一种高通量DNA合成仪的制作方法

本实用新型涉及生物技术领域，具体涉及一种高通量DNA合成仪。

背景技术：

人工合成DNA是目前已知的定向改造基因序列的唯一途径，广泛应用于蛋白质改造和生命科学等多个领域，如核酸药物、酶工程、基因治疗等。DNA合成仪在合成过程需要脱保护、活化链接、盖帽、氧化等不同的步骤，合成过程需要在惰性气体环境保护下向合成柱内注入不同试剂，待反应完成后将合成柱内试剂排空。排出的废液由管道输送到废液罐，从而最大限度地减少废液在设备中的残留，既可以保护实验人员的健康，又可以保证合成质量；工业型合成仪,主要指合成通量大，且单柱合成产物为10-1000nmol的DNA合成仪。工业型合成仪常见的合成柱数为96柱、192柱，384柱或更多合成柱数的合成仪较为鲜见。主要适用于大型实验室，公用实验平台及商业合成机构。国内主要的商业合成机构如上海生工，北京赛百盛，上海捷瑞，华大基因，金斯特，金维斯等。该类型DNA合成仪较实验室型品牌相对较少，常见的品牌有美国biolytic，丹麦oligomaker，美国mermade，美国polyplex等。在欧洲，polygen 96柱合成工作站及384柱合成塔也是较常见的工业型合成仪之一。由于人们所需要的大部分核酸的碱基对数量远远超过目前DNA合成仪可以合成的最长核酸链的碱基对数量，因此还需要不断改善合成工艺才能得到较长的核酸分子。当前DNA合成仪的主要生产厂商都致力于机器性能的完善和应用领域的开拓以及高效率、高产率的仪器的开发与研究。目前国内还没有一款高通量、高效率的、低成本的DNA合成仪。

技术实现要素：

实用新型目的：本实用新型旨在克服现有技术的缺陷提供一种高通量DNA合成仪。

技术方案：一种DNA合成仪，包括机架、容器放置架、第一气缸、第二气缸、合成板承载单元、分注单元、分注单元安装板、气液路单元和控制器；所述容器放置架固定在所述机架上，所述容器放置架上放有清洗液容器和多个试剂容器；所述合成板承载单元承载有合成板，所述合成板上具有多个合成柱；所述分注单元安装在所述分注单元安装板上，所述分注单元包括多个分注喷嘴；所述气液路单元包括气源、所述清洗液容器和所述多个试剂容器；所述第一气缸用于驱动所述合成板承载单元水平移动，所述第二气缸用于驱动所述分注单元安装板竖直移动。

进一步地，所述合成板承载单元包括承载板、矩形框和废液仓；所述承载板包括用于容纳所述合成板的矩形孔，所述废液仓与所述承载板固定且位于所述矩形孔的下方，所述矩形框位于所述废液仓和所述合成板之间用于承载所述合成板；所述废液仓的侧面具有废液仓侧面开口，所述侧面开口处具有封闭所述侧面开口的废液仓盖，所述侧面开口和所述废液仓盖之间具有密封垫，所述废液仓底部具有排废液孔。

进一步地，所述废液仓盖上具有观察窗，所述废液仓面向所述矩形框的顶部开口处具有台阶部，所述矩形框放置在所述台阶部上，所述废液仓通过固定螺栓固定在所述承载板下方。

进一步地，所述分注单元包括阀板安装板、多个阀板、多个阀门和多个分注喷嘴；所述阀板安装板固定在所述分注单元安装板上，所述阀板包括条形板体，所述条形板体包括位于两端的两个进液部和位于所述两个进液部之间的呈一排布置的多个出液部，所述板体内具有贯穿两个进液部和所有的出液部的长条形孔，每个出液部包括一个与所述长条形孔连通的进液孔和一个贯穿所述板体上下表面的出液孔，所述出液部具有凹槽，所述进液孔的孔口和所述出液孔的其中一个孔口均位于所述凹槽内，每个所述进液部具有与所述长条形孔连通的第一进液口；所述多个阀板固定在所述阀板安装板上，所述阀板安装板上对应每个出液孔具有一个贯穿阀板安装板上下表面的贯通孔，每个贯通孔还连接一个分注喷嘴；每个所述凹槽内固定有一个所述阀门，所述阀门的进液端连接所述进液孔，所述阀门的出液端连接所述出液孔。

