第一節(jié) DNA合成儀市場基本生產(chǎn)技術(shù)、工藝或流程
DNA合成儀的基本組成結(jié)構(gòu)和性能：
1、壓力系統(tǒng)
系統(tǒng)壓力由超純氬(99．998％)提供。氬氣密度高、氧污染少，因此高壓氬氣常常用來啟動真空輔助系統(tǒng)及供給合成儀調(diào)節(jié)器。進(jìn)入合成儀的氬氣通過10txm的顆粒過濾器后送到3個壓力調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將氬氣輸送到特定的壓力閥來增加試劑和溶劑瓶的壓力。調(diào)節(jié)器也將氬氣供給柱子和試劑閥體。
2、試劑和溶劑儲液瓶
儀器上每個儲液瓶都有特定的位置，儲液瓶蓋座和儀器上所有號碼相對應(yīng)，儀器上的位置或儲液瓶的編號都是1—8(5個堿基的儀器為1～5)、9、10、11、12、14、15、18和19(配有自動 分析 的儀器)。將1～8號瓶向上推，在聚四氟乙烯插塞周圍有一“O”形環(huán)，每一瓶頸內(nèi)部形成一氣密塞。因為試劑輸送系統(tǒng)是要加壓的，所以要使瓶
子與儀器之間的密封塞保持氣密性。選擇合適的一次性塞及在瓶上加“O”形環(huán)可以加強(qiáng)氣密性。
3、壓力管路及輸送管路
每個瓶子都有一個氬氣壓力管道及輸送管道進(jìn)入瓶蓋插塞，對于亞磷酰胺，1—8號瓶其壓力管道也作為排氣管。氬氣管要保持在液體水平以上，而輸送管卻伸到瓶的底部。當(dāng)閥門正確設(shè)置打開時，儲液瓶上部空間由氬氣加壓，液體被推進(jìn)輸送管，流到其目的地。
4、亞磷酰胺瓶排氣
除了加壓外，亞磷酰胺瓶都是用壓力排氣管排氣的。把亞磷酰胺放人儀器前，要用氬氣排除空氣使其凈化。凈化是通過輸送管輸送氣體，當(dāng)氣體輸送到瓶內(nèi)時，空氣經(jīng)壓力排氣管排出。這是由瓶子更換步驟自動完成的。廢液瓶是輸送系統(tǒng)的低壓側(cè)，必須將出口與大氣相通。要確保排氣管通到通風(fēng)柜。如果排氣管阻塞，將會產(chǎn)生反壓，試劑和溶劑的輸送會受到抑制。
5、輸送閥塊
試劑輸送系統(tǒng)包括兩個試劑閥塊(8堿基儀器有3個)及2個或4個柱閥塊。閥塊控制氣體和化學(xué)試劑流人柱子及出口。除亞磷酰胺和四唑以外，試劑和溶劑都被同時輸送到所有活化柱。當(dāng)有多個活化柱時，對流速的細(xì)微變化，以自動調(diào)節(jié)每個柱子的輸送次數(shù)來補(bǔ)償。每一個5—端口柱閥塊將流出物導(dǎo)人廢液口、DMT收集口，或DNA收集瓶，它也控制用于除去或沖洗柱內(nèi)和柱閥塊內(nèi)的試劑的氬氣。
6、輔助真空
對于閥塊的適當(dāng)運(yùn)行，關(guān)鍵是隔膜形成一個圓頂小空隙，每次電磁閥打開時，抽氣泵為每個閥塊提供了輔助真空，輔助真空在隔膜的螺線管一側(cè)形成，使隔膜形成一圓頂空隙。
7、柱子
起始結(jié)合在載體上的核苷酸是裝在一次性的柱子中，除柱體外，還有2個固定過濾板和2個接頭，所有的部件都由惰性材料制成。固定過濾板是多孑L性聚苯乙烯固定在兩端蓋子中。人口和出口都是母路厄氏(1uer)接頭，與儀器的公路厄氏接頭配對。柱子是對稱的(沒有頂端和底部、前后之分)，可以以任何方式與公路厄氏接頭相連接。每一個柱子都用顏色編號，表示不同的起始核苷酸，以及有一個唯一的連續(xù)順序號碼。正常的流路是從底部進(jìn)入，通過向上輸送液體，使CPG顆粒上升并保持懸浮狀態(tài)。溶劑和試劑的流速已經(jīng)設(shè)置好，能使顆粒適當(dāng)?shù)鼗旌稀?/p>
8、路節(jié)流閥
試劑通過底部的luer接頭，流到柱子，如果沒擰上下面的一個luer接頭，應(yīng)會在一個圓柱形的玻璃流路節(jié)流閥上發(fā)現(xiàn)。試劑通過流路節(jié)流閥中一個很小的通道流到柱子。小量的試劑可以在流路節(jié)流閥中結(jié)晶，長期這樣會造成流路阻塞。
9、廢液和排氣
大多數(shù)化學(xué)試劑輸送的最終點是廢液瓶，廢液瓶是一個空立著的10L的聚苯乙烯容器，可放在合成儀附近的地板上或放在低于儀器的附近工作臺上。排氣管將廢氣導(dǎo)人適當(dāng)?shù)呐艢庋b置，如排煙罩
10、電導(dǎo)池
電導(dǎo)流動池是為了測定在每個DNA合成循環(huán)內(nèi)釋放的DMT陽離子的總電導(dǎo)而設(shè)計的。流動池是由一空隙隔開的兩個電極組成，在空隙之間應(yīng)用一小電壓。DMT陽離子流過電導(dǎo)池時起電導(dǎo)作用。
