FR2567893A1 - Appareil de synthetisation des polynucleotides - Google Patents

Abstract

UN APPAREIL DE SYNTHETISATION DE POLYNUCLEOTIDES DANS LEQUEL LES REACTIFS NUCLEOTIDES, REACTIFS, SOLVANTS ET AUTRES PRODUITS NECESSAIRES POUR LA SYNTHESE DES POLYNUCLEOTIDES SONT FOURNIS A UN REACTEUR 11 ET EVACUES DE CE DERNIER PAR UN MOYEN D'ALIMENTATION ET D'EVACUATION DE LIQUIDES 20-28, COMMANDE PAR UN MOYEN DE COMMANDE 12 COMPREND UN CONTROLEUR PROGRAMMABLE 32 COMPRENANT UN BLOC MEMOIRE 34-35 DANS LEQUEL SONT MEMORISEES LA QUANTITE A FOURNIR ET LA SEQUENCE D'ALIMENTATION ET D'EVACUATION DES REACTIFS ET DES SOLVANTS ET AUTRES PRODUITS, LEDIT MOYEN D'ALIMENTATION ET D'EVACUATION DE LIQUIDES ETANT COMMANDE EN FONCTION DU CONTENU DU BLOC MEMOIRE.

Description

Appareil de synthétisation des polynucléotides.

La présente invention porte sur un appareil de synthéti-

sation de polynucléotides utilisé pour la synthèse de l'acide d6soxyribonvcléique(ADN) et de l'acide ribonucléique (ARN), et

autres acides similaires.

Il existe un traitement bien connu pour synthétiser

1' ADN, traitement qui utilise un support avec lequel le nucléo-

side est chimiquement lié et pour condenser successivement

le nucléotide en employant des méthodes faisant appel au phos-

phite, au triester phosphite et au diester phosphite. Dans ce traitement de synthèse sont répétées les opérations de lavage,

de déprotection, de lavage, de réaction de condensation, de la-

"age, ainsi de suite. En conséquence, il existe un nombre élevé de répétitions et, quoique les opérations soient peu nombreuses,

le processus est peu commode.

Divers appareils automatiques pour la synthèse de l'ADN ont été proposés récemment dans le but d'éliminer la complexité

de l'opération de synthèse.

Les appareils pour la synthèse automatique de l'ADN qui ont été proposés jusqu'ici sont conçus pour être commandés par un microordinateur disposant d'une mémoire système de 128

à 512 K bit et d'une mémoire utilisateur de 128 à 512 K bit.

Aucun contrôleur de séquence n'est utilisé comme organe de com-

mande pour l'appareil à synthétiser le polynucléotide de l'inven-

tion. On estime qu'il est impossible pour la commande de séquence de la technique antérieure d'effectuer la commande de l'appareil

automatique à synthétiser l'ADN, commande qui a lieu sous l'ac-

tion d'un contrôleur programmable compact et économique. On a

également estimé que le contrôleur programmable qui rend possi-

ble une commande sophistiquée rend l'appareil à synthétiser plus 39 encombrant et plus coûteux que l'appareil de synthétisation qui emploie le microordinateur. C'est pourquoi aucun effort n'a été

poursuivi pour son utilisation pratique.

Le contrôleur ( ou bloc de commande) doit être monté sur le carter de l'appareil de synthétisation- car la fiabilité sera influencée par le démontage d'un carter pour l'installation du contrôleur utilisant le microordinateur universel mentionné

ci-dessus dans l'appareil de synthétisation.Ceci rend plus en-

-2- combrant le carter de l'appareil tout entier. Il est nécessaire

de disposer d'une interface pour le branchement du microordina-

teur à l'appareil de synthétisation, de relais pour commander

les moyens d'alimentation et d'évacuation du liquide, d'un dis-

positif d'élimination de bruit et d'un régulateur de puissance. De plus, des frais élevés sont entraînés par les spécifications

spéciales de cette interface.

Quoique le contrôleur utilisant une carte imprimée spé-

cialisée contribue à la compacité de l'appareil complet, la carte imprimée proprement dite doit être spécialement conçue et il est nécessaire de disposer de l'interface mentionnée ci-dessus, ce

qui implique un coût élevé. Des frais de recherche et de dévelop-

pement sont inévitables chaque fois que la carte imprimée doit

être transformée pour modifier le programme.

En d'autres termes, l'utilisation du microordinateur comme contrôleur pour des raisons de commodité d'emploi de ce dernier n'augmente donc pas seulement l'encombrement et le coût de l'appareil de synthétisation, mais rend aussi nécessaire des

opérations compliquées particulières à l'ordinateur.

Sommaire de l'invention:

La présente invention a été faite dans les circonstan-

ces mentionnées ci-dessus. Un but de la présente invention est de

procurer un appareil automatique pour la synthèse des polynuclé-

otides qui allie la réduction des dimensions et du prix de l'ap-

pareil à l'amélioration de sa manoeuvre.

Le développement récent des contrôleurs de séquence

a été rapide et important. On a assisté successivement au déve-

loppement du contrôleur à tambour rotatif, à cartes imprimés enfichables, à microrelais à contacts et à semiconducteurs sans contacts. On estime que les contrôleurs à programme enregistré

ou du type programmable o l'utilisateur du contrôleur de séquen-

ce a réalisé le programme sont des appareils dépassés par compa-

raison aux commandes utilisant le microordinateur. Cependant, des contrôleurs programmables équipés d'une mémoire système de 32 à 96 K bit et d'une mémoire utilisateur de 2 à 32 K bit ont été récemment mis au point. Les inventeurs se sont donc penchés

sur l'incorporation d'un contrôleur programmable non encore pro-

posé comme commande principale, équipé de circuits intégrés LSI, de mémoires RAM et ROM et autres, de dimensions compactes et o -3-

l'on puisse aisément changer le programme enregistré tout en per-

mettant une commande de séquence sophistiquée. Pour ces raisons a été faite la présente invention dans laquelle les problèmes exposés plus haut sont résolus par l'utilisation d'un contrôleur programmable. La présente invention porte sur un appareil à synthétiser les polynucléotides et qui comprend une section de stockage pour conserver les produits chimiques fluides comprenant les matières premières, les réactifs, les solvants et autres produits semblables et qui sont nécessaires pour la synthèse du polynucléotide; un réacteur pour synthétiser la dite matière première; un moyen d'alimentation et d'évacuation de fluide pour délivrer les dits produits chimiques fluides se trouvant dans la section de stockage au réacteur et pour évacuer les réactifs et les solvants du dit réacteur; et un moyen de commande pour commander les dits moyens