进一步地，每个所述进液部还具有一个与所述长条形孔连通的第二进液口，所述第二进液口为圆柱形进液口，所述第二进液口的轴线与所述长条形孔的轴线共轴；每个阀板的两个第二进液口处设有堵头，并且两个第一进液口的其中一个进液口处设有堵头；所述阀门为两通电磁阀；所述分注喷嘴和所述贯通孔通过螺纹固定连接，所述分注喷嘴位于所述阀板安装板下方。

进一步地，所述分注单元安装板下表面设有气囊，所述气囊具有进气口、进气阀门、出气口和出气阀门；所述气源用于对所述气囊供气，所述合成仪还包括用于将所述分注单元安装板和所述承载板密封的第三气缸。

进一步地，所述气液路单元包括气源、清洗液容器、多个试剂容器、多个阀板和多个第一三通阀；所述气源连接总管路的一端，所述总管路的另一端连接第一管路和第二管路；所述清洗液容器和所有试剂容器的盖子上均插有进气管和出液管；所有的进气管均连接所述第一管路，清洗液容器的出液管连接一个阀板的第一进液口，每个试剂容器的出液管连接至少一个第一三通阀的第一端口，所述第二管路连接所有第一三通阀的第二端口，每个第一三通阀的第三端口连接至少一个阀板的第一进液口。

进一步地，所述气液路单元还包括气阀、清洗液阀和第二三通阀，所述第二管路上设有气阀，所述气阀和所述总管路之间的第二管路通过管路连接第二三通阀的第一端口，所述清洗液容器的出液管路与所述第二三通阀的第二端口连接，所述第二三通阀的第三端口连接一个阀板的第一进液口，所述第二三通阀的第三端口还连接所述清洗液阀的第一端口，所述清洗液阀的第二端口连接第二管路，所述清洗液阀的第二端口和所述第二管路的连接点位于所述气阀和所述多个第一三通阀之间。

进一步地，所述单元包括一个清洗液容器，盛装乙腈；所述试剂容器有9个，分别盛装耦合剂、第一盖帽试剂、第二盖帽试剂、胸腺嘧啶、腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤、脱保护试剂、氧化剂；所述第一盖帽试剂和第二盖帽试剂为不同的试剂。所述清洗液容器的进气管和耦合剂试剂容器的进气管均连接第一主管路；所述第一盖帽试剂的进气管和第二盖帽试剂的进气管均连接第二主管路；所述胸腺嘧啶试剂容器的进气管、腺嘌呤试剂容器的进气管、胞嘧啶试剂容器的进气管和鸟嘌呤试剂容器的进气管均连接第三主管路；所述第一主管路、第二主管路、第三主管路、脱保护试剂试剂容器的进气管和氧化剂试剂容器的进气管均连接所述第一管路。

进一步地，所述第一主管路、第二主管路、第三主管路、脱保护试剂试剂容器的进气管、氧化剂试剂容器的进气管、第二管路和总管路上均设有调压阀和压力表；所述清洗液容器的进气管、耦合剂试剂容器的进气管、第二主管路、第三主管路、脱保护试剂试剂容器的进气管和氧化剂试剂容器的进气管均设有单向阀。

进一步地，所述气源为氩气储气瓶。

进一步地，所述机架上铰接有倒L型压块，所述分注单元安装板上固定有第三气缸，所述第三气缸的自由端能够抵接所述L型压块的水平侧从而将所述分注单元安装板和所述承载板密封。

进一步地，所述倒L型压块分两侧布置，每侧具有7个；第三气缸分两侧布置，每侧具有7个；每侧的7个到L型压块通过连杆连接。

进一步地，所述承载板为矩形板，所述承载板穿过所述机架，被所述第一气缸驱动在所述机架上水平移动。

进一步地，所述合成仪还包括竖直导轨，所述第二气缸驱动所述分注单元安装板沿着所述竖直导轨上下移动。

进一步地，所述气源与所述进气阀门连接；所述第一、二、三气缸与所述气源连接。

进一步地，所述矩形孔、矩形框和废液仓具有两个。

进一步地，分注单元安装板安装有两个分注单元，每个阀板安装板上装有10个阀板；所述条形板体包括8个出液部；所述分注单元包括80个分注喷嘴。

进一步地，所述合成板上设有多列合成柱放置位，每列有16个合成柱放置位，每个合成柱放置位放置有一个合成柱。

进一步地，阀板安装板上的10个阀板分为整齐排列的前五个和整齐排列的后五个，所述前五个阀板和所述后五个阀板错开布置，错开的距离等于一个阀板上相邻出液孔之间的距离。由此一列16个合成柱，第一个阀板的喷嘴对准第一列1、3、5、7…..、15号合成柱时，第六个阀板的喷嘴对准另一列的2、4、6……..16号合成柱。

