合成設(shè)備和方法
【專利說明】合成設(shè)備和方法
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于生化合成的設(shè)備,特別是涉及DNA、RNA、蛋白等分子的合成, 以及相應的方法。
[0002] 可以通過使用基于細胞的工藝來進行DNA擴增,例如通過對細菌培養(yǎng)而使DNA在 發(fā)酵罐中擴增。已經(jīng)描述了用于從啟動模板擴增DNA的無細胞酶解過程,包括聚合酶鏈反 應和鏈置換反應。WO 2010/086626和WO 2012/017210描述了通過使用DNA聚合酶和前端 粒酶(protelomerase)形成閉合線狀DNA的體外無細胞過程。
[0003] 在過去,已經(jīng)使用基于微量滴定板和機械控制吸移管按需添加反應組分來進行實 驗規(guī)模的DNA擴增。這種設(shè)備適用于生產(chǎn)少量用于實驗的DNA分子,但是不能提供用于其 他用途的足量DNA分子。特異性蛋白的大規(guī)模擴增和生產(chǎn)主要通過基于細胞的工藝進行。 這類方法有效用于產(chǎn)生大量產(chǎn)物,但是其設(shè)置昂貴。
[0004] 還有很多特別適于使用熱循環(huán)方法來進行聚合酶鏈反應(PCR)的DNA樣本擴增的 設(shè)備。這些設(shè)備可理想地適合于那種反應,但是不能轉(zhuǎn)變的并且不能適于進行其他反應。在 US 8, 163, 489中披露了這種設(shè)備的實例。
[0005] 因此,需要一種可適于進行多種規(guī)模顯著的生化反應的設(shè)備。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明,提供了 一種合成設(shè)備,該合成設(shè)備包括:
[0007] 反應器;
[0008] 用于對反應器的溫度進行控制的溫度控制裝置;
[0009] 用于容納反應組分的多個儲器;
[0010] 與這些儲器和該反應器選擇性連接的供給/回收工具,由此在需要的時間向該反 應器供給容納在這些儲器中的可控量的反應組分并且從該反應器中回收材料;以及 [0011] 控制工具,用于控制該供給/回收工具將該反應器中的內(nèi)容物的一部分回收并返 回由此攪動和/混合該反應器中的內(nèi)容物。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明,提供了一種合成方法,該方法包括:
[0013] 向反應器中加入多種反應組分來形成反應混合物;
[0014] 從該反應器回收一部分反應混合物,并將回收部分返回其中,用于攪動該反應混 合物并確保其混合;并且
[0015] 在反應終點從該反應器回收反應產(chǎn)物。
[0016] 參照示例性實施例和附圖將對本發(fā)明進行進一步描述,其中:
[0017] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的合成設(shè)備的透視圖;
[0018] 圖2是圖1的設(shè)備的示意圖;
[0019] 圖3是本發(fā)明的一個實施例的反應器的截面視圖;以及
[0020] 圖4是應用本發(fā)明的示例性過程的壓差與時間的圖表。
[0021] 在不同的附圖中,相似的部件用相似的參考來指示。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的合成設(shè)備能夠自動進行涉及如DNA、RNA和蛋白等生化分子的需要 的反應。將不同的反應組分以所需的量(如體積)遞送至溫度可控的反應器中,在溫度可 控的反應器中進行反應,以所需的預定計劃來產(chǎn)生所需的一個或多個反應。
[0023] 在一個實施例中,可準確控制該反應器的溫度,以符合與反應組分的加入和/或 材料的回收同步所需的溫度特征曲線。
[0024] 在一個實施例中,設(shè)置該反應器并將其配置具有可按需攪動和/混合其內(nèi)容物的 工具。在實施例中,該反應器具有適當?shù)男螤睿纱丝煽亓康姆磻旌衔锏幕厥蘸头祷乜捎?于充分混合該反應混合物。