d'alimentation et devacuation des fluides, le dit moyen de com-

mande comprenant un contr81eur programmable équipé d'une mémoire dans laquelle la quantité à fournir et la séquence d'évacuation et d'alimentation sont enregistrées, le dit moyen d'alimentation et d'évacuation de fluide étant commandé en fonction des produitS stockés dans le bloc de stockage. Le contrôleur programmable est

connecté à un bloc d'entrée de séquence de base qui assigne l'or-

dre d'alimentation de la matière première. Les moyens d'alimen-

tation et d'évacuation des liquides sont commandés en fonction des éléinentsfstockéà-dans le bl.c-de- stockage-et des>éléments assignés du bloc d'entrée de séquence de base; Par suite, et conformement à la présente invention, aucune interface n'est nécessaire et il est inutile d'incorporer le contrôleur monté sur le carter, permettant ainsi une réduction de prix et de dimensions de l'appareil tout entier. De plus, il est facile de modifier les éléments commandés en changeant

le contenu enfermé dans le bloc de stockage ou les éléments assi-

gnés du bloc d'entrée de séquence de base, ce qui permet d'amé-

liorer la facilité de manoeuvre.

Le contrôleur programmable étant commandé par un lan-

gage spécialisé, on peut ainsi disposer d'un appareil à synthé-

tiser l'ADN qui soit compact, économique et sophistiqué en utili-

sant un contrôleur programmable considéré comme plus classique qu'un microprocesseur. On peut utiliser comme unité centrale -4- des circuits intégrés comme le 8061, le 8085, le 6008 et autres circuits identiques. Comme mémoire système, il est préférable de

choisir des ROM ou PROM de 32 à 96 k bit. Comme mémoire d'utili-

sateur, la préférence va à des ROM, PROM ou EPROM de 2 à 32 k bit. L'utilisation de disques souples ou de bande magnétique comme mémoire utilisateur ou comme mémoire système n'est en soi pas recommandée. Une minuterie/compteur d'environ 30 à 200 est

préférable. Les repères d'entrée/sortie sont de préférence com-

pris au total entre 20 et 64. Un relais intérieur n'utilisant pas de circuit intégré ou de LSC, et comprenant des contacts

n'est également pas préférable.

Brève description des dessins.

La Figure I est un schéma représentant dans son inté-

gralité l'appareil de la présente invention.

La Figure 2 est un plan de cAblage représentant un

circuit périphérique d'un contrôleur programmable.

La Figure 3 est un organigramme représentant le fonc-

tionnement du présent appareil.

La Figure 4 est un organigramme, représentant un

stade de condensation en détail.

La Figure 5a est une vue frontale en coupe partielle

représentant une électrovanne.

La Figure 5b est une vue en coupe représentant un

corps de soupape.

La Figure 6 est une vue schématique représentant un

autre exemple--du bloc d'entrée de séquence de base.

La Figure 7 est une vue frontale représentant les blocs d'entrée et d'affichage du microprocesseur; La Figure 8 représente une vue en coupe d'un filtre,et

les Figures 9a et 9b-sont des vues schématiques repré-

sentant les dispositions et les branchements des électrovannes.

Description des modes préférés de réalisation

La présente invention sera décrite en utilisant un

mode de réalisation par référence aux dessins.

La Figure 1 est un schéma représentant un mode de réalisation d'un appareil à synthétiser les polynucleotides

de la présente invention. La Figure 2 est un schéma représen-

tant en détails un moyen de commande. Dans les dessins, le sym-

-5- bole 1 représente un cylindre de gaz inerte (azote), 2 une bouteille de solvant, 3 à 6 des bouteilles de réactif, 7 à 10 des bouteilles contenant des matières premières comprenant

des réactifs nucléotides, 11 un réacteur, 12 un moyen de com-

mande. Le dit cylindre de gaz inerte 1 et les bouteilles 2 à constituent une section de stockage servant à conserver les fluides chimiques comprenant les matières premières, les

réactifs, solvants et produits similaires.

Le gaz N2 contenu dans le cylindre d'azote 1 est intro-

duit dans la bouteille de solvant 2, les bouteilles de réac

tif 3 à-6, les bouteilles de matières premières 7 à 10 à tra-

vers une soupape régulatrice 13 et une canalisation 14; ainsi les solvants, réactifs et matières premières sont délivrés

au réacteur 11 depuis la bouteille de solvant 2, les bouteil-

les de réactif 3 à 6, les bouteilles de matières premières 7 à 10 respectivement sous la pression du gaz N2. Le gaz N2 est

également introduit dans le réacteur 11 par l'orifice 15.

Le gaz N2 est séché par un agent de séchage tel que le chlo-

rure de calcium ou autres sels similaires. Les bouteilles de.

réactif 3, 4, 5 et 6 sont chargées respectivement de detrityl,

d'agents oxydants, de couverture et de condensation. Les bou-

teilles 7, 8, 9 et 10 de matières premières sont chargées d'une solution de réactif/solvant nucléotide ayant respectivement comme base l'adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et la

thymine (T).

Les soupapes de contrôle 16, 17 et 18 sont montées aux entrées des bouteilles de réactif 3,4 et 5 respectivement pour empêcher la vapeur ou le brouillard du detrityl, des agents d'oxydation et de couverture de refluer à travers la canalisation et de s'introduire dans les autres bouteilles. Ceci est réalisé parce que le mélange de la vapeur ou du brouillard de détrityl, des agents oxydants et de couverture avec un autre réactif, un

autre solvant et réactif nucléotide en perturbe la fonction.

Un mode de réalisation du réacteur sera expliqué en se ré-

férant à la Figure 8.

Le corps de réacteur 11 est constitué par de la résine

synthétique ou du verre transparent ou translucide, dont la sur-

face intérieure est soumise à la silanigation. Le corps 11 porte -6- &es portions dégradées lia et llb aux ouvertures respectives de

ses extrémités supérieure et inférieure.

Des bouchons supérieur et inférieur 62 et 63 sont intro-

duits respectivement dans les ouvertures des extrémités supérieure et inférieure. Des filtres 64a et 64b sont intercalés respecti- vement entre les bouchons supérieur et inférieur 62 et 63 et

les parties dégradées 11a et 11b.

Ces filtres 64a et 64b peuvent maintenir le support char-

gé dans le corps du réacteur 11 et sont constitués de façon à être insolubles dans les réactifs et les solvants nécessaires pour la réaction de synthèse du nucléotide; Sur le c8té du bouchon supérieur 62 ( ou au sommet du réacteur) une feuille non adhésive 65 avec une surface lisse de matériau non adhésif tel que de la résine fluorée ( typiquement du tétrafluorure d'éthylène) est interposée entre le filtre

64a et la portion dégradée 1ia. La feuille non adhésive 65 por-

te un trou 65a en son centre de façon que la feuille recouvre

le bord de la périphérie du filtre 64a.

Selon le type de réalisation mentionné ci-dessus, lorsque les réactifs ou les solvants qui ont été introduits

dans le corps du réacteur 11 à travers le passage 63a du bou-

chon inférieur 63 déborde du corps 11, le support se trouvant dans le corps de réacteur 11 flotte vers le haut et est poussé vers le filtre 64a. A ce moment, le support a tendance à être déposé sur le filtre 64 quoique la feuille non adhésive 65 empêche cette tendance. Par suite, le support n'adhérera qu'à la partie centrale du filtre 64a qui n'est pas recouverte par la feuille non adhésive 65; ainsi, il n'est pas à craindre que le support n'adhère sur la portion périphérique intérieure

du corps 11.

Lorsque des réactifs de densité plus élevée sont intro-

duits dans le corps 11 à travers le passage 63a du bouchon infé rieur 63, le support flottera également vers le haut et sera poussé pour ouvrir le filtre 64a tandis que l'adhérence au

filtre 64a sera empochée simultanément.

Quoique l'on voit sur le mode de réalisation ci-dessus que le bord périphérique du filtre 64a est recouvert par la feuille non adhésive 65, le filtre peut être réalisé de façon -7- à faire parJie intégrante d'une couche non adhésive au bord de sa périphérie. Une électrovanne 19 est montée sur le passage 14, Les électrovannes 20 à 28 sont montées respectivement à la

sortie des bouteilles 2 à 10.

Les électrovannes 29, 30, 31 et 31' sont montées sur les côtes inférieur et supérieur du réacteur 11o Les vannes 19 à 31' sont ouvertes ou fermées -a moyen d'un moyen de commande:12 mentionné ci-dessuso L'électrovanne 19 est une vanne bidirectionnelle et elle est ouverte lorsque le solénovde (non representé) est e4cité,et úerme sous 3l'action d'un ressort (non représenté) lorsqu'elle n'est pas ecitée. La structure de l'électrovanne est identique

celle à trois directions de la Figure 5, sauf que l'ou-

verture 205 est éliminée.

- Les électrovannes 20 à 28 sonit des vannes à trois direc-

tions de structure identicu-e. L'électrovanne 20 est représen-

tée en détails au: Figures 5a et 5bo L'électrovanne 20 comprend un corps de soupape 200 et une

tige de soupape 203 supportée par un solénoïde 201 et un dia-

phragme 202. Le corps de soupape 200 est muni de lumières 204 et 205 qui sont normalement ouvertes, et d'une lumière 206

qui ne communique avec les lumières 204 et 205 que lorsque le-

solénoïde est excité.

Le solénoïde 201 étant excité, la tige de soupape 203 est rétractée contre la force de pousséed'un ressort 207, ce qui fait communiquer les lumières 204, 20.5 et 206. Non excite, la tige de soupape 203 s'étend sous la poussée du ressort 207 pour interrompre la communication entre les lumières 204, 205

et la lumière 206.

La lumière 206 communiciue avec la sortie de la bouteille

de solvant 2 représentée en pointillés à la Figure 1. Les lumiè-

res 204 et 205 qui communiquent normalement entre elles, sont en communication avec les lumières des autres électrovannes 21

à 28 normalement ouvertes (se référer au trait plein de la Fig 1).

Le gaz N2 le- solvant et autres produits sont délivrés au ré-

acteur 11 à travers les lumières normalement ouvertes des

électrovannes respectives 20 à 28.

Les électrovannes 29, 30, 31 et 31' sont des vannes à trois directions et de structure identique. Ces vannes -8- sont mises dans une position représentée en pointillés dans la Figure 1 lorsque le solénoïde (non représenté) est excité alors qu'elles sont mises dans une position représentée par

le trait plein de la Figure 1 lorsqu'elles ne sont plus excitées.

Le branchement des électrovannes prévu à la sortie

des bouteilles respectives sera maintenant décrit. Les premiè-

re, seconde et troisième lumières mentionnées ci-dessus (res-

pectivement 204, 205 et 206). et qui sont branchées à la sortie des bouteilles, sont disposées sur la périphérie du corps de soupape de l'électrovanne selon un angle donné. La première lumière communique normalement avec la seconde. La troisième lumière est en communication avec la première et la seconde lumières. Les première et seconde lumières des électrovannes respectives sont disposées de façon adjacente l'une à l'autre et se trouvent dans un position plus basse. Les première et seconde lumières communiquent entre elles par un tube de sorte

que l'axe de la première lumière et l'axe de la seconde adja-

cente à la première sont inclinées par rapport à la verticale

(axe horizontal).

La Figure 9a représente le branchement des électrovan-

nes 24 à 26 selon une plus grande échelle. La Figure 9a montre que les électrovannes 24 à 26 peuvent être disposées de façon très rapprochée les unes des autres sans que les raccords de

tube 241b et 251b disposés aux lumières 24b et 25b des électro-

vannes 24 et 25 ne gênent les raccords de tube 251c et 261c disposés aux lumières 25c et 26c des électrovannes 25 et 26 et que les vannes peuvent être branchées alors que la flache

des tubes t est réduite autant que possible. Quoique les élec-

trovannes 24 à 26 aient été données comme exemples, il est clair que les électrovannes 20 à 23, 27 à 31 et 31'peuvent être branchées identiquement. D'autre part, lorsque les vannes 24 à 26 sont supposées être reliées,, les lumières 24b et 25b sont disposées le long de la ligne verticale 1 ( angle par rapport à la ligne verticale égal à 0, c'est-à-dire à la position 6 Heures) et les lumières 25c et 26c sont disposées le long de la ligne horizontale ( l'angle par rapport à la

ligne horizontale égal à 0, c'est-à-dire à la position 9 Heu-

res), les tubes t auraient une forte flèche quoique les élec-

trovannes 24 à 26 puissent être reliées très près l'une de

l'autre.

-9- L'angle que fait l'axe des lumières 20b à 28b avec la ligne verticale peut être de 60 à moins 15 degrés (30 à 50 degrés par rapport à l'horizontale), de préférence dans une gamme de 45 à 105 degrés. Par exemple, lorsque les axes des lumières 20b à 28b sont d'environ 45 degrés par rapport à la verticale et que les axes des lumières 20c à 28c sont d'environ 45 degrés par rapport à la verticale, la flèche des tubes t peut être encore diminuée quoique les lumières 20b à 28b se trouvent dans une position légèrement supérieure à celle du mode de réalisation représenté. Une telle disposition diminue

la flèche du tube et augmente la compacité de l'appareil.

Le moyen de commande 12 qui caractérise la présente

invention sera maintenant décrit.Le moyen de commande 12 compor-

te un contrôleur programmable 32. Ce contrôleur programmable 32 est constitué par des semiconducteurs tels que des circuits

intégrés et des composants LSI qui prennent la place des re-

lais magnétiques à contacts utilisés dans la technique antérieu-

re pour ces circuits de commande. Le contrôleur programmable comprend une unité arithmétique de commande 33, une unité de mémoire (mémoire système) 35 dans laquelle un programme système du système arithmétique et de commande de l'unité arithmétique est mémorisé, un bloc de mémoire (mémoire utilisateur) 34 dan s lequel est mémorisé un programme utilisateur conçu de façon que l'utilisateur du contrôleur programmable 32 puisse recevoir et transmettre les signaux d'entrée et de sortie aux dispositifs externes qu'il désire et aux dispositifs d'entrée et sortie

( non représentés).

Le contrôleur programmable 32 est branché à un bloc d'entrée de séquence de base 36 qui assigne une séquence de

base.

Le bloc d'entrée de séquence de base 36 comprend une

touche d'entrée 37 et un microprocesseur 38.

L'Unité centrale du bloc de commande arithmétique 33 comprend par exemple des circuits intégrés du type 8061, 8085 et 6008. La mémoire utilisateur du bloc de mémoire 34 comprend une mémoire comme une ROM, une PROM, une EPROM ou autres de 2 à 32 k bit. Le bloc mémoire 34 est par exemple unemémoire qui peut se mont3r de façon amovible sur une section destinée à le recevoir (non représentée) du carter du contrôleur programmable

4012. La mémoire système utilisée pour le bloc mémoire 35 compor-

- 10 -

te une ROM ou PROM de 32 à 96 k bit. Une minuterie/compteurcom-

porte un compteur de 30 à 200 et les repères d'entrée/sortie

vont de 20 à 64 au total.

Le contenu d'un organigramme représenté dans la Fig 3 est mis en mémoire dans la mémoire 34. Un programme pour le lavage et le séchage de la totalité de l'installation de l'appareil de synthétisation, partant de la condition o un solvant

de lavage a été chargé dans les bouteilles respectives, est éga-

lement mémorisé.

Un ensemble de mémoire dans lequel le bloc mémoire 34 com-

prend une mémoire à semiconducteurs telle qu'une ROM (Mémoire à lecture seule), une PROM (mémoire à lecture seule programmable) une EPROM ( mémoire à lecture seule programmable effaçable), m é m o i r e dans laquelle est mis en mémoire l'autre programme de commanc du dispositif et/ou le programmepour les essais de produits avant expédition et les essais de maintenance, est monté

sur le dos de la cartouche de mémoire, ce qui permet de rempla-

cer le bloc de mémoire avec la mémoire du contrôleur programmable

depuis l'extérieur du carter. Spécifiquement, le programme men-

tLonné ci-dessus comporte un programme pour tester le fonctionne-

ment du microprocesseur 38, un programme pour détecter une fuite

possible des électrovannes 20 à 31' et le débit de N2, un program-

me pour vérifier si les tubes sont ou non correctement branchés-,-

un programme pour vérifier le débit du solvant, du réactif et de

la matière première, et un programme pour tester chacune des élec-

trovannes 20 à 31'.

La Figure 2 représente un circuit périphérique du contrôleur programmable. Dans les dessins, le symbole numérique 40 indique un redresseur, 41a à 41m les relais de sortie, 42 un commutateur

d'initialisation, 43 un commutateur d'arrêt temporel, 44 un commuta-

teur de continuation, 45 un interrupteur d'arrêt du trityl, 46

un interrupteur de marche du trityl, 46' un commutateur de remplis-

sage, 47 un commutateur de nettoyage, 48 un commutateur de trai-

tement au phosphite, 49 un commutateur de traitement triester, 50a

à 50n les blocs d'entrée et 51a à 51n les blocs de sortie.

-11-

Les relais de sortie 41a à 41m sont connectés aux élec-

trovannes 19 à 31' et actionnent les électrovannes 19 à 31'

lorsque leurs contacts sont fermés.

Le commutateur d'initialisation 42 fait démarrer le fonctionnement du contrôleur programmable 32 et du micropro- cesseur 38. Le commutateur d'arrêt temporel 43 sert à arrêter temporairement le fonctionnement du contrôleur programmable 32 et du microprocesseur 38. Le commutateur de continuation 44

fait redémarrer le contrôleur programmable 32 et le micro-

processeur 38 à partir de l'état d'arrêt temporel.

Le commutateur de mise hors -service du trityl 45 sert à actionner le contrôleur programmable 32 pour que la réaction soit achevée à condition que le groupe de protection soit enlevé et à faire fonctionner le contrôleur programmable 32 pour que la réaction soit achevée à condition que le groupe

de protection soit ajouté.

Les relais de sortie 41n à q-et les lampes témoins 54 à 57

servent à indiquer les processus de détritylisation, de con-

densation, d'oxydation et de couverture.

Le commutateur de nettoyage 47 sert à actionner le con-

trôleur programmable 32 pour que les solutions de solvant soient

chargées dans lesbouteilles de solvant, de réactif et de réac-

tif nucléotide, et pour que chacune des bouteilles, le réac-

teur 11 et le passage soient lavés. Le commutateur de remplis-

sage 46' sert à actionner le contrôleur programmable pour que

les passages séparant les bouteilles 2 à 11 et les électrovan-

nes 20 à 28 soient remplis de solvants et autres produits simi-

laires avant le démarrage de l'opération de réaction.

Les bornes de sortie 38a à 38e et les bornes d'entrée 38f à 38h du microprocesseur 38 sont reliées aux blocs d'entrée

h à 501 et aux blocs de sortie 38a à 38e respectivement.

Lorsqu'un signal d'incrémentation est adressé par le bloc de sortie 51a à la borne d'entrée 38f, la donnée se trouvant à l'adresse suivante du microprocesseur 38 est affichée sur un écran et simultanément un signal de données d'adénine (A), de guanine (G), de cytosine (C) et de thymine (T) est transfér*é simultanément des bornes d'entrée 38a à 38e aux blocs d'entrée

h à 501. Lorsque le contrôleur redémarre sous l'effet du com-

-1 2- mutateur de démarrage. un signal est entré en 38g depuis 51b

et l'adresse initiale de la mémoire du contrôleur 32 est affi-

chée, le signal de donnée à l'adresse initiale étant sorti en

h 501. Lorsque le commutateur de continuation fait redémar-

* rer le contrôleur, un signal sort en 38b depuis 51c et l'adres-

se courante de la mémoire du contrôleur 32 est affichée, le si-

gnal Ce-donnée sortant en 50b à 501.

Le numéro de référence 52 dans les dessins représente

une jauge de pression pour le gaz N2.

La Figure 7 est une vue frontale représentant l'entrée et l'affichage du microprocesseur 38. Le microprocesseur 38 est conçu pour fonctionner à la fois comme dispositif d'entrée

de séquence de base et comme affichage des données d'entrée,tan-

dis qu'une lampe CONCEPTION 101 à l'extrémité supérieure droite s'éclaire; il fonctionne aussi à la fois comme dispositif d' alimentation pour délivrer les données de séquence de base et les données FIN pendant qu'il échange le signal d'entrée et de

sortie avec le contrôleur programmable et un dispositif de visu-

alisation qui affiche la base du groupe terminal croissant du

polynucléotide couremment synthétisé dans le réacteur.

Un affichage d'adresse qui affiche la nième position à partir de la sortie initialisant la synthèse ( ordinairement la sortie 3') o le polynucléotide est condensé comprend deux chiffres en caractères à sept segments. Les lampes témoins 104 à 107 qui indiquent celle des bases A, G,C et T du nucléotide qui doit être condensée ainsi que les commutateurs d'entrée 108 à 111 sont réalisés en un seul bloc. De même une lampe FIN 112 qui indique une sortie o se termine la synthèse et le commutateur d'entrée FIN 113 sont réalisés en un seul bloc. De plus, l'on dispose d'un commutateur 114 pour déplacer l'affichage d'adresse dans la direction de -la sortie démarrant la synthèse et d'un commutateur 115 pour déplacer

l'affichage d'adresse vers la sortie terminant la synthèse.

Un commutateur 116 pour introduire l'adresse et les données un commutateur 117 pour leur suppression et leurs lampes

respectives indicatrices de fonction sont disponibles.

Un commutateur 118 pour effacer les données d'adresse et pour à zéro remettre/ les commutateurs d'introduction et de suppression -13-

un commutateur 119 pour imprimer la séquence de base du poly-

nucléotide actuellement en mémoire et un commutateur 120 pour transférer le registre temporaire de l'adresse, de la FIN et

la base et autres à un registre et les données du bloc de com-

mande 12 à la mémoire, sont disponibles.

Le fonctionnement du type de réalisation mentionné ci-

dessus sera décrit en se référant à un organigramme de la Fig 3.

Un support en verre poreux auquel est fixé le nucléotide de thymine (T) est chargé dans le réacteur 11. Le commutateur d'alimentation 39 est mis en circuit. Si la réaction doit se dérouler selon le traitement au phosphite, la touche de traitement au phosphite sera enfonçée. Ceci provoquera l'exécution par le contrôleur programmable 32 du programme de commande établi dans la colonne de gauche dans la Figure 3. Un élément chuaffant ( non représenté) est mis en circuit pour chauffer le réacteur 11

à 20-22 C. On effectue ensuite un lavage avec un solvant (aceto-

nitrile). Au cours de cette opération de lavage, le solvant (a-

cétonitrile) est introduit dans le réacteur 11 par le fond de ce

dernier depuis la bouteille 2 sous pression du gaz N2 par l'ou-

verture de l'électrovanne 20. Ensuite, le solvant demeuré dans le passage est introduit dans le réacteur 11 sous l'action du gaz NS

sous pression en ouvrant l'électrovanne 19. Le barbotage est effec-

tué dans le réacteur 11. Lors du barbotage, les électrovannes 19, 29 sont ouvertes par intermittence ou bien l'électrovanne 29

est ouverte par intermittence pendant que l'électrovanne 19 conti-

nue à être ouverte, de sorte que le gaz N2, sous une pression

de 0,1 kg/cm2 à 1 kg/cm2 est soufflé pendant 0,02 sec à 2,0 sec.

Le barbotage est arrêté pendant une période prédéterminée. Ces

opérations sont répétées. Un soufflage intermittent du gaz N2 réa-

lisé de cette façon entraine un effet d'agitation par suite du barbotage. De plus, on élimine ainsi la production de brouillard et l'évaporation du solvant. Si la durée de barbotage par le gaz N2 est inférieure à 2,0 sec, il se produira un brouillard et l'effet d' agitation ne sera pas obtenu. Si la durée de barbotage par le gaz

dépasse 2,0 sec, l'effet d'agitation sera obtenu. Les électro-

vannes 29, 3O seront ensuite placées dans une position représen-

téeen pointillés. Le solvant est déchargé depuis le réacteur 11 par soufflage du gaz N2 depuis le sommet du réacteur 11. Cette

opération est répétée un certain nombre de fois.

