Реверс-инжиниринг ДНК-синтезатора

Буквально вчера, мне в руки попал ДНК -синтезатор. Прибор решающий обратную задачу по сравнению с ДНК секвенатором.


При чем сам этот прибор, по сути — система подачи реагентов в секвенаторе. Как только он попал ко мне в дом — был сразу же разобран. Но сначала, вкратце, как он работает.

В этом приборе, в реакционную колонку, подаются активные нуклеотиды,  в порядке заданным компьютером. Что бы они не вступали в реакцию между собой, их активная группа с одной стороны блокирована. Между подач нуклеотидов, в колонку подается специальный раствор, который разблокирует активный конец, и делает возможным присоединение следующего нуклеотида. Что бы растущая ДНК не смыло остатками реагентов, перед синтезом она закрепляется на твердом носителе в колонке.

Ключевым элементом в ДНК-синтезаторе, кроме колонки для синтеза, является роторный клапан, который позволяет переключать подачу  реагентов без их смешивания. За ним я и охотился. в природе этот клапан стоит порядка 1000$. Ну и следующим элементом, который там должен непременно быть — насос. Но он мне не очень интересен, у меня уже есть более дешевый и не точный.

Итак, на рисунке видно, в каком состоянии предстал передо мной прибор. Он состоит из двух блоков. Зачем сделаны раздельно, я пока не понял. Прибор 1993 года. Весь софт был написан под DOS и давно утерян. Меня попросили восстановить софт под ХР. Этот аппарат связывался с с компом через LPT-порт, документации тоже нет, поэтому восстановить протокол общения с компьютером, человеческими методами, не представляется возможным. Поэтому берем, и выкидываем электронику из него. Заменяем её на arduino 😉

Теперь берем шуруповерт, разбираем его, и заглядываем внутрь:

Первый блок:

Сразу видим долгожданный роторный клапан, инжекционный модуль (по сути насос с точной дозировкой) и электронику, которая управляет этим. Еcли присмотреться лучше, видно, что роторный клапан управляется напрямую из вне, минуя электронику.

Определенный интерес, представляет «насос» он состоит из клапана 1:2, судя по всему, тоже роторному, и поршня, который двигается электро приводом. Клапан соединяет вход с поршнем, поршень отходит на нужное расстояние, которое контролируется оптопарой, клапан поворачивается в состояние поршень-выход, и поршень выталкивает необходимую дозировку в реактор. При чем этим процессом управляет куча электроники. На базе интеловского МК P8031AH

Порадовал «ретро-стайл» дорожек, такие все изогнутые, как будто там СВЧ -)

Рассмотрим гидравлическую схему этого блока.

В каждую пробирки с реактивом, входит две трубки. По одной, судя по всему, подается  газ из инжекционного модуля, через роторный клапан, и выталкивает реагент, который оттуда попадает в смеситель из которого потом идет во второй блок.

Теперь разбираем второй блок, задняя стенка:

С верху мы видим два шаговых движка с редукторами, ниже находится вся электроника во главе с 8-ми битным процессором D70008AC-6MHz с обвесом из:
INS8154  N-Channel 128-by-8 Bit RAM Input/Output
TMS2516  16,384-BIT ERASABLE PROGRAMMABLE READ-only MEMORIES
Z8470AB1 — контроллер порта
DS1488 — Quad Line Driver
DM74LS32 — Quad 2-Input OR Gate
DM74LS138 — Decoders/Demultiplexers

В углу, справа снизу, наклейка на микросхеме с рисунком ДНК. Это микросхема памяти, в которой храниться ПО для процессора. Она read-only, а её стирание происходит свечение ультрафиолетом через прозрачную крышечку, которая и заклеена.  Такая вот специфичная «пломбировка» прошивки.

Платой ниже находится еще два контролера  LPT-порта, и драйверы шаговых двигателей на l293B

Теперь снимаем переднею крышку:

Для понимания нарисована схема флюидики:

Здесь мы видим еще два клапана. Один клапан обеспечивает выбор колонки на который будут подаваться реагенты, так как прибор двух канальный. Второй определяет, что именно будет подаваться туда из вне. Все что слева судя по всему обеспечивает промывку системы. На самом деле, сопряжения двух блоков флюидикой мне еще не очень понятно. Все осложняется тем, что прибор предназначен не только для синтеза ДНК.

В общем, мои задачи:

  1. Скопировать роторный клапан; сделать на нем  систему подачи реагентов для моего секвенатора;  Родилась идея: в моем секвенаторе, совместить ещё и ДНК-синтезатор. Основная стоимость синтезатора — в этом клапане.  Если удасться его скопировать, то можно продавать дешевые ДНК синтезаторы -)
  2.  Заменить электронику на arduino, c драйверами шаговых двигателей и софтом.  В каждом движке имеется также по оптопаре или энкодеру. Я думаю найдется много людей, которые захотят мне с этим помочь.
  3. Запустить сам прибор. Для этого необходимо разобраться в его устройстве, подключении флюидики, алгоритмах работы, найти или сделать подходящие реакционныы колонки и реагенты. Предлагаю все сочувствующим писать предложения и идеи по этому на моём форуме.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *