[发明专利]一种用于原位合成基因芯片的机械装置及系统设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于原位合成基因芯片的机械装置及系统设备。

背景技术

在基因芯片制备技术中，目前有两种方法，原位合成和预合成后点样。原位合成法制备的微阵列密度很高，但现有方法都需要特定的掩模，普遍存在着成本较高、工艺过程复杂的缺陷，有的甚至需要特殊的专利保护试剂。而中、低密度的芯片制备一般用点样法。但它也存在两大缺陷：当制备密度较高的核苷酸探针微阵列时，成本很高。当20目碱基的探针数目达到1000条时，探针成本在100000元人民币以上；其二是当采用接触法点样方式时，每个位点内的探针分布不均匀、受点样针设计和其他实验条件的影响，常使得边缘区域探针密度大于中心区域，因而这种技术无法和原位合成技术相比拟。由于现有方法都或多或少存在着一些弊端，因此国际上都期待着开发新基因芯片制备方法和制造设备。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷而提供一种用于原位合成基因芯片的机械装置及系统设备。利用该设备可以实现自动化、规模化原位合成生产廉价、可靠、质量高的基因芯片和多肽芯片。

实现上述发明目的技术方案是：用于原位合成基因芯片的机械装置主要由压印平台、二维平面定位装置和机械手构成；压印平台由底座、模板支架和矩阵模板槽组成，模板托架设在底座中央，矩阵模板槽嵌入固定在模板托架上；二维平面定位装置与矩阵模板槽对应设置在压印平台的底座上，二维平面定位装置的定位头上设有机械手；矩阵模板槽为若干单个作为反应池的模板槽构和若干单个作为样品处理池构成的矩阵结构；单个模板槽配套设有模板。

所述技术方案中：

机械手采用双导杆汽缸，双导杆汽缸上的两根导杆下端分别安装两个真空吸盘。

单个模板槽的截面形状为三层阶梯状，最底层为碱基单体容器，在反应过程中充满碱基液，中间层为嵌入模板的地方，最上层为载玻片往下压印时的位置。

模板四周边缘凸起，中间平面上钻有小孔，小孔中插有具有微纳米通道的真空纤维管。

本发明的用于原位合成基因芯片的系统设备由所述机械装置与控制系统组成，控制系统包括可编程逻辑控制器(PLC)及与其配套连接的位置控制模块和输入输出模块、操作和显示部件，输入输出模块输入操作指令，由位置控制模块控制二维平面定位装置上的定位头精确定位，由输出模块控制电磁阀通断来控制定位头上的机械手上下运动。

本发明的系统设备还包括与反应池模板槽相连的液体传送及气路系统和与样品处理池模板槽相连的液体传送及气路系统。

本发明的机械装置在控制系统的控制下可实现基因芯片的自动偶联压印—清洗—氧化—清洗—脱保护—清洗等多个合成循环步骤。

本发明是基于活版印刷原理进行基因芯片原位合成制备的，它是将模板上的真空纤维管作为印刷“活字”材料，不同模板上的真空纤维管按照预先设计的方案进行不同的组合排列，多个模板构成一系列组合印刷母版，每四个分别吸附有A、T、G、C碱基单体液体的模板构成一个合成单元，模板上的碱基单体液体通过真空纤维管的微纳米通道的毛细吸附效应从模板槽内吸取，始终保持“活字”载体尖端湿润而满足压印要求；应用组合化学原理，通过机械手操作芯片片基顺次与一个合成单元的不同模板分别接触，一层一层的将碱基循序压印到基片上进行化学偶联，经过多次合成循环后，最终得到所需的化合物微阵列。

生物芯片的合成就像活版印刷书刊一样通过精确定位循环压印来实现DNA探针的原位合成。

本发明采用现有成熟的二维平面定位装置，以及用双导杆汽缸和真空吸盘构成机械手来执行压印过程，根据活版印刷原位合成生物芯片的原理制作所需的高精度的压印平台和模板，并根据实际应用对模板进行排版，用户可以根据自己的需求实现自动化、规模化原位合成生产廉价、可靠，质量可与国外同类产品相媲美的100-200个位点/cm²的基因芯片和多肽芯片。

用本发明设备合成生物芯片，完全避免了现有原位合成方法中繁琐而昂贵的掩膜制备过程及点样法中昂贵的探针修饰或标记成本，针对不同的用户需求只需重新排列印刷模板即可。所耗单体试剂少，成本低；而毛细效应带来的类似于液相的压印反应环境，赋予了合成探针极高的偶联效率和探针位点信号的均匀性，从而确保了获取生活信息的准确性。设备能够实现自动控制和精确定位，合成速度快，在短时间内快速印刷合成出探针分布均匀的大批量基因芯片；同时还可以应用于多肽和其他生物大分子微阵列的合成。

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明