-14-

L'opération de détritylation est ensuite mise en oeuvre.

A ce stade de détritylation, l'agent détrityl ( 3% d'acide trichlo roacétique/ chlorure de méthylène en solution) est introduit depuis la bouteillle 3 dans le réacteur 11 depuis le fond de ce dernier sous la pression du gaz N2 par l'ouverture de l'électro- vanne 21. L'opération suivante est effectuée de la même façon que l'opération de lavage. Cette opération est répétée à plusieurs

reprises. Pendant cette opération de détrytilation, l'électrovan-

ne 31 est ouverte pour évacuer le liquide déchargé vers un tube

échantillon placé sur un collecteur de fraction.

Ensuite, il y a répétition de l'opération de lavage.

L'opération passe ensuite au stade de condensation, sauf dans le cas o l'entrée FIN est adressée par le microprocesseur 38 et o le commutateur 45 (Trityl HORS CIRCUIT) est en circuit. L'opération de condensation, lors de laquelle un incrément de pression est adressé par le contrôleur programmable 51a au microprocesseur 38 et au collecteur de fraction pour les incrémenter, comprend les opérations suivantes: le chargement d'un agent de condensation ( solution de tétrazole/acétonitrile), (opération I) après séchage

du support par le gaz N2, l'opération de chargement des réac-

tifs nucléotides (phosphoramidite), opération (II) de chargement d'un agent de condensation ( solution de tétrazole/acétonitrile) et une opération de réaction de condensation. Au stade (I) de char gement de l'agent de condensation, l'agent de condensation égal

à la moitié de la quantité requise est introduit dans le réac-

teur 11. Au stade (II) de chargement de l'agent de condensation

l'agent de condensation restant est introduit. Au stade de char-

gement des réactifs nucléotides (phosphoramidite), l'opération s'effectue selon une instruction provenant du bloc d'entrée 36 de séquence de base. Par exemple, une solution de réactif/solvant amidite nucléotide (acétonitrile), la dite amidite acétonitrile ayant comme base de l'adénine qui est une base nucléotide à la première liaison, est introduite depuis la bouteille 7 dans le

réacteur 11 qui est chargé avec un support o est liée la nucléoti-

de thymine (T) par ouverture de l'électrovanne 25 à la premiè-

re opération de condensation. La solution de réactif/solvant nucléotideamidite (acétonitrile), la dite nucléotide-amidite -15- ayant comme base de la guanine (G), de la cytosine (C), de la thymine (T) de l'adénine (A).

thymine (T), est introduite..DTD: dans le réacteur 11 respectivement aux seconde, troisième, quatri-

ème, cinquième et nième opérations de condensation. Pendant la réaction de condensation, il est possible d'échantillonner le liquide de réaction provenant du réacteur 11 et de vérifier 1' avancement de la réaction en excitant les électrovannes 29, 30

31 pour les faire passer dans la position représentée en pointi-

llés dans la Figure 1.

Dans ce cas, l'adresse et les données-précédentes sont affichées jusqu'à ce que le signal d'incrément soit en sortie. Lorsque le signal d'incrément est en sortie, une adresse suivante est affichée et les données à cette adresse sont le

signal de sortie pour le contrôleur programmable 32.

On peut alimenter simultanément le réacteur 11 avec deux, trois et quatre types de réactifs nucléotides Lorsque les n types de réactifs nucléotides sont délivrés, la période d'ouverture pour les électrovannes 25 à 28 est réglée sur 1/N de la période correspondant à la délivrance d'un seul réactif

nucléotide. Un réactif nucléotide dimère ou un réactif nucléo-

tide trimère peuvent être chargés dans la bouteille de matière

première, puis délivrés au réacteur 11.

Après achèvement de l'opération de condensation mention-

née plus haut, une opération d'oxydation est effectuée grâce à une opération de lavage. A ce stade de l'oxydation, un agent oxydant ( solution d'iode, d'eau /diaxane) est introduit dans une bouteille 11 sous la pression du gaz N2 par l'ouverture de l'électrovanne 22. Ensuite, l'opération s'effectue de la même

façon que l'opération de lavage. Cette opération est répétée -

un certain nombre de fois. Après la fin de l'opération d'oxyda-

tion, le lavage s'effectue. Le processus continue par l'opé-

ration de couverture sauf dans le cas o le signal FIN entre dans le microprocesseur et o le commutateur de trityl 4- est mis en circuit. A ce stade de couverture, l'électrovanne 23

est ouvertie pour délivrer l'agent de couverture depuis la bou-

teille 5 au réacteur 11 sous la pression du gaz N2. Ensuite, I'

opération se poursuit de la même façon que l'opération de lava-

ge. Cette opération peut être répétée à plusieurs reprises.

-16-

Après achèvement de l'opération de couverture, l'o-

pération est à nouveau répétée à partir du stade du lavage. Si les données sur la base et le signal FIN sont une entrée à une nouvelle adresse de la mémoire du bloc d'entrée de séquence de base 36, l'opération de synthèse s'achèvera, tandis que le groupe de protection sera retiré ou ajouté après terminaison de la réaction de synthèse de la dernière base assignée. Lorsque l'on désire terminer l'opération de synthèse pendant que le

groupe de protection est retiré, le commutateur d'ARRET de tri-

tyl est mis en circuit. Lorsque l'on désire la terminaison de l'opération de synthèse pendant que le groupe de protection

est ajouté, le commutateur d'ARRET de trityl est mis hors cir-

cuit. Il est aussi possible d'effectuer une opération pour couper le polynucléotide du réacteur 11 après terminaison de l'opération de synthèse. Une bouteille de réactif pour 1'

opération d'interruption peut être prévue. Cependant, l'opéra-

tion d'interruption n'est pas une opération de répétition et cette opération nécessite une longue période pour s'effectuer

et le rendement n'est pas élevé.

