一种核酸合成系统技术方案

本发明专利技术公开了一种核酸合成系统，包括：工控机、PLC控制器、多路柱前液路、防混阀、合成柱、循环阀、循环液路和排液液路；每路柱前液路均包括入口阀和输液泵，入口阀与输液泵连接，输液泵与防混阀连接；防混阀与合成柱连接；该合成柱与循环阀连接，循环阀的一出口与循环液路连接，循环阀的另一出口与排液液路连接；循环液路的出口与某一路柱前液路的入口阀连接；通过柱前压力传感器，得到反馈压力数据；通过紫外检测器，得到紫外吸收数据；工控机利用合成控制算法，根据反馈压力数据和紫外吸收数据，得到对各入口阀、对各输液泵、对防混阀和对循环阀的控制命令，使输送的液体流量更加精准，具有稳定性高、自动化程度高等优点。自动化程度高等优点。自动化程度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种核酸合成系统


[0001]本专利技术属于核酸合成
，具体为一种核酸合成系统。

技术介绍

[0002]随着寡聚核苷酸链合成技术的快速发展，合成成本不断下降，合成长度与精度不断提高，使得以寡核苷酸链为起始的大规模DNA和RNA合成成为可能，因此出现了核酸合成系统。
[0003]但目前核酸合成系统存在的缺陷包括：试剂递送不够精准、反应试剂浪费严重、设备故障率高、气密性不够好、价格昂贵和维护周期太长。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为解决现有核酸合成系统存在的缺陷，本专利技术提出了一种核酸合成系统，使输送的液体流量更加精准，具有稳定性高、故障率低、自动化程度高等优点。
[0005]技术方案：一种核酸合成系统，包括：工控机、PLC控制器、多路柱前液路、防混阀、合成柱、循环阀、循环液路和排液液路；每路柱前液路均包括入口阀和输液泵，所述入口阀的入口与单体瓶或试剂瓶连接，入口阀的出口与输液泵的入口连接，所述输液泵的出口与防混阀的入口连接；所述防混阀的出口与合成柱的柱入口连接；该合成柱的柱出口与循环阀的入口连接，所述循环阀的一出口与循环液路的入口连接，循环阀的另一出口与排液液路的入口连接；所述循环液路的出口与某一路柱前液路的入口阀连接；在防混阀的每个入口处设有一柱前压力传感器，用于得到对应柱前液路的反馈压力数据；在循环阀的一出口处设有紫外检测器，用于监测从循环阀流出的物质的紫外吸收数据；所述工控机采用合成控制算法，根据柱前液路的反馈压力数据和紫外吸收数据，得到对各入口阀、对各输液泵、对防混阀和对循环阀的控制命令；所述PLC控制器与紫外检测器连接，用于获取紫外检测器监测到的紫外吸收数据；以及该PLC控制器与各柱前压力传感器连接，用于获取各柱前压力传感器对应柱前液路的反馈压力数据，以及该PLC控制器与工控机电气连接，用于将反馈压力数据和紫外吸收数据上传至工控机，并接收工控机下发的控制命令，以及该PLC控制器与各入口阀、各输液泵、防混阀和循环阀连接，用于基于工控机下发的控制命令，对各入口阀、各输液泵、防混阀和循环阀进行相应控制；所述合成控制算法，包括以下步骤：基于核酸合成流程、预设的液路参数和各柱前液路的反馈压力数据，得到对各入口阀、对各输液泵、对防混阀和对循环阀的控制命令，实现在满足预设的液路参数的情况下，按照核酸合成流程进行核酸合成；所述核酸合成流程由脱保护、活化、偶联、氧化和盖帽
五个核酸合成阶段构成；液路参数包括：最大允许流速、柱前压力最大值、柱前目标压力、目标单体或试剂体积、入口阀的开关状态、输液泵的流速、输液泵的运行时间、防混阀的开关状态、循环阀的开关状态和循环阀的模式状态；所述循环阀的模式状态包括循环模式和排液模式；当循环阀处于循环模式时，循环阀与循环液路之间为通路，与排液液路之间为断路；当循环阀处于排液模式时，循环阀与循环液路之间为断路，与排液液路之间为通路；基于紫外吸收数据和各柱前液路的反馈压力数据，对预设的液路参数进行优化，以及根据优化后的液路参数，得到对各入口阀、对各输液泵、对防混阀和对循环阀的控制命令；具体包括：对于脱保护核酸合成阶段，预设脱保护峰积分条件，判断此阶段的紫外吸收数据是否满足脱保护峰积分条件，若不满足，则将相关柱前液路上的输液泵的流速调整至最大允许流速，不限制输液泵的运行时间，直至紫外吸收数据满足脱保护峰积分条件；若此阶段的紫外吸收数据满足脱保护峰积分条件，则逐一：判断脱保护峰出峰时间是否超过脱保护峰出峰时间阈值，若超过，则按照式（1）优化输液泵的流速；若不超过，则维持预设的液路参数；
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（1）式中，为优化后的输液泵的流速，为预设的液路参数中输液泵的流速，为流速增加系数，为脱保护峰的出峰时间阈值，为当前脱保护峰的出峰时间；判断脱保护峰的上升时间是否大于上升时间阈值，若大于，则按照式（2）优化输液泵的流速；若不大于，则维持预设的液路参数；
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（2）式中，为脱保护峰的上升时间阈值，为当前脱保护峰的上升时间；判断脱保护峰的下降时间是否大于下降时间阈值，若大于，则按照式（3）优化输液泵的流速；若不大于，则维持预设的液路参数；
