АППАРАТ ДЛЯ СИНТЕЗА ОЛИГО(ПОЛИ)НУКЛЕОТИДОВ

Полезная модель относится к устройствам для осуществления синтеза фрагментов молекул ДНК и РНК в автоматическом режиме и может использоваться в молекулярной биологии, генной инженерии, медицине и других отраслях человеческой деятельности.
Аппараты для синтеза олиго(поли)нуклеотидов известны и используются на практике. Существуют аппараты как с закрытой, так и с открытой газожидкостной системой. В аппаратах с закрытой системой реактивы в реакционные ячейки доставляются по системе трубопроводов. В аппаратах с открытой системой дозирование реактивов в реакторы производится через газовую среду, как правило, через среду инертного газа. Предлагаемый аппарат имеет закрытую газожидкостную систему и обеспечивает параллельный синтез олиго(поли)нуклеотидов в нескольких реакторах.
Известна система [Патент США №4517338] для последовательного синтеза полинуклеотидов, имеющая в своем составе два или более реакторов, емкости с реактивами и растворами и систему трубопроводов с клапанами для переключения потока реактивов из емкостей в реакторы. В реакторах размещен твердофазный носитель, на входах и выходах реакторов установлены пористые перегородки. В названной системе подача реактивов в реакторы происходит за счет избыточного давления. Удаление отработанного реактива из реактора производится за счет вытеснения инертным газом или путем замещения следующим подаваемым реактивом. Объем дозы определяется временем открытого состояния клапанов. При этом точность дозирования реактивов зависит как от физических параметров клапанов и реакторов, так и от вязкости дозируемых реактивов. Дозирующее устройство для обеспечения гарантированной подачи заданных объемов реактивов в реакторы в данной системе не предусмотрено, что может приводить либо к снижению качества синтеза, либо к перерасходу реактивов.
Известен аппарат [Патент США №4671941] для синтеза полинуклеотидов, имеющий в своем составе два реактора, емкости с реактивами и растворами и систему трубопроводов с клапанами для переключения потока реактивов из емкостей в реакторы. Подача реактивов в реакторы и удаление отработанных реактивом производится таким же образом, как и в выше описанной системе. Дозирующее устройство для гарантированной подачи заданных объемов реактивов в реакторы в аппарате не предусмотрено.
Известен синтезатор олиго(поли)нуклеотидов [Патент РФ №2073008], содержащий реактор проточного типа, в рабочем объеме которого размещен твердофазный носитель, связанный с нуклеозидным компонентом, блок смешивания реагентов, блоки размещения и подачи реагентов и промывочной жидкости, включающие сосуды для подачи реактивов и системы продавливания реактивов газом, каналы для подачи реагентов, промывающей жидкости и вывода отработанных реактивов, запорные клапаны на каналах, блок управления, отличающийся тем, что дополнительно содержит дозатор, вход которого соединен с выходом реактора, а выход с каналом вывода отработанных реактивов. Наличие в настоящем синтезаторе дозирующего устройства обеспечивает возможность экономичного и качественного синтеза олиго(поли)нуклеотидов в одном реакторе. Этот синтезатор является ближайшим аналогом предлагаемого аппарата для синтеза олиго(поли)нуклеотидов и принят за прототип настоящей полезной модели.
Настоящая полезная модель решает задачу создания аппарата для синтеза олиго(поли)нуклеотидов одновременно в нескольких реакторах, обеспечивающего снижение расхода реактивов при сохранении высокого качества синтеза.
Предлагаемый аппарат содержит, по меньшей мере, два реактора с размещенными в них носителем, емкости с реактивами для синтеза и вспомогательными реактивами, трубопроводы и клапаны, соединяющие названные емкости через коллектор с реакторами. Емкости с реактивами в предлагаемом устройстве соединены через систему трубопроводов и клапанов с источником избыточного давления. В качестве источника избыточного давления используется баллон с газообразным гелием. Реакторы представляют собой полые цилиндры или конусы, выполненные из фторопласта или полипропилена, внутри каждого из которых установлены две пористые перегородки, а между перегородками помещен носитель. В качестве носителя используется порошок стекла с порами контролируемого размера. Типовой размер используемых частиц стекла составляет 50-100 мкм, а типовой размер пор в частицах 50-100 нм. Выходы реакторов с помощью клапанов и трубопроводов соединены с выходным коллектором, к которому в свою очередь присоединены дозирующее устройство, электронный датчик давления и устройство для компенсации импульсов давления. Выход дозирующего устройства соединен с емкостью для сбора отработанных реактивов. В аппарате использованы электромагнитные нормально-закрытые мембранные клапаны. Используемые при синтезе олиго(поли)нуклеотидов реактивы являются особо чистыми и агрессивными, поэтому мембраны и части клапанов, вступающие в контакт с реактивами, выполнены из фторопласта или полипропилена. В качестве дозирующего устройства использован поршневой насос, приводимый в движение шаговым двигателем. Клапаны, дозирующее устройство и датчик давления управляются контроллером, подключенным к ЭВМ.