进一步地，每个试剂容器的出液管用于对2个阀板的进液口供液。

有益效果：本实用新型的DNA合成仪合成周期短，速度快，合成试剂消耗量最低，合成可靠性最高、稳定性最好。强大的控制软件是仪器故障率极低，稳定好。气路的设计使得整体设备操作灵活方便，硬件扩展性强，升级方便；一次能够实现对多个合成柱的合成，且合成操作实现了自动化。

附图说明

图1为合成仪总体示意图；

图2为两个分注单元安装在合成单元安装板示意图；

图3为通过第三气缸将分注单元安装板和承载板密封示意图；

图4为分注单元安装板下表面气囊示意图；

图5为本实用新型合成板承载装置示意图；

图6为本实用新型合成板承载装置分解示意图；

图7为分注装置示意图；

图8为阀板第一示意图；

图9为阀板第二示意图；

图10为阀板第三示意图；

图11为阀板第四示意图；

图12为气液路单元示意图。

具体实施方式

附图标记：1.1机架；1.2容器放置架；1.3合成板承载单元；1.4分注单元；1.5分注单元安装板；1.6第一气缸；1.7第二气缸；1.8第三气缸；1.9倒L型压块；1.10连杆；1.11气囊；2阀板安装板；3电磁阀；4分注喷嘴；5板体；5.1进液部；5.1.1第一进液口；5.1.2第二进液口；5.2出液部；5.2.1进液孔；5.2.2出液孔；5.3长条形孔；6承载板；6.1矩形孔；7矩形框；8合成板；9废液仓；9.1排废液孔；9.2密封垫；9.3废液仓盖；9.4观察窗；9.5台阶部。20.1耦合剂容器；20.2第一盖帽试剂容器；20.3第二盖帽试剂容器；20.4胸腺嘧啶容器；20.5腺嘌呤容器；20.6胞嘧啶容器；20.7鸟嘌呤容器；20.8脱保护试剂试剂容器；20.9氧化剂容器；20.10清洗液容器；30气源；31压力表；32调压阀；33单向阀；34清洗液阀；35气阀；36.1第一三通阀；36.2第二三通阀；40总管路；41第一管路；42第二管路；43.1第一主管路；43.2第二主管路；43.3第三主管路。

一种DNA合成仪，包括机架1.1、容器放置架1.2、第一气缸1.6、第二气缸1.7、合成板承载单元1.3、分注单元1.4、分注单元安装板1.5、气液路单元和控制器；所述容器放置架1.2固定在所述机架1.1上，所述容器放置架1.2上放有清洗液容器20.10和多个试剂容器20.1-20.9；所述分注单元1.4安装在所述分注单元安装板1.5上；所述第一气缸1.6用于驱动所述合成板承载单元1.3水平移动，所述第二气缸1.7用于驱动所述分注单元安装板1.5竖直移动。

所述合成板承载单元1.3包括承载板6、矩形框7和废液仓9；所述承载板6包括用于容纳所述合成板8的矩形孔6.1，所述废液仓9与所述承载板6固定且位于所述矩形孔6.1的下方，所述矩形框7位于所述废液仓9和所述合成板8之间用于承载所述合成板8；所述废液仓9的侧面具有废液仓侧面开口，所述侧面开口处具有封闭所述侧面开口的废液仓盖9.3，所述侧面开口和所述废液仓盖9.3之间具有密封垫9.2，所述废液仓9底部具有排废液孔9.1。所述废液仓盖9.3上具有观察窗9.4，所述废液仓9面向所述矩形框的顶部开口处具有台阶部9.5，所述矩形框7放置在所述台阶部9.5上，所述废液仓9通过固定螺栓固定在所述承载板6下方。