[0025] 在一個實施例中,該反應器最好被安排成是朝向其具有入口 /出口支架的最低點 成錐形。例如,該反應器的截面積朝向該反應器的最低點是單向減小的。在一個實施例中, 該反應器具有一個主要部分,該主要部分在其高度上的截面積的不變的。在一個實施例中, 該反應器的水平截面在其高度上基本上是圓形的。
[0026] 在一個實施例中,該反應器的長徑比(即該反應器的高度與寬度之比)是在從5:1 至8:1的范圍內(nèi),優(yōu)選地是在從6:1至7:1的范圍內(nèi)。在反應器的水平截面不是圓形的情 況下,參照最大水平尺寸來確定長徑比。術(shù)語"水平"和"豎直"在此是指處于使用正常定 向的設(shè)備。
[0027] 在一個實施例中,反應組分以可控溫度被儲存和/或遞送至該反應器。在本發(fā)明 的一個實施例中,該設(shè)備具有多個用于反應組分的溫度可控的儲器。在一個實施例中,這些 溫度可控的儲器具有溫度控制裝置來設(shè)定用于該儲器的內(nèi)容物的所需溫度。在一個實施例 中,該溫度控制裝置包括珀爾帖(Peltier)加熱/冷卻裝置和/或電阻加熱器。
[0028] 在本發(fā)明的一個實施例中,通過一個或多個往復式注射栗進行反應組分的供給和 反應產(chǎn)物和/或樣品的回收。在本發(fā)明的一個實施例中,提供一個或多個多通閥來使這個 或各往復式注射栗與該反應器和/或一個儲器的入口/出口選擇性地連接。
[0029] 在一個實施例中,可在反應終點或在反應中需要時從該反應器中回收反應混合 物,如用于取樣的目的。
[0030] 在一個實施例中,該設(shè)備可以分批處理或連續(xù)處理的模式進行操作。
[0031 ] 在一個實施例中,該設(shè)備是防止污染物進入的封閉系統(tǒng)。
[0032] 在一個實施例中,至少一個儲器包括可移除注射器,如聚丙烯注射器。在一個實施 例中,至少一個往復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。在一個實 施例中,將玻璃注射器硅烷化,用以防止DNA材料粘附在注射器上。
[0033] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的合成設(shè)備1的透視圖。為了便于理解并可看到 主要組件,在該圖中省略了某些組件和連接導管。圖2是相同的設(shè)備的示意圖。
[0034] 合成設(shè)備1是在一個整裝式底座11上構(gòu)造的,并具有一個可打開的前蓋12而允 許這些主要組件進入。前蓋12最好是由透明材料制成,但可以是著色的來保護反應組分免 于過度的光照水平。它還用于限制污染物進入。該設(shè)備具有可從外部接觸的電源開關(guān)和電 源輸入13,如位于該設(shè)備的側(cè)面上。另外,具有輸入/輸出口 14,允許該設(shè)備與執(zhí)行實驗室 自動化軟件(例如,美國德克薩斯洲(Texas)的美國國家儀器公司(National Instruments Corporation)提供的Labview?)的通用計算機聯(lián)通和/或受其控制。在從該設(shè)備的前部 可以看到的一個位置上具有操作指示燈15,指示該設(shè)備是否正在工作中。
[0035] 該合成設(shè)備的中心組件是體積大于30ml的夾套反應器2。在一個實施例中,該反 應器的體積大于50ml。在一個實施例中,該反應器的體積是大約75ml或120ml。在一個實 施例中,該反應器的體積小于300ml。在一個實施例中,該反應器的體積小于200ml。在一 個實施例中,該反應器的體積小于150ml??梢愿鶕?jù)該設(shè)備的預期用途、一批中制備的產(chǎn)物 量或連續(xù)工藝中的生產(chǎn)率來選擇該反應器的體積。顯然,該反應器的大小對于一批生產(chǎn)的 產(chǎn)物量設(shè)定了上限。
[0036] 在一個實施例中,該反應器的長徑比不大于8:1。在一個實施例中,該長徑比不大 于7:1。如果該反應器太高,更難以通過反應混合物的回收和返回而產(chǎn)生這些內(nèi)容物的充分 混合。在一個實施例中,該長徑比小于5:1。在一個實施例中,該長徑比小于