Схема предлагаемого аппарата приведена на фиг. 1, где 1 - источник избыточного давления, 2-8 - газовые клапаны, 9 - емкость с промывочной жидкостью, 10-19 - емкости с реактивами, 20-30 - жидкостные клапаны, 31 - выходной коллектор, 32 - устройство для компенсации импульсов давления, 33 - датчик давления, 34 - реакторные клапаны, 35 - дозирующее устройство, 36 - сливной клапан, 37 - реакторы, 38 - входной коллектор, 39 - емкость для сбора отработанных реактивов, 40 - встроенный контроллер, 41 - ЭВМ.
Предлагаемый аппарат работает следующим образом. Синтез цепи олиго(поли)нуклеотида производится за счет заполнения реакторов 37 соответствующими реактивами на заданное время и в требуемой последовательности. В реакторы 37 последовательно подаются один или несколько реактивов из емкостей 9-19. После многократной последовательной подачи в реакторы 37 требуемых реактивов на носителе происходит наращивание цепи олиго(поли)нуклеотида. Последовательность, количество и скорость подачи реактивов задаются в программе ЭВМ 41, а оперативное управление всеми исполнительными устройствами аппарата осуществляет встроенный контроллер 40.
Подача реактивов осуществляется следующим образом. В емкости с необходимыми для синтеза реактивами 9-19 подается газообразный гелий из источника избыточного давления 1 с помощью открытия соответствующих газовых клапанов 2-8. Далее открываются один или несколько жидкостных клапанов 20-30 для обеспечения подачи реактивов во входной коллектор 38 и один или несколько реакторных клапанов 34 для обеспечения подачи реактивов через один или несколько реакторов 37 в выходной коллектор 31, и поршень дозатора начинает перемещаться, обеспечивая прием отработанных реактивов в полость дозатора 35. После того, как осуществлена подача требуемого количества реактива, поршень дозатора 35 останавливается, а все открытые ранее клапаны закрываются. В процессе закрывания клапанов происходит вытеснение реактивов из-под мембраны в трубопроводы, и как следствие, резкое повышение давления в выходном коллекторе 31. Такие всплески давления нежелательны, т.к. могут вызвать перемещение реактивов через реакторы 37 в обратном направлении, а попадание отработанных реактивов в реакторы 37 может привести к снижению качества синтеза. С целью предотвращения этого нежелательного эффекта в предлагаемом аппарате к выходному коллектору 31 присоединено устройство для компенсации импульсов давления 32. Названное устройство представляет собой корпус с расположенной внутри полостью, которая разделена упругой подвижной перегородкой - мембраной из фторопласта. Одна часть полости соединена с выходным коллектором 31, а в другой части полости находится пружина, которая оказывает давление на мембрану. При появлении импульсов давления в коллекторе 31, мембрана компенсирующего устройства 32 перемещается и принимает в свою полость некоторое количество жидкости, что приводит к снижению давления в выходном коллекторе 31. После снижения давления в выходном коллекторе 31, мембрана под действием пружины возвращается в исходное положение.
Перемещение реактивов в предлагаемом аппарате и вышеописанном прототипе происходит за счет избыточного давления в емкостях с реактивами, а объем и объемный расход прокачиваемых реактивов определяются скоростью и величиной перемещения поршня дозирующего устройства. Причем объемный расход реактива, обеспечиваемый свободным протеканием реактива по трубопроводам должен быть больше, чем расход, обеспечиваемый перемещением поршня дозирующего устройства. Это необходимо для обеспечения избыточного давления на всем пути движения реактивов вплоть до дозатора, что дает возможность обеспечивать оптимальный режим дозирования реактивов. В том случае, если расход реактива, обеспечиваемый свободным протеканием реактива по трубопроводам меньше, чем расход, обеспечиваемый перемещением поршня дозирующего устройства, в реакторах создается разряжение и происходит дегазация - появляются газовые пузыри, которые блокируют доступ рабочих реактивов к поверхности носителя. Для удаления пузырьков газа необходимо увеличивать объемы подаваемых реактивов. Кроме того, образование пузырей ухудшает качества синтезируемых олиго(поли) нуклеотидов. В предлагаемом аппарате к выходному коллектору подключен электронный датчик давления, что дает возможность оперативно производить измерение величины избыточного давления в выходном коллекторе и автоматически выбирать оптимальный объемный расход дозирующего устройства. Наличие в предлагаемом аппарате датчика давления и устройства для компенсации импульсов давления дает возможность обеспечивать оптимальный режим дозирования реактивов. Таким образом, предлагаемый аппарат обеспечивает возможность проводить качественный синтез олиго(поли)нуклеотидов и снижать расход реактивов.