用于处理化学反应的设备和系统的制作方法

专利名称:用于处理化学反应的设备和系统的制作方法
技术领域：
本文所提供的方法、组合物和系统涉及化学反应处理。特别地，描述了用于合成聚合物的方法、组合物和系统。
背景技术：
在现代分子生物学中的许多技术采用合成多核苷酸。这些技术中的某些包括(但 不限于)DNA测序、聚合酶链反应(PCR)、定点突变、全基因组装和单-核苷酸多态性(SNP)分析。不同于在分子生物学中所用的许多其它试剂，多核苷酸通常不能作为库存物料提供，而是根据每个使用者的规格来定制。例如，可由使用者来规定多核苷酸的序列、尺寸、纯度和修饰。
多核苷酸合成化学和处理技术的改进导致以更低成本更迅速地合成。但是，多核苷酸合成仍为复杂的多步骤过程，其需要一系列高效化学反应。

实用新型内容

本实用新型的实施例涉及用于处理化学反应的方法、组合物和系统。特别地，描述了用于合成聚合物的方法、组合物和系统。
某些实施例包括一种设备，其包括基板，其具有顶表面和底表面，所述顶表面包括多个凹陷且所述底表面包括多个凸起区，每个凸起区对应于顶表面中的凹陷；以及多孔材料，其固定于凹陷中的至少某些中，其中多孔材料具有大于五的表面积与体积比。在某些实施例中，凹陷布置成行。
在某些实施例中，基板包括柔韧薄片。在某些实施例中，柔韧薄片包括聚丙烯。在其它实施例中，柔韧薄片适于形成带。在某些实施例中，薄片中的至少一个边缘适于接触用于移动该薄片的辊。在某些实施例中，基板的至少一个边缘被穿孔。
在某些实施例中，本文所述的多孔材料包括可控孔隙玻璃(CPG)。在某些实施例中，可控孔隙玻璃(CPG)作为粉末存在。在某些实施例中，多孔材料包括大于约500A的孔隙。在其它实施例中，多孔材料包括小于约500A的孔隙。在优选实施例中，多孔材料包括约500人至约3000人范围的孔隙。
在某些实施例中，多个凹陷包括多个孔。在优选实施例中，每个孔包括小于约10 μ I的体积。在其它优选实施例中，每个孔包括少于约500 μ g可控孔隙玻璃(CPG)。在某些实施例中，多孔材料包括多个反应位点，其中封闭一定比例的所述反应位点。在某些实施例中，凹陷在基板上图案化。
在本文所述的组合物、方法和系统的优选实施例中，化学反应为核酸合成反应且多孔材料上附有核酸合成反应的至少一种组分。
除了前文的描述之外，本实用新型的实施例还涉及制造用于处理化学反应的设备的方法。某些方法包括提供基板，在基板中形成多个凹陷；将多孔材料提供给凹陷中的至少某些；以及将多孔材料固定于凹陷中的至少某些中。
在某些实施例中，基板包括柔韧薄片。在某些实施例中，柔韧薄片包括聚丙烯。某些实施例还包括使柔韧薄片的端部联接以形成带的步骤。额外实施例还包括将基板的至少一个边缘穿孔的步骤。
在某些实施例中，本文所述的多孔材料包括可控孔隙玻璃(CPG)。在某些实施例中，可控孔隙玻璃(CPG)作为粉末存在。在某些实施例中，多孔材料包括大于约50 Α的孔隙。在其它实施例中，多孔材料包括小于约500Α的孔隙。在优选实施例中，多孔材料包括约500Α至约3000人范围的孔隙。在某些实施例中，多个凹陷包括多个孔。在优选实施例中，每个孔包括小于约10μ1的体积。在某些实施例中，凹陷在基板上图案化。在其它实施例中，多孔材料包括多个反应位点。
额外实施例还包括以下步骤将封闭剂施加到多孔材料上，从而封闭反应位点中的至少某些。
在本文所述的方法的某些实施例中，固定多孔材料的步骤包括暂时地提高基板的塑性。在其它实施例中，通过加热基板来提高基板的塑性。在另外的实施例中，通过将基板向有机溶剂暴露来提高基板的塑性。
额外的方法还包括以下步骤将例如核酸合成反应的化学反应的至少一种组分附连到所述多孔材料。
除了前文所述的组合物和方法之外，本实用新型还涉及一种化学反应处理系统。这样的系统包括带多个凹陷的基板和带多个反应位点的多孔材料，所述多孔材料固定于所述多个凹陷中至少某些凹陷中；以及一个或多个分配站，其被配置成将液体试剂分配到所述凹陷中的所述至少某些内。
在某些实施例中，所述一个或多个分配站中的每一个包括多个喷嘴。在某些实施例中，喷嘴为压电启动的喷嘴。
在本文所述的系统的优选实施例中，多孔材料具有大于五的表面积与体积比。
某些实施例还包括用于检测在分配站处凹陷存在的传感器。这样的传感器允许分配站在检测到凹陷的前缘时或之后不久开始分配。例如，在某些实施例中，当凹陷的前缘接合传感器时传感器启动自分配站的分配。在某些实施例中，当凹陷的尾缘接合传感器时传感器停止自所述分配站的分配。
某些实施例还包括试剂移除系统。在某些实施例中，试剂移除系统包括入口，入口产生能够从多孔材料提取试剂的气流。在某些实施例中，剂移除系统还包括出口，其产生能移除从多孔材料所提取的试剂的真空。在这些实施例中，真空可以或不可单独地从多孔材料提取试剂。在某些实施例中，试剂移除系统还包括出口，其产生能从多孔材料提取试剂
的真空。
本文所述的某些实施例还包括控制系统，其协调试剂分配和试剂移除。在某些实施例中，一个或多个分配站分配选自下列的试剂去封闭试剂、单体试剂、氧化试剂、封端(capping)试剂和洗漆试剂。在某些实施例中，一个或多个分配站以大约5pl/ms至约500nl/ms的速率分配试剂。
在本文所述的系统的某些实施例中，基板包括柔韧薄片。在某些实施例中，柔韧薄片包括聚丙烯。在其它实施例中，基板适于形成带。在某些实施例中，带的至少一个边缘适于接触用于移动带的辊。在某些实施例中，基板的至少一个边缘被穿孔。
在某些实施例中，本文所述的多孔材料包括可控孔隙玻璃(CPG)。在某些实施例中，可控孔隙玻璃(CPG)作为粉末存在。在某些实施例中，多孔材料包括大于约500人的孔隙。在其它实施例中，多孔材料包括小于约500A的孔隙。在优选实施例中，多孔材料包括约500A至约3000A范围的孔隙。
在某些实施例中，多个凹陷包括多个孔。在优选实施例中，每个孔包括小于约 10 μ I的体积。在其它实施例中，凹陷在基板上图案化。
在本文所述的系统的某些实施例中，基板包括多个反应位点。在某些这样的实施例中，反应位点中的至少某些被封闭。
在某些实施例中，化学反应为核酸合成反应且多孔材料上具有附在其上的核酸合成反应的至少一种组分。
除了上文的描述之外，本实用新型的实施例还包括用于处理化学反应的方法，包括获得包括多个凹陷的基板和包括多个反应位点的多孔材料，所述多孔材料固定于所述多个凹陷中至少某些凹陷中；以及通过移动基板将液体试剂提供给多孔材料使得凹陷从一个或多个分配站接收所述试剂。
在某些实施例中，所述一个或多个分配站中的每一个包括多个喷嘴。在某些实施例中，喷嘴为压电启动的喷嘴。
在本文所述的用于处理化学反应的方法的优选实施例中，多孔材料具有大于五的表面积与体积比。
本文所述的用于处理化学反应的方法的额外实施例还包括以下步骤检测分配站处凹陷的存在。在某些实施例中，检测包括使得传感器与凹陷的前缘接合，从而启动从分配站的分配。在某些实施例中，检测包括使得传感器与凹陷的尾缘接合，从而停止从分配站的分配。
本文所述的用于处理化学反应的方法的其它实施例还包括移除所述试剂的步骤。在某些实施例中，移除试剂包括将气流导向至所述凹陷，从而从多孔材料提取试剂。在某些实施例中，移除试剂还包括将真空导向至所述凹陷，从而移除由所述气流从多孔材料提取的试剂。在某些实施例中，移除试剂包括将真空导向至所述凹陷，从而从多孔材料提取试剂。
在某些实施例中，一个或多个分配站分配选自下列的试剂去封闭试剂、单体试剂、氧化试剂、封端试剂和洗涤试剂。
在某些实施例中，基板以大约10 μ m/s至约lOcm/s的速率范围移动。
在本文所述的用于处理化学反应的方法的某些实施例中，基板包括柔韧薄片。在某些实施例中，柔韧薄片包括聚丙烯。在某些实施例中，基板适于形成带。在某些实施例中，带的至少一个边缘适于接触用于移动带的辊。在某些实施例中，基板的至少一个边缘被穿孔。[0038]在本文所述的用于处理化学反应的方法的优选实施例中，试剂包括核酸合成反应的至少一种组分。
本文所述用于处理化学反应的方法的额外实施例还包括卷起基板且将基板放置到腔室内。在这些实施例中，该腔室可包括气态反应物，催化剂或裂解试剂，诸如氨或甲胺。在一优选实施例中，该腔室包括气态氨或甲胺且化学反应包括核酸合成反应。
本文所述用于处理化学反应的方法的某些实施例还包括通过向多个凹陷提供洗脱剂来从多孔材料洗脱核酸。
在某些实施例中，多孔材料包括可控孔隙 玻璃(CPG)。在某些实施例中，可控孔隙玻璃(CPG)作为粉末存在。在某些实施例中，多孔材料包括大于约500A的孔隙。在其它实施例中，多孔材料包括小于约500人的孔隙。在优选实施例中，多孔材料包括约500人至约3000A范围的孔隙。
在某些实施例中，多个凹陷包括多个孔。在优选实施例中，每个孔包括小于约10 μ I的体积。在其它优选实施例中，凹陷在基板上图案化。
本文所述的用于处理化学反应的方法的某些优选实施例还包括封闭反应位点中的至少某些的步骤。
除了前文描述之外，本实用新型的某些实施例涉及用于降低执行化学反应的成本的方法。某些这样的方法包括(a)获得包括多个凹陷的基板和包括多个反应位点的多孔材料，所述多孔材料固定于所述多个凹陷中至少某些凹陷中；(b)将第一液体试剂提供给包括所述多孔材料的凹陷，其中所述第一液体试剂由多孔材料吸收，(c)将第二液体试剂提供给包括所述多孔材料的凹陷，其中所述第二液体试剂由所述多孔材料吸收，且其中第一液体试剂与第二液体试剂的组合体积基本上包含于多孔材料内；(d)允许充分的时间来进行化学反应，从而以降低的成本来执行化学反应。
在用于降低执行化学反应的成本的方法的优选实施例中，第一液体试剂的量小于约1μ I。在特别优选的实施例中，第一液体试剂的量小于约lOOnl。
用于降低执行化学反应的成本的方法的额外实施例包括从多孔材料移除第一液体试剂的另外的步骤。
用于降低执行化学反应的成本的方法的某些还包括将至少第二液体试剂分配给包括所述多孔材料的凹陷。在这些实施例中，第一液体试剂或第二液体试剂包括核酸合成反应的至少一种组分。在某些实施例中，第一或第二液体试剂选自去封闭试剂、单体试剂、氧化试剂、封端试剂和洗涤试剂。
在某些实施例中，基板包括柔韧薄片。在某些实施例中，柔韧薄片包括聚丙烯。在其它实施例中，基板适于形成带。在某些实施例中，带的至少一个边缘适于接触用于移动带的辊。在其它实施例中，基板的至少一个边缘被穿孔。
在用于降低执行化学反应的成本的方法的优选实施例中，化学反应包括核酸合成反应。
在某些实施例中，多孔材料包括可控孔隙玻璃(CPG)。在某些实施例中，可控孔隙玻璃(CPG)作为粉末存在。在某些实施例中，多孔材料包括大于约500人的孔隙。在其它实施例中，多孔材料包括小于约500人的孔隙。在优选实施例中，多孔材料包括约500A至约3000A范围的孔隙。[0051]在某些实施例中，多个凹陷包括多个孔。在优选实施例中，每个孔包括小于约10 μ I的体积。在其它优选实施例中，凹陷在基板上图案化。
本文所述用于降低执行化学反应的成本的其它方法还包括封闭反应位点中至少某些的步骤。
除了前文描述之外，本实用新型的某些实施例涉及减少聚合物合成期间缠结的方法，其中该方法包括以下步骤(1)获得包括多个凹陷的基板和包括多个反应位点的多孔材料，所述多孔材料固定于所述多个凹陷中至少某些凹陷中；以及(2)通过将封闭剂施加到多孔基质来减少在多孔材料中反应位点的密度，从而减少在聚合物延长期间的缠结。
本实用新型的其它实施例涉及减少聚合物合成期间缠结的方法，其中该方法包括以下步骤(1)获得包括多个凹陷的基板和包括多个反应位点的多孔材料，所述多孔材料固定于所述多个凹陷中至少某些凹陷中；以及(2)将分子提供给多孔材料使得所述多个反 应位点的一部分由分子占据，由此减少在聚合物延长期间的缠结。
用于减少聚合物合成期间的缠结的上述方法的某些实施例包括提供液体试剂给包括所述多孔材料的凹陷。
在上文所述用于减少聚合物合成期间缠结的方法的某些实施例中，基板包括柔韧薄片。在某些实施例中，该柔韧薄片包括聚丙烯。在其它实施例中，该基板适于形成带。在某些实施例中，带的至少一个边缘适于接触用于移动该带的辊。在其它实施例中，基板的至少一个边缘被穿孔。
在上文所述用于减少聚合物合成期间缠结的方法的某些实施例中，聚合物合成包括核酸合成。
在上文所述用于减少聚合物合成期间缠结的方法的某些实施例中，多孔材料包括可控孔隙玻璃(CPG)。在某些实施例中，可控孔隙玻璃(CPG)作为粉末存在。在某些实施例中，多孔材料包括大于约500Α的孔隙。在其它实施例中，多孔材料包括大于约500Α的孔隙。在优选实施例中，多孔材料包括约500Α至约3000人范围的孔隙。
在上文所述用于减少聚合物合成期间缠结的方法的某些实施例中，多个凹陷包括多个孔。在优选实施例中，每个孔包括小于约10 μ I的体积。在其它优选实施例中，凹陷在基板上图案化。


图1示出了用于处理化学反应的设备的实施例，具有适于由辊移动的至少一个边缘。
图2示出了用于处理化学反应的设备的实施例，其中设备适于形成带。
图3示出了用于处理化学反应的系统的实施例。
图4示出了用于处理化学反应的系统的实施例。
图5示出了用于处理化学反应的系统的实施例。
具体实施方式
本实用新型涉及用于处理化学反应的方法、组合物和系统。提供用于多种聚合物连续并行合成的方法、组合物和系统的一些优选实施例。特别优选的实施例涉及用于合成核酸的方法、组合物和系统。
本文所述的方法、组合物和系统中的每一个可包括使用一个或多个多孔材料。本文所述的多孔材料能特别地有利地为聚合物合成的固体支承件。使用多孔材料能显著地减小特定反应所需的液体试剂的体积。例如，多孔试剂可提供能向液体试剂暴露用于反应位点的较大表面积。此外，使用多孔材料能减小可能由于蒸发而损失的液体试剂的量。这样的损失在较小液体试剂体积的情况下可特别显著。
尽管本文所述的方法、组合物和系统能结合或适于结合大部分类型的化学反应来使用，本实用新型的某些优选实施例涉及结合合成反应使用的方法、组合物和系统。方法、组合物和系统特别适用于合成反应，其包括诸如合成聚合物的反应的重复步骤，其中重复单体添加的循环直到形成了预先限定或所需长度的聚合物。在特别优选的实施例中，合成反应包括合成核酸，诸如寡核苷酸探针和引物。在某些实施例中，可利用核苷亚磷酰胺(nucleoside phosphoramidites)。这样的核苷亚磷酰胺为单体试剂的示例,其可用于本文所述的方法、组合物和系统。核苷氨基磷酸酯包括天然或合成核苷的衍生物，其中保护基(有时也被称作封闭基)添加到反应性环外胺和羟基，且其中N，N- 二异丙基亚磷酰胺基附连 到每个核苷的3’-羟基。保护基的示例包括(但不限于)对酸不稳定的二甲氧基三苯甲基(DMT)0
在本文所述的方法、组合物和系统的某些实施例中，能通过将带DMT基的第一核苷共价附连到固体支承件来合成核酸。核苷能通过如在本文中进一步描述的连结子(连结子)而附连到固体支承件上。能通过去保护和偶联的重复循环来合成核酸。
在本文所述的某些实施例中，核酸合成的循环可包括四个步骤。特别地，典型核酸合成循环包括去封闭步骤、偶联步骤、封端步骤和氧化步骤。在去封闭步骤中，利用酸性溶液，例如，在二氯乙酸或三氯乙酸的二氯甲烷溶液将附连到核苷的DMT基移除。在偶联步骤中，使用诸如酸性唑催化剂，例如四唑、2-乙基硫代四唑、2-苯甲基硫代四唑或4-5- 二氰基咪唑的试剂通过质子化作用而活化核苷的亚磷酰胺基。使混合物与随后循环的附连的去封闭核苷和附连的去封闭寡核苷酸接触。活化的亚磷酰胺基与所附连的核苷的5’-羟基反应。此反应对于水分敏感且能在无水条件下执行，例如使用无水乙腈。在封端步骤中，将未反应的键合的5’ -羟基寡核苷酸淬火，例如通过乙酰化，或者通过提供带有缺电子反应中心的反应性羟基，以便防止在随后的合成循环中形成副产物。可使用诸如乙酸酐和1-甲基咪唑的试剂。在氧化步骤中，新形成的三配位亚磷酸三脂键可在存在诸如吡啶、、二甲基吡啶或三甲吡啶的弱碱的条件下利用诸如碘和水的试剂进行处理。随后的循环通畅始于去封闭步骤。
以所需核苷酸添加顺序来执行合成过程且重复直到寡核苷酸到达所需的序列组成和长度。在此点，DMT基能从大部分5’核苷残基移除且使用诸如氢氧化铵水溶液、甲胺水溶液、气态氨或气态甲胺将核酸从固体支承件裂解。
本文所述的方法、组合物和系统的额外实施例涉及其它聚合物分子的合成。例如，本文所述的组合物、方法和系统能被配置成合成诸如多肽的聚合物。在固体支承件上进行肽合成的过程通常涉及从羧基末端来构建肽。肽经由其羧基末端氨基酸附连到固体支承件且还包括在氨基-末端α氨基上的保护基。然后将保护基从肽裂解以形成去保护的肽。之后，在去保护的肽的α氨基与单体氨基酸的α羧基之间形成肽键的条件下使也包含α氨基保护基的单体氨基酸与去保护的肽接触。可提供呈活化形式的单体氨基酸或者活化试剂可添加到氨基酸和生长的肽。在步骤之间执行洗涤以移除试剂。可重复使之前的氨基酸去保护和偶联额外氨基酸的循环直到合成了所需长度的肽。氨基酸的反应性侧链通常受到能耐受偶联和α-氨基去保护过程的化学基团保护。但这些侧链保护基可在合成结束时移除。
在本文所述的与合成反应有关的方法、组合物和系统的某些实施例中，分配器可被配置成分配洗涤溶液、去保护试剂、氨基酸或活化试剂。根据本文的教导内容和肽合成的已知反应方案，站阵列的相对放置，反应位点阵列的相对放置和阵列彼此连通的安排可为相关的，肽合成的已知反应方案包括(例如)Goodman等人(编辑)，Synthesis of Peptidesand Peptidomimetics,卷 E22a, Georg Thieme Verlag, Stuttgart (2002),以其全文引用的方式结合到本文中。
定义
如本文所用的术语“核苷酸”能指核酸的构建单元，包括(但不限于)天然存在和非天然存在的核苷酸、核苷、核苷酸类似物、核苷类似物等。术语“核苷酸”能用于描述多核苷酸的单体单元或者描述例如通过合成而合并为多核苷酸之前的个别分子。核苷通常包括含氮碱基和糖，例如，脱氧核糖、核糖等。核苷酸通常包括含氮碱基、糖和磷酸基，例如单磷酸基、二磷酸基或三磷酸基。“含氮碱基”可指杂环碱基，诸如腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、脲嘧啶胞嘧啶，其它嘌呤类和嘧啶类和其衍生物。核苷酸通常包括5’ -核苷磷酸根，包括(但不限于)脱氧腺苷5’ -三磷酸根、脱氧鸟苷5’ -三磷酸根、脱氧胞啶5’ -三磷酸根、脱氧胸苷5’ -三磷酸根、脱氧尿苷5’ -三磷酸根、腺苷5’ -三磷酸根、鸟苷5’ -三磷酸根、胞苷5’ -三磷酸根、尿苷5’ -三磷酸根、胸苷_5’ -三磷酸根和其类似物。
核苷酸类似物可包括带标记部分，例如可检测的标记部分的核苷酸。可检测的标记部分包括(但不限于)荧光部分和化学发光部分。核苷酸和核苷类似物也可任选地为合成的、天然存在的或非天然存在的化合物，其具有与核苷酸和核苷类似的性质且通常以类似方式新陈代谢。更多的示例包括(但不限于)硫代磷酸根、氨基磷酸根、甲基膦酸根、手性-甲基膦根、2-0-甲基核糖核酸、二脱氧核苷酸、含硼核苷酸等。
如本文所用的术语“寡核苷酸”和/或“核酸”和/或其语法等效物可指连结在一起的至少两个核苷酸。核酸可通常包含磷酸二酯键，但在某些实施例中，核酸类似物可具有其它类型的主链，包括(例如)磷酰胺(Beaucage,等人，Tetrahedron, 49:1925 (1993)；Letsinger, J. Org. Chem. , 35:3800 (1970) ；Sprinzl,等人，Eur. J. Biochem. , 81:579 (1977)；Letsinger,等人，Nucl.Acids Res., 14:3487 (1986) ；Sawai,等人，Chem.Lett. , 805 (1984), Letsinger,等人，J. Am. Chem. Soc. ,110:4470 (1988)；和 Pauwels,等人，Chemica Scripta, 26:141 (1986)，全都以其全文引用的方式结合到本文中)；硫代磷酸根(Mag,等人，Nucleic Acids Res.，19:1437 (1991);和美国专利 No. 5，644，048) ;二硫代磷酸根(Briu,等人，J.Am. Chem. Soc.，111:2321(1989)，以其全文引用的方式结合到本文中)；0_ 甲基亚憐酸胺(O-methylphophoroamidite)键(参看 Eckstein, Oligonucleotidesand Analogues:A Practical Approach, Oxford University Press,以其全文弓I用的方式结合到本文中)以及肽核酸主链和键(参看Egholm，J. A m. Chem. Soc.，114:1895(1992)；Meier,等人，Chem.1nt. Ed. Engl.，31:1008 (1992) ；Nielsen, Nature, 365:566(1993)；Carlsson,等人，Nature, 380:207 (1996)，全都以其全文引用的方式结合到本文中)。
其它类似核酸包括具有下列主链的那些正主链(Denpcy等人，Proc. Natl.Acad. Sc1. USA, 92:6097 (1995),以其全文引用的方式结合到本文中)；非离子主链(美国专利 NO. 5，386，023 ;5，637，684 ;5，602，240 ;5，216，141 ；和 4，469，863，Kiedrowshi等人，Angew. Chem.1ntl. Ed. English, 30:423 (1"1) ；Letsinger 等人，J. A m. Chem.Soc.，110:4470 (1988) ;Letsinger 等人，Nucleosides&Nucleotides, 13:1597(1994)；第
2章和第 3 章，ASC Symposium Series580, "Carbohydrate Modifications in AntisenseResearch",编者 Y. S. Sanghui 和 P. Dan Cook ；Mesmaeker 等人,Bioorganic&MedicinalChem. Lett. , 4:395 (1994) ;Jeffs 等人，J. Biomolecular NMR, 34:17 (1994) ；TetrahedronLett. ,37:743(1996),全都以其全文引用的方式结合到本文中)和非核糖(美国·专利 No. 5，235，033 ;美国专利 No. 5，034，506 ;和第 6 章和第 7 章，ASC SymposiumSeries580, "Carbohydrate Modifications in Antisense Research",编者 Y. S. Sanghui和P.Dan Coo，全都以其全文引用的方式结合到本文中)。核酸也可包含一个或多个碳环形糖(参看 Jenkins 等人,Chem. Soc. Rev. , (1995) 169-176 页)。
可存在对核糖-磷酸根主链的修饰以便于添加诸如标记的额外部分或者增加这样的分子在特定条件下的稳定性。此外，能制作天然存在核酸和类似物的混合物。备选地，可制作不同核酸类似物的混合物和天然存在的核酸和类似物的混合物。核酸可为单链或双链的(根据规定)或者包含双链或单链序列二者的部分。核酸可为DNA、RNA或杂交的。核酸可包含脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸的任何组合，和包括尿嘧啶、腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶、鸟嘌呤、肌苷、黄嘌呤、次黄嘌呤、异胞嘧啶、异鸟嘌呤的碱基与诸如硝基吡咯(包括3_硝基吡咯)和硝基吲哚(包括5-硝基吲哚)的碱基类似物的任何组合等。因此，上文所陈述的单体的反应性类似物可用于本文所述的合成方法和装置。
在某些实施例中，核酸可包括至少一个混杂碱基。混杂碱基包括具有多于一种不同类型碱基的碱基对。在某些实施例中，混杂碱基能为具有至少两种不同类型碱基和不超过三种不同类型碱基的碱基对。混杂碱基的示例包括可与黄嘌呤、胸腺嘧啶或胞嘧啶配对的肌苷。其它示例包括次黄嘌呤、5-硝基吲哚、非环5硝基吲哚、4-硝基吡唑、4-硝基咪唑和 3_ 硝基卩比咯(Loakes 等人，核酸 Res. 22:4039 (1994) ；Van Aerschot 等人，NucleicAcidRes. 23:4363 (1995) ;Nichols 等人，Nature 369:492 (1994) ;Berstrom等人，Nucleic AcidRes. 25:1935(1997) ;Loakes 等人，Nucleic Acid Res. 23:2361 (1995) ;Loakes 等人，J.Mol. Biol. 270:426(1997);以及 Fotin 等人，Nucleic Acid Res. 26:1515 (1998)，全都以其全文引用的方式结合到本文中)。也可使用可与至少三种、四种或更多类型的碱基进行碱基配对的混杂碱基。
如本文所用的术语“氨基酸”通常指包含胺基、羧基和R基的任何化合物。氨基酸可为天然存在的或合成的。氨基酸可包括L-氨基酸或D-氨基酸。在这里也设想到单独地和一起使用L-氨基酸和D-氨基酸。可缩合两个、三个或更多的氨基酸以分别形成二肽、三肽或多肽。氨基酸可由其标准I字母代码或3字母代码表示。由“X”或“Xxx”所表示的氨基酸残基指本领域中已知的天然存在或非天然存在的氨基酸残基中的任一种或附近残基的修饰(Watson 等人，book (1987，Molecular Biology of the Gene, 4th Edition, TheBenjamin Cummings Pub. Co. , p. 224),以引用的方式结合到本文中)。[0081]设备
可使用本文所提供的设备来处理化学反应。一般而言，设备包括基板和多孔材料。设备包括顶表面和底表面，但应了解使用诸如本文所用的“顶部”和“底部”的术语能区分两个表面且照此可与诸如“第一”和“第二”的术语同义。顶表面可包括多个凹陷或孔。在某些实施例中，底表面可包括多个凸起区，其中每个凸起区对应于顶表面上的凹陷。在某些实施例中，凸起区可包括由基板材料形成且延伸超过底表面的平面的区域。在某些实施例中，凸起区由制造基板的相同材料形成。在某些实施例中，基板为单个材料薄片且由此单个材料薄片来形成孔和凸起区。
在本文所述的组合物的某些实施例中，凹陷可在基板表面上图案化，例如，以几何图案,诸如一系列行和列。在某些实施例中，该图案可对应于在例如96多孔板,384多孔板和1536多孔板的多孔板中的孔的图案。
关于基板而言，凹陷和相对应的凸起区的大小将取决于将在基板上执行的化学 反应的尺度。在某些实施例中，凹陷或孔的体积可小于约500 μ I,小于约400 μ I,小于约300 μ I,小于约200 μ I,或者小于约100 μ I。在其它实施例中，凹陷或孔的体积可小于约90 μ I,小于约80 μ I,小于约70 μ I,小于约60 μ I,小于约50 μ I,小于约40 μ I,小于约30 μ 1，小于约20 μ 1，或者小于约10 μ I。在另外的实施例中，凹陷或孔的体积可小于约9 μ I,小于约8 μ I,小于约7 μ I,小于约6 μ I,小于约5 μ I,小于约4 μ I,小于约3 μ I,小于约2μ 1，或者小于约I μ I。在某些实施例中，凹陷或孔可在纳升或微微升的尺度。
在优选实施例中，凹陷或孔各近似相同尺寸。在更优选的实施例中，凹陷或孔各保持近似相同的体积。在某些实施例中，一个或多个凹陷或孔具有基本上不同于与基板相关联的其它凹陷或孔的尺寸或流体容量。
在某些实施例中，基板可包括薄片。薄片可为柔韧的或刚性的且可具有一个或多个边缘。带有单个边缘的薄片的示例可为圆盘。在某些实施例中，薄片的两个边缘能联接以形成带。带为具有两个外边缘的薄片的示例。在优选实施例中，带为能仅具有两个外边缘的薄片的示例。在由柔韧材料制成基板的实施例中，形成柔韧带。柔韧带的示例特别适用于处理经历多个重复步骤的化学反应。例如，可移动柔韧带使得存在于带上的凹陷或孔能重复地多次访问在用于处理化学反应的系统中的站。
基板可适于由多种方法来移动。例如，可通过使得基板的一个或多个面与例如辊的装置接合来移动基板，辊在与基板表面接合时产生摩擦。应了解在基板与装置之间的摩擦，且在某些实施例中，基板的至少一个边缘适于接触用于移动基板的构件。在某些实施例中，基板的边缘可适于接触辊，例如，边缘可包括与移动基板的辊啮合的穿孔或缺口。在这里也设想到本领域中已知的移动基板的其它方法，例如利用转台操纵，或者利用机器人手臂操纵。
在本文所述的某些实施例中，基板可包括对于其上所进行的化学过程相对惰性的材料。材料的示例包括热塑性塑料，诸如聚丙烯；聚烯烃，诸如乙烯醋酸乙烯酯；乙烯丙烯酸甲酯；聚乙烯；乙烯-丙烯橡胶；乙烯-丙二烯橡胶；聚(1-丁烯)；聚苯乙烯；聚(2-丁烯) ’聚(1-戊烯) ’聚(3-甲基-1戊烯)；聚(4-甲基-1戊烯)；1，2-聚-1，3-丁二烯；1，4-聚-1，3- 丁二烯；聚异戊二烯；聚氯丁二烯 ’聚(醋酸乙烯酯) ’聚(二氯乙烯)和其混合物和衍生物。材料的更多的示例包括含氟聚合物，诸如PVDF和PTFE，尼龙、聚碳酸酯、聚(醚砜)和其混合物。在某些实施例中，基板由热固性材料形成。
本文所述的设备中的某些包括具有与之相关联的多孔材料的基板。在某些实施例中，多孔材料可与孔或凹陷相关联。在某些实施例中，多孔材料可涂布孔或凹陷的侧部的一部分。在某些实施例中，多孔材料可填充孔或凹陷的侧部的一部分。在其它实施例中，多孔材料可嵌入于孔或凹陷的一个或多个表面内。在一优选实施例中，材料嵌入于孔或凹陷内部的至少底表面内。应了解并非所有的孔或凹陷需要包含多孔材料或另外与多孔材料相关联。在优选实施例中，孔或凹陷中的至少某些包含一种或多种多孔材料或者另外与一种或多种多孔材料相关联。
有利地，多孔材料可提供可在其上发 生化学反应的较大表面积。因此，在某些实施例中多孔材料的表面积与体积的比例可为大于约2,大于约3,大于约4,大于约5,大于约6，大于约7，大于约8，大于约9，10，大于约15，大于约20，大于约25，大于约30，大于约35，大于约40，大于约45，大于约50，大于约60，大于约70，大于约80，大于约90，大于约100，大于约150，大于约200，大于约250，大于约300，大于约350，大于约400，大于约450，大于约500，大于约600，大于约700，大于约800，大于约900或者大于约1000。在某些实施例中，多孔材料可包括下列平均孔隙大小的孔隙大于约100 A,人T约200 A,大于约300A，大于约400Λ，大于约500A，大于约600A，大于约700Λ，大于约800A，大于约900Λ，或大于约1000人，.在其它实施例中，多孔材料可包括具有下列平均孔隙大小的孔隙大于约1500A，大于约2000A，大于约2500A，或大于约3000A。在某些实施例中，多孔材料可包括具有以下范围平均孔隙大小的孔隙约100 A至约3000A的范围，约200人至约3000 A的范围，约300A至约3000A的范围，约400人至约3000 A的范围，约500A至约3000 A的范围，约600A至约3000 A的范围，约700人至约3000 A的范围，约800人至约3000人的范围，约900A至约3000 A的范围，约1000人至约3000 A的范围，约IiOOA至约3000 A的范围，约1200A至约3000 A的范围，约1300A至约3000 A的范围，约1400A至约3000 A的范围，约1500A至约3000 A的范围，以及从大于约1500A至约3000 A的范围。在某些实施例中，孔隙大小的范围为约100 A至约2500 A的范围，约100 A至约2000A的范围，约IOOA至约1500A的范围，约100 A至约1000A的范围。与孔或凹陷相关联的多孔材料的量在约Ing至约Ig的范围。在一优选实施例中，与孔或凹陷相关联的多孔材料的量在约IOOng至约Ig的范围。在其它优选实施例中，与孔或凹陷相关联的多孔材料的量为小于约500 μ g，小于约400 μ g，小于约300 μ g,小于约200 μ g,小于约100 μ g,小于约90 μ g,小于约80 μ g,小于约70 μ g,小于约60 μ g,小于约50 μ g,小于约40 μ g,小于约30 μ g,小于约20 μ g,小于约10 μ g,小于约9 μ g,小于约8 μ g,小于约7 μ g,小于约6 μ g,小于约5 μ g,小于约4 μ g,小于约3 μ g,小于约2 μ g,或小于约I μ go
可用于本文所述的基板的多孔材料的示例包括诸如石英、玻璃、陶瓷材料、聚合物和烧结金属粉末的材料。通过烧结金属粉末来制作多孔材料的方法是熟知的且可包括在高温和高压加热金属粉末且调整条件以控制产品的孔隙大小。可用于本文所提供的设备的多孔材料的示例包括可控孔隙玻璃(CPG)和交联聚苯乙烯(PS)。在一优选实施例中，多孔材料 CPG。[0092]CPG对于水、有机液体和外来洗脱剂大体上为化学惰性的。CPG具有高比孔隙体积，g卩，每体积CPG较高的孔隙体积。表I示出了不同孔隙大小的CPG的示例参数。
表I
权利要求
1.一种用于处理化学反应的设备，所述设备包括基板，其具有顶表面和底表面，所述顶表面包括多个凹陷且所述底表面包括多个凸起区，每个凸起区对应于所述顶表面中的凹陷；以及多孔材料，其固定于至少某些所述凹陷中，其中所述多孔材料具有大于五的表面积与体积比。
2.根据权利要求
1所述的设备，其特征在于，所述凹陷布置成行。
3.根据权利要求
1所述的设备，其特征在于，所述基板包括柔韧薄片。
4.根据权利要求
3所述的设备，其特征在于，所述柔韧薄片包括聚丙烯。
5.根据权利要求
3所述的设备，其特征在于，所述柔韧薄片适于形成带。
6.根据权利要求
3所述的设备，其特征在于，所述薄片中的至少一个边缘适于接触用于移动所述薄片的辊。
7.根据权利要求
1所述的设备，其特征在于，所述基板的至少一个边缘被穿孔。
8.根据权利要求
1所述的设备，其特征在于，所述多孔材料包括可控孔隙玻璃(CPG)。
9.根据权利要求
8所述的设备，其特征在于，所述可控孔隙玻璃(CPG)作为粉末存在。
10.根据权利要求
1所述的设备，其特征在于，所述多孔材料包括大于约500A的孔隙。
11.根据权利要求
1所述的设备，其特征在于，所述多孔材料包括约500A至约3000A范围的孔隙。
12.根据权利要求
1所述的设备，其特征在于，所述多个凹陷包括多个孔。
13.根据权利要求
12所述的设备，其特征在于，每个孔包括小于约10μ I的体积。
14.根据权利要求
13所述的设备，其特征在于，每个孔包括少于约500μ g的所述可控孔隙玻璃(CPG)。
15.根据权利要求
1所述的设备，其特征在于，所述多孔材料包括多个反应位点，其中封闭一定比例的所述反应位点。
16.根据权利要求
1所述的设备，其特征在于，所述凹陷在所述基板上图案化。
17.根据权利要求
1所述的设备，其特征在于，所述化学反应为核酸合成反应且所述多孔材料上附有所述核酸合成反应的至少一种组分。
18.一种用于制造处理化学反应的设备的方法，所述方法包括提供包括多个凹陷的基板；将多孔材料提供给至少某些所述凹陷；以及将所述多孔材料固定于至少某些所述凹陷中。
19.一种化学反应处理系统,包括包括多个凹陷的基板和包括多个反应位点的多孔材料，所述多孔材料固定于所述多个凹陷中的至少某些凹陷中；以及一个或多个分配站，其被配置成将液体试剂分配到所述凹陷中的所述至少某些内。
20.根据权利要求
19所述的系统，其特征在于，所述一个或多个分配站中的每一个包括多个喷嘴。
21.根据权利要求
20所述的系统，其特征在于，所述喷嘴为压电启动的喷嘴。
22.根据权利要求
19所述的系统，其特征在于，所述多孔材料具有大于五的表面积与体积比。
23.根据权利要求
19所述的系统，其特征在于还包括用于检测在分配站处凹陷存在的传感器。
24.根据权利要求
23所述的系统，其特征在于，当凹陷的前缘接合所述传感器时所述传感器启动自所述分配站的分配。
25.根据权利要求
23所述的系统，其特征在于，当凹陷的尾缘接合所述传感器时所述传感器停止自所述分配站的分配。
26.根据权利要求
19所述的系统，其特征在于还包括试剂移除系统。
27.根据权利要求
26所述的系统，其特征在于，所述试剂移除系统包括入口，所述入口产生能够从所述多孔材料提取试剂的气流。
28.根据权利要求
27所述的系统，其特征在于，所述试剂移除系统还包括出口，其产生能移除从所述多孔材料提取的试剂的真空。
29.根据权利要求
26所述的系统，其特征在于，所述试剂移除系统包括出口，其产生能从所述多孔材料提取试剂的真空。
30.根据权利要求
26所述的系统，其特征在于还包括控制系统，其协调试剂分配和试剂移除。
31.根据权利要求
19所述的系统，其特征在于，所述一个或多个分配站分配选自下列的试剂去封闭试剂、单体试剂、氧化试剂、封端试剂和洗涤试剂。
32.根据权利要求
19所述的系统，其特征在于，所述一个或多个分配站以大约5pl/ms至约500nl/ms的速率分配试剂。
33.根据权利要求
19所述的系统，其特征在于，所述基板包括柔韧薄片。
34.根据权利要求
33所述的系统，其特征在于，所述柔韧薄片包括聚丙烯。
35.根据权利要求
19所述的系统，其特征在于，所述基板适于形成带。
36.根据权利要求
35所述的系统，其特征在于，所述带的至少一个边缘适于接触用于移动所述带的辊。
37.根据权利要求
19所述的系统，其特征在于，所述基板的至少一个边缘被穿孔。
38.根据权利要求
19所述的系统，其特征在于，所述多孔材料包括可控孔隙玻璃(CPG)。
39.根据权利要求
38所述的系统，其特征在于，所述可控孔隙玻璃(CPG)作为粉末存在。
40.根据权利要求
19所述的系统，其特征在于，所述多孔材料包括大于约500A的孔隙。
41.根据权利要求
19所述的系统，其特征在于，所述多孔材料包括约500A至约3000A范围的孔隙。
42.根据权利要求
19所述的系统，其特征在于，所述多个凹陷包括多个孔。
43.根据权利要求
42所述的系统，其特征在于，每个孔包括小于约10μ I的体积。
44.根据权利要求
19所述的系统，其特征在于，所述凹陷在所述基板上图案化。
45.根据权利要求
19所述的系统，其特征在于，所述反应位点中的至少某些被封闭。
46.根据权利要求
19所述的系统，其特征在于，所述化学反应为核酸合成反应且所述多孔材料上附有所述核酸合成反应的至少一种组分。
47.一种处理化学反应的方法，包括获得包括多个凹陷的基板和包括多个反应位点的多孔材料，所述多孔材料固定于所述多个凹陷中至少某些凹陷中；以及通过移动所述基板将液体试剂提供给所述多孔材料使得所述凹陷从所述一个或多个分配站接收所述试剂。
48.根据权利要求
47所述的方法,其特征在于,所述一个或多个分配站中的每一个包括多个喷嘴。
49.根据权利要求
48所述的方法，其特征在于，所述喷嘴为压电启动的喷嘴。
50.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于，其中所述多孔材料具有大于五的表面积与体积比。
51.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于还包括以下步骤检测分配站处凹陷的存在。
