[发明专利]一种用于基因序列合成的电极阵列装置及其控制方法

说明书

本发明属于电子信息与生物技术交叉的技术领域，具体为一种用于基因序列合成的电极阵列装置及其控制方法。本发明的电极阵列装置，包括基板和形成在基板上的电极阵列，电极单元包含阳极和阴极；基板上盖有微流罩；还包括微流控模块、控制模块，控制模块通过控制输出电压高低电平的通断或电压的大小，精准控制阵列单元上阳极和阴极的电位差；控制微流控模块精准控制基因合成所需各种试剂的输运。本发明装置结构简单，制备方便，不需要复杂的微加工工艺；用于基因序列合成时，控制较为简单，便于产业化及大规模应用。

技术领域

本发明属于电子信息与生物技术交叉的技术领域，具体涉及一种用于基因序列合成的电极阵列装置及其控制方法。

背景技术

DNA合成在生命科学中扮演重要的角色，比如识别基因突变，分析大规模基因组测序所产生的数据，分析DNA蛋白质相互作用等。同时DNA合成技术将在未来信息存储领域中发挥至关重要的作用。DNA存储技术以其体积小、数据密度大、稳定性强等优势，将成为解决未来因数据爆发而产生的系列危机的重要技术路径。DNA的存储原理是将数字信号转化为化学信号，编码存储时为合成碱基DNA序列，解码读取时为测序碱基DNA序列。

常规DNA化学合成的步骤可分为解封、偶联、加帽、氧化。但常规DNA化学合成不能在同一基板上合成不同的DNA序列。

目前有利用电化学的方法在硅衬底或者玻璃衬底的表面合成DNA序列，具体通过微加工工艺在硅衬底的表面形成微阵列电极，通过控制微电极的阳极和阴极的电位，控制酸在阳极部位的产生，进而控制基因合成步骤中的解封这一重要环节是否有效（解封过程为：用酸脱去连接在固相载体上的核苷酸的保护基团，获得游离的羟基端，以供下一步的缩合反应）。基因合成的位置在阳极正下方的硅衬底或玻璃衬底的表面。由于这种基因合成方法，需采用微加工工艺在硅衬底表面上制作微金属电极，虽然电极可以做的很小，但在硅衬底表面上制作微阵列电极成本较高，加工工艺复杂，并且需要采用绑定（bonding）工艺将微电极阵列连接到外围电路控制系统，工序较为复杂且不易控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺更为简单、控制更为方便，且可精准控制合成具体位点的用于基因序列合成的电极阵列装置及其控制方法。

本发明提供的用于基因序列合成的电极阵列装置，包括基板和形成在基板上的电极阵列，电极单元包含两个电极：阳极和阴极；基板材料为FR-4环氧玻璃布层压板，电极材料为Au、Pt、Ir的一种；基板的上表面除阵列电极外，其它区域附有一层油墨，基板模块的上盖有微流罩；

本发明中，电极阵列采用采用沉积金属工艺制作。

本发明中，阳极和阴极之间最小的间距为3mil（76.2um），阳极形状可以长方形、正方形、圆形或者不规则图形，若形状为正方形，大小最小可为3mil × 3mil（76.2um ×76.2um）。阴极位于阳极的外侧，阴极可单独作为一个阵列单元中的阴极，也可以在一行阵列单元中作为公用电极。

本发明提供的用于基因序列合成的电极阵列装置，还包括微流控模块、控制模块；其中：

所述微流控模块，包括比例阀、多路电磁阀、气体微流道、液体微流道；微流控模块用于将基因合成所需的各种试剂精准输运到电极阵列基板模块上的单元阵列上。

具体地，控制模块可控制比例阀和多路电磁阀的通断；气体（一般为氮气）经过比例阀调节后进入到气体微流道，多路电磁阀可控制多条气体支路的通断（气体支路是指气体连通相应试剂瓶的管路，各个试剂瓶中分别存放合成所需要的各种试剂，控制气体支路的通断即控制气体是否可进入试剂瓶），气体支路打开时试剂瓶中的液体会被挤压进液体微流道，液体微流道通过导管与微流罩相连接，将试剂精准输运到电极阵列基板模块中的单元阵列上。整个过程，可通过调节比例阀控制气体流量的大小进而控制液体的流速，通过电磁阀控制气体支路的通断进而控制试剂进样通道。