合成設(shè)備和方法
【專利說(shuō)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(yīng)的方法。
[0002] 可以通過(guò)使用基于細(xì)胞的工藝來(lái)進(jìn)行DNA擴(kuò)增，例如通過(guò)對(duì)細(xì)菌培養(yǎng)而使DNA在 發(fā)酵罐中擴(kuò)增。已經(jīng)描述了用于從啟動(dòng)模板擴(kuò)增DNA的無(wú)細(xì)胞酶解過(guò)程，包括聚合酶鏈反 應(yīng)和鏈置換反應(yīng)。WO 2010/086626和WO 2012/017210描述了通過(guò)使用DNA聚合酶和前端 粒酶（protelomerase)形成閉合線狀DNA的體外無(wú)細(xì)胞過(guò)程。
[0003] 在過(guò)去，已經(jīng)使用基于微量滴定板和機(jī)械控制吸移管按需添加反應(yīng)組分來(lái)進(jìn)行實(shí) 驗(yàn)規(guī)模的DNA擴(kuò)增。這種設(shè)備適用于生產(chǎn)少量用于實(shí)驗(yàn)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(kuò)增和生產(chǎn)主要通過(guò)基于細(xì)胞的工藝進(jìn)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(lái)進(jìn)行聚合酶鏈反應(yīng)（PCR)的DNA樣本擴(kuò)增的 設(shè)備。這些設(shè)備可理想地適合于那種反應(yīng)，但是不能轉(zhuǎn)變的并且不能適于進(jìn)行其他反應(yīng)。在 US 8, 163, 489中披露了這種設(shè)備的實(shí)例。
[0005] 因此，需要一種可適于進(jìn)行多種規(guī)模顯著的生化反應(yīng)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(yīng)器；
[0008] 用于對(duì)反應(yīng)器的溫度進(jìn)行控制的溫度控制裝置；
[0009] 用于容納反應(yīng)組分的多個(gè)儲(chǔ)器；
[0010] 與這些儲(chǔ)器和該反應(yīng)器選擇性連接的供給/回收工具，由此在需要的時(shí)間向該反 應(yīng)器供給容納在這些儲(chǔ)器中的可控量的反應(yīng)組分并且從該反應(yīng)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(yīng)器中的內(nèi)容物的一部分回收并返 回由此攪動(dòng)和/混合該反應(yīng)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(yīng)器中加入多種反應(yīng)組分來(lái)形成反應(yīng)混合物；
[0014] 從該反應(yīng)器回收一部分反應(yīng)混合物，并將回收部分返回其中，用于攪動(dòng)該反應(yīng)混 合物并確保其混合；并且
[0015] 在反應(yīng)終點(diǎn)從該反應(yīng)器回收反應(yīng)產(chǎn)物。
[0016] 參照示例性實(shí)施例和附圖將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，其中：
[0017] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例的反應(yīng)器的截面視圖；以及
[0020] 圖4是應(yīng)用本發(fā)明的示例性過(guò)程的壓差與時(shí)間的圖表。
[0021] 在不同的附圖中，相似的部件用相似的參考來(lái)指示。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的合成設(shè)備能夠自動(dòng)進(jìn)行涉及如DNA、RNA和蛋白等生化分子的需要 的反應(yīng)。將不同的反應(yīng)組分以所需的量（如體積）遞送至溫度可控的反應(yīng)器中，在溫度可 控的反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，以所需的預(yù)定計(jì)劃來(lái)產(chǎn)生所需的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施例中，可準(zhǔn)確控制該反應(yīng)器的溫度，以符合與反應(yīng)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(gè)實(shí)施例中，設(shè)置該反應(yīng)器并將其配置具有可按需攪動(dòng)和/混合其內(nèi)容物的 工具。在實(shí)施例中，該反應(yīng)器具有適當(dāng)?shù)男螤?，由此可控量的反?yīng)混合物的回收和返回可用 于充分混合該反應(yīng)混合物。
[0025] 在一個(gè)實(shí)施例中，該反應(yīng)器最好被安排成是朝向其具有入口 /出口支架的最低點(diǎn) 成錐形。例如，該反應(yīng)器的截面積朝向該反應(yīng)器的最低點(diǎn)是單向減小的。在一個(gè)實(shí)施例中， 該反應(yīng)器具有一個(gè)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(gè)實(shí)施例中， 該反應(yīng)器的水平截面在其高度上基本上是圓形的。