11、電池
DNA合成儀一般帶有鋰電池，可以使用幾年。當(dāng)主電源斷開時，所有的合成參數(shù)都被保留下來。這些參數(shù)包括儲存的DNA序列，用戶設(shè)定的循環(huán)、步驟和功能，以及瓶子使用資料等。如果正在合成中電源出現(xiàn)故障，合成將被中斷，只有主電源恢復(fù)時合成才可重新開始。電池還保持合成儀內(nèi)部的時鐘計時。
12、控制器
控制器指導(dǎo)和初始合成儀的所有活動，它的主要部分是軟件、微處理機(jī)、顯示屏幕、鍵板及相關(guān)的電子部件。軟件控制合成的所有必要操作并由微處理機(jī)來解釋和執(zhí)行。軟件儲存在一個可取出的存儲卡中，這個存儲卡插在儀器的背面。合成信息顯示在液晶顯示屏上，通過選擇鍵板上的鍵可與儀器交流。軟件是“菜單驅(qū)動”，通過按適當(dāng)?shù)逆I，可選擇一項，給予指令。為了完成自動合成，軟件應(yīng)用一個包含一系列步驟的循環(huán)來完成全部化學(xué)反應(yīng)。
第二節(jié) DNA合成儀市場新技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用情況
當(dāng)前DNA合成儀的主要生產(chǎn)廠商都致力于機(jī)器性能的完善和應(yīng)用領(lǐng)域的開拓以及高效率、高產(chǎn)率的儀器的開發(fā)與 研究 。
臺灣科學(xué)委員會“基因醫(yī)藥衛(wèi)生科技尖端 研究 計劃”中的基因生物技術(shù)組已經(jīng)成功研發(fā)全世界第一臺高密度復(fù)制DNA合成儀，可以同時合成384條不同DNA，每日可合成768條DNA，并可以配合聚合酶連鎖反應(yīng)裝置，大量復(fù)制各種基因，不但節(jié)省時間，也可節(jié)省大量人力，這部機(jī)器能復(fù)制動物、人體、植物的基因甚至是防偽基因。
由于人們所需要的大部分核酸的堿基對數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前DNA合成儀可以合成的最長核酸鏈的堿基對數(shù)量，因此還需要不斷改善合成工藝才能得到較長的核酸分子。
為了能夠在將來改變酶的結(jié)構(gòu)，使其在工業(yè)上更有價值；改變蛋白質(zhì)和多肽的結(jié)構(gòu)，制備新藥物；并開拓有關(guān)人類疾病和遺傳調(diào)控的新領(lǐng)域，化學(xué)合成DNA在這一過程中將起關(guān)鍵性作用。根據(jù)不同化學(xué)方法研制的DNA合成儀也將不斷涌現(xiàn)，能夠突破現(xiàn)有核酸合成的堿基對數(shù)量限制，大量節(jié)省人力、物力、財力。
第三節(jié) DNA合成儀市場國外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
1、PE公司391型DNA／RNA合成儀
美國PE公司應(yīng)用生物系統(tǒng)部(原美國應(yīng)用生物系統(tǒng)公司，ABl)于1982年推出了世界上第一臺全自動DNA合成儀。391型DNA／RNA合成儀可滿足不同科研工作者對高產(chǎn)率、高純度DNA、RNA的需求。該儀器采用固相亞磷酰胺合成法，配有多種規(guī)格合成柱，可滿合成大量的長片段DNA；合成試劑純度>99.8％；每步偶聯(lián)效率>98．5％，保證一般情況下可合成100bp以上核酸片段，而且合成的片段純度高、產(chǎn)率高；每步循環(huán)時間5—6min，合成時間短；可以合成混合引物或探針，即保證在引物某一位點各種堿基有同等摻人率；引物可使用寡聚核苷酸純化柱純化；采用快速脫保護(hù)試劑，可在1h內(nèi)完成堿基脫保護(hù)。
2、美國貝克曼公司01ig01000系列DNA合成儀
Olig01000系列采用星型射流設(shè)計，可節(jié)省試劑用量達(dá)50％；可自由選擇30、200和1000nmol合成量；每個循環(huán)只需2min，裂解／脫保護(hù)步驟所需時間短，可在1h內(nèi)合成約17個堿基的引物；堿基試劑采用防潮雙元包裝，能迅速無誤稀釋核苷酸，具有良好的偶聯(lián)效率；儀器配有自動監(jiān)控系統(tǒng)，保證DNA準(zhǔn)確合成；合成產(chǎn)物純度較高，無需純化，可直接應(yīng)用于大多數(shù)的 研究 。
