本發(fā)明涉及生物合成技術(shù)，特別是涉及一種用于合成寡核苷酸的系統(tǒng)及其應(yīng)用和方法。

背景技術(shù)：

1、微電極陣列在生物醫(yī)學(xué)研究、神經(jīng)科學(xué)和醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，特別是用于高通量電化學(xué)合成寡核苷酸。微電極陣列通常包含工作電極和對(duì)電極。通常是工作電極作為合成區(qū)域，即在工作電極上通過(guò)化學(xué)處理的方式產(chǎn)生合成位點(diǎn)；電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的質(zhì)子對(duì)工作電極上的位點(diǎn)進(jìn)行脫保護(hù)。這種方式的局限性在于，因?yàn)楹铣蓞^(qū)域直接在工作電極上，隨著合成進(jìn)程的進(jìn)行，工作電極的電化學(xué)特性會(huì)相應(yīng)地發(fā)生改變，這會(huì)影響寡核苷酸的合成效率和準(zhǔn)確性，這種影響對(duì)于長(zhǎng)序列合成尤為顯著。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種合成寡核苷酸的方法和系統(tǒng)，對(duì)微電極陣列內(nèi)設(shè)置的介電結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面改性后用作合成區(qū)域，從而顯著降低工藝難度，并提高寡核苷酸合成過(guò)程的有效性和可靠性。

2、根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用于合成寡核苷酸的系統(tǒng)，包括：

3、微電極陣列，包括一個(gè)或多個(gè)像素單元，且每個(gè)所述像素單元包括多個(gè)電極和位于電極之間的介電結(jié)構(gòu)；和

4、控制電路；

5、其中，所述介電結(jié)構(gòu)具有含有保護(hù)基的連接分子的表面改性層，以使得所述介電結(jié)構(gòu)能用作電化學(xué)合成寡核苷酸的合成區(qū)域。

6、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述表面改性層包括與所述介電結(jié)構(gòu)的表面共價(jià)鍵合的包含環(huán)氧基的有機(jī)硅烷層，與所述有機(jī)硅烷層鍵合的表面修飾結(jié)構(gòu)，以及嫁接于所述表面修飾結(jié)構(gòu)上的含有保護(hù)基的連接分子。

7、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，每個(gè)所述像素單元中，所述微電極陣列包括工作電極和圍繞所述工作電極的對(duì)電極；并且所述工作電極包括一個(gè)或多個(gè)陣列電極結(jié)構(gòu)和包圍所述一個(gè)或多個(gè)陣列電極結(jié)構(gòu)的環(huán)形電極結(jié)構(gòu)。

8、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述合成區(qū)域由位于所述多個(gè)陣列電極結(jié)構(gòu)之間，所述多個(gè)陣列電極結(jié)構(gòu)與所述環(huán)形電極結(jié)構(gòu)之間，以及所述環(huán)形電極結(jié)構(gòu)和所述對(duì)電極之間的所述介電結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

9、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述微電極陣列所在的層結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層，形成于所述第一導(dǎo)電層上的介電層，以及形成于所述介電層上的第二導(dǎo)電層；

10、其中，所述介電層經(jīng)過(guò)圖案化形成具有第一通孔結(jié)構(gòu)的介電結(jié)構(gòu)，以使被所述第一通孔結(jié)構(gòu)暴露的所述第一導(dǎo)電層的部分用作工作電極；

11、所述第二導(dǎo)電層經(jīng)過(guò)圖案化具有使得所述介電結(jié)構(gòu)和所述工作電極暴露的第二通孔結(jié)構(gòu)，和對(duì)電極；以及

12、暴露的所述介電結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)表面改性具有所述表面改性層。

13、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述微電極陣列所在的層結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層，以及形成于所述第一導(dǎo)電層上的介電層；

14、其中，所述第一導(dǎo)電層包括工作電極，圍繞所述工作電極的對(duì)電極，以及位于所述工作電極和所述對(duì)電極之間的第一子介電結(jié)構(gòu)；

15、位于所述工作電極的區(qū)域上的所述介電層經(jīng)圖案化形成具有通孔結(jié)構(gòu)的第二子介電結(jié)構(gòu)，以使通過(guò)所述通孔結(jié)構(gòu)暴露的所述第一導(dǎo)電層的部分用作工作電極；以及

16、所述第一子介電結(jié)構(gòu)和所述第二子介電結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)表面改性具有所述表面改性層。

17、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于合成寡核苷酸的系統(tǒng)，包括微電極陣列和控制電路，其中，

18、所述微電極陣列所在的層結(jié)構(gòu)包括具有間隔設(shè)置的多個(gè)第一通孔結(jié)構(gòu)的介電層，以及電極陣列結(jié)構(gòu)；

19、所述介電層的表面具有含有保護(hù)基的連接分子的表面改性層，以使得所述介電層用作合成寡核苷酸的合成區(qū)域。

20、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述電極陣列結(jié)構(gòu)中的每個(gè)電極包括填充所述介電層中對(duì)應(yīng)第一通孔的第一部分，形成于所述介電層的上表面且與所述第一部分連通的第二部分，以及形成于所述介電層的下表面且與所述第一部分連通的第三部分。