所述分注单元1.4包括阀板安装板2、多个阀板5、多个阀门3和多个分注喷嘴4；所述阀板安装板2固定在所述分注单元安装板1.5上，所述阀板5包括条形板体，所述条形板体包括位于两端的两个进液部5.1和位于所述两个进液部5.1之间的呈一排布置的多个出液部5.2，所述板体内具有贯穿两个进液部5.1和所有的出液部5.2的长条形孔5.3，每个出液部5.2包括一个与所述长条形孔5.3连通的进液孔5.2.1和一个贯穿所述板体上下表面的出液孔5.2.2，所述出液部5.2具有凹槽，所述进液孔5.2.1的孔口和所述出液孔5.2.2的其中一个孔口均位于所述凹槽内，每个所述进液部5.1具有与所述长条形孔5.3连通的第一进液口5.1.1；所述多个阀板5固定在所述阀板安装板2上，所述阀板安装板2上对应每个出液孔5.2.2具有一个贯穿阀板安装板2上下表面的贯通孔，每个贯通孔还连接一个分注喷嘴4；每个所述凹槽内固定有一个所述阀门3，所述阀门3的进液端连接所述进液孔5.2.1，所述阀门的出液端连接所述出液孔5.2.2。每个所述进液部5.1还具有一个与所述长条形孔5.3连通的第二进液口5.1.2，所述第二进液口5.1.2为圆柱形进液口，所述第二进液口5.1.2的轴线与所述长条形孔5.3的轴线共轴；每个阀板5的两个第二进液口5.1.2处设有堵头，并且两个第一进液口5.1.1的其中一个进液口5.1.1处设有堵头；所述阀门3为两通电磁阀；所述分注喷嘴和所述贯通孔通过螺纹固定连接，所述分注喷嘴4位于所述阀板安装板2下方。

所述分注单元安装板1.5下表面设有气囊1.11，所述气囊1.11具有进气口、进气阀门、出气口和出气阀门；所述气源用于对所述气囊供气，所述合成仪还包括用于将所述分注单元安装板和所述承载板密封的第三气缸1.8。所述机架1.1上铰接有倒L型压块1.9，所述分注单元安装板1.5上固定有第三气缸1.8，所述第三气缸1.8的自由端能够抵接所述L型压块1.9的水平侧从而将所述分注单元安装板1.5和所述承载板6密封。当需要将分注单元安装板1.5抬起时，可以将倒L型压块1.9向机架外转动，反之将压块1.9向内转动呈倒L型，利用第三气缸1.8抵接压块，从而将承载板6和合成单元安装板1.5密封。如图3所示，所述倒L型压块分两侧布置，每侧具有7个；第三气缸分两侧布置，每侧具有7个；每侧的7个到L型压块通过连杆连接。

所述气液路单元包括气源30、清洗液容器20.10、多个试剂容器20.1-20.9、多个阀板5和多个第一三通阀36.1；所述气源30连接总管路40的一端，所述总管路40的另一端连接第一管路41和第二管路42；所述清洗液容器20.10和所有试剂容器20.1-20.9的盖子上均插有进气管和出液管；所有的进气管均连接所述第一管路41，清洗液容器20.10的出液管连接一个阀板5的第一进液口，每个试剂容器的出液管连接至少一个第一三通阀36.1的第一端口，所述第二管路42连接所有第一三通阀36.1的第二端口，每个第一三通阀36.1的第三端口连接至少一个阀板5的第一进液口。所述气液路单元还包括气阀35、清洗液阀34和第二三通阀36.2，所述第二管路42上设有气阀35，所述气阀35和所述总管路40之间的第二管路通过管路连接第二三通阀36.2的第一端口，所述清洗液容器20.10的出液管路与所述第二三通阀36.2的第二端口连接，所述第二三通阀36.2的第三端口连接一个阀板5的第一进液口，所述第二三通阀36.2的第三端口还连接所述清洗液阀的第一端口，所述清洗液阀的第二端口连接第二管路，所述清洗液阀的第二端口和所述第二管路的连接点位于所述气阀和所述多个第一三通阀之间。所述单元包括一个清洗液容器20.10，盛装乙腈；所述试剂容器有9个，分别盛装耦合剂、第一盖帽试剂、第二盖帽试剂、胸腺嘧啶、腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤、脱保护试剂、氧化剂；所述第一盖帽试剂和第二盖帽试剂为不同的试剂。所述清洗液容器的进气管和耦合剂试剂容器的进气管均连接第一主管路43.1；所述第一盖帽试剂的进气管和第二盖帽试剂的进气管均连接第二主管路43.2；所述胸腺嘧啶试剂容器的进气管、腺嘌呤试剂容器的进气管、胞嘧啶试剂容器的进气管和鸟嘌呤试剂容器的进气管均连接第三主管路43.3；所述第一主管路43.1、第二主管路43.2、第三主管路43.3、脱保护试剂试剂容器的进气管和氧化剂试剂容器的进气管均连接所述第一管路41。所述第一主管路43.1、第二主管路43.2、第三主管路43.3、脱保护试剂试剂容器的进气管、氧化剂试剂容器的进气管、第二管路42和总管路40上均设有调压阀32和压力表31；所述清洗液容器的进气管、耦合剂试剂容器的进气管、第二主管路、第三主管路、脱保护试剂试剂容器的进气管和氧化剂试剂容器的进气管均设有单向阀33。

