本技术装置为一种先进的单点光控DNA合成设备,集成光路模块,配备至少一个合成启动光源、光源的准直与汇聚镜组以及合成流通池,旨在提升DNA合成的精确度和效率。
背景技术
在核酸化学领域,前沿的技术研究领域包括将DNA信息存储、DNA折纸术、超分子DNA及基因组装,这都要求合成大型寡核苷酸文库。阵列式并行DNA合成是可以在大规模下原位进行,一次可以产生从数千到数百万个独特序列。围绕传统的磷酸酰胺化学,目前有三类阵列式DNA合成路径。
第一,使用喷墨打印机控制磷酸酰胺溶液在表面上的点样,进行并行寡核苷酸合成,其中CMYK色彩空间被重新用于ACGT核苷酸字母表,并且在表面上同时去除阻止下一次结合反应的5’酸敏感保护基团(羟基二甲氧基三苯基,DMTr)。
第二,这个去保护步骤通过使用电化学或光生酸进行空间限制,因此磷酸酰胺结合发生在去除了DMTr基团的地方。
第三,用光敏基团替代了DMTr保护策略,5-OH处的紫外光(UV)成为调节下一次结合反应的介质。UV光照射可以通过数字微镜设备(DMD)进行控制,每个微镜都是可单独寻址的,从而将UV光模式化到反应基底上,这种光刻过程在应用于核酸合成时被称为无掩膜阵列式光控DNA合成(MAS)。
这些原位DNA阵列制造方法的通量相比传统的固相合成有了巨大的改善。然而,单靠通量是不够的,合成精度的控制也很重要,尤其是在体内基因递送和数字DNA存储等应用中。
与其他阵列式DNA合成技术相比,光控DNA合成具有以下优势:1)不依赖于基材的材料,理论上任何表面含有羟基、氨基或环氧基团的基片均可作为合成基材。该技术已成功应用于金刚石薄膜、无定形碳、玻璃碳、碳-金属复合材料及聚合物等多种表面实现DNA合成。2)能够实现高密度合成,合成单元的尺寸可达2.5微米,间距仅为0.7微米。3)适用于多种生物分子的合成,目前已成功合成多肽、RNA、肽核酸、L-DNA等,为后续的DNA功能化修饰奠定了基础。4)除了化学合成方法外,该技术还支持酶法合成,进一步拓宽了应用范围。
现有的无掩膜阵列式光控DNA合成后设备需要使用数字微镜阵列器件作为核心编码元件,以此为中心需要配置投影光路,编码软件等辅助设施,导致其结构复杂,价格昂贵。而阵列式DNA合成领域还处在快速增长期,不断有全新的原理和合成功能被开发出来,需要大量的实验以测试光敏分子在光化学反应中的功能和性能。
相关文献:
1.Singh-Gasson,S.,Green,R.,Yue,Y.et al.Maskless fabrication of light-directed oligonucleotide microarrays using a digital micromirror array.NatBiotechnol 17,974–978(1999).https://doi.org/10.1038/13664
2.Lietard J,Leger A,Erlich Y,et al.Chemical and photochemical errorrates in light-directed synthesis of complex DNA libraries[J].Nucleic acidsresearch,2021,49(12):6687-6701.
实现思路