Lorsque la réaction s'effectue selon le traitement au triester, la bouteille de réactif 4 peut être vide car

l'agent oxydant n'est pas utilisé à la différence du trai-

tement au phosphite. Selon une autre solution, la bouteille de réactif peut être utilisée comme une bouteille de solvant 4 contenant un solvant II qui est contenu dans la bouteille 2 ou différents solvants 11. On décrire. d'autres exemples dans lesquels différents solvants sont utilisés. Le commutateur de traitement au triester 49 est mis en circuit. Ceci provoque

l'exécution des instructionsde la commande exposée dans la co-

lonne de droite de la Figure 3par le contrôleur programmable 32. Lorsqu'on utilise comme support le gel de polystylène, une opération de gonflement est nécessaire. Le support est gonflé avec un mélange liquide de chlorure de méthylène et de méthanol. Le processus est identique au traitement du

phosphite, sauf qu'il n'est pas nécessaire de procéder à l'oxy-

dation. Au stade du lavage après détritylation,le support est

lavé une seule fois avec un mélange liquide de chlorure de mé-

thylène et de méthanol, puis lavé deux fois avec un solvant d'anhydride de tétrahydrofurane, et enfin séché avec du gaz -17-

N2. On utilise de l'anhydride de tétrahydrofurane pour le lava-

ge après l'opération de condensation. Un mélange liquide de

méthylène et de méthanol est utilisé pour le lavage après l'opé-

ration de couverture.

Si le commutateur 43 d'arrêt temporel est mis en cir- cuit ou que le fonctionnement du contrôleur programmable soit arrêté par suite d'une panne de courant pendant la réalisation de la synthèse, la condition existant immédiatement avant l'action sur le commutateur 43 ou la panne de courant est maintenue. Le fonctionnement continue lorsque le commutateur de continuation

46 est mis en circuit ou que le courant revient.

Dans le mode de réalisation mentionné ci-dessus, les

électrovannes 20 à 28 ne sont prévues qu'à la sortie des bou-

teilles 2 à 10, de sorte que la pression du gaz N2 est normale-

ment appliquée aux bouteilles 2 à 10. Par suite, une diminution de pression ne se produit que rarement même si le gaz N2 fuyait légèrement des bouteilles 2 à 10. L'alimentation en liquide est effectue simultanément à l'ouverture des électrovannes

à 28.

Etant donné que les soupapes de contrôle 16, 17 et 18 sont montées aux sorties de la bouteille 3 contenant un agent de détritylation, la bouteille 4 du solvant 11 et la bouteille de l'agent de couverture respectivement, l'on ne doit pas craindre que la vapeur ou le brouillard de ces réactifs refluent

dans le passage 14 pour pénétrer dans les autres bouteilles.

Dans le cas o des électrovannes sont montées à la place des soupapes de contrôle 16, 17 et 18, et o elles sont étudiées pour pouvoir être ouvertes simultanément à l'ouverture des électrovannes 21, 22 et 23, une légère fuite du gaz N2

des- bouteilles 3, 4 ou 5 entraînerait une diminution de pres-

sion.

L'alimentation en liquide aurait lieu après l'augmen-

tation de pression lorsque les électrovannes seraient ouvertes.

Si le débit est commandé en réponse à la durée d'ouverture de l'électrovanne, ceci amènera des inconvénients et notamment

des pertes de débit. Un filtre est disposé à la sortie des bou-

teilles respectives sur la vanne, empêchant donc une fuite due

à l'introduction d'un corps étranger dans la vanne.

-18- L'-électrovanne 31 ' est une soupape de [r^_:? qui est utilisée lorsqu'une légère fuite risque de se produire dans les bouteilles 20 à 31, ou lorsqu'on désire éliminer la possibilité

de fuite dans les vannes 20 à 30, ou pour tout facteur d'abaisse-

ment du rendement, comme l'influence de la détérioration du

réactif au cours de la synthèse d'un très long polymère. Lors-

que le liquide parvient au réacteur à certains points du dérou-

lement de la réaction, une quantité initiale de 0,1 à 0,5 ml d'une quantité prédéterminée du liquide peut être évacuée du système sans être introduite dans le réacteur. Lorsque les vannes , 30 et 31' sont simultanément réglées sur un mode représenté en pointillés, en les mettant en circuit, le système est fermé pendant qu'il est rempli de gaz N2. On peut empêcher les fuites

dans les électrovannes 20 à 28 à la suite de l'absence de pres-

sion différentielle entre la lumière respective dans les électro-

vannes 20 à 28 pendant cette période.

La Figure 6 représente l'autre version du bloc d'entrée de séquence de base 36 dans laquelle un commutateur rotatif 53 et une carte de programme avec commutateurs à diode du genre

à boutons-poussoirs sont utilisés au lieu du microprocesseur 38.

L'un des relais de sortie du contrôleur programmable est mis en circuit lorsque le nucléotide est délivré. Le contact

mobile 53k du commutateur rotatif 53 connecté de façon opération-

nelle au relais, est successivement commuté sur les contacts

fixes 53a à 53j. A la première réaction de synthèse, l'électro-

vanne 25 est ouverte de sorte qu'une solution de réactif/solvant nucléotide (ayant comme base de l'adénine (A)) est délivré au

réacteur 11. Lors de la seconde réaction de synthèse, les élec-

trovannes 26 et 28 sont ouvertes de sorte que le réactif nucléo-

tide ( ayant comme base de la guanine (G)) et le réactif nu-

cléotide ( ayant comme base de la thymine) sont délivrés au ré-

acteur. Lors de la troisième synthèse, l'électrovanne 27 est

ouverte de sorte que le nucléotide ayant comme base de la cyto-

sine (C) est délivré au réacteur.

Dans le mode de réalisation mentionné plus haut, tous les réactifs y compris l'agent de condensation et le réactif

nucléotide sont déli vrés automatiquement au réacteur 11.

-19-

Cependant, l'appareil peut être modifié pour que l'agent de con-

densation et le réactif nucléotide soient injectés manuellement.

Dans ce cas, le bloc d'entrée 34 de séquence de base devient inutile. Le présent appareil peut être utilisé pour la synthèse

de l'ARN comme de 1' ADN.

