar) mittels des gemeinsamen Kontakts 40 (mit c bezeichnet) und dem Erdkontakt 50 (mit g bezeichnet) Leistung zugeführt. Die Relais Nr.1-24, welche Ventile steuern, werden von der 12 V Gleichspannungsquelle 60 mit 12 V Gleichspannung versorgt. Die Relais Nr.25 und 26, welche den Motor steuern, werden von der 5 V Gleichspannungsquelle 70 mit 5 V Gleichspannung versorgt. Die Relais Nr.27-32, welche die Aktivierung und das Halten der Erregung der Solenoide steuern, werden von Relais Nr.19-24 mit 12 V Gleichspannung (zur Anfangsaktivierung) und mit 5 V Gleichspannung von der 5 V Gleichspannungsquelle 70 (zum Halten der Aktivierung) versorgt. Eine SOLV 30-1212 VDC 4A Leistungsversorgung (Newark Electronics) ist eine geeignete 12 V Gleichspannungsquelle und eine Elpac Model WM113+12/-12/+5 5 V Leistungsversorgung ist eine geeignete 5 V Gleichspannungsquelle.
Relais, die die Ventile steuern, sind mit dem steuereinheitsseitigen Ventilblockverbinder 80 verbunden. Wie in Tabelle 1 beschrieben steuern die Relais Nr. 3, 4, 5 und 6 jeweils zwei Ventile. Jedes dieser Relais ist somit mit zwei Stiften auf dem steuereinheitsseitigen Ventilblockverbinder 80 verbunden. Der steuereinheitsseitige Ventilblockverbinder 80 ist verbunden mit dem maschinenseitigen Ventilblockverbinder 20, wie in Fig. 9, welche die Verdrahtung des Ventilblocks abbildet, gezeigt.
Der maschinenseitige Ventilblockverbinder 20 ist durch Leitungen 30 mit den Durchgangsventil-steuernden Solenoiden 40-86 und dem das 3-Wege-Ventil-steuernden Solenoid 90 verbunden. Die Ventilsolenoide sind durch Dioden 50 oder lichtemittierende Dioden 100 elektrisch isoliert.
Eine Aktivierung jedes der Ventil-steuernden Solenoide 40, 42, 44, 46, 48 oder 50 (welches die Ventile sind, die den Auslaß eines Reagenzes aus einer Wanne steuern) aktiviert ebenfalls das das 3-Wege-Ventil-steuernden Solenoid 90. Beispielsweise aktiviert eine Aktivierung des Ventil-steuernden Solenoids 40 mittels eines entlang der Leitung 30A übertragenen Signals auch das das 3-Wege-Ventil-steuernden Solenoid 90. Somit werden sowohl das Auslaßventil als auch das Vakuumsteuerventil geöffnet, wodurch gestattet wird durch Vakuum (Unterdruck) die Wanne abzulassen. Die eingekreisten Ziffern in Fig. 9 geben die Ziffer des durch ein Solenoid gesteuerten Durchgangsventus an.
Wie in den Figuren 8 und 10 gezeigt, sind die Relais Nr.25-26, die den Schrittmotor steuern, direkt mittels der Leitungen 110 mit dem Schrittmotorregler verbunden. Die 120 V Wechselspannungsquelle 150 ist ebenfalls mit dem Schrittmotorregler 140 verbunden. Die Leitungen 160 verbinden den Schrittmotorregler mittels des steuereinheitsseitigen Gehäuseverbinders 90, des maschinenseitigen Gehäuseverbinders 20 und der Leitungen 160 mit dem Schrittmotor 60. Die Relais Nr.19- 24 und 27-32, die die Solenoide steuern, sind mittels der Leitungen 120 mit dem steuereinheitsseitigen Gehäuseverbinder 90 verbunden. Der steuereinheitsseitige Gehäuseverbinder 90 ist mit dem in Fig. 10 gezeigten maschinenseitigen Gehäuseverbinder 20 verbunden. Der maschinenseitige Gehäuseverbinder 20 ist mittels der Leitungen 50 mit den Solenoiden 40 verbunden, die in einer 2 x 3 Matrix angeordnet sind.
Mit Bezug auf Tabelle 1 und die Figuren 8 und 10 wird ein Solenoid wie folgt aktiviert. Ein Solenoid wird mittels 12 V Gleichspannung angehoben. Beispielsweise schließt ein Signal aus dem Computer das Relais 19, das mittels Leitung 130 das Relais 27 mit 12 V Gleichspannung versorgt, welches wiederum mittels Leitung 120a 12 V Gleichspannung an die steuereinheitsseitige Synthesesteuereinheit 90, zum maschinenseitigen Gehäuse 20, zur Leitung 50a und schließlich zum Solenoid 1 liefert.
Nach dem Anheben wird das Solenoid durch 5 V Gleichspannung im aktivierten Zustand gehalten. Der Computer gibt dem Relais 27 Anweisungen zum Schließen, wobei das Solenoid 1 mit 5 V Gleichspannung versorgt wird und er öffnet das Relais 19, um das 12 V Gleichstrompotential, welches verwendet worden war um Solenoid 1 anfangs zu aktivieren, zu beseitigen. Bei einem weiteren Signal vom Computer öffnet Relais 27 und das 5 V Gleichstrompotential wird abgeschaltet.

Computer Software

Die gleichzeitige Synthese von Oligomeren einer gewünschten Sequenz wird von einem Computerprogramm geleitet, welches das Vorkommen und die relative Abfolge der Positionierung des Wannenmoduls, des Eintauchens von Spitzen, und der Befüllung und Entleerung von Reagenzwannen steuert.
Ein Fortran-Programm, welches zur Verwendung mit dem Synthesizer geeignet ist, ist als Appendix A beigefügt.
Der Ablauf eines geeigneten Programms ist in Fig. 11 gezeigt. Wie in Fig. 11A gezeigt, initialisiert 10 das Programm zunächst das System. Eine Initialisierung kann das Befüllen der Reagenzwanne, das Eintauchen der Spitzen in eine beliebige zur Aktivierung erforderliche Wanne, danach das Positionieren einer bestimmten Monomerwanne unter einer bestimmten Reihe von Solenoiden umfassen.
Dann wird ein Monomer hinzugefügt 30, die wachsenden Moleküle mit Schutzgruppen versehen 40, oxidiert 50 und die Schutzgruppen entfernt 60. Falls keine weiteren Hinzufügungen vorgesehen sind, endet das Programm 70. Falls weitere Monomere hinzugefügt werden sollen 80, geht das Programm zum Monomerzugabeschritt 30 zurück.
Das Verfahren für das Hinzufügen eines Monomers ist ausführlicher in Fig. 11b beschrieben. Das Verfahren für das Capping, die Oxidation und Detritylierung ist ausführlicher in Fig. 11C beschrieben.
In Grundversionen des Programms wird die Entscheidung 20 (Fig. 38) (welche Spitzen werden zur Hinzufügung von Monomeren eingetaucht) Reihe für Reihe abgefragt und die Frage, welche Reihe (für weitere Reaktionen) eingetaucht wird, Reaktion für Reaktion abgefragt. In ausgereifteren Versionen wird die Frage für die Matrix als Ganze abgefragt. Somit werden gleichzeitig manche Spitzen in die A-enthaltende Monomerwanne eingetaucht werden, während andere in die T-enthaltende Monomerwanne eingetaucht werden und andere oxidiert werden.
Das Programm kann auch eine Subroutine beinhalten, die z.B. bei Eingabe der gewünschten Sequenzen die optimale Zuordnung von Sequenzen zu Spitzen und Reihen ermittelt; die optimale Reihenfolge der Anordnung der Reagenzwannen ermittelt; oder Modifikationen nach der Synthese steuert, z.B. Elution oder Waschen.