所述气源为氩气储气瓶。

所述承载板6为矩形板，所述承载板6穿过所述机架1.1，被所述第一气缸1.6驱动在所述机架1.1上水平移动。所述合成仪还包括竖直导轨，所述第二气缸1.7驱动所述分注单元安装板沿着所述竖直导轨上下移动。所述气源与所述进气阀门连接；所述第一、二、三气缸与所述气源连接。利用一个气源可以对气液路单元、气囊、第一、二、三气缸供气。

所述矩形孔、矩形框7和废液仓9具有两个。分注单元安装板安装有两个分注单元，所述阀板安装板上装有10个阀板；所述条形板体包括8个出液部；所述分注单元包括80个分注喷嘴。所述合成板8上设有多列合成柱放置位，每列有16个合成柱放置位，每个合成柱放置位放置有一个合成柱。阀板安装板上的10个阀板分为整齐排列的前五个和整齐排列的后五个，所述前五个阀板和所述后五个阀板错开布置，错开的距离等于一个阀板上相邻出液孔之间的距离。由此一列16个合成柱，第一个阀板的喷嘴对准第一列1、3、5、7…..、15号合成柱时，第五个阀板的喷嘴对准另一列的2、4、6……..16号喷嘴。

如图12所示，每个试剂容器的出液管用于对2个阀板的进液口供液。

本实用新型的合成仪工作时，将倒L型压块设置成如图3所示，气源对气囊充一定量氩气，第三气缸将承载板和分注单元安装板密封，之后利用喷嘴对合成柱进行清洗操作或分注试剂的操作；排液时，通过分注喷嘴向合成柱喷氩气实现排液；排液完成后，第三气缸松开，气囊放气，第一气缸驱动承载板移动一段距离使相应的合成柱对准下游的喷嘴，之后气囊充气，第三气缸压紧，进行下一个试剂的分注操作，再进行排液操作，排液完成后，松开第三气缸，气囊排气，第一气缸驱动承载板移动一段距离，如此循环，直到所有的试剂均分注反应完毕，完成DNA的合成。

针对一个分注喷嘴和一个合成柱，注液时，液体从管路过来，从进液口进入长条形孔后进入每个出液部的进液孔，从进液孔流入电磁阀，从电磁阀出来进入出液孔，最后经过分注喷嘴进入合成柱内，实现清洗液清洗和试剂分注操作。类似地，也可以将氩气气流从管路过来，从进液口进入长条形孔后进入每个出液部的进液孔，从进液孔流入电磁阀，从电磁阀出来进入出液孔，最后经过分注喷嘴进入合成柱内，实现氩气清洗以及将残余试剂排出来。

本实用新型的合成仪一次可以承载两个合成板，适用于高通量的DNA合成，并且注液针在进行对合成柱的注液以及排液操作时，产生的废液直接进入废液仓，不会污染实验室或者仪器本身，不会对合成产生不良影响；并且观察窗可以随时观察到废液仓内的情况，防止废液仓内的废液过多。本实用新型的废液仓可以通过管路连接排废液孔随时将废液排走，也可以设置封闭所述排废液孔的塞子，积攒了一定量废液后，打开塞子排出废液。

本实用新型的气液路系统工作时，使所有的第一三通阀的第二、三端口接通，气阀打开，清洗液阀关闭，第二三通阀的第一、三端口接通，从而能够利用多个阀板进行排气操作，可以实现氩气清洗，也可以实现氩气排出合成柱内残余试剂的操作。使所有的第一三通阀的第二、三端口接通，气阀关闭，清洗液阀打开，第二三通阀的第二、三端口接通，从而可以从多个阀板出清洗液进行清洗操作。使所有的第一三通阀的第一、三端口接通，气阀关闭、清洗液阀关闭、第二三通阀的第二、三端口接通，可以通过阀板分注不同的试剂，从而可以进行向合成柱内注射试剂的操作，同时有两个阀板可以分注清洗液。

尽管本实用新型就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本实用新型的权利要求所限定的范围，可以对本实用新型进行各种变化和修改。