[0026] 在一個(gè)實(shí)施例中，該反應(yīng)器的長(zhǎng)徑比（即該反應(yīng)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(yīng)器的水平截面不是圓形的情 況下，參照最大水平尺寸來(lái)確定長(zhǎng)徑比。術(shù)語(yǔ)"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(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)組分以可控溫度被儲(chǔ)存和/或遞送至該反應(yīng)器。在本發(fā)明 的一個(gè)實(shí)施例中，該設(shè)備具有多個(gè)用于反應(yīng)組分的溫度可控的儲(chǔ)器。在一個(gè)實(shí)施例中，這些 溫度可控的儲(chǔ)器具有溫度控制裝置來(lái)設(shè)定用于該儲(chǔ)器的內(nèi)容物的所需溫度。在一個(gè)實(shí)施例 中，該溫度控制裝置包括珀?duì)柼≒eltier)加熱/冷卻裝置和/或電阻加熱器。
[0028] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)往復(fù)式注射栗進(jìn)行反應(yīng)組分的供給和 反應(yīng)產(chǎn)物和/或樣品的回收。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供一個(gè)或多個(gè)多通閥來(lái)使這個(gè) 或各往復(fù)式注射栗與該反應(yīng)器和/或一個(gè)儲(chǔ)器的入口/出口選擇性地連接。
[0029] 在一個(gè)實(shí)施例中，可在反應(yīng)終點(diǎn)或在反應(yīng)中需要時(shí)從該反應(yīng)器中回收反應(yīng)混合 物，如用于取樣的目的。
[0030] 在一個(gè)實(shí)施例中，該設(shè)備可以分批處理或連續(xù)處理的模式進(jìn)行操作。
[0031 ] 在一個(gè)實(shí)施例中，該設(shè)備是防止污染物進(jìn)入的封閉系統(tǒng)。
[0032] 在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)儲(chǔ)器包括可移除注射器，如聚丙烯注射器。在一個(gè)實(shí)施 例中，至少一個(gè)往復(fù)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(gè)實(shí) 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(gè)實(shí)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(dǎo)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(gè)整裝式底座11上構(gòu)造的，并具有一個(gè)可打開的前蓋12而允 許這些主要組件進(jìn)入。前蓋12最好是由透明材料制成，但可以是著色的來(lái)保護(hù)反應(yīng)組分免 于過(guò)度的光照水平。它還用于限制污染物進(jìn)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(shí)驗(yàn)室 自動(dòng)化軟件（例如，美國(guó)德克薩斯洲（Texas)的美國(guó)國(guó)家儀器公司（National Instruments Corporation)提供的Labview?)的通用計(jì)算機(jī)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(gè)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(yīng)器2。在一個(gè)實(shí)施例中，該反 應(yīng)器的體積大于50ml。在一個(gè)實(shí)施例中，該反應(yīng)器的體積是大約75ml或120ml。在一個(gè)實(shí) 施例中，該反應(yīng)器的體積小于300ml。在一個(gè)實(shí)施例中，該反應(yīng)器的體積小于200ml。在一 個(gè)實(shí)施例中，該反應(yīng)器的體積小于150ml?？梢愿鶕?jù)該設(shè)備的預(yù)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(lái)選擇該反應(yīng)器的體積。顯然，該反應(yīng)器的大小對(duì)于一批生產(chǎn)的 產(chǎn)物量設(shè)定了上限。
[0036] 在一個(gè)實(shí)施例中，該反應(yīng)器的長(zhǎng)徑比不大于8:1。在一個(gè)實(shí)施例中，該長(zhǎng)徑比不大 于7:1。如果該反應(yīng)器太高，更難以通過(guò)反應(yīng)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(gè)實(shí)施例中，該長(zhǎng)徑比小于5:1。在一個(gè)實(shí)施例中，該長(zhǎng)徑比小于