Chemie

Die Chemie der DNA-Synthese ist den Fachleuten bekannt, siehe z.B. Froeler et al. 1988 Nuc. Acid. Res. 14:5399-5407, das hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Das Phosphoramadit- Verfahren siehe Matteucci et al., 1981, J. Am. Chem. Soc. 103:3185-3191, das hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird, und Caruthers et al., 1987, Methods Enzym. 154:287-313, das hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird, ist geeignet zur Verwendung mit Ausführungsformen der Erfindung und wird nachstehend kurz beschrieben.
Beim Phosphoramidit-Verfahren werden 5'-geschützte Monomere an die 5'-OH Gruppe auf der wachsenden Molekülkette hinzugefügt. Das Hinzufügen einer Monomereinheit zu der wachsenden Nukleotidkette erfordert die folgenden Schritte: (1) Entfernen der Dimethoxytrityl-Schutzgruppe vom zuvor zugegebenen (oder Ausgangs-) Monomer mit Trichloressigsäure (TCA) um eine reaktive 5-Hydroxylgruppe zu bilden, (2) Hinzufügen eines 5'- Dimethoxytrityl-geschützten Monomers mittels Kondensation, (3) Acetylieren oder Capping des unreaktiven Desoxynukleosids (Schritt 3 ist fakultativ) und (4) Oxidation des Phosphittriesters zum Phosphattriester mittels tert.- Butylhydroperoxid oder Jod/Wasser. Die Synthese verläuft schrittweise in 3' nach 5' Richtung durch das sequentielle Hinzufügen von Monomeren.

Betrieb

Oligomere werden auf Glaskugeln synthetisiert, die auf den Oberflächen von Reagenzspitzen, welche durch Solenoide in mit Reagentien gefüllte Wannen abgesenkt werden können, angeheftet sind. Die erforderlichen Reaktionen um ein Monomer an auf einer Spitze synthetisierte DNA-Moleküle hinzuzufügen werden bewerkstelligt durch Befüllen von Wannen mit den entsprechenden Reagentien, z.B. einem Monomer, Oxidationsmittel oder Spülmittel, Positionieren der passenden Wannen unterhalb der passenden Spitzen in der passenden Abfolge und, wenn eine passende Wanne unterhalb der Spitze positioniert ist, Eintauchen der Spitze in die Wanne. Beispielsweise erfordert das Hinzufügen eines Monomers an eine wachsende Kette auf einer Spitze die folgenden Schritte: (1) Aktivieren des zuvor hinzugefügten Monomers durch Positionieren des Wannenmoduls derart, daß die mit Detritylierungsreagenz gefüllte Wanne unterhalb der Spitze ist, Eintauchen der Spitze in das Detritylierungsreagenz um die Dimethoxyltrityl-Schutzgruppe zu entfernen, Entfernen des Detritylierungsreagenzes aus der Wanne, Befüllen der Wanne mit einem Spülmittel, z.B. Acetonitril, um die Wanne und die Spitze zu spülen, und Anheben der Spitze; (2) Hinzufügen eines geschützten Monomers durch erneutes Positionieren des Wannenmoduls, so daß die das passende Monomer enthaltende Wanne unterhalb der Spitze angeordnet ist, Eintauchen der Spitze in die Monomer-Wanne, Entfernen des Monomer-Reagenzes aus der Wanne, Befüllen der Wanne mit Spülmittel um die Wanne und die Spitze zu spülen, und Anheben der Spitze; (3) Oxidieren der Phosphittriester-Bindung durch erneutes Positionieren des Wannenmoduls, so daß die das Oxidationsmittel, z.B. tert.- Butylhydroperoxid, enthaltende Wanne unterhalb der Spitze angeordnet ist, Eintauchen der Spitze in das Oxidationsmittel um die Phosphittriester-Bindung zu einem Phosphattriester zu oxidieren, Entfernen des Oxidationsmittels und Befüllen der Wanne mit Spülmittel um die Wanne und die Spitze zu spülen, und Anheben der Spitze aus der Wanne. Diese Abfolge von Reaktionen führt zum Hinzufügen bzw. zur Addition eines geschützten Monomers an die auf der Spitze zu synthetisierenden Moleküle.
In der hierin beschriebenen Ausführungsform sind Reagentien, Reaktionszeiträurne und Wannenbelegungen wie folgt. Adenin- Monomerreagenz besteht aus einem Gramm Bz dA Cyanethylphosphoramadit in 12 ml wasserfreiern Acetonitril und liegt in Wanne Nr.4 vor, Thymin-Monomerreagenz besteht aus einem Gramm T Cyanethylphosphoramadit in 12 ml wasserfreiem Acetonitril und liegt in Wanne Nr.1 vor, Cytosin-Monomerreagenz besteht aus einem Gramm Bz dC Cyanethylphosphoramadit in 12 ml wasserfreiern Acetonitril und liegt in Wanne Nr.3 vor und Guanin- Monomerreagenz besteht aus einem Gramm iBu dG Cyanethylphosphoramidit in 12 ml wasserfreiern Acetonitril und liegt in Wanne Nr.2 vor. Die Spitzen werden dem Monomer drei Minuten lang ausgesetzt und danach eine Minute lang in Acetonitril gewaschen.
Das Detritylierungsreagenz besteht aus Trichloressigsäure in Dichlormethan und liegt in Wanne Nr.8 vor. Die Spitzen werden drei Minuten lang im Detritylierungsreagenz gehalten . Das Spülmittel, das der Detritylierung nachfolgend eingesetzt wird, besteht aus Acetonitril. Die Spitzen werden eine Minute lang gewaschen. Das Oxidationsmittel besteht aus tert.- Butylhydroperoxid 1,1 M in wasserfreiem Dichlormethan und liegt in Wanne Nr.12 vor. Die Spitzen werden eine Minute lang im Oxidationsmittel gehalten. Nach der Oxidation werden die Spitzen und Wannen eine Minute lang in Acetonitril gewaschen.
Das Spülen findet üblicherweise in der gleichen Wanne statt, in der die vorangegangene Reaktion stattgefunden hat, z.B. findet das Spülen nach der Detritylierung in Wanne Nr.8 statt.
Zu Beginn des Laufs werden das Gehäuse und alle Leitungen mit Argon gespült und alle Wannen mit den passenden Reagentien befüllt. Alle Spitzen werden angehoben und das Wannenmodul wird in die Anfangsposition gefahren. In der Anfangsposition befindet sich Wanne 8 (TCA) unterhalb der Solenoidreihe 1.
Die Aktivierung und Deaktivierung des Solenoids (das eine Spitze anhebt und absenkt), die Wegstrecke des Wannenmoduls (die eine bestimmte Wanne unter eine Reihe von Spitzen bringt) und die Aktivierung der Ventile, die die Wannen befüllen und entleeren unterliegen allesamt Computersteuerung. Obwohl aus Gründen der Überschaubarkeit vorstehend die Wirkungsweise einer einzigen Spitze beschrieben wurde, wird im tatsächlichen Betrieb gleichzeitig die Synthese mehrerer Oligomere auf mehreren Spitzen fortschreiten. Dies wird ermöglicht durch das Positionieren der Solenoide in einer Matrix von Reihen, das Positionieren und die Bewegbarkeit der Wannen, die Tatsache, daß jedes Solenoid individuell adressierbar ist, die Tatsache, daß mehrere Solenoide gleichzeitig aktiviert werden können, und die Computersteuerung des Gesamtverfahrens. Wie in Fig. 12 gezeigt, sind die Solenoide in einer gegebenen Reihe 20a, 20b, 20c ausgerichtet, so daß die Spitzen alle in die Wanne 30, die unterhalb dieser Reihe von Solenoiden angeordnet ist, getaucht werden können. Wenn eine Wanne unterhalb einer Reihe angeordnet ist, werden alle Spitzen in dieser Reihe, die einen Kontakt mit dem Reagenz in der unterhalb dieser Reihe angeordneten Wanne benötigen, getaucht. Spitzen, die einen Kontakt mit dem Reagenz nicht benötigen, werden nicht eingetaucht. Während die Spitzen in einer Reihe oberhalb einer gegebenen Wanne getaucht werden, können die Solenoide in benachbarten Reihen in jeder Richtung in die entsprechenden benachbarten Wannen getaucht werden. Die Synthese der Oligomere auf allen Spitzen erfolgt somit wirklich gleichzeitig. (Zur Veranschaulichung der Anordnung der Solenoide zeigt Fig. 12 sehr klar eine Ausführungsform mit zwölf Solenoiden und zwölf Reagenzspitzen).
Die Reaktionen können stattfinden, während eine Spitze sich tatsächlich in der Reagenzkammer oder -wanne befindet (d.h. im Reagenz-Kontakt-Modus), oder nachdem die Spitze aus der Wanne herausgehoben worden ist (d.h. im Reagenz-Nicht-Kontakt-Modus), oder sowohl als auch. Es kann beispielsweise wünschenswert sein, Spitzen von mehreren Reihen in eine Wanne zu tauchen, danach die Reaktion fortschreiten zu lassen, während sich manche oder alle der Spitzen außerhalb der Wanne befinden (d.h. angehoben sind). Auf diese Weise behandelte Spitzen können erneut eingetaucht werden um Weiterreaktion zu gestatten oder um Verdampfung zu verhindern.

Andere Ausführungsformen

Von den Ansprüchen werden andere Ausführungsformen umfaßt, z.B. kann der Synthesizer eine Matrix von Vertiefungen oder Abteilen umfassen, in denen die gefertigten Produkte gewonnen oder weiterer Manipulation unterzogen werden können. Beispielsweise kann eine Matrix von Abteilen, die in einem Abstand angeordnet sind, so daß jede Spitze in ein einzelnes Abteil abgesenkt werden kann, angrenzend an das Wannenmodul angeordnet werden und bei Abschluß der Modifizierung, z.B. bei Abschluß der Synthese eines Satzes von DNA-Oligomeren, unter die Solenoidmatrix gebracht werden. Die Oligomere jeder Spitze könnten gleichzeitig in die Abteile eluiert werden. Die Abteile könnten so angelegt sein, daß sie einen mit Filter versehenen Auslaß aufweisen, so daß die in jedes Abteil eluierte DNA ohne einen Transfer aus dem Abteil heraus gewaschen und gereinigt werden könnte. Andere Manipulationen nach der Synthese könnten nachfolgen. Derartige Manipulationen könnten im gleichen Abteil durchgeführt werden oder in einer nochmals weiteren Matrix von Abteilen. Das Standard-Filterplattenformat mit 96 Vertiefungen ist für diese Ausführungsformen insbesondere geeignet, da automatische Pipettiervorrichtungen mit 96 Kanälen in den Synthesizer eingebaut werden könnten, um zum Transfer von Produkten von einer Matrix von Behältnissen zu einer anderen zu dienen.
Andere Leistungen, wie etwa die Fähigkeit andere gewünschte Reagentien (z.B. Klonierungsvektoren oder DNA-modifizierende Enzyme oder zu transformierende Zellen) direkt zu den die Oligomere enthaltenden Abteilen zuzugeben, z.B. den Abteilen, in die die Oligomere eluiert werden, können zugefügt werden.
Ausführungsformen der Erfindung erlauben, daß einzelne oder mehrere Reaktionen in einer einzelnen Reagenzwanne stattfinden. Beispielsweise könnte bei der Synthese von DNA-Oligomeren eine Wanne, die zur Hinzufügung eines Monomers verwendet wird, nur eine monomere Spezies enthalten oder sie könnte mehr als eine enthalten, um eine rasche und einfache Synthese eines Sondensatzes, der an einer oder an mehreren Positionen degeneriert ist, zu erlauben.
Markierungen, z.B. chemische oder radioaktive Markierungen können in die modifizierten Moleküle eingebaut werden. Dies könnte durchgeführt werden, z.B. durch Aufnahme eines markierten Monomers in einen Syntheseschritt oder durch Eluieren der Endprodukte in separate Behälter zum Markieren.
Obwohl die Reagentien statisch in den Reagenzwannen gehalten werden, ist es in manchen Ausführungsformen auch möglich einen kontinuierlichen Fluß von Reagentien in einer Wanne beizubehalten.

Programm SOLARSYNTH

APPENDIX A

Solenoid-Matrix-Synthesizer

Print*,' Copyright (C) 1990'
Print*,' President and Fellows of Harvard College'
Print*,' Steve Kieffer-Higgins und George M. Church'
Print*,' All rights reserved'
Derzeitig ausgerichtet für die Standard CE-Phosphoramadit DNA- Synthese und für die Omega 992/915 RS232 Schnittstelle von Omega Engineering.
Zum Vorbereiten der Vax: set term/perm/eight/speed=9600 txa4 Zum Vorbereiten der Omega: Verbinde 50-Draht Kabel vom Multiplexer mit dem Relaisblock. Verbinde 5 VDC und 12 VDC Versorgungen mit dem Relaisblock. Verbinde die 25 Anschlußstift- Steuerkabel mit den entsprechenden Solenoid- und Ventilmatrices.
Test mit TRS-100 TELCOM stat=87I1E : 9600 baud, 7 bits, ignore parity, 1 stop bit, line enable
Modifizierungsgeschichte:
Angepaßt von Valve.for 2-März-87 an SOL4S am 9-Sept-89 von George Church
an SIAS_CPHOS_1 und OMEGA_CPHOS_1 am 25-Juni-90 von Steve Kieffer-Higgins
an SOLARSYNTH am 28-Jan-91 von Steve Kieffer-Higgins Derzeitiger Aufbau Kolben-Spalte#1 rechts aussen Platte-Spalte Kolben Spalte Kolben Reihe Solenoidsteuerziffern
Untere Solenoid Schicht: 1,3,5,7,10,12,14,16
Obere Solenoid Schicht: 2,4,6,8,9,11,13,15
Für dieses Testprogramm ist nur die untere Schicht in Gebrauch: 1,3,5,10,12,14
Ventilblock: Obere Reihe, mit Schaltern nach links, sind # 1-12, und die untere Reihe wird mit 13-24 bezeichnet. in diesem Lauf werden die Ventile 7 & 8 nicht verwendet. Die Monomer- und Tetrazolventile teilen sich derzeit Relais.
Omega Relais: Dieser Lauf verwendet nur einen Relaisblock, der aus 32 Schaltern besteht, was derzeit der limitierende Faktor für das Capping sowie für die insgesamt in einem Lauf machbaren Oligos ist. Dies sind die derzeitigen Erfordernisse unter Annahme einer Zweischritt Capping-Reaktion:

MONOMERE: 12 RELAIS und 16 VENTILE

Monomere benötigen 1 Relais um gleichzeitig 2 Ventile, Monomer und Tetrazol zu schalten. Ebenfalls benötigt jedes gesonderte Spül- und Vakuumventile. Somit benötigt jedes Monomer 4 Ventile, die von 3 Relais gesteuert werden, damit eine Gesamtzahl von 16 Ventilen und 12 Relais.

OXIDATION: 3 RELAIS und 3 VENTILE

Das Oxidationsmittel ist ein Einschritt-Reagenz, welches gesonderte Spül- und Vakuumventile benötigt.

CAPPING: 3 RELAIS und 4 VENTILE

Das Capping-Reagenz ist ein Zweischritt-Gemisch welches gesonderte Spül- und Vakuumventile benötigt.

TCA: 3 RELAIS und 3 VENTILE

TCA ist ein Einschritt-Reagenz, welches gesonderte Spül- und Vakuumventile benötigt.

MOTOR: 4 RELAIS

Der Motor benötigt 2 Relais an 5 VDC. Da der Relaisblock verschiedene Spannungen in Gruppen von 4 schalten kann und alle Ventile 12 VDC benötigen, entnimmt der Motor tatsächlich 4 Relais aus dem Vorrat.
GESAMT: 29 RELAIS und 26 VENTILE für die Reagenzzufuhr und Wannenbewegung.

SOLENOIDE: JEWEILS 2 RELAIS

Die Solenoide benötigen 12 VDC um eine Spitze anzuheben und ein Umschalten auf 5 VDC um eine Spitze angehoben zu halten. Die Solenoide erreichen eine Temperatur von mehr als 100ºC, wenn in einer Matrix unter kontinuierlichem Anlegen von 12 VDC, aber erreichen bei 5 VDC etwa 35ºC. Somit kann jedes Omega OM915 Relaismodul 16 individuelle Solenoide steuern, oder insgesamt 6 OM915 für 96 Solenoide.
Der derzeitige Setup mit einer einzigen OM915 erlaubt die Steuerung von 6 Solenoiden, falls wir ohne eine Capping-Reaktion arbeiten. Weglassen des Cappings erspart 3 Relais und 4 Ventile. Auf Basis der Architektur der Relaisblocks, die es erlaubt Spannungen in Gruppen von 4 zu schalten, wären wir auf lediglich 3 unterschiedliche Oligos pro Lauf eingeschränkt, falls wir eine Capping-Reaktion aufnehmen würden. RELAIS/VENTILZUORDNUNGEN: OMEGA RELAIS REAGENZ VENTIL A Monomer TET-A C Monomer TET-C G Monomer 2TET-G T Monomer TET-T Motor-Antrieb Motor-CW/CCW 26 Solenoide
Jeder Schritt umfaßt eine CH3CN Spülung, die sowohl die Reagenzwannen als auch die während dieses Schritts in dieser Wanne verwendeten Spitzen spült. Auf diese Weise werden keine zusätzlichen Ventile/Relais benötigt um eine Spülung zu bewirken. Zusätzlich kann die gleiche Steuerschleife sowohl für den Chemie- als auch für den Spülschritt verwendet werden mit lediglich einer Aktualisierung der Steuervariablen. Dieses Merkmal wird höchst nützlich sein um Kreuzkontamination bei benachbarten Spitzen in den ersten Spülungen nach Monomerzugabe zu verhindern.
Manueller Synthesezyklus wie durchgeführt SKH 14-Juni-90
Pos.
1. CH3CN 20"
2. TCA 5 x 10"
CH3CN 20"
3. Base 180"
CH3CN 20"
4. Cap 120"
CH3CN 20"
5. Oxid 60"
CH3CN 20"
integer*4 lenmax ! Maximallänge herzustellender Oligos
integer*4 colmax Maximalanzahl Spalten - Hardwareabhängig
integer*4 rowmax ! Maximalanzahl Reihen - Hardwareabhängig
integer*4 stepmax ! Anzahl Syntheseschritte + 1 (Initialisierung)
integer*4 troughmax ! Anzahl Reagenzwannen, derzeit 6, ABER muß auf 7 erhöht werden, wenn Capping angewandt wird.
integer*4 trough_unit ! Anzahl von Motorschritten für eine Versetzung von 9mm
integer*4 rxnstep ! Anzahl von Subschritten pro Syntheseschritt. Derzeit 3: die tatsächliche Reaktion, Entleerung der Wanne per Vakuum und Zugabe von Spülsubstanz.
integer*4 vlvmax ! Anzahl von Befehlen, die zu einer gegebenen Wanne gesandt werden müssen, derzeit 6: Öffnen/Schließen von Reagenz, Vakkum und Spülen
parameter( lenmax=38, colmax=2, rowmax=3, stepmax=5)
parameter( troughmax=6, trough_unit=33, rxnstep=3, vlvmax=6)
real*4 pos(stepmax) ! Absolutposition einer Reagenzwanne innerhalb der Wannenplatte - vom Anwender in SOLARSYNTH.TMR definiert.
real*4 pumptm(stepmax,rxnstep) ! Zeitdauer um ein Ventil offen zu halten - vom Anwender in SOLARSYNTH.TMR definiert.
real*4 wait(stepmax) 1 Reaktionszeitdauer pro Schritt - vom Anwender in SOLARSYNTH.TMR definiert.
real*4 wait2(stepmax) ! Spülzeitdauer pro Schritt - vom Anwender in SOLARSYNTH.TMR definiert.
logical long ! schaltet zwischen Vollängen- Reaktionsschritten. Falls TRUE werden die in SOLARSYNTH.TMR definierten Zeiten von Minuten in Sekunden umgewandelt, anderemfalis werden die Minuten als Sekunden behandelt.
logical yescheck ! von GETSTR benötigt
integer*4 ldrvcmmnd, lcmmnd, lreset, lcpureset ! Länge der an Wribot gesandten Befehlsstrings
integer*4 step 1 Steuervariable, die verfolgt wo sich das Programm im Synthesezyklus befindet.
integer*4 loopbeg, loopend 1 die Grenzen innerhalb denen STEP arbeitet
integer*4 mono ! Anzahl von Monomeren, derzeit 4
integer*4 NC, NR ! tatsächliche Anzahl von Spalten und Reihen herzustellender Oligos, varriiert in jedem Lauf
integer*4 len ! Länge des längsten Oligos, welches pro Lauf hergestellt wird
integer*4 cyc ! Steuervariable, die innerhalb der Grenzen von LEN, vorstehend, arbeitet
integer*4 ld (colmax,rowmax), lu (colmax,rowmax) ! Länge der Befehle, welche die Solenoide anheben (lu) und absenken (ld), von WRIBOT benötigt
integer*4 seqm (colmax, rowmax, lenmax) ! Integerdarstellung der herzustellenden Oligos, wobei A=1, C=2, etc.
character*1 mlis(20) ! Referenz, gegen die ein Element von SEQM, vorstehend, verglichen wird, wenn das Programm testet um festzustellen ob ein Solenoid seine Spitze absenken soll. Wenn die Ziffer in der SEQM Matrix mit dem Index von MLIS übereinstimmt, wird die Spitze abgesenkt.
character*30 Chem(stepmax), chem2(stepmax) 1 Beschreibung jedes Schritts: Chem=rxn, chem2=spülen
character*38 seq (colmax, rowmax)
character*60 drive(3) ! enthält die Befehle, die den Motor antreiben 1=Impuls, 2=CW, 3=CCW
character*60 check ! von GETSTR benötigte Platzhalte-Variable
character*60 rxnvlv(troughmax, vlvmax) ! enthält die Öffnungs- und Schließbefehle für die Ventile
character*60 cpureset,reset ! Zurücksetz-Befehle für Omega CPU und OM915
character*60 down(colmax, rowmax), up (colmax, rowmax) ! Anhebe- und Absenkbefehle für die Solenoide
koordiniert TCA-, Oxidations- und Capping-Schritte Cappen Oxidieren
Reaktion Spitzen
Spüle Wanne
Entferne Reagenz
Colmax & rowmax bestimmen die im Programm verwendete Anzahl von Anschlußstiften. Mit nur einer OM-915 haben wir für lediglich sechs individuell adreßierbare Solenoide Raum, 2 Spalten x 3 Reihen. Stepmax=6, was den Initiierungsschritt zum Synthesestart und 4 Synthesereaktionen widergibt: 2=Monomerzugabe, 3=Cap (in dieser Version nicht verwendet), 4=Oxidation, 5=Tritylfreisetzung. Jeder Schritt umfaßt am Schluß einen Spülschritt mit CH3CN.
Loopbeg= 2 ! Start mit beladener detritylierter Festphase
Loopend= 5 ! 4 tatsächliche Syntheseschritte, falls wir Capping einsetzen
Solenoid Spalten beginnen mit Eins links.
Bei X=0,0 ist pos=1 mit col=1, pos=2 mit col=2 etc. ausgerichtet
mono = 4 ! Anzahl von Monomerlösungen beträgt 4 = ACGT call getstr(str,' Long(full) version or rapid check', 'rapid', long) long=.not.long
mlis(1)='A'
mlis(2)='C'
mlis(3)='G'
mlis(4)='T'
Chem( 1)= 'M Start' pos( 1) 8 ! Wanne wird von Monomer Pos zu TCA Pos bewegt
Folgende Routinen legen die Zeitparameter für jeden Schritt fest. Der Anwender kann jeden Zeitparameter als Minuten real oder mit Sekunden, d.h. 3,5 anstelle von 3:30, eingeben. Der Eingabe-File folgt dem folgenden Format: File-Bezeichnung: SOLARSYNTH.TMR Zeile # Inhalt MINUTEN [TAB] WANNENPOS [TAB] WANNENFÜLLZEIT MONOMER KOPPLUNG rxn Zeit [Leerraum] Wannenpos [Leerraum] Wannenfüllzeit MONOMER SPÜLEN Spülzeit [Leerraum] Wannenfüllzeit MONOMER WANNENVAKUUM Wannenentleerungszeit CAPPING REAKTION CAPPING SPÜLEN CAPPING WANNENVAKUUM OXIDATION OXIDATION SPÜLEN OXIDATION WANNENVAKUUM TCA TRITYL FREISETZUNG TCA SPÜLEN TCA WANNENVAKUUM Kümmere dich um Überschrift Lies die 4 Sätze von Zeitparametern
Lies Sequenzdaten: Bestimme Len, setze 3' auf 5', und übersetze auf Monomer # Initialisiere auf Nicht Monomer Kopplung Überprüfe Groß- und Kleinschreibung ACGT etc.: Schreibt eine #: 1,2,3 oder 4, entsprechend einem Monomer Beim Verlassen der Fortranschleife übersteigt der Index die Grenze um +1
Schnittstellen Rückstellungen:

Ventilzuordnungen:

Wir sind derzeit auf 6 Reagenzwannen eingerichtet, jede mit gesonderten Ventilen für Reagenz, Vakuum und Spülen. Capping wird nicht eingesetzt. Falls wir später Capping einsetzen, wird der Omega Relaisblock neu verdrahtet werden müssen um dem Rechnung zu tragen und die Steuer Variable TROUGHMAX sollte auf 7 erhöht werden. Die Variable q gibt die tatsächliche Omega Relais Ziffer an. Sobald Capping in das Programm eingebaut worden ist, muß der Kabelbaum erneut verdrahtet werden, so daß Relais 1= tBHP, 2=CAP, 3=TCA, 4=A Monomer, etc. Relais 19 - 24 = Solenoid 12V MOTOR - Antrieb erf. 5V Relais 27 - 32 = Solenoid 5V Anhebe- und Absenkbefehle für die Solenoide m=18 ! 1. 12V Solenoid Zuordnung auf OM-915 ist nächste, 19 Buchstaben lang
Initialisiere alle Relais auf den spannungsfreien Zustand, dann setze auf "UP" Taucht alle Spitzen einer Spalte in eine gegebene Wanne
Koordiniert Monomeraddition Pumpe Monomere: ! MIT CAPPING; ERHÖHE AUF 4 ! MIT CAPPING; ERHÖHE AUF 7
Während Zeit ist: wait
Während Zeit ist : wait2
Entferne Reagenz: Pumpe Spülen: Spülen return ! Füge Monomer hinzu Entscheidet, welche Spitze in welche Monomerwanne abgesenkt wird
lastep = pos(step) drcp=. false. ! Bedingung für Monomereintauchen
pos(step) für Monomere= -3, so daß die erste Spalte von Spitzen direkt überhalb der 'A' Wanne angeordnet ist. Wenn col=2 ist die Bewegung auf die Position -2 etc.
Do row = 1,rowmax
Herausspringbedingung:
If(col.eq.NC+3.and.row.gt.NR) gote 7 dann ist die letzte Spalte/Reihe über das Ende hinaus
min(mono,col) gibt die kleinste #, mono, zurück, welche = 4, oder col, die mit Schritt 1 von 1 auf NC+3 ansteigt first pass: m=1; Schleife wird einmal verwendet: nur eine Spalte könnte überhalb der ersten Monomerwanne sein. Second pass: m=2; Schleife wird zweimal verwendet: 2 Spalten sind überhalb Monomerwannen. ! Ausstiegsbedingung
Test um festzustellen, ob die in seqm(co,row,cyc) enthaltene Integer, die einem Monomer entspricht, gleich m ist.
first pass: m=1
If(seqm(co,rcw,cyc).eq.m) then Falls sie es tut schreibe in Ausgabedatei und senke diese Spitze ab:
Hebe Spitzen: cmmd an alle
subroutine wribot(data)
Zur Ausgabe von Strings unbekannter Länge an seriellen RS232C Anschluß ohne Eingabe von < CR> oder anderer Zeichen am Terminal
Gibt Übertragungskanalziffer zurück für Terminal-ähnliche Ein- /Ausgabe, beispielsweise durch RS232C Anschlüsse zu Arm und Stufe.
Dies wird diese und nur diese Werte save init,ttchan aufrechterhalten, zur Verwendung jedesmal wenn diese Routine aufgerufen wird
Sendet eine Serie von Impulsen an die OM915 um den Schrittmotor zu erhöhen. Sie entscheidet durch Vergleichen der alten mit der neuen Position, in welche Richtung der Motor zu drehen ist. Antrieb: 1=Impuls an/aus, 2=CW, 3=CCW falls delta positiv ist, dann drehe CCW, falls negativ, drehe CW Öffnet und schließt ein Ventil für einen Zeitwert in PUMPTM
Initialisiert die Wanne auf TCA Position und erlaubt dem Anwender die Wanne in eine beliebige der aktiven Wannenpositionen zu bewegen
Positioniere Wannen do i=1,365 ! Dies stellt Wanne 8 (TCA) unter col 1
Gibt dem Anwender Steuerung über Reagenzventile if (prm.eq.999) goto 88 ! Beende if ((prm.gt.18).or.(prm.lt.1)) goto 89 ! Eingabe außerhalb des Bereichs ! Reagenzventil ! Spülventil
Falls es irgend etwas anderes ist:
Gibt dem Anwender direkte Steuerung über individuelle Solenoide

Claims

1. Reaktor zum sequentiellen Modifizieren eines an einen Festphasenträger angehefteten Moleküls, umfassend

mehrere Substratträger, wobei jeder Substratträger einen Festphasenträger, an den ein zu modifizierendes Molekül angeheftet werden kann, tragen kann,

mehrere Reagenzkammern, wobei jede ein Reagenz zum Bewirken einer Modifizierung des Moleküls umfassen kann,

Mittel, um jeden mehrerer ausgewählter Substratträger individuell in einen Reagenz-Kontakt-Modus und in einen Reagenz-Nicht-Kontakt-Modus mit jeder von mehreren Reagenzkammern zu bringen,

wobei jeder der mehreren Substratträger zum sequentiellen Kontakt mit dem Inhalt mehrerer Reagenzkammern fähig ist, wobei der sequentielle Kontakt zur sequentiellen Modifizierung von Molekülen führen kann, die an die Festphasenträger auf den mehreren Substratträgern angeheftet sind.

2. Reaktor nach Anspruch 1, weiterhin umfassend Mittel zum Steuern der Abfolge, in der die mehreren Reagenzkammern und die mehreren Substratträger in den Reagenz-Kontakt-Modus gebracht werden.

3. Reaktor nach Anspruch 1, wobei das Mittel um jeden mehrerer ausgewählter Substratträger individuell in einen Reagenz- Kontakt-Modus und in einen Reagenz-Nicht-Kontakt-Modus mit jeder von mehreren Reagenzkammern zu bringen, weiterhin Mittel umfaßt, um jeden mehrerer ausgewählter Substratträger individuell in einen Reagenz-Kontakt-Modus und in einen Reagenz-Nicht-Kontakt-Modus zu positionieren, und Mittel, um jede von mehreren ausgewählten Reagenzkammern relativ zu einem ausgewählten Substratträger zu positionieren, so daß, wenn der ausgewählte Substratträger im Reagenz-Kontakt-Modus ist, der ausgewählte Substratträger mit dem Inhalt einer ausgewählten Reagenzkammer in Kontakt steht, und wenn der ausgewählte Substratträger im Reagenz-Nicht-Kontakt-Modus ist, der ausgewählte Substratträger mit dem Inhalt der ausgewählten Reagenzkammer nicht in Kontakt steht.

4. Reaktor nach Anspruch 1, wobei der Reaktor gleichzeitig ein erstes Molekül auf einem ersten Substratträger und ein zweites Molekül auf einem zweiten Substratträger modifizieren kann.

5. Reaktor nach Anspruch 4, wobei der Reaktor gleichzeitig Modifizierungen in unterschiedlichen Reagenzkammern durchführen kann.

6. Reaktor nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine ausreichende Anzahl von Reagenzkammern um eine Abfolge von Reaktionen durchzuführen, die zur Synthese eines Nukleinsäuremoleküls auf einem der mehreren Substratträger führt.

7. Reaktor nach Anspruch 6, wobei der Reaktor gleichzeitig ein erstes Oligomer in einem ersten Substratträger und ein zweites Oligomer in einem zweiten Substratträger synthetisieren kann, wobei das erste und das zweite Oligomer sich in der Sequenz von Untereinheiten unterscheiden.

8. Reaktor nach Anspruch 7, wobei der Reaktor gleichzeitig eine Reaktion in der Synthese des ersten Oligomers und eine Reaktion in der Synthese des zweiten Oligomers in unterschiedlichen Reagenzkammern durchführen kann.

9. Reaktor nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Substratträger einen Festphasenträger tragen können, welcher geeignet ist die Synthese eines Proteinmokeüls zu fördern, wobei die Modifizierung das Hinzufügen einer monomeren Untereinheit an das Proteinmolekül umfaßt, wobei der Reaktor eine ausreichende Anzahl von Reagenzkammern umfaßt um eine Abfolge von Reaktionen durchzuführen, die zur Synthese eines Proteinmoleküls auf einem der Substratträger führt.

10. Reaktor nach Anspruch 9, wobei der Reaktor gleichzeitig ein erstes Protein auf einem ersten Substratträger und ein zweites Peptid auf einem zweiten Substratträger synthetisieren kann, wobei das erste und das zweite Oligomer sich in der Sequenz von Untereinheiten unterscheiden.

11. Reaktor nach Anspruch 7, wobei der Reaktor gleichzeitig eine Reaktion in der Synthese des ersten Proteins und eine Reaktion in der Synthese des zweiten Proteins in unterschiedlichen Reagenzkammern durchführen kann.

12. Reaktor nach Anspruch 1, weiterhin umfassend Mittel zum Zuführen von Reagenz an eine und zum Entfernen von Reagenz aus einer der Reagenzkammern.

13. Reaktor nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, weiterhin umfassend einen Computer um das Positionieren mehrerer der Substratträger und das Positionieren mehrerer der Reagenzkammern zu steuern.

14. Reaktor nach Anspruch 13, wobei der Computer programmiert ist um eine Abfolge von Positionierungen eines ersten Substratträgers relativ zu den mehreren Reagenzkammern zu bewirken, wobei die Abfolge eine gewünschte Abfolge von Modifizierungen eines ersten Polymermoleküls auf dem ersten Substratträger bewirken kann.

15. Reaktor nach Anspruch 14, wobei der Computer programmiert ist um eine Abfolge von Positionierungen eines zweiten Substratträgers relativ zu den mehreren Reagenzkammern zu bewirken, wobei die Abfolge eine gewünschte Abfolge von Modifizierungen eines zweiten Polymermoleküls in dem zweiten Substratträger bewirken kann.

16. Reaktor nach Anspruch 15, wobei der Computer so programmiert ist, daß das erste Polymermolekül eine vom zweiten Polymermolekül unterschiedliche Sequenz monomerer Untereinheiten umfaßt.

17. Reaktor nach Anspruch 16, wobei der Computer so programmiert ist, daß mindestens eine Reaktion in der Modifizierung des ersten Polymermoleküls und eine Reaktion in der Modifizierung des zweiten Polymermoleküls gleichzeitig durchgeführt werden.

18. Reaktor nach Anspruch 17, wobei der Computer so programmiert ist, daß die gleichzeitig ablaufenden Reaktionen in unterschiedlichen Reagenz kammern durchgeführt werden.

19. Reaktor nach Anspruch 16 oder 17, wobei der Computer so programmiert ist, daß die gleichzeitig ablaufenden Reaktionen in der selben Reagenzkammer durchgeführt werden.

20. Reaktor nach Anspruch 1 oder 3, wobei das Mittel, um jede von mehreren Reagenzkammern zu positionieren einen beweglichen Träger umfaßt, der mehrere Reagenzkammern trägt, wobei individuelle Positionierungsmittel relativ zu dem beweglichen Träger angeordnet sind, so daß die Wirkung des individuellen Positionierungsmittels den Übergang vom Reagenz-Nicht-Kontakt-Modus zum Reagenz-Kontakt-Modus eines ausgewählten Substratträgers bezüglich einer ausgewählten der Reagenzkammern verursacht, und die Bewegung des beweglichen Trägers festlegt, welche von mehreren Reagenzkammern die ausgewählte Reagenzkammer bezüglich eines ausgewählten Substratträgers ist.

21. Reaktor nach Anspruch 20, wobei der Reaktor gleichzeitig ein erstes Molekül auf einem ersten Substratträger und ein zweites Molekül auf einem zweiten Substratträger modifizieren kann.

22. Reaktor nach Anspruch 20, wobei das individuelle Positionierungsmittel so angeordnet ist, daß ein erster Substratträger und ein zweiter Substratträger gleichzeitig bezüglich einer ersten ausgewählten Reagenzkammer in den Reagenz-Kontakt-Modus gebracht werden können.

