Реверс-инжиниринг ДНК-синтезатора

в 12:01, , рубрики: arduino, diy или сделай сам, open source, Биотехнологии, генетика, днк, ДНК-синтезатор, реверс-инжиниринг

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

Реверс-инжиниринг ДНК-синтезатора - 1

Причем 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.

Реверс-инжиниринг ДНК-синтезатора - 2

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 неточный.

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:

Реверс-инжиниринг ДНК-синтезатора - 3

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 извне, минуя электронику.

Реверс-инжиниринг ДНК-синтезатора - 4

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. Причем этим процессом управляет куча электроники. На базе интеловского МК P8031AH

Реверс-инжиниринг ДНК-синтезатора - 5

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

Рассмотрим гидравлическую схему этого блока.

Реверс-инжиниринг ДНК-синтезатора - 6

В каждую пробирку с реактивом, входят 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:

Реверс-инжиниринг ДНК-синтезатора - 7

Сверху 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 хранится ПО для процессора. Она read-only, а её стирание происходит путём свечения 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.

Реверс-инжиниринг ДНК-синтезатора - 8

Теперь снимаем переднею крышку:

Реверс-инжиниринг ДНК-синтезатора - 9

Для понимания нарисована схема флюидики:

Реверс-инжиниринг ДНК-синтезатора - 10

Здесь мы видим еще два клапана. Один клапан обеспечивает выбор колонки на которую будут подаваться реагенты, так как прибор двухканальный. Второй определяет, что именно будет подаваться туда извне. Все что слева, судя по всему, обеспечивает промывку системы. На самом деле, сопряжение 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 удастся его скопировать, то можно продавать дешевые ДНК синтезаторы.
  2. Заменить электронику на arduino, c драйверами шаговых двигателей и софтом. В каждом движке имется 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 реакционные колонки и реагенты. Предлагаю всем сочувствующим писать предложения и идеи по этому на моём сайте.

Автор: Александр

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля