[發明專利]一種基于簇式陣列的高通量自動化基因合成裝置

有效

• 申請號: 202110344493.0
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113262730B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 張滿倉;侯彩玲;余冬平
• 申請（專利權）人: 上海迪贏生物科技有限公司
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 王春霞

本發明公開了一種基于簇式陣列的高通量自動化基因合成裝置。所述高通量基因合成裝置包括基板和微孔板；基板上設有若干簇微孔；微孔的側壁表面經化學修飾后作為核酸合成的固相載體，或微孔內填充固相載體；若干簇微孔呈簇式陣列排布，每簇微孔與微孔板上的每個孔的大小一致，且位置對應。利用本發明裝置合成寡核苷酸時，通過將合成的寡核酸自動回收到該裝置下面對應大小的標準SBS板(96孔板、384孔板、1536孔板等)中，形成每個基因需要的寡核苷酸池，寡核苷酸的產量是pmoL級，該產量可以滿足不經擴增直接進行后續的通過聚合酶介導(PCA)或連接酶介導(LCR)的基因組裝，經過錯誤校正后的寡核苷酸進而完成基因全長的拼接，實現基因的高通量自動化合成。

技術領域

本發明涉及一種合成生物學和微電子機械系統(MEMS)，特別是涉及一種使用簇式陣列的高通量自動化的基因合成裝置。

背景技術

寡核苷酸合成和基因組裝作為合成生物學的有力工具，在分子生物學(文庫構建、測序、基因編輯等)、蛋白質工程、代謝工程、生物醫學工程和遺傳診斷等領域應用廣泛。

傳統的商業化固相合成方法，每個寡核苷酸是在單獨一個合成管或在合成板中的一個孔中合成的，每個核酸的產量高，一般為nmol量級，但合成中消耗的試劑量多成本也高，基因合成時，需要將寡核苷酸混合成寡核苷酸池，再進行后續的基因組裝。需要復雜的手工混合寡核苷酸池過程(pooling問題)。基于微陣列的高通量合成方法被廣泛研究，合成的通量高(一張芯片上可以合成高達上百萬種不同的寡核苷酸序列)成本低，但單個寡核苷酸合成的產量比較低，一般為fmol量級(一般10⁵-10¹²個分子/序列，甚至不足以引發PCR反應)，后續基因組裝前需要先進行多次PCR擴增。當一張芯片上合成的全部核酸序列需要切割下來成為一種混合物時，為了避免混合物中多種序列間的相互作用，每種核酸的序列和合成的量需要精心設計，而且在基因合成時，需要將寡核苷酸混合物用通用引物等方法將混合物拆分出若干個寡核苷酸亞池，再進行后續的基因組裝，操作比較復雜(depooling問題)。有文獻報道基于微流控的核酸合成方法，無交叉污染，節約試劑消耗量，且100pmol的合成量級不需要擴增可以直接進行基因組裝，但裝置本身需要引入微泵微閥等使得其結構相對復雜操作麻煩效率降低，并沒有得到主流商業化應用。另外已經有公司商業化報道基于半導體硅芯片的DNA合成平臺，獨特的蜂巢式微井設計，將反應體積減少100萬倍，但該方法需要相對復雜的基底加工工藝、獨特的液體處理技術和基底固定裝置使得合成核酸的成本較高，雖然不需要手工混合或拆分的過程，但是產量依然不足夠高，需要更高的PCR循環進行彌補。因此，需要繼續開發合成的寡核苷酸產量合適、簡單低成本、高通量而又適合商業化自動化基因組裝的核酸合成技術。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于簇式陣列的高通量基因合成裝置，可以實現同一板上的不等長寡核苷酸合成，更有利于寡核苷酸的PCA拼接，或者使用短引物與長寡核苷酸組合的連接酶介導組裝。

本發明所提供的基于簇式陣列的高通量基因合成裝置，包括基板和微孔板；

所述基板上設有若干簇微孔；所述微孔的側壁表面經化學修飾后作為核酸合成的固相載體，或所述微孔內填充固相載體；

若干簇所述微孔呈簇式陣列排布，每簇所述微孔與所述微孔板上的每個孔的大小一致，且位置對應。

上述的基因合成裝置中，所述微孔為漏斗狀微孔或筒形微孔；

所述漏斗狀微孔的開口為大口端。

上述的基因合成裝置中，所述基板可為硅片，可采用MEMS微納加工的方法制備所述微孔。

上述的基因合成裝置中，所述基板可為高分子塑料板，可采用3D打印或注塑的方式制備所述微孔。

上述的基因合成裝置中，所述固相載體可為玻璃微球或聚苯乙烯微球；

通過如下方式將所述固相載體固定于所述微孔內：