21、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述控制電路包括驅(qū)動(dòng)板，并且所述驅(qū)動(dòng)板通過(guò)焊接結(jié)構(gòu)或者導(dǎo)電膠與所述電極陣列結(jié)構(gòu)電學(xué)連接。

22、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括位于所述焊接結(jié)構(gòu)或者導(dǎo)電膠和所述驅(qū)動(dòng)板之間的載板；

23、其中，所述載板具有間隔設(shè)置的多個(gè)第二通孔結(jié)構(gòu)，以及填充所述第二通孔結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，用于將所述焊接結(jié)構(gòu)或者導(dǎo)電膠與所述驅(qū)動(dòng)板電學(xué)連接。

24、根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供上述系統(tǒng)用于中通量電化學(xué)合成寡核苷酸的應(yīng)用。

25、根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提出了一種合成寡核苷酸的方法，包括步驟：

26、將擬合成序列導(dǎo)入控制模塊中；

27、提供包括微電極陣列的芯片，且所述微電極陣列包括多個(gè)電極和位于電極之間的介電結(jié)構(gòu)；

28、對(duì)所述介電結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面改性，使得所述介電結(jié)構(gòu)的表面具有表面改性層；

29、以經(jīng)過(guò)表面改性的所述介電結(jié)構(gòu)為合成區(qū)域電化學(xué)合成寡核苷酸。

30、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述介電結(jié)構(gòu)由選自硅氧化物和硅氮化物的介電材料形成。

31、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，對(duì)所述介電結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面改性包括：

32、在所述介電結(jié)構(gòu)的表面形成包含環(huán)氧基的有機(jī)硅烷層；

33、采用亞胺聚合物與所述有機(jī)硅烷層進(jìn)行氨基反應(yīng)，形成表面修飾結(jié)構(gòu)；

34、在所述表面修飾結(jié)構(gòu)上嫁接含有保護(hù)基的連接分子。

35、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述包含環(huán)氧基的有機(jī)硅烷層由環(huán)氧丙氧基三烷氧基硅烷形成。其中，所述包含環(huán)氧基的有機(jī)硅烷層由選自環(huán)氧丙氧基三甲氧基硅烷和環(huán)氧丙氧基三乙氧基硅烷的環(huán)氧硅烷形成。并且，所述包含環(huán)氧基的有機(jī)硅烷層通過(guò)共價(jià)鍵與所述介電結(jié)構(gòu)的表面鍵合形成單分子層。

36、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述亞胺聚合物選自聚烷撐基亞胺和聚酰胺胺聚合物。優(yōu)選地，所述聚烷撐基亞胺選自聚亞甲基亞胺、聚乙撐基亞胺和聚丙撐基亞胺。所述聚酰胺胺聚合物為具有烷撐基二胺核的樹(shù)枝狀聚酰胺胺聚合物，其中，所述烷撐基二胺選自甲二胺、乙二胺、丙二胺和丁二胺。

37、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述含有保護(hù)基的連接分子為含有4,4′-二甲氧基三苯甲基的連接分子。

38、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述微電極陣列包括工作電極和圍繞所述工作電極的對(duì)電極；并且所述工作電極包括一個(gè)或多個(gè)陣列電極結(jié)構(gòu)和包圍所述一個(gè)或多個(gè)陣列電極結(jié)構(gòu)的環(huán)形電極結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述環(huán)形電極結(jié)構(gòu)的表面積與所述一個(gè)或多個(gè)陣列電極結(jié)構(gòu)的總表面積之比為0.1~10。

39、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述一個(gè)或多個(gè)陣列電極結(jié)構(gòu)中，每個(gè)陣列電極結(jié)構(gòu)的頂部具有微孔結(jié)構(gòu)。

40、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述合成區(qū)域包括位于所述多個(gè)陣列電極結(jié)構(gòu)之間，所述多個(gè)陣列電極結(jié)構(gòu)與所述環(huán)形電極結(jié)構(gòu)之間，以及所述環(huán)形電極結(jié)構(gòu)和所述對(duì)電極之間的介電結(jié)構(gòu)。

41、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，以經(jīng)過(guò)表面改性的所述介電結(jié)構(gòu)為合成區(qū)域電化學(xué)合成寡核苷酸包括：

42、將電化學(xué)脫保護(hù)試劑引入所述合成區(qū)域；

43、在輸入電壓或者電流的作用下，在所述合成區(qū)域內(nèi)的介電結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行脫保護(hù)；

44、將合成寡核苷酸的原料引入所述合成區(qū)域，進(jìn)行偶聯(lián)、氧化和蓋帽。

45、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述原料包括偶聯(lián)試劑、氧化試劑和蓋帽試劑。

46、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述電化學(xué)脫保護(hù)試劑包括對(duì)苯酚、對(duì)苯醌和有機(jī)堿；

47、所述偶聯(lián)試劑包括堿基單體和四唑的乙腈溶液；

48、所述氧化試劑包括碘、水和吡啶；和/或

49、所述蓋帽試劑包括n-甲基咪唑和乙酸酐的乙腈溶液。

50、根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包含經(jīng)過(guò)表面改性的介電結(jié)構(gòu)作為合成區(qū)域，由此與電極相比降低了進(jìn)行表面修飾的難度，并且降低了電極特性變化對(duì)寡核苷酸合成過(guò)程的影響。