23. Reaktor nach Anspruch 20, wobei ein dritter Substratträger gleichzeitig bezüglich einer zweiten ausgewählten Reagenzkammer in den Reagenz-Kontakt-Modus gebracht werden kann.

24. Reaktor nach Anspruch 20, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Modifizieren das Hinzufügen einer monomeren Untereinheit an ein Nukleinsäuremokeül umfaßt, die Substratträger einen Festphasenträger tragen können, welcher geeignet ist die Synthese des Nukleinsäuremoleküls zu fördern, und wobei der Reaktor eine ausreichende Anzahl von Reagenzkammern umfaßt um eine Abfolge von Reaktionen durchzuführen, die zur Synthese eines Nukleinsäuremoleküls an einem der Substratträger führt.

25. Reaktor nach Anspruch 24, wobei der Reaktor gleichzeitig ein erstes Oligomer in einem ersten Substratträger und ein zweites Oligomer in einem zweiten Substratträger synthetisieren kann, wobei das erste und das zweite Oligomer sich in der Sequenz von Untereinheiten unterscheiden.

26. Reaktor nach Anspruch 25, wobei der Reaktor gleichzeitig eine Reaktion in der Synthese des ersten Oligomers und eine Reaktion in der Synthese des zweiten Oligomers in unterschiedlichen Reagenzkammern durchführen kann.

27. Reaktor nach Anspruch 20, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Substratträger einen Festphasenträger tragen können, welcher geeignet ist die Synthese des Proteinmoleküls zu fördern, wobei die Modifikation das Hinzufügen einer monomeren Untereinheit an das Proteinmolekül umfaßt und wobei der Reaktor eine ausreichende Anzahl von Reagenzkammern umfaßt um eine Abfolge von Reaktionen durchzuführen, die zur Synthese eines Proteinmoleküls auf einem der Substratträger führt.

28. Reaktor nach Anspruch 26, wobei der Reaktor gleichzeitig ein erstes Protein auf einem ersten Substratträger und ein zweites Peptid auf einem zweiten Substratträger synthetisieren kann, wobei das erste und das zweite Oligomer sich in der Sequenz von Untereinheiten unterscheiden.

29. Reaktor nach Anspruch 27, wobei der Reaktor gleichzeitig eine Reaktion in der Synthese des ersten Proteins und eine Reaktion in der Synthese des zweiten Proteins in unterschiedlichen Reagenzkammern durchführen kann.

30. Reaktor nach Anspruch 20, weiterhin umfassend Mittel zum Zuführen von Reagenz an eine und zum Entfernen von Reagenz aus einer Reagenzkammer.

31. Reaktor nach Anspruch 20, weiterhin umfassend einen Computer um das Positionieren mehrerer Substratträger und das Positionieren mehrerer Reagenzkammern zu steuern.

32. Reaktor nach Anspruch 31, wobei der Computer programmiert ist um eine Abfolge von Positionierungen eines ersten Substratträgers relativ zu den mehreren Reagenzkammern zu bewirken, wobei die Abfolge eine gewünschte Abfolge von Modifizierungen eines ersten Polymermoleküls auf einem ersten Substratträger bewirken kann.

33. Reaktor nach Anspruch 32, wobei der Computer programmiert ist um eine Abfolge von Positionierungen eines zweiten Substratträgers relativ zu den mehreren Reagenzkammern zu bewirken, wobei die Abfolge eine gewünschte Abfolge von Modifizierungen eines zweiten Polymermoleküls in einem zweiten Substratträger bewirken kann.

34. Reaktor nach Anspruch 33, wobei der Computer so programmiert ist, daß das erste Polymermolekül eine vom zweiten Polymermolekül unterschiedliche Sequenz monomerer Untereinheiten umfaßt.

35. Reaktor nach Anspruch 34, wobei der Computer so programmiert ist, daß mindestens eine Reaktion in der Modifizierung des ersten Polymermoleküls und eine Reaktion in der Modifizierung des zweiten Polymermoleküls gleichzeitig durchgeführt werden.

36. Reaktor nach Anspruch 35, wobei der Computer so programmiert ist, daß die gleichzeitig ablaufenden Reaktionen in unterschiedlichen Reagenzkammern durchgeführt werden.

37. Reaktor nach Anspruch 35, wobei der Computer so programmiert ist, daß die gleichzeitig ablaufenden Reaktionen in der selben Reagenzkammer durchgeführt werden.

38. Reaktor nach Anspruch 1, wobei der Reaktor ein Nukleinsäureoligomersynthesizer ist, wobei die mehreren Substratträger mehrere bewegliche diskrete Oberflächen sind, welche geeignet sind ein Substrat für die Festphasensynthese eines Nukleinsäureoligomers zu halten, und

der Reaktor ein die mehreren Reagenzkammern umfassendes Modul umfaßt, wobei das Modul zu einer Bewegung fähig ist, so daß eine der Kammern als eine ausgewählte Reagenzkammer festgelegt werden kann, und

der Reaktor Mittel umfaßt zur Bewegung der diskreten Oberflächen, um sie mit dem Inhalt der Reagenzkammern in Kontakt zu bringen,

wobei die mehreren diskreten Oberflächen so angeordnet sind, daß eine erste ausgewählte Oberfläche mit dem Inhalt einer ersten ausgewählten Reagenzkammer in Kontakt gebracht werden kann und eine zweite ausgewählte Oberfläche mit dem Inhalt einer zweiten ausgewählten Reagenzkammer in Kontakt gebracht werden kann, wobei eine Reagenzkammer ausgewählt wird durch Bewegen des Moduls derart, daß die ausgewählten Oberflächen mit dem Inhalt einer ausgewählten Reagenzkammer in Kontakt gebracht werden können, wobei die Bewegung jeder von mehreren Oberflächen, um sie mit dem Inhalt einer Reagenzkammer in Kontakt zu bringen, einer individuellen Steuerung unterliegt, und wobei eine Abfolge von Kontakten zwischen einer Oberfläche und mehreren Reagenzkammern zur Synthese eines Nukleinsäureoligomers auf einer der Oberflächen fähig ist.

39. Verfahren zum sequentiellen Modifizieren eines an einen Festphasenträger angehefteten Moleküls, umfassend das Bereitstellen eines Reaktors nach einem der Ansprüche 1 - 38, und das sequentielle Inkontaktbringen jedes mehrerer Substratträger mit dem Inhalt mehrerer Reagenzkammern, wobei der sequentielle Kontakt zur sequentiellen Modifikation von Molekülen, die an den Festphasenträger auf den mehreren Substratträgern angeheftet sind, führen kann.