【摘 要】
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DNA智能制造是合成生物学的最基础层技术,依托DNA智能制造发展的DNA信息存储、基因组医学等战略新兴产业,至少对应于未来数千亿至数万亿美元的市场。高通量、高保真、低成本的DNA合成技术及其合成仪器是实现DNA智能制造的前提和基础,因此研发出一种高通量、低成本的DNA合成仪器对保障我国的生物安全具有重大意义。基于此,本论文分析了基于喷墨打印的DNA合成方法与体系,设计加工了一种基于微流控的DNA合
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DNA智能制造是合成生物学的最基础层技术,依托DNA智能制造发展的DNA信息存储、基因组医学等战略新兴产业,至少对应于未来数千亿至数万亿美元的市场。高通量、高保真、低成本的DNA合成技术及其合成仪器是实现DNA智能制造的前提和基础,因此研发出一种高通量、低成本的DNA合成仪器对保障我国的生物安全具有重大意义。基于此,本论文分析了基于喷墨打印的DNA合成方法与体系,设计加工了一种基于微流控的DNA合成芯片,并搭建了一套基于喷墨打印的DNA合成仪器,开展了该合成仪器的评价与实验。论文主要工作包括如下几个方面:（1）基于喷墨打印技术的DNA合成方法的研究。本文根据DNA合成的具体要求以及喷墨打印的技术原理分析基于喷墨打印的DNA合成体系,研究了载体的表面功能化处理,喷头与合成芯片的配合控制等问题,从而论述DNA合成循环与流程。（2）DNA合成芯片的结构参数设计和加工。DNA合成芯片是DNA合成仪器的核心器件,是进行DNA高通量并行合成的反应载体,本文通过对合成芯片中液路沟道,气路沟道和薄膜层的结构尺寸进行参数仿真与模拟实验,从而确定相应的芯片结构,最后研究了芯片的制造加工与表面功能化方法。（3）基于喷墨打印技术的DNA合成仪器的设计。搭建用于DNA合成的喷墨打印仪器,包括电驱动模块、气压驱动模块、视觉监测模块、位移平台模块等,随后设计相对应的驱动控制软件,从而通过定制的喷墨打印头将DNA合成试剂按需滴送至合成芯片的反应室中,并由微阀对反应室内的试剂进行独立控制以完成整个合成循环。（4）对所搭建的基于喷墨打印的DNA合成仪器的测试与评价。首先对合成载体的表面功能化进行验证,随后是对DNA合成产物验证方法的分析实验,由于载体表面DNA合成密度较低,无法用常规的光谱方法分析,本文搭建了基于荧光原位杂交的测试系统并用以对DNA合成效果进行评价。最后分别基于手工操作与喷墨打印进行DNA合成循环,实现了完整的DNA合成流程,验证了所搭建的整体仪器的可行性。
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