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（3）式中，为脱保护峰的下降时间阈值，为当前脱保护峰的下降时间；判断柱前液路的反馈压力数据是否超过柱前压力最大值，若大于，则按照式（4）优化输液泵的流速，若不大于，则按照式（5）优化输液泵的流速；
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（4）
式中，为流速减小系数，为当前反馈压力数据，为柱前压力最大值；
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（5）对于活化阶段、偶联阶段、氧化阶段和盖帽核酸合成阶段，判断柱前液路的反馈压力数据是否超过柱前压力最大值，若大于，则按照式（4）优化输液泵的流速，若不大于，则按照式（5）优化输液泵的流速。
[0006]进一步的，所述的基于核酸合成流程、预设的液路参数和各柱前液路的反馈压力数据，得到对各入口阀、对各输液泵、对防混阀和对循环阀的控制命令，具体包括：对于任意一入口阀，根据所处的核酸合成阶段，得到开关状态的控制命令；对于任意一输液泵，根据对应柱前液路的反馈压力数据和对应的柱前目标压力，通过增量式PID算法，得到输液泵流速的控制命令；以及根据累计体积算法，得到输液泵运行时间的控制命令；对于防混阀，根据所处的核酸合成阶段，得到开关状态的控制命令；对于循环阀，根据所处的核酸合成阶段，得到开关状态的控制命令和模式状态的控制命令。
[0007]进一步的，所述的通过增量式PID算法，得到输液泵流速的控制命令，包括：
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（6）
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（7）
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（8）其中：为时刻的流速控制增量，为比例系数，为积分系数，为微分系数，为时刻反馈压力数据与对应的柱前目标压力的差，为时刻的反馈压力数据，为时刻的对应的柱前目标压力，为时刻输液泵的流速控制值，为时刻反馈压力数据与对应的柱前目标压力的差，为时刻反馈压力数据与对应的柱前目标压力的差；为时刻输液泵的流速控制值；输液泵的流速控制值构成输液泵流速的控制命令。
[0008]进一步的，所述的根据累计体积算法，得到输液泵运行时间的控制命令，具体包括：根据式（9），计算时刻的累计体积：
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（9）式中，为时刻的累计体积，为时刻的输液泵的流速，表示时刻，表示时刻；判断时刻的累计体积是否达到目标单体或试剂体积，若达到，则得到输液
泵运行时间达到的控制命令；否则得到输液泵运行时间延长的控制命令。
[0009]进一步的，所述入口阀为阀组结构；所述阀组结构，包括：多个入液口、一个出液口、一个阀底座和多个气缸组件，多个气缸组件设置在阀底座上，入液口与气缸组件一一对应；在阀底座内部设有多个孔和一共同通道，每个孔都与共同通道相通，入液口在阀底座的设置位置与阀底座内部的孔的设置位置一一对应，使共同通道与各入液口相通，出液口位于共同通道的末端；每个所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核酸合成系统，其特征在于：包括：工控机、PLC控制器、多路柱前液路、防混阀、合成柱、循环阀、循环液路和排液液路；每路柱前液路均包括入口阀和输液泵，所述入口阀的入口与单体瓶或试剂瓶连接，入口阀的出口与输液泵的入口连接，所述输液泵的出口与防混阀的入口连接；所述防混阀的出口与合成柱的柱入口连接；该合成柱的柱出口与循环阀的入口连接，所述循环阀的一出口与循环液路的入口连接，循环阀的另一出口与排液液路的入口连接；所述循环液路的出口与某一路柱前液路的入口阀连接；在防混阀的每个入口处设有一柱前压力传感器，用于得到对应柱前液路的反馈压力数据；在循环阀的一出口处设有紫外检测器，用于监测从循环阀流出的物质的紫外吸收数据；所述工控机采用合成控制算法，根据柱前液路的反馈压力数据和紫外吸收数据，得到对各入口阀、对各输液泵、对防混阀和对循环阀的控制命令；所述PLC控制器与紫外检测器连接，用于获取紫外检测器监测到的紫外吸收数据；以及该PLC控制器与各柱前压力传感器连接，用于获取各柱前压力传感器对应柱前液路的反馈压力数据，以及该PLC控制器与工控机电气连接，用于将反馈压力数据和紫外吸收数据上传至工控机，并接收工控机下发的控制命令，以及该PLC控制器与各入口阀、各输液泵、防混阀和循环阀连接，用于基于工控机下发的控制命令，对各入口阀、各输液泵、防混阀和循环阀进行相应控制；所述合成控制算法，包括以下步骤：基于核酸合成流程、预设的液路参数和各柱前液路的反馈压力数据，得到对各入口