合成设备和方法
【专利说明】合成设备和方法
[0001] 本发明涉及一种用于生化合成的设备，特别是涉及DNA、RNA、蛋白等分子的合成， 以及相应的方法。
[0002] 可以通过使用基于细胞的工艺来进行DNA扩增，例如通过对细菌培养而使DNA在 发酵罐中扩增。已经描述了用于从启动模板扩增DNA的无细胞酶解过程，包括聚合酶链反 应和链置换反应。WO 2010/086626和WO 2012/017210描述了通过使用DNA聚合酶和前端 粒酶（protelomerase)形成闭合线状DNA的体外无细胞过程。
[0003] 在过去，已经使用基于微量滴定板和机械控制吸移管按需添加反应组分来进行实 验规模的DNA扩增。这种设备适用于生产少量用于实验的DNA分子，但是不能提供用于其 他用途的足量DNA分子。特异性蛋白的大规模扩增和生产主要通过基于细胞的工艺进行。 这类方法有效用于产生大量产物，但是其设置昂贵。
[0004] 还有很多特别适于使用热循环方法来进行聚合酶链反应（PCR)的DNA样本扩增的 设备。这些设备可理想地适合于那种反应，但是不能转变的并且不能适于进行其他反应。在 US 8, 163, 489中披露了这种设备的实例。
[0005] 因此，需要一种可适于进行多种规模显著的生化反应的设备。
[0006] 根据本发明，提供了 一种合成设备，该合成设备包括：
[0007] 反应器；
[0008] 用于对反应器的温度进行控制的温度控制装置；
[0009] 用于容纳反应组分的多个储器；
[0010] 与这些储器和该反应器选择性连接的供给/回收工具，由此在需要的时间向该反 应器供给容纳在这些储器中的可控量的反应组分并且从该反应器中回收材料；以及 [0011] 控制工具，用于控制该供给/回收工具将该反应器中的内容物的一部分回收并返 回由此搅动和/混合该反应器中的内容物。
[0012] 根据本发明，提供了一种合成方法，该方法包括：
[0013] 向反应器中加入多种反应组分来形成反应混合物；
[0014] 从该反应器回收一部分反应混合物，并将回收部分返回其中，用于搅动该反应混 合物并确保其混合；并且
[0015] 在反应终点从该反应器回收反应产物。
[0016] 参照示例性实施例和附图将对本发明进行进一步描述，其中：
[0017] 图1是根据本发明的一个实施例的合成设备的透视图；
[0018] 图2是图1的设备的示意图；
[0019] 图3是本发明的一个实施例的反应器的截面视图；以及
[0020] 图4是应用本发明的示例性过程的压差与时间的图表。
[0021] 在不同的附图中，相似的部件用相似的参考来指示。
[0022] 根据本发明的合成设备能够自动进行涉及如DNA、RNA和蛋白等生化分子的需要 的反应。将不同的反应组分以所需的量（如体积）递送至温度可控的反应器中，在温度可 控的反应器中进行反应，以所需的预定计划来产生所需的一个或多个反应。
[0023] 在一个实施例中，可准确控制该反应器的温度，以符合与反应组分的加入和/或 材料的回收同步所需的温度特征曲线。
[0024] 在一个实施例中，设置该反应器并将其配置具有可按需搅动和/混合其内容物的 工具。在实施例中，该反应器具有适当的形状，由此可控量的反应混合物的回收和返回可用 于充分混合该反应混合物。
[0025] 在一个实施例中，该反应器最好被安排成是朝向其具有入口 /出口支架的最低点 成锥形。例如，该反应器的截面积朝向该反应器的最低点是单向减小的。在一个实施例中， 该反应器具有一个主要部分，该主要部分在其高度上的截面积的不变的。在一个实施例中， 该反应器的水平截面在其高度上基本上是圆形的。
[0026] 在一个实施例中，该反应器的长径比（即该反应器的高度与宽度之比）是在从5:1 至8:1的范围内，优选地是在从6:1至7:1的范围内。在反应器的水平截面不是圆形的情 况下，参照最大水平尺寸来确定长径比。术语"水平"和"竖直"在此是指处于使用正常定 向的设备。
[0027] 在一个实施例中，反应组分以可控温度被储存和/或递送至该反应器。在本发明 的一个实施例中，该设备具有多个用于反应组分的温度可控的储器。在一个实施例中，这些 温度可控的储器具有温度控制装置来设定用于该储器的内容物的所需温度。在一个实施例 中，该温度控制装置包括珀尔帖（Peltier)加热/冷却装置和/或电阻加热器。
[0028] 在本发明的一个实施例中，通过一个或多个往复式注射栗进行反应组分的供给和 反应产物和/或样品的回收。在本发明的一个实施例中，提供一个或多个多通阀来使这个 或各往复式注射栗与该反应器和/或一个储器的入口/出口选择性地连接。
[0029] 在一个实施例中，可在反应终点或在反应中需要时从该反应器中回收反应混合 物，如用于取样的目的。
[0030] 在一个实施例中，该设备可以分批处理或连续处理的模式进行操作。
[0031 ] 在一个实施例中，该设备是防止污染物进入的封闭系统。
[0032] 在一个实施例中，至少一个储器包括可移除注射器，如聚丙烯注射器。在一个实施 例中，至少一个往复式注射栗包括可移除注射器，如玻璃注射器或聚丙烯注射器。在一个实 施例中，将玻璃注射器硅烷化，用以防止DNA材料粘附在注射器上。
[0033] 图1是根据本发明的一个实施例的合成设备1的透视图。为了便于理解并可看到 主要组件，在该图中省略了某些组件和连接导管。图2是相同的设备的示意图。
[0034] 合成设备1是在一个整装式底座11上构造的，并具有一个可打开的前盖12而允 许这些主要组件进入。前盖12最好是由透明材料制成，但可以是着色的来保护反应组分免 于过度的光照水平。它还用于限制污染物进入。该设备具有可从外部接触的电源开关和电 源输入13,如位于该设备的侧面上。另外，具有输入/输出口 14,允许该设备与执行实验室 自动化软件（例如，美国德克萨斯洲（Texas)的美国国家仪器公司（National Instruments Corporation)提供的Labview?)的通用计算机联通和/或受其控制。在从该设备的前部 可以看到的一个位置上具有操作指示灯15,指示该设备是否正在工作中。
[0035] 该合成设备的中心组件是体积大于30ml的夹套反应器2。在一个实施例中，该反 应器的体积大于50ml。在一个实施例中，该反应器的体积是大约75ml或120ml。在一个实 施例中，该反应器的体积小于300ml。在一个实施例中，该反应器的体积小于200ml。在一 个实施例中，该反应器的体积小于150ml。可以根据该设备的预期用途、一批中制备的产物 量或连续工艺中的生产率来选择该反应器的体积。显然，该反应器的大小对于一批生产的 产物量设定了上限。
[0036] 在一个实施例中，该反应器的长径比不大于8:1。在一个实施例中，该长径比不大 于7:1。如果该反应器太高，更难以通过反应混合物的回收和返回而产生这些内容物的充分 混合。在一个实施例中，该长径比小于5:1。在一个实施例中，该长径比小于