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DNA合成儀功能原理使用方法日常維護(hù) 基本結(jié)構(gòu)

來(lái)源：蘇州亞凡生物技術(shù)有限公司 2011年04月01日 10:56

DNA合成儀

設(shè)計(jì)用于合成結(jié)構(gòu)上類似DNA或RNA的寡核苷酸的自動(dòng)化儀器,。一般應(yīng)用于固相合成法,，每次將一個(gè)核苷酸加到所接長(zhǎng)的寡核苷酸鏈上，加入每一個(gè)核苷酸都利用相同的化學(xué)反應(yīng)與相應(yīng)的嘌呤或嘧啶堿基衍生物作用,。所用化學(xué)反應(yīng)和操作細(xì)節(jié)隨不同的儀器而改變,，zui廣泛應(yīng)用的方法是DNA合成的磷酸酰胺法。

功能及原理

基本組成結(jié)構(gòu)和性能

（一）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(lái)啟動(dòng)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(guò)10txm的顆粒過(guò)濾器后送到3個(gè)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(lái)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,。

（二）試劑和溶劑儲(chǔ)液瓶

　　儀器上每個(gè)儲(chǔ)液瓶都有特定的位置,，儲(chǔ)液瓶蓋座和儀器上所有號(hào)碼相對(duì)應(yīng)，儀器上的位置或儲(chǔ)液瓶的編號(hào)都是1—8（5個(gè)堿基的儀器為1～5）,、9,、10、11,、12,、14、15,、18和19（配有自動(dòng)分析的儀器）,。將1～8號(hào)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?yàn)樵噭┹斔拖到y(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,。

（三）壓力管路及輸送管路

　　每個(gè)瓶子都有一個(gè)氬氣壓力管道及輸送管道進(jìn)入瓶蓋插塞,，對(duì)于亞磷酰胺，1—8號(hào)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(shí),，儲(chǔ)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,。

（四）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(guò)輸送管輸送氣體，當(dāng)氣體輸送到瓶?jī)?nèi)時(shí),，空氣經(jīng)壓力排氣管排出,。這是由瓶子更換步驟自動(dòng)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(huì)產(chǎn)生反壓,，試劑和溶劑的輸送會(huì)受到抑制。

（五）輸送閥塊

　　試劑輸送系統(tǒng)包括兩個(gè)試劑閥塊（8堿基儀器有3個(gè)）及2個(gè)或4個(gè)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(shí)輸送到所有活化柱,。當(dāng)有多個(gè)活化柱時(shí),，對(duì)流速的細(xì)微變化，以自動(dòng)調(diào)節(jié)每個(gè)柱子的輸送次數(shù)來(lái)補(bǔ)償,。每一個(gè)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,。

（六）輔助真空

　　對(duì)于閥塊的適當(dāng)運(yùn)行，關(guān)鍵是隔膜形成一個(gè)圓頂小空隙,，每次電磁閥打開時(shí),，抽氣泵為每個(gè)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,。

（七）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(gè)固定過(guò)濾板和2個(gè)接頭,，所有的部件都由惰性材料制成。固定過(guò)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(duì)。柱子是對(duì)稱的（沒(méi)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(gè)柱子都用顏色編號(hào),，表示不同的起始核苷酸,，以及有一個(gè)*的連續(xù)順序號(hào)碼。正常的流路是從底部進(jìn)入,，通過(guò)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?

（八）路節(jié)流閥

　　試劑通過(guò)底部的luer接頭,，流到柱子，如果沒(méi)擰上下面的一個(gè)luer接頭,，應(yīng)會(huì)在一個(gè)圓柱形的玻璃流路節(jié)流閥上發(fā)現(xiàn),。試劑通過(guò)流路節(jié)流閥中一個(gè)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(zhǎng)期這樣會(huì)造成流路阻塞,。

（九）廢液和排氣

　　大多數(shù)化學(xué)試劑輸送的zui終點(diǎn)是廢液瓶，廢液瓶是一個(gè)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(tái)上,。排氣管將廢氣導(dǎo)人適當(dāng)?shù)呐艢庋b置，如排煙罩

（十）電導(dǎo)池

　　電導(dǎo)流動(dòng)池是為了測(cè)定在每個(gè)DNA合成循環(huán)內(nèi)釋放的DMT陽(yáng)離子的總電導(dǎo)而設(shè)計(jì)的,。流動(dòng)池是由一空隙隔開的兩個(gè)電極組成,，在空隙之間應(yīng)用一小電壓。DMT陽(yáng)離子流過(guò)電導(dǎo)池時(shí)起電導(dǎo)作用,。

（十一）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(shí)，所有的合成參數(shù)都被保留下來(lái),。這些參數(shù)包括儲(chǔ)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(shí)合成才可重新開始,。電池還保持合成儀內(nèi)部的時(shí)鐘計(jì)時(shí)。

（十二）控制器

　　控制器指導(dǎo)和初始合成儀的所有活動(dòng),，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(lái)解釋和執(zhí)行。軟件儲(chǔ)存在一個(gè)可取出的存儲(chǔ)卡中,，這個(gè)存儲(chǔ)卡插在儀器的背面,。合成信息顯示在液晶顯示屏上，通過(guò)選擇鍵板上的鍵可與儀器交流,。軟件是“菜單驅(qū)動(dòng)”,，通過(guò)按適當(dāng)?shù)逆I，可選擇一項(xiàng),，給予指令,。為了完成自動(dòng)合成，軟件應(yīng)用一個(gè)包含一系列步驟的循環(huán)來(lái)完成全部化學(xué)反應(yīng),。

使用方法操作步驟

　　以亞磷酰胺寡核苷酸合成為例介紹該類儀器的一般操作步驟,。亞磷酰胺DNA合成的試劑有：保護(hù)堿基的5／—DMT，A,、G,、C、T亞磷酰胺單體,，四唑偶聯(lián)催化劑,，乙酐，N—甲基咪唑封閉試劑,，三氯乙酸（TCA）脫保護(hù)溶液,，12氧化混合物，乙腈清洗溶劑，氨水切除溶液,。使用步驟如下：

　　1）仔細(xì)檢查合成儀上所有試劑瓶中的試劑量,，必要時(shí)換掉試劑瓶，特別注意乙腈的量,，因?yàn)樵撊軇┯昧枯^大,。

　　2）將標(biāo)記好的清潔的收集瓶裝在合成儀上,。

　　3）將要合成的DNA序列輸入合成儀,。

　　4）檢查選擇的合成步驟是否正確。

　　5）選擇結(jié)束方法：TritylOffAuto是儀器的原始狀態(tài),，若打算以5,，—DMT基團(tuán)連接純化寡核苷酸，將其轉(zhuǎn)變?yōu)門ritylOnAuto結(jié)束狀態(tài),。

　　6）選擇結(jié)束方法,，一般為系統(tǒng)的原始狀態(tài)。

　　7）在每個(gè)柱監(jiān)視器的Username下,，輸入你所希望的保存名字,。

　　8）以代碼代替相應(yīng)的DNA序列標(biāo)記每一個(gè)收集瓶。

　　9）打印出每一個(gè)柱設(shè)置的詳細(xì)資料,。

　　10）檢查打印出來(lái)的資料是否正確,。

　　11）運(yùn)行StartColumn步驟檢查每一個(gè)柱的位置，確保合成儀上合成柱處于正確的位置,。

　　12）檢查連接在合成儀上的溶劑殘留（廢液瓶）是否充滿,。

　　13）如果分部收集器用來(lái)收集每個(gè)DMT脫保護(hù)步驟的流出物，確保試管充分清潔干凈,，并打開分部收集器,，確保DMT廢液管路通向分部收集器。

　　14）啟動(dòng)循環(huán),，運(yùn)行開始程序清洗試劑管路,，除去原來(lái)的試劑。

　　注意：TritylOnAuto表示在合成寡核苷酸的5’端核苷酸帶有一個(gè)DMT,，并將其從固相載體上切下來(lái),，儲(chǔ)存在收集瓶中；TritylOffAuto表示在合成寡核苷酸的5,，端核苷酸沒(méi)有保護(hù)基團(tuán),，將其從固相載體上切下來(lái)，儲(chǔ)存在收集瓶中,；TritylOnManual表示合成寡核苷酸的5’端核苷酸帶有一個(gè)DMT,，寡核苷酸沒(méi)有從固相載體上切下來(lái)，而是保留在合成柱中；TritylOffManual表示在合成寡核苷酸的5,，端核苷酸沒(méi)有保護(hù)基團(tuán),，寡核苷酸沒(méi)有從固相載體上切下來(lái)，而是保留在合成柱中,。

日常維護(hù)

　　1．瓶塞“O”形環(huán)

　　一月檢查一次“O”形環(huán),，zui少1年更換1次。將新的備用“O”形環(huán)與儀器上的相比較,，如果在“O”形環(huán)上出現(xiàn)白色沉淀,，用棉花蘸取乙腈，進(jìn)行清洗,。更換“O”形環(huán)的步驟如下：用止血鉗夾住“O”形環(huán),，從槽中取下（或用牙簽鉤下），注意不要損壞托住“O”形環(huán)的白色聚氟乙烯插塞（tefloninsert）,；確保插塞上沒(méi)有顆粒后,，用手指將新“O”形環(huán)推進(jìn)槽，進(jìn)行壓力實(shí)驗(yàn),。

　　2．儲(chǔ)液瓶

　　瓶子都要放在亞磷酰胺及儲(chǔ)液瓶位置上,，并保持氬氣壓力以及管路清潔。

　　3．流路節(jié)流閥

　　為了防止阻塞,，節(jié)流閥應(yīng)該1個(gè)月清洗1次,，清洗時(shí)，先在水中煮沸15min,，然后再在甲醇中超聲波清洗,。

不同型號(hào)DNA/RNA合成儀的特點(diǎn)與性能簡(jiǎn)介

　　PE公司391型DNA／RNA合成儀

　　美國(guó)PE公司應(yīng)用生物系統(tǒng)部（原美國(guó)應(yīng)用生物系統(tǒng)公司，ABl）于1982年推出了世界上*臺(tái)全自動(dòng)DNA合成儀,。391型DNA／RNA合成儀可滿足不同科研工作者對(duì)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(zhǎng)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(shí)間5—6min,，合成時(shí)間短,；可以合成混合引物或探針,，即保證在引物某一位點(diǎn)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)。

　　美國(guó)貝克曼公司01ig01000系列DNA合成儀

　　Olig01000系列采用星型射流設(shè)計(jì),，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(gè)循環(huán)只需2min,，裂解／脫保護(hù)步驟所需時(shí)間短，可在1h內(nèi)合成約17個(gè)堿基的引物,；堿基試劑采用防潮雙元包裝,，能迅速無(wú)誤稀釋核苷酸，具有良好的偶聯(lián)效率,；儀器配有自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，保證DNA準(zhǔn)確合成,；合成產(chǎn)物純度較高,，無(wú)需純化，可直接應(yīng)用于大多數(shù)的研究,。

　　現(xiàn)在國(guó)內(nèi)比較常見(jiàn)的高通量DNA合成儀是ABI3900,，MM192和OLIGO192，前者一次可合成48條,，后二者一次可以合成192條,。

發(fā)展

　　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)域的開拓以及率、高產(chǎn)率的儀器的開發(fā)與研究,。

　　中國(guó)臺(tái)灣科學(xué)委員會(huì)“基因醫(yī)藥衛(wèi)生科技研究計(jì)劃”中的基因生物技術(shù)組已經(jīng)成功研發(fā)**臺(tái)高密度復(fù)制DNA合成儀,，可以同時(shí)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(shí)間,，也可節(jié)省大量人力,，這部機(jī)器能復(fù)制動(dòng)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(duì)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前DNA合成儀可以合成的zui長(zhǎng)核酸鏈的堿基對(duì)數(shù)量，因此還需要不斷改善合成工藝才能得到較長(zhǎng)的核酸分子,。

　　為了能夠在將來(lái)改變酶的結(jié)構(gòu),，使其在工業(yè)上更有價(jià)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(guò)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(duì)數(shù)量限制,，大量節(jié)省人力、物力,、財(cái)力,。

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