第四節(jié) DNA合成儀市場技術(shù)開發(fā)熱點、難點 分析
在生物、化學(xué)、材料實驗中，經(jīng)常需要對流體進(jìn)行操作，如樣品DNA的制備、PCR反應(yīng)、電泳的檢測等都是在液相環(huán)境中進(jìn)行。將樣品制備、生化反應(yīng)、結(jié)果檢測等步驟集成到生物芯片上，將會使實驗所用流體的量從毫升、微升的數(shù)量級降至納升、皮升的數(shù)量級，這時往往需要借助微流控裝置。微流控技術(shù)作為生物芯片的一項關(guān)鍵技術(shù)，得到了人們越來越多的關(guān)注，其具有傳統(tǒng)技術(shù)不可比擬的優(yōu)點：樣品和試劑的消耗量非常少；進(jìn)行分離和檢測時有很高的分辨率和靈敏度；具有極高的效率，其速度常比宏觀方法高一至兩個數(shù)量級；體積輕巧，方便攜帶；具有層流效應(yīng)等。
微流控既是一種科學(xué)也是一種技術(shù)，是使用微米級的通道對微量液體或樣品進(jìn)行處理或控制的系統(tǒng)，是在微電子、微機(jī)械、生物工程和納米技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門全新的交叉學(xué)科。微流控芯片可以把樣品的制備、反應(yīng)、分離和檢測等操作集成到芯片上，由微通道網(wǎng)絡(luò)來調(diào)控反應(yīng)過程。該技術(shù)不強(qiáng)調(diào)減小器件的尺寸，而是著重于構(gòu)建微流控通道系統(tǒng)來實現(xiàn)各種復(fù)雜的微流控操縱功能。微流控系統(tǒng)所需的器件包括泵、閥、混合器、過濾器、分離器等。
盡管蛋白質(zhì)和DNA可用納米級濾器獲得，微流控系統(tǒng)普遍使用毛細(xì)管電泳、凝膠電泳、電色譜、等電聚焦等方法制備蛋白質(zhì)和DNA樣品，這些微米級的器件的分離速度較快，使用的樣品量較少。Lu等使用等電聚焦從凋亡的HeLa細(xì)胞中分離線粒體。為了進(jìn)一步優(yōu)化蛋白分離的效果，Gottschlich等將電色譜和毛細(xì)管電泳相結(jié)合，而Li等把等電聚焦和凝膠電泳相結(jié)合，都達(dá)到了很好的效果。
微流控技術(shù)的發(fā)展前景很廣闊，它給未來提供了許多可能性。涉及細(xì)胞生物學(xué)的微流控技術(shù)在很多領(lǐng)域有很高的應(yīng)用價值。該技術(shù)解決了制藥工業(yè)中新藥開發(fā)的困難，諸如實現(xiàn)了快速的高通量藥物篩選等，顯示出很強(qiáng)的應(yīng)用潛力。與此同時，微流控工具在基因組、蛋白質(zhì)組和代謝 研究 中的應(yīng)用發(fā)展的非常迅速。公共衛(wèi)生監(jiān)控、家庭保健和醫(yī)院使用以及國防和反恐領(lǐng)域?qū)ξ⒘骺叵到y(tǒng)的需求量相當(dāng)大，這些需求刺激了微流控技術(shù)迅猛發(fā)展。發(fā)展微流控技術(shù)必須將它商業(yè)化，而不是僅僅用于科學(xué) 研究 。這個目標(biāo)的實現(xiàn)存在一些問題亟待解決，如微流控器件的制作工藝的進(jìn)一步改進(jìn)、微流控的知識產(chǎn)權(quán)以及其價格定位等問題等。盡管如此，微流控技術(shù)由于其獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢，必將在科研、生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域大放異彩。
第五節(jié) DNA合成儀市場未來技術(shù)發(fā)展趨勢
目前世界上最快的DNA合成儀，2分鐘可合成一個堿基；2小時的工作效率，相當(dāng)于過去25個專業(yè)人員手工操作4—5年的工作量。即它1小時的工作量。相當(dāng)于人的手工操作9萬小時的工作量。也就是說，工作效率提高了九萬倍?？梢哉f，DNA合成儀向超高速發(fā)展是其未來發(fā)展的主要趨勢之一，另外未來它還降向著超微量和超小型方向發(fā)展。
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