Etant donné que l'alimentation et l'évacuation du liqui-

de ( électrovannes 19 à 31) sont commandées conformément au

contenu mémorisé d'un bloc mémoire au moyen d'un contr8leur pro-

grammable comprenant le bloc mémoire dans lequel sont mises en mémoire comme mentionné ci-dessus la quantité à délivrer des liquides comme le réactif, le solvant et autres ainsi que les

séquences d'alimentation et d'évacuation en liquides, aucune in-

terface n'est nécessaire et l'incorporation du contrôleur mon-

té sur le carter est inutile, ce qui permet de réduire le coût

et les dimensions de l'ensemble de l'appareil. De plus, le pré-

sent appareil n'exige pas de manoeuvres compliquées. Il n'exige pas non plus de longues périodes de temps mortsdues au fait qu'il y a trop de données d'entrée et de bifurcations de sélection

comme dans les appareils classiques à microordinateur incorporé.

Même un débutant peut aisément faire fonctionner l'appareil.

De plus, les éléments de commande peuvent être aisément

modifiés en changeant le contenu de la mémoire dans le bloc mémoi-

re ou le contenu assigné dans le bloc d'entrée de séquence de ba-

se, permettant ainsi une amélioration de la facilité de manie-

ment.

Si le bloc d'entrée de séquence de base comprend un mi-

croprocesseur, on pourra sensiblement obtenir la même fonction que pour tout un dispositif entier de commande comprenant un

microordinateur et le coût en sera réduit. Non seulement le mi-

croprocesseur qui ne constitue que le bloc d'entrée de séquence de base peut être réalisé avec des semiconducteurs économiques

mais également le clavier devient plus compact et économique.

L'appareil peut être utilisé sans changer de spécifi-

cation, quelle que soit la modification du bloc principal de com-

mande ou de la mémoire utilisateur et la modification du type d'

appareil, ce dernier peut répondre économiquement aux améliora-

tions du type d'appareil et de la réaction chimique.

-20-

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Appareil pour la synthétisation des polynucleotides comprenant une section de stockage pour conserver les produits chimiques fluides comprenant les matières premières, les réactifs, les solvants et autres produits qui sont nécessaires pour la synthè- se des polynucleotides; un réacteur pour synthétiser les dites matières premières; un moyen d'alimentation et d'évacuation de fluides chimiques pour-fournir ces derniers se trouvant dans la dite section de stockage au réacteur et pour évacuer du dit réacteur les réactifs et les solvants; et un moyen de commande pour commander le dit moyen d'alimentation et d'évacuation de

fluide, le dit moyen de commande comprenant un contrôleur program-

mable doté d'un bloc mémoire dans lequel sont mises en mémoire

la quantité à délivrer et la séquence d'alimentation et d'évacua-

tion des dits produits chimiques fluides, le dit moyen d'alimen-

tation et d'évacuation des fluides étant commandé conformément

au contenu mis en mémoire dans le bloc mémoire.

2. L'appareil de synthétisation des polynucléotides exposé dans la revendication 1 dans lequel le dit contrôleur programmable est connecté avec un bloc d'entrée de séquence de base qui assigne l'ordre d'alimetnation des dites matières premières, le dit moyen

d'alimentation et d'évacuation de fluides étant commandé conformé-

ment au contenu du bloc mémoire et au contenu assigné du bloc

d'entrée de séquence de base.

3. L'appareil de synthétisation des polunucléotides exposé dans la revendication 1, comprenant en outre un affichage d'adresse qui

représente une position depuis un point de départ d'une synthèse -

de nucléotide, un certain nombre de lampes témoins indicatrices de base qui indiquent le type de bases respectives de nucléotides et un bloc de commande qui commande l'affichage d'adresse et les lampes d'indication de base en réponse aux données de séquence

de base du bloc mémoire.

4. Un appareil de synthétisation de polunucléotides exposé dans

la Revendication 1, dans lequel la dite section de stockage com-

prend un certain nombre de bouteilles de solvant et de bouteil-

les de réactif contenant respectivement les solvants et les réactifs, chaque bouteille de solvant ayant une lumière du c8té -21- de l'entrée du gaz interte, le dit passage de chaque bouteille de solvant et de chaque bouteille de réactif étant pourvu d'une

soupape de contrôle qui empêche le reflux dans les autres bou-

teilles de réactif et de solvant.

5. L'appareil de synthétisation de polynucléotides exposé dans la Revendication 1, dans lequel le dit réacteur a un corps pourvu de filtres sur le dessus et le dessous, un support pour maintenir les matières premières et introduit entre les dits filtres, une portion non adhésive disposée le long du bord de la péripéhrie du filtre sur le dessus pour empêcher le

support d'adhérer aux filtres. -

6. L'appareil de synthétisation de polynucléotides exposé dans la Revendication 1, dans lequel une électrovanne est disposée au passage respectif de l'entrée et de la sortie du réacteur, la dite électrovanne comprenant un corps de soupape pourvu d'une ouverture communiquant avec l'autre lumière dans un espace de communication faisant communiquer un certain nombre de lumières et une tige de soupape qui ouvre et ferme l'ouverture de la soupape en réponse à l'action d'un piston

du solénoide.

7. L'appareil de synthétisation de polynucléotides exposé

dans la Revendication 1, dans lequel une première lumière (sor-

tie), une seconde lumière (entrée) et une troisième lumière

reliée avec le côté sortie de la section de stockage sont dis-

posées le long de la périphérie du corps de l'électrovanne selon un angle donné, la première et la seconde lumières communiquant normalement entre elles, les troisièmes lumières communiquant avec les première et seconde lumières une fois excitée, les premières et seconde lumières étant disposées de telle sorte qu'elles se trouvent positionnées à une position plus basse et adjacentes l'une à l'autre, la première lumière étant en communication avec la seconde par un tube de sorte que l'axe de la première lumière et l'axe de la seconde adjacente -22- à la première sont inclinés par rapport à l'axe vertical ( ou

à l'axe horizontal).

8. L'appareil de synthétisation de polynucléotides exposé dans la Revendication 1, dans lequel est disposé un ensemble de mémoire comprenant des mémoires à semiconducteurs telles que des ROM, PROM, EPROM, dans lesquelles est enregistré le programme de commande et/ou le programme de maintenance ce qui permet de remplacer L'ensemble de mémoire avec le

bloc mémoire du contrôleur programmable.