6144孔DNA合成与基因编辑芯片.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010818395.1 (22)申请日 2020.08.14 (71)申请人 广州金码基因科技有限公司 地址 510000 广东省广州市黄浦区伴河路 96号自编二栋5层511房 申请人 深圳市百迈生命科学有限公司 东莞市迈道生物科技有限公司 (72)发明人 车雷曾婷车力王宇鹏 (74)专利代理机构 深圳众邦专利代理有限公司 44545 代理人 崔亚军 (51)Int.Cl. B01J 19/00(2006.01) (54)发明名称 一种6144孔DNA合成与基因编辑芯片 (。

2、57)摘要 本发明公开了一种6144孔DNA合成与基因编 辑芯片， 包括固相介质及空板， 空板包括空板本 体及设于该空板本体上384个腔室， 腔室的底部 设有16个呈矩阵排列的滤孔， 滤孔均与腔室相连 接， 其中， 滤孔依次设有输入部、 装配部及输出 部， 输入部为由大到逐渐收小的喇叭口状， 装配 部与固相介质相适配， 输出部的横截面小于装配 部的横截面， 输出部远离装配部的一端设有输出 口； 本发明提供的6144孔DNA合成与基因编辑芯 片具有高通量， 用于处理超微量DNA合成与基因 编辑， 设计结构合理， 提高了DNA合成与基因编辑 工作效率， 降低使用成本， 因而具有广阔市场前 景。 权。

3、利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 112058188 A 2020.12.11 CN 112058188 A 1.一种6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 其特征在于， 包括固相介质及空板， 所述空板 包括空板本体及设于该空板本体上384个腔室， 所述腔室的底部设有16个呈矩阵排列的滤 孔， 所述滤孔均与腔室相连接， 其中， 所述滤孔依次设有输入部、 装配部及输出部， 所述输入 部为由大到逐渐收小的喇叭口状， 所述装配部与固相介质相适配， 所述输出部的横截面小 于装配部的横截面， 所述输出部远离所述装配部的一端设有输出口。 2.根据权利要求1所述的6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 。

4、其特征在于， 所述腔室按横 向24个一排和纵向16个一列呈矩阵排列。 3.根据权利要求1所述的6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 其特征在于， 所述滤孔按横 向4个一排和纵向4个一列呈矩阵排列。 4.根据权利要求1所述的6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 其特征在于， 所述输出口为 斜口结构、 或平口结构、 或尖口结构。 5.根据权利要求1所述的6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 其特征在于， 所述腔室的横 截面为正方形或圆形， 其腔室的深度为0.1mm10mm。 6.根据权利要求1所述的6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 其特征在于， 所述装配部的 内腔最大直径不大于1.0mm， 其。

5、内腔高度为0.1mm20mm。 7.根据权利要求1所述的6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 其特征在于， 所述空板的总 体长度为120mm520mm， 总体宽度为80mm360mm， 总体高度为10mm50mm。 8.根据权利要求1所述的6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 其特征在于， 所述空板上设 有识别块， 所述识别块用于显示该空板的放置方向。 9.根据权利要求1所述的6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 其特征在于， 所述空板靠近 所述腔室一侧表面沿X轴及Y轴方向分别设有X轴编码条和Y轴编码条。 10.根据权利要求1所述的6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 其特征在于， 所述614。

6、4孔 DNA合成与基因编辑芯片用于DNA的合成和基因的编辑。 权利要求书 1/1 页 2 CN 112058188 A 2 一种6144孔DNA合成与基因编辑芯片 技术领域 0001 本发明涉及超微量DNA合成与基因编辑技术领域， 具体涉及一种6144孔DNA合成与 基因编辑芯片。 背景技术 0002 目前， 公知的一种高通量DNA合成介质是由384根DNA合成柱管排列而成， 将CPG介 质填装于384根合成柱空柱管内合适的装配部中， 放入配套的DNA合成仪上进行DNA的合成。 合成产品质量的好坏， 很大程度上取决于384孔空板的设计与注塑和CPG介质的研发与生 产。 现行的DNA合成柱或板，。

