一種小型DNA合成柱的製作方法

2023-05-15 16:41:56

本實用新型涉及DNA合成用耗材領域，具體為一種小型DNA合成柱。

背景技術：

隨著合成生物學、人造生命、功能基因組學、蛋白組學、臨床診斷學研究的快速發展，需要海量DNA合成，而且基因的快速合成逐漸成為合成生物學的熱門。必將對CPG Frits合成柱提出更高的功能需求。現行的CPG Frits及其空柱管，仍然存在很多缺點，具體表現在如下幾個方面：

第一，目前的CPG Frits設計主要為常規用量DNA合成設計，比如≥25nmol。主要用於常規PCR Primer合成。不適合於0.1-10nmol的DNA合成。

第二，目前的設計，沒有最優化的試劑使用量，使得產品使用成本高，造成浪費，且對環境造成汙染。就CPG Frits系列產品而言，所使用的試劑，目前主要成本在於輔助試劑，如TCA、ACN等，使用量大導致成本居高不下，而且，這些合成試劑都是具有化學腐蝕性的，對人體以及環境都會帶來很大的損害。如何最大限度的降低合成試劑的使用量是對合成生物學發展的推動，也是行業發展的迫切需求。

第三，目前CPG Frits的結構設計也有很多缺點：其一，CPG Frits的直徑和厚度太大，不利於降低總體體積，減少直徑和厚度是減少體 積的最直接有效的方法，然而目前市售的CPG Frits直徑和厚度都在2mm以上；其二，CPG含量無法降低，用於基因合成的DNA合成柱，其CPG含量在0.1nmol-10nmol之間就能夠滿足基因合成的要求，然而目前市售的CPG Frits含量大都在10nmol以上，有的甚至在25nmol以上，合成出來的DNA產品遠遠超出了自己的需求量，造成了嚴重的浪費，增加了科研和生產成本，不利於建設節約型社會；其三，自動化程度不高，目前市售的都為單管形式，使用時需要人工一根一根將合成柱插入96孔合成板內，操作極為不便，增加了成本，不利於自動化、規模化生產；其四，空柱管的結構設計也有很多缺點，主要表現在沒有考慮設備兼容性和裝配精度。目前主流的DNA合成儀有Biolytic公司的Dr.Oligo192系列、Bioaotumation公司的MM192系列、TAG Copenhagen A/S公司Oligomaker192系列，AB公司的ABI3900系列，現在市售的幾款DNA合成柱產品，對於以上幾家公司的合成儀都無法做到完全兼容或通用。而且，其合成空柱管為了注塑方便，柱管內壁都採用傾斜設計，裝配位內徑上大、下小，CPG Frits圓柱體在燒結時也會收縮，批間差比較大，導致裝配時，對CPG Frits積壓程度也不一樣，導致產品鬆緊度、均一性不一樣，產品質量不穩定。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於，針對現有技術的不足，提供一種DNA合成柱，適合於微量基因合成，具有省時省試劑、成本低、合成鏈長、合成速度快、突變率低至1‰、環保等優點。

為實現上述目的，本實用新型所提供的技術方案是:

一種小型DNA合成柱，包括CPG Frits和空柱管，CPG Frits的直徑≤1.5mm，CPG Frits的厚度≤1.5mm，CPG Frits中CPG含量≤10nmol，空柱管內設置有裝配位，裝配位的內徑≤1.5mm，裝配位的高度≤5mm，裝配位為標準的圓柱體，裝配位以外的內徑梯度減小。

一種小型DNA合成柱，包括CPG Frits和96孔合成空板，CPG Frits的直徑≤1.5mm，CPG Frits的厚度≤1.5mm，CPG Frits中CPG含量≤10nmol，96孔合成空板內設置有裝配位，裝配位的內徑≤1.5mm，裝配位的高度≤5mm，裝配位為標準的圓柱體，裝配位以外的內徑梯度減小。

優選地，96孔合成空板由96根DNA合成柱空柱管排列而成。

優選地，CPG Frits的直徑為0.35mm-1.4mm。

優選地，CPG Frits的厚度為0.35mm-1.5mm。

優選地，CPG Frits的直徑為1.2mm，厚度為1.0mm。

優選地，裝配位的數量為1個，圓柱體柱管的末端為平口或切口。

優選地，裝配位的內徑為0.35mm-1.4mm。

優選地，裝配位的厚度為0.35mm-5mm。

優選地，CPG Frits中CPG含量為0.1nmol-10nmol。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果為：

本實用新型提供的DNA合成柱，專為微量基因合成而設計，DNA合成量為0.1-10nmol，優選的合成量為0.5-5nmol，可有效節省合成試劑用量，試劑消耗少，控制成本至最低；超微量基因合成，其合成量可低至0.1nmol，合成鏈長，長達120-200bp；合成周期短，合成速 度快，高效率、省時間；極低的突變率，低至1‰，產品質量更加可靠，環保，使用工藝簡便，工業化程度高。

下面結合附圖與實施例，對本實用新型作進一步說明。

附圖說明

圖1是本實施例1的豎放剖面圖；

圖2是本實施例1的豎放右視圖；

圖3是本實施例1的豎放左視圖；

圖4是本實施例1的仰視圖；

圖5是本實施例1的俯視圖；

圖6是本實施例1的另一豎放圖；

圖7是本實施例1的豎放左視圖；

圖8是本實施例1的豎放右視圖；

圖9是本實施例1的豎放右剖面圖；

圖10是本實施例1的豎放左剖面圖；

圖11是本實施例2的正視平面圖；

圖12是本實施例2的側放左側剖面圖；

圖13是本實施例2的側放左側平面圖；

圖14是本實施例2的平放右側平面圖；

圖15是本實施例2的平放右側剖面圖；

圖16是本實施例2的側放右側平面圖；

圖17是本實施例2的側放右側剖面圖

圖18是本實施例2的倒置正視圖；

圖19是本實施例2的倒置正視剖面圖。

具體實施方式

實施例1

結合圖1-5，本實施例提供的一種小型DNA合成柱，包括CPG Frits和空柱管，CPG Frits的直徑≤1.5mm，CPG Frits的厚度≤1.5mm，CPG Frits中CPG含量≤10nmol，空柱管內設置有裝配位，裝配位的內徑≤1.5mm，裝配位的高度≤5mm，裝配位為標準的圓柱體，裝配位以外的內徑梯度減小。其中，CPG Frits的直徑為0.35mm-1.4mm；CPG Frits的厚度為0.35mm-1.5mm。優選地，CPG Frits的直徑為1.2mm，厚度為1.0mm。其中，裝配位的數量為1個；裝配位的內徑為0.35mm-1.4mm；裝配位的厚度為0.35mm-5mm。CPG Frits中CPG含量為0.1nmol-10nmol，優選地，CPG Frits中CPG含量為0.5nmol-5nmol。

具體實施如下：

DNA合成柱，合成規模5nmol，分為直徑1.2mm厚度1.0mm的CPG Frits及其配套空柱管。

1、空柱管的設計：

空柱管柱長37mm，柱管頂端外徑8.5mm，內徑6.0mm，到1.2mm裝配位上部逐漸收口到1.2mm，下部逐漸收口至0.8mm，底端尖嘴部分採用斜口設計。

2、CPG Frits的設計和製備(按製備10000顆計)

1)原料：CPG載量為30umol/g，每顆5nmol的CPG Frits含量 約為0.167mg CPG；HDPE粉末的分子量為100萬。

2)原料體積計算：每顆直徑1.2mm厚度1.0mm(計算燒結體積時按照1.2mm計算)的CPG Frits體積為1.35648ul，按10000顆配比，總體積為13.5648ml≈13.6ml。

3)CPG Frits燒結原料配置：稱取1.67g CPG放入25ml量筒，緩慢添加HDPE粉末到13.5ml刻度，顛倒混勻數次，再用HDPE補齊到13.6ml位置；反覆顛倒混勻備用。

4)裝模具：在含有10000個直徑1.2mm高度1.2mm的孔的鋁製模具內，均勻添加混合好的CPG與HDPE共混粉末，用振動儀振平，蓋上上蓋板，鎖緊。

5)燒結：200℃，燒結30min，水冷，取出CPG Frits。

3、裝配:手工推桿或全自動設備將直徑1.2mm厚度1.0mm的CPG Frits裝配到柱管的1.2mm裝配位即可。

實施例2

結合圖6-10，本實施例提供的一種小型DNA合成柱，包括CPG Frits和96孔合成空板，CPG Frits的直徑≤1.5mm，CPG Frits的厚度≤1.5mm，CPG Frits中CPG含量≤10nmol，96孔合成空板內設置有裝配位，裝配位的內徑≤1.5mm，裝配位的高度≤5mm，裝配位為標準的圓柱體，裝配位以外的內徑梯度減小。其中，96孔合成空板由96根DNA合成柱空柱管排列而成。CPG Frits的直徑為0.35mm-1.4mm；CPG Frits的厚度為0.35mm-1.5mm；優選地，CPG Frits的直徑為1.2mm，厚度為1.0mm。其中，裝配位的數量為1個。裝配 位的內徑為0.35mm-1.4mm；裝配位的厚度為0.35mm-5mm。CPG Frits中CPG含量為0.1nmol-10nmol，優選地，CPG Frits中CPG含量為0.5nmol-5nmol。

具體實施如下：

DNA96孔合成板，合成規模1nmol，分為直徑1.2mm、厚度1.0mm的CPG Frits及其配套96孔空合成板。

1、96孔合成空板的設計

空板高37mm，由96根合成柱空柱管衍生而來，柱管頂端外徑8.5mm，內徑6.0mm，到1.2mm裝配位上部逐漸收口到1.2mm，下部逐漸收口至0.8mm，底端尖嘴部分採用斜口設計。

2、CPG Frits的製備(按製備10000顆計算)

1)原料：CPG載量為20umol/g，每顆1nmol的CPG Frits含量約為0.05mg CPG；UHMW-PE粉末的分子量為300萬。

2)原料體積計算：每顆直徑1.2mm厚度1.0mm(計算燒結體積時按照1.2mm計算)的CPG Frits體積為1.35648ul，按10000顆配比，總體積為13.5648ml≈13.6ml。

3)CPG Frits燒結原料配置：稱取500mg CPG放入25ml量筒，緩慢添加UHMW-PE粉末到13.5ml刻度，顛倒混勻數次，再用UHMW-PE補齊到13.6ml位置；反覆顛倒混勻備用。

4)裝模具：在含有10000個直徑1.2mm高度1.2mm的孔的鋁製模具內，均勻添加混合好的CPG與UHMW-PE共混粉末，用振動儀振平，蓋上上蓋板，鎖緊。

5)燒結：200℃，燒結25min，水冷，取出CPG Frits。

3、裝配：手工推桿或全自動設備將直徑1.2mm厚度1.0mm的CPG Frits裝配到96孔合成空板內的1.2mm裝配位即可。

實施例1與實施例2中，CPG Frits的直徑與厚度均小於目前市售的所有相關產品，包括國外的產品，在體積上做到了同類產品最小尺寸水平，為世界上行業內產品體積之最。基因合成用的CPG Frits CPG含量僅有0.1-10nmol，跟同類產品相比具有顯著優勢。

本實用新型的DNA合成柱，專為微量基因合成(0.1-10nmol)而設計，優選的合成量為0.5-5nmol。和市售的CPG Frits相比有如下優勢：

1、節省合成試劑用量

按照UHMW-PE燒結濾芯篩板工藝40±5％計算，直徑4mm厚度4mm的CPG Frits體積為50.24ul，能容納的試劑體積為50.24*40±5％＝20.096±2.512ul；直徑2mm厚度3mm的CPG Frits體積為9.42ul，能容納的試劑體積為9.42*40±5％＝3.768±0.471ul；直徑1.2mm厚度1.0mm，體積為1.1304ul，能容納的試劑體積為1.1304*40±5％＝0.45216±0.05652ul。

CPG Frits合成柱/96孔合成板，作為DNA合成的主要反應器，試劑流過CPG Frits柱體，直徑1.2mm厚度1.0mm比直徑2mm厚度3mm的節省近九倍的試劑量，比直徑4mm厚度4mm的節省近四十五倍的試劑量，其成本控制能力顯而易見。

2、超微量基因合成

直徑1.2mm厚度1.0mm為世界行業之最，CPG Frits的超小型化，填補了國內外空白，在世界上處於領先水平。因其「小」而使得DNA的超微量合成變成現實。適用於0.1-10nmol的合成規模，這極大地方便了基因合成的客戶。不僅降低了試劑用量，節省了生產成本，節約了資源，還保護了環境。

3、高效率、省時間

直徑1.2mm厚度1.0mm的CPG Frits，CPG含量低至0.01mg。極低的CPG含量，極低的底物濃度，可以最大限度的降低參與反應的合成試劑的使用量及反應時間，尤其是偶聯反應的時間將大大的縮短，加快了單個循環的時間，使整個生產環節效率大幅提升。

4、極低的突變率，產品質量更加可靠

DNA合成過程中，常用到3％的TCA(三氯乙酸)脫保護試劑，該試劑是強酸溶液，易造成引物突變或脫嘌呤現象。如何降低該試劑的使用量或減少CPG Frits載體與該試劑的接觸時間將有利於降低合成產物的突變率，提高產品質量。傳統的CPG合成柱以及大體積的CPG Frits合成柱，往往需要100ul，兩次，每次15秒來完成脫保護的過程，合成的鏈越長，接觸脫保護試劑的次數就越多，時間就越長，也就越容易造成DNA突變和脫嘌呤現象。而直徑1.2mm厚度1.0mm的CPG Frits合成柱，因其體積小、CPG含量低，所添加的TCA試劑僅需一次25ul，6-7秒便可以完成整個脫保護過程，不僅提高了合成效率，而且降低了DNA合成的突變率，使突變率遠遠低於千分之二的國際標準，達到了千分之一以下。在提高產品純度的同時，使其合成產 品的長度達到120bp以上。

5、96孔合成板極具創新性

目前市售的DNA合成柱均為單管形式，無論在CPG Frits的生產和使用上，均需要單管操作，需要一根一根來裝填，不僅效率低，而且極易造成汙染和人為操作失誤。96孔合成板的出現，將CPG Frits的生產和使用工序、生產工藝化繁為簡，是DNA合成領域極具創新性的發明，推進了行業的發展，提高了基因合成事業的產業化程度。

根據上述說明書的揭示和教導，本實用新型所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本實用新型並不局限於上面揭示和描述的具體實施方式，對本實用新型的一些修改和變更也應當落入本實用新型的權利要求的保護範圍內。