阀、对各输液泵、对防混阀和对循环阀的控制命令，实现在满足预设的液路参数的情况下，按照核酸合成流程进行核酸合成；所述核酸合成流程由脱保护、活化、偶联、氧化和盖帽五个核酸合成阶段构成；液路参数包括：最大允许流速、柱前压力最大值、柱前目标压力、目标单体或试剂体积、入口阀的开关状态、输液泵的流速、输液泵的运行时间、防混阀的开关状态、循环阀的开关状态和循环阀的模式状态；所述循环阀的模式状态包括循环模式和排液模式；当循环阀处于循环模式时，循环阀与循环液路之间为通路，与排液液路之间为断路；当循环阀处于排液模式时，循环阀与循环液路之间为断路，与排液液路之间为通路；基于紫外吸收数据和各柱前液路的反馈压力数据，对预设的液路参数进行优化，以及根据优化后的液路参数，得到对各入口阀、对各输液泵、对防混阀和对循环阀的控制命令；具体包括：对于脱保护核酸合成阶段，预设脱保护峰积分条件，判断此阶段的紫外吸收数据是否满足脱保护峰积分条件，若不满足，则将相关柱前液路上的输液泵的流速调整至最大允许流速，不限制输液泵的运行时间，直至紫外吸收数据满足脱保护峰积分条件；若此阶段的紫外吸收数据满足脱保护峰积分条件，则逐一：判断脱保护峰出峰时间是否超过脱保护峰出峰时间阈值，若超过，则按照式（1）优化输液泵的流速；若不超过，则维持预设的液路参数；
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（1）式中，为优化后的输液泵的流速，为预设的液路参数中输液泵的流速，为流速增加系数，为脱保护峰的出峰时间阈值，为当前脱保护峰的出峰时间；判断脱保护峰的上升时间是否大于上升时间阈值，若大于，则按照式（2）优化输液泵的流速；若不大于，则维持预设的液路参数；
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（2）式中，为脱保护峰的上升时间阈值，为当前脱保护峰的上升时间；判断脱保护峰的下降时间是否大于下降时间阈值，若大于，则按照式（3）优化输液泵的流速；若不大于，则维持预设的液路参数；
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（3）式中，为脱保护峰的下降时间阈值，为当前脱保护峰的下降时间；判断柱前液路的反馈压力数据是否超过柱前压力最大值，若大于，则按照式（4）优化输液泵的流速，若不大于，则按照式（5）优化输液泵的流速；
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（4）式中，为流速减小系数，为当前反馈压力数据，为柱前压力最大值；
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（5）对于活化阶段、偶联阶段、氧化阶段和盖帽核酸合成阶段，判断柱前液路的反馈压力数据是否超过柱前压力最大值，若大于，则按照式（4）优化输液泵的流速，若不大于，则按照式（5）优化输液泵的流速。2.根据权利要求1所述的一种核酸合成系统，其特征在于：所述的基于核酸合成流程、预设的液路参数和各柱前液路的反馈压力数据，得到对各入口阀、对各输液泵、对防混阀和对循环阀的控制命令，具体包括：对于任意一入口阀，根据所处的核酸合成阶段，得到开关状态的控制命令；对于任意一输液泵，根据对应柱前液路的反馈压力数据和对应的柱前目标压力，通过增量式PID算法，得到输液泵流速的控制命令；以及根据累计体积算法，得到输液泵运行时间的控制命令；对于防混阀，根据所处的核酸合成阶段，得到开关状态的控制命令；对于循环阀，根据所处的核酸合成阶段，得到开关状态的控制命令和模式状态的控制命令。
3.根据权利要求2所述的一种核酸合成系统，其特征在于：所述的通过增量式PID算法，得到输液泵流速的控制命令，包括：
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（6）
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（7）
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（8）其中：为时刻的流速控制增量，为比例系数，为积分系数，为微分系数，为时刻反馈压力数据与对应的柱前目标压力的差，为时刻的反馈压力数据，为时刻的对应的柱前目标压力，为时刻输液泵的流速控制值，为时刻反馈压力数据与对应的柱前目标压力的差，为时刻反馈压力数据与对应的柱前目标压力的差；为时刻输液泵的流速控制值；输液泵的流速控制值构成输液泵流速的控制命令。4.根据权利要求2所述的一种核酸合成系统，其特征在于：所述的根据累计体积算法，得到输液泵运行时间的控制命令，具体包括：根据式（9），计算时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：王祥林，刘根水，王凯，王正涛，刘杰，郑洲，张中春，
申请(专利权)人：江苏汉邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：