7、 仍然存在一些不足， 具体表现在如下几个方面： 第一， 目前的DNA合成柱/板主要为常规DNA合成而设计， 比如大于等于5nmol， 主要用于 常规Oligo的合成， 不适合于小于等于5nmol甚至pmol级别的DNA合成。 0003 第二， 目前的设计， 没有最优化的试剂用量， 使得产品使用成本比较高， 造成浪费， 且对环境造成污染。 就CPG 介质系列产品而言， 所使用的试剂， 三氯乙酸、 乙腈、 碘液、 四氢 呋喃等， 使用量大导致成本居高不下， 而且， 这些合成试剂都是具有化学腐蚀性的， 对人体 以及环境都会带来很大的损害， 如何最大限度的降低合成试剂的使用量是对合成生物学发 展的推动。

8、， 也是行业发展的迫切需求。 第三， 目前CPG 介质的结构设计也有很多缺点： 其一， CPG 介质的直径和厚度太大， 不利于降低总体体积， 减少直径和厚度是减少体积的最直接 有效的方法， 然而目前市售的CPG 介质直径和厚度都在2mm以上； 其二， CPG含量无法降低， 用于基因合成的DNA合成柱， 其CPG含量在10pmol-3nmol之间就能够满足基因合成的要求， 然而目前市售的CPG 介质含量大都在5nmol以上， 有的甚至在10nmol以上， 合成出来的DNA 产品远远超出了自己的需求量， 造成了严重的浪费， 增加了科研和生产成本， 不利于建设节 约型社会。 0004 第四， 自动化。

9、程度不高， 无论装填还是产品使用， 基本为人工操作， 操作极为不便， 增加了成本， 不利于自动化、 规模化生产， 384孔板的结构设计也有很多缺点， 主要表现在没 有考虑设备兼容性、 装配精度、 384孔板与设备的密封性、 384孔板的防溅液和防污染性。 0005 目前主流的DNA合成仪有Biolytic公司的Dr.Oligo192系列、 Bioaotumation公司 的MM192系列、 TAG Copenhagen A/S公司Oligomaker192系列， Thermo Fisher公司的192系 列， 现在市售的几款DNA合成柱/板， 对于以上几家公司的合成仪都无法做到完全兼容或通 用。

10、。 由于96孔板设计问题， 其与设备的密封圈密封性不是太好， 容易漏气， 导致DNA合成失 败。 并且， 孔的设计不够完美， 孔与孔之间的设计也不够完善， 导致加入孔内的试剂容易飞 溅出来， 累积起来的液珠， 由于96孔板上表面孔与孔之间平整无遮挡， 而容易滚到相邻孔 里， 导致合成突变率过高， DNA合成失败。 发明内容 0006 本发明提出一种6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 解决了现有单柱管或是孔板存 在的不足之处。 说明书 1/5 页 3 CN 112058188 A 3 0007 本发明的技术方案是这样实现的： 本发明实施例公开了一种6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 包括固相。

11、介质及空板， 所述 空板包括空板本体及设于该空板本体上384个腔室， 所述腔室的底部设有16个呈矩阵排列 的滤孔， 所述滤孔均与腔室相连接， 其中， 所述滤孔依次设有输入部、 装配部及输出部， 所述 输入部为由大到逐渐收小的喇叭口状， 所述装配部与固相介质相适配， 所述输出部的横截 面小于装配部的横截面， 所述输出部远离所述装配部的一端设有输出口。 0008 进一步地， 所述腔室按横向24个一排和纵向16个一列呈矩阵排列。 0009 进一步地， 所述滤孔按横向4个一排和纵向4个一列呈矩阵排列。 0010 进一步地， 所述输出口为斜口结构、 或平口结构、 或尖口结构。 0011 进一步地， 所述。

