[发明专利]一种基于簇式阵列的高通量自动化基因合成装置

说明书

本发明公开了一种基于簇式阵列的高通量自动化基因合成装置。所述高通量基因合成装置包括基板和微孔板；基板上设有若干簇微孔；微孔的侧壁表面经化学修饰后作为核酸合成的固相载体，或微孔内填充固相载体；若干簇微孔呈簇式阵列排布，每簇微孔与微孔板上的每个孔的大小一致，且位置对应。利用本发明装置合成寡核苷酸时，通过将合成的寡核酸自动回收到该装置下面对应大小的标准SBS板(96孔板、384孔板、1536孔板等)中，形成每个基因需要的寡核苷酸池，寡核苷酸的产量是pmoL级，该产量可以满足不经扩增直接进行后续的通过聚合酶介导(PCA)或连接酶介导(LCR)的基因组装，经过错误校正后的寡核苷酸进而完成基因全长的拼接，实现基因的高通量自动化合成。

技术领域

本发明涉及一种合成生物学和微电子机械系统(MEMS)，特别是涉及一种使用簇式阵列的高通量自动化的基因合成装置。

背景技术

寡核苷酸合成和基因组装作为合成生物学的有力工具，在分子生物学(文库构建、测序、基因编辑等)、蛋白质工程、代谢工程、生物医学工程和遗传诊断等领域应用广泛。

传统的商业化固相合成方法，每个寡核苷酸是在单独一个合成管或在合成板中的一个孔中合成的，每个核酸的产量高，一般为nmol量级，但合成中消耗的试剂量多成本也高，基因合成时，需要将寡核苷酸混合成寡核苷酸池，再进行后续的基因组装。需要复杂的手工混合寡核苷酸池过程(pooling问题)。基于微阵列的高通量合成方法被广泛研究，合成的通量高(一张芯片上可以合成高达上百万种不同的寡核苷酸序列)成本低，但单个寡核苷酸合成的产量比较低，一般为fmol量级(一般10⁵-10¹²个分子/序列，甚至不足以引发PCR反应)，后续基因组装前需要先进行多次PCR扩增。当一张芯片上合成的全部核酸序列需要切割下来成为一种混合物时，为了避免混合物中多种序列间的相互作用，每种核酸的序列和合成的量需要精心设计，而且在基因合成时，需要将寡核苷酸混合物用通用引物等方法将混合物拆分出若干个寡核苷酸亚池，再进行后续的基因组装，操作比较复杂(depooling问题)。有文献报道基于微流控的核酸合成方法，无交叉污染，节约试剂消耗量，且100pmol的合成量级不需要扩增可以直接进行基因组装，但装置本身需要引入微泵微阀等使得其结构相对复杂操作麻烦效率降低，并没有得到主流商业化应用。另外已经有公司商业化报道基于半导体硅芯片的DNA合成平台，独特的蜂巢式微井设计，将反应体积减少100万倍，但该方法需要相对复杂的基底加工工艺、独特的液体处理技术和基底固定装置使得合成核酸的成本较高，虽然不需要手工混合或拆分的过程，但是产量依然不足够高，需要更高的PCR循环进行弥补。因此，需要继续开发合成的寡核苷酸产量合适、简单低成本、高通量而又适合商业化自动化基因组装的核酸合成技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于簇式阵列的高通量基因合成装置，可以实现同一板上的不等长寡核苷酸合成，更有利于寡核苷酸的PCA拼接，或者使用短引物与长寡核苷酸组合的连接酶介导组装。

本发明所提供的基于簇式阵列的高通量基因合成装置，包括基板和微孔板；

所述基板上设有若干簇微孔；所述微孔的侧壁表面经化学修饰后作为核酸合成的固相载体，或所述微孔内填充固相载体；

若干簇所述微孔呈簇式阵列排布，每簇所述微孔与所述微孔板上的每个孔的大小一致，且位置对应。

上述的基因合成装置中，所述微孔为漏斗状微孔或筒形微孔；

所述漏斗状微孔的开口为大口端。

上述的基因合成装置中，所述基板可为硅片，可采用MEMS微纳加工的方法制备所述微孔。

上述的基因合成装置中，所述基板可为高分子塑料板，可采用3D打印或注塑的方式制备所述微孔。

上述的基因合成装置中，所述固相载体可为玻璃微球或聚苯乙烯微球；

通过如下方式将所述固相载体固定于所述微孔内：