52.根据权利要求
51所述的方法，其特征在于，检测包括使得传感器与凹陷的前缘接合，从而启动从所述分配站的分配。
53.根据权利要求
51所述的方法，其特征在于，检测包括使得传感器与凹陷的尾缘接合，从而停止从所述分配站的分配。
54.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于还包括以下步骤移除所述试剂。
55.根据权利要求
54所述的方法，其特征在于，移除所述试剂包括将气流导向至所述凹陷，从而从所述多孔材料提取试剂。
56.根据权利要求
55所述的方法，其特征在于，移除所述试剂还包括将真空导向至所述凹陷，从而由所述气流移除从所述多孔材料提取的试剂。
57.根据权利要求
54所述的方法，其特征在于，移除所述试剂包括将真空导向至所述凹陷，从而从所述多孔材料提取试剂。
58.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于，所述一个或多个分配站分配选自去封闭试剂、单体试剂、氧化试剂、封端试剂和洗涤试剂。
59.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于，所述基板以大约ΙΟμπι/s至约lOcm/s的速率移动。
60.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于，所述基板包括柔韧薄片。
61.根据权利要求
60所述的方法，其特征在于，所述柔韧薄片包括聚丙烯。
62.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于，所述基板适于形成带。
63.根据权利要求
62所述的方法，其特征在于，所述带的至少一个边缘适于接触用于移动所述带的辊。
64.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于，所述基板的至少一个边缘被穿孔。
65.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于，所述试剂包括核酸合成反应的至少一种组分。
66.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于还包括卷起所述基板且将所述基板放置到腔室内。
67.根据权利要求
66所述的方法，其特征在于，所述腔室包括气态氨或甲胺。
68.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于，所述化学反应包括核酸合成反应。
69.根据权利要求
68所述的方法，其特征在于还包括通过向所述多个凹陷提供洗脱剂来从所述多孔材料洗脱核酸。
70.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于，所述多孔材料包括可控孔隙玻璃(CPG)。
71.根据权利要求
70所述的方法，其特征在于，所述可控孔隙玻璃(CPG)作为粉末存在。
72.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于，所述多孔材料包括大于约500A的孔隙。
73.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于，所述多孔材料包括约500A至约3000A范围的孔隙。
74.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于，所述多个凹陷包括多个孔。
75.根据权利要求
74所述的方法，其特征在于，每个孔包括小于约10μ I的体积。
76.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于，所述凹陷在所述基板上图案化。
77.根据权利要求
47所述的方法，其特征在于还包括以下步骤封闭所述反应位点中的至少某些。
78.一种用于降低执行化学反应成本的方法，所述方法包括(a)获得包括多个凹陷的基板和包括多个反应位点的多孔材料，所述多孔材料固定于所述多个凹陷中至少某些凹陷中；以及(b)将第一液体试剂提供给包括所述多孔材料的凹陷，其中所述第一液体试剂由所述多孔材料吸收，且其中第一液体试剂与第二液体试剂的组合体积基本上包含于所述多孔材料内；(c)将第二液体试剂提供给包括所述多孔材料的凹陷，其中所述第二液体试剂由所述多孔材料吸收；以及(d)允许充分的时间来进行所述化学反应，从而以降低的成本来执行所述化学反应。
79.一种减少在聚合物合成期间缠结的方法，所述方法包括获得包括多个凹陷的基板和包括多个反应位点的多孔材料，所述多孔材料固定于所述多个凹陷中至少某些凹陷中；以及通过将封闭剂施加到所述多孔基质来减少在所述多孔材料中反应位点的密度，从而减少在所述聚合物延长期间的缠结。
80.一种减少在聚合物合成期间缠结的方法，所述方法包括获得包括多个凹陷的基板和包括多个反应位点的多孔材料，所述多孔材料固定于所述多个凹陷中至少某些凹陷中；以及将分子提供给所述多孔材料使得所述多个反应位点的一部分由所述分子占据，由此减少在所述聚合物延长期间的缠结。
专利摘要
本文公开了用于处理诸如聚合物合成的化学反应的组合物、方法和系统。
文档编号B01J19/28GKCN202823394SQ201190000356
公开日2013年3月27日 申请日期2011年1月18日
发明者迈克尔·莱布尔, 米歇尔·佩尔博斯特, 查德·F·德罗西耶, 马克·J·尼比, 史蒂文·R·伯格特, 大卫·L·海纳 申请人:伊鲁米那股份有限公司