12、腔室的横截面为正方形或圆形， 其腔室的深度为0.1mm10mm。 进一步地， 所述装配部的内腔最大直径不大于1.0mm， 其内腔高度为0.1mm20mm。 0012 进一步地， 所述空板的总体长度为120mm520mm， 总体宽度为80mm360mm， 总体高 度为10mm50mm。 0013 进一步地， 所述空板上设有识别块， 所述识别块用于显示该空板的放置方向。 0014 进一步地， 所述空板靠近所述腔室一侧表面沿X轴及Y轴方向分别设有X轴编码条 和Y轴编码条。 0015 进一步地， 所述6144孔DNA合成与基因编辑芯片用于DNA的合成和基因的编辑。 0016 本发明提供的6144孔DN。

13、A合成与基因编辑芯片， 具有以下有益效果： 本发明提供的6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 分为384个腔室， 每个腔室分布有16个 呈矩阵排列的滤孔， 每个滤孔用于分别添加每个DNA合成循环所对应的A/G/C/T四种碱基单 体中的一种试剂， 每个腔室添加16个滤孔共用的其它DNA合成试剂： 乙腈 （ACN） 、 三氯乙酸 （TCA） 、 活化剂 （ACT） 、 封闭试剂 （CapA/CapB） 和碘液 （I2） ， 6种合成试剂的共用， 减少合成试 剂添加的用量、 次数和时间， 是该6144孔DNA合成与基因编辑芯片最大的特点和优势， 正因 为这个特性， 使其具有高密度、 高通量、 高效率。

14、、 低成本的特点， 用于处理超微量DNA合成与 基因编辑， 设计结构合理， 提高了DNA合成与基因编辑工作效率， 降低使用成本， 因而具有广 阔市场前景。 附图说明 0017 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以 根据这些附图获得其他的附图。 0018 图1为本发明实施例一的6144孔DNA合成与基因编辑芯片结构示意图； 图2为图1的一剖面结构示意图； 图3为图2中A部结构示意图； 图4为。

15、本发明实施例二的6144孔DNA合成与基因编辑芯片结构示意图； 图5为图4中C部结构示意图。 说明书 2/5 页 4 CN 112058188 A 4 具体实施方式 0019 通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步了解本发明， 但它们不是对本发 明的限定。 对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整， 也 视为落在本发明的保护范围内。 0020 实施例一： 请参阅图1至图3， 本发明的实施例一提供了一种6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 用于 超高通量、 超微量DNA合成与基因片段存储， 包括固相介质及空板100， 所述空板100包括空 板本体1及设于该空板本体1上。

16、384个腔室2， 所述腔室2的底部设有16个呈矩阵排列的滤孔 3， 所述滤孔3均与腔室2相连接， 其中， 所述滤孔3依次设有输入部31、 装配部32及输出部33， 所述输入部31为由大到逐渐收小的喇叭口状， 所述装配部32与固相介质相适配， 所述输出 部33的横截面小于装配部32的横截面， 所述输出部33远离所述装配部32的一端设有输出口 331。 0021 本实施例中， 腔室2按横向24个一排和纵向16个一列呈矩阵排列， 相邻两个腔室2 的中心点间距为4.5mm。 0022 本实施例中， 滤孔3按横向4个一排和纵向4个一列呈矩阵排列。 0023 本实施例中， 输出口331为斜口结构、 或平口。

17、结构、 或尖口结构。 0024 本实施例中， 腔室2的横截面为正方形， 其正方形边长为3.5mm， 其腔室2的深度为 3mm， 滤孔的长度为18.5mm。 0025 本实施例中， 空板100的总体长度为127 .5mm， 总体宽度为85mm， 总体高度为 21.5mm。 0026 本实施例中， 空板100上设有识别块4， 识别块4用于显示该空板100的放置方向。 0027 本实施例中， 空板100靠近腔室2一侧表面沿X轴及Y轴方向分别设有X轴编码条5和 Y轴编码条6。 0028 实施例二： 请参阅图4和图5， 本发明的实施例二提供了一种6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 用于 超高通量、 超。

