Фотолитографический синтезатор олигонуклеотидов

Актуальность

С помощью генотипирования человек может выявить предрасположенность к различным заболеваниям и разработать предупредительные меры для сохранения здоровья. Такую услугу предоставляют некоторые лаборатории, но их не очень много. Обязательно приходится генотипировать вирус гепатита С для того, чтобы определить устойчивость к лечению и эффективно провести терапию. Также генотипирование необходимо при пересадке органов для анализа генетической совместимости.

Генотипировать нужно вирусы и бактерии для изучения ряда инфекционных заболеваний и характеристики штаммов с устойчивостью к антибиотикам, что сейчас крайне актуально. В сельском же хозяйстве генотипирование используется для селекции – отбора по некоторым признакам, которые нужно определять у домашнего скота.

Разработанный авторами синтезатор отлично подойдёт для изготовления диагностических чипов для генотипирования.

Цель

Изучить технологии фотолитографического синтеза олигонуклеотидов и создать фотолитографический синтезатор олигонуклеотидов для генотипирования.

Задачи

1. Изучение технологии фотолитографического синтеза.
2. Изучение аналогов устройства.
3. Создание фотолитографического синтезатора олигонуклеотидов для генотипирования.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Высокоточная камера Raspberry Pi
• Мотор-редуктор и драйвер
• LCD-дисплей
• УФ-матрица
• Крепление для моторов, зажимы
• ЗD-принтер и пластик PLA
• Лазерный станок с ЧПУ
• Фанера, инструменты для работы
• Ёмкости из боросиликатного стекла

Описание

На начальном этапе авторы изучили фотолитографический синтез олигонуклеотидов, а также устройство, с помощью которого реализуется фотолитографический метод синтеза олигонуклеотидов на чипах – Roche NimbleGen.

В конструкцию разрабатываемого синтезатора авторы включили: модуль засветки, чип, систему подачи жидкости и систему клапанов, а также систему визуального контроля.

Модуль засветки состоит из УФ-светодиодной матрицы и LCD-дисплея. УФ-матрица создаёт необходимое излучение, а LCD-дисплей позволяет засвечивать только требуемые участки. LCD-дисплей будет в ложе и сверху закрываться накладкой, которая будет его зажимать и крепко удерживать. Конструкционно LCD-дисплей размещён в фанере с вырезанными отверстиями для дисплея с помощью лазерного станка с ЧПУ.

Чип состоит из стеклянной подложки, через которую будет проходить УФ-свет и попадать на линкеры, снимая фотолабильную защитную группу с буквы. На стекле расположены небольшие ямки для порошка CPG.

Верхняя часть чипа закрывается за счёт пластины из полидиметилсилоксана, похожего на силикон. Между верхней и нижней частью находится разделительная пластина из плёнки.

С помощью зажимов чип будет надёжно крепиться к синтезатору.

Система подачи жидкости и система клапанов состоит из капилляров, по которым с помощью шприцевого насоса и системы клапанов подаётся нужный реагент в необходимом объёме. Далее жидкость заполняет чип, выполняя свою задачу. После с помощью шприцевого насоса забирается отработанная жидкость из чипа. Когда первый шприц заполнен, он передаёт жидкость во-второй, который, в свою очередь, выливает её в бак для отходов.

С помощью шприца жидкость будет всасываться за счёт открытия клапанов. Клапан с передачей «винт-гайка» будет открываться в нужном месте и шприц начинает работу, но заберёт раствор только там, где клапан открыт. Мотор-редуктор будет отвечать за передачу, а за его работу – драйвер.

Система визуального контроля собирается из высокоточной камеры, которая устанавливается на капилляр, по которому проходит отработанная жидкость. Чем более оранжевая жидкость на выходе, тем лучше происходит синтез, а компьютер с помощью нейронной сети будет оценивать синтез на всех его этапах.

Результаты работы/выводы

Чипы, полученные в ходе работы над проектом, по характеристикам подходят для всех технологий генотипирования, применяя предложенную авторами конструкцию синтезатора, можно производить чипы эффективнее и быстрее.