18、微量DNA合成与基因片段存储， 包括固相介质及空板100， 所述空板100包括空 板本体1及设于该空板本体1上384个腔室2， 所述腔室2的底部设有16个呈矩阵排列的滤孔 3， 所述滤孔3均与腔室2相连接， 其中， 所述滤孔3依次设有输入部31、 装配部32及输出部33， 所述输入部31为由大到逐渐收小的喇叭口状， 所述装配部32与固相介质相适配， 所述输出 部33的横截面小于装配部的横截面， 其结构大部分与施实例一相同， 不同之处在于， 腔室2 的底部设有16个呈矩阵排列的滤孔3集束为滤孔组7。 0029 进一步说明： 6144孔DNA合成与基因编辑芯片用于DNA的合成和基因的编辑， 现有技。

19、术的DNA合成与 基因编辑芯片中1536个滤孔呈阵列排列， 用于DNA合成与基因编辑的10种试剂独立添加到 滤孔中。 而本技术方案提供的6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 在DNA合成与基因编辑时， 按 如下步骤进行： 采用DNA合成仪上的24个或16个一排的乙腈 （ACN） 阀组并排依次向6144孔DNA合成与 基因编辑芯片的384个腔室中添加一定量的乙腈 （ACN） ， 通过DNA合成仪软件控制程序让乙 腈 （ACN） 浸入6144个滤孔中的合成介质， 进行芯片上6144个滤孔的清洗， 抽干。 说明书 3/5 页 5 CN 112058188 A 5 0030 采用DNA合成仪上的24个。

20、或16个一排的三氯乙酸 （TCA） 阀组并排依次向6144孔 DNA合成与基因编辑芯片的384个腔室中添加一定量的三氯乙酸 （TCA） ， 通过DNA合成仪软件 控制程序让三氯乙酸 （TCA） 浸入6144个滤孔中的合成介质， 进行芯片上6144个滤孔中固相 介质的脱保护， 脱去CPG介质上的DMT保护基团， 抽干脱保护试剂。 0031 采用DNA合成仪上的24个或16个一排的乙腈 （ACN） 阀组并排依次向6144孔DNA合 成与基因编辑芯片的384个腔室中添加一定量的乙腈 （ACN） ， 进行芯片上6144个滤孔的清 洗， 抽干。 0032 采用DNA合成仪上的1个或4个或8个或12个或1。

21、6个或24个一排的DNA合成单体 （A/G/C/T四种碱基单体） 阀组并排依次向6144孔DNA合成与基因编辑芯片的384个腔室中 6144个滤孔中分别对应添加一定量的DNA合成单体 （A/G/C/T四种碱基单体） 或者是单体与 活化剂 （ACT） 的混合试剂， 通过DNA合成仪软件控制程序让这些合成单体试剂缓慢浸入6144 个滤孔中的合成介质， 进行化学反应。 0033 采用DNA合成仪上的24个或16个一排的活化剂 （ACT） 阀组并排依次向6144孔DNA 合成与基因编辑芯片的384个腔室中添加一定量的活化剂 （ACT） ， 通过DNA合成仪软件控制 程序让活化剂 （ACT） 缓慢浸入6。

22、144个滤孔中的合成介质， 进行化学反应， 反应完毕抽干试 剂。 0034 采用DNA合成仪上的24个或16个一排的封闭试剂 （CapA） 阀组并排依次向6144孔 DNA合成与基因编辑芯片的384个腔室中添加一定量的封闭试剂 （CapA） ， 与此同时， 采用DNA 合成仪上的24个或16个一排的封闭试剂 （CapB） 阀组并排依次向6144孔DNA合成与基因编辑 芯片的384个腔室中添加一定量的封闭试剂 （CapB） ， 保证384个腔室中每个腔室都含有两种 封闭试剂 （CapA/CapB） 的混合试剂， 通过DNA合成仪软件控制程序让封闭试剂 （CapA/CapB） 浸入6144个滤孔中。

23、的合成介质， 进行封闭反应， 将反应不完全的固相介质部分封闭， 阻止其 进一步反应， 反应完毕抽干试剂。 0035 采用DNA合成仪上的24个或16个一排的碘液 （I2） 阀组并排依次向6144孔DNA合 成与基因编辑芯片的384个腔室中添加一定量的碘液 （I2） ， 通过DNA合成仪软件控制程序让 碘液 （I2） 浸入6144个滤孔中的合成介质， 进行氧化反应， 将DNA链上正三价的磷酸二酯键氧 化成更稳定的正五价， 防止DNA链的断裂。 0036 如有必要， 重复第步的反应， 以提高DNA合成的产品质量， 降低突变率。 0037 重复至步， 循环向6144孔DNA合成与基因编辑芯片中384。

24、个腔室中添加DNA 合成试剂： 乙腈 （ACN） 、 三氯乙酸 （TCA） 、 活化剂 （ACT） 、 封闭试剂 （CapA/CapB） 和碘液 （I2） 等 共用试剂， 向6144孔DNA合成与基因编辑芯片中6144个滤孔中分别添加每个DNA合成循环所 对应的A/G/C/T四种碱基单体中的一种试剂或者是单体与活化剂 （ACT） 的混合试剂， 如此往 复， 直到合成到我们所需要的DNA长度和序列为止。 0038 本发明的一种6144孔DNA合成与基因编辑芯片上， 分布有384个小腔室， 每个腔室 中分布有16个滤孔。 在DNA合成与基因编辑过程中， 每个腔室添加16个滤孔共用的DNA合成 试剂。

25、： 乙腈 （ACN） 、 三氯乙酸 （TCA） 、 活化剂 （ACT） 、 封闭试剂 （CapA/CapB） 和碘液 （I2） ， 每个腔 室分布的16个呈矩阵排列的滤孔用于分别添加每个DNA合成循环所对应的A/G/C/T四种碱 基单体中的一种试剂或者是单体与活化剂 （ACT） 的混合试剂。 通过腔室6种合成试剂的共 用， 极大的减少了合成试剂添加的用量、 次数和时间， 这是该6144孔DNA合成与基因编辑芯 说明书 4/5 页 6 CN 112058188 A 6 片最大的特点和优势， 正因为这个特性， 使其具有高密度、 高通量、 高效率、 低成本的特点， 相比较现有技术提高了工作效率， 降。

26、低了DNA合成与基因编辑的成本， 为DNA存储技术奠定 了坚实的基础。 0039 更进一步说明： 现有1536孔固相合成与萃取板中1536个滤孔呈阵列排列， 每个滤孔相对独立， 每个滤 孔生产一条DNA单链， 通过单个滤孔合成出来的单链DNA， 再将多个合成出来的单链DNA取出 混合后， 做PCR扩增产生一段双链DNA。 而本技术方案中， 具有384个腔室， 每个腔室具有16个 滤孔， 且每个腔室同时产生16条单链DNA， 收集这16条单链DNA的混合物， 进行PCR扩增， 能产 生相应长度的双链DNA， 比如长度为800bp左右的双链DNA， 这样16个滤孔对应的一个腔室能 够产生一个长度为。

27、800bp左右的双链DNA， 384个腔室就可以产生384个长度为800bp左右的 双链DNA， 一张6144孔DNA合成与基因编辑芯片上就可以储存超过30万bp的DNA数据信息， 与 现有技术相比， 本技术方案的6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 提高了DNA合成与基因编辑 的效率， 降低了DNA合成与基因编辑的成本。 0040 本发明提供的6144孔DNA合成与基因编辑芯片， 具有以下有益效果： 本发明提供的6144孔DNA合成与基因编辑芯片具有高通量， 用于处理超微量DNA合成、 基因编辑与基因信息的储存， 一张6144孔DNA合成与基因编辑芯片上至少可以储存超过30 万bp的DNA数据信息， 而且芯片设计结构合理， 提高了DNA合成与基因编辑工作效率， 降低使 用成本， 因而具有广阔市场前景。 0041 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 5/5 页 7 CN 112058188 A 7 图1 图2 说明书附图 1/3 页 8 CN 112058188 A 8 图3 图4 说明书附图 2/3 页 9 CN 112058188 A 9 图5 说明书附图 3/3 页 10 CN 112058188 A 10 。