シリコンチップで同時に64本のDNAを合成する新技術

研究概要

ハーバード大学主導の研究チームは、Nature Electronics に掲載された論文で、64種類の異なるDNA配列を同時に合成できるシリコンチップを発表しました。従来の有機溶媒を大量に使用する化学プロセスに代わり、水ベースの酵素アプローチを採用しています。

クリーンなDNA合成法

合成DNAは診断やゲノム工学、がん研究など幅広い分野で不可欠ですが、従来は危険な有機溶媒と専門施設が必要でした。本研究は、酵素によるDNA合成という穏やかな代替手段を示し、小型・安全・普及しやすいシステムの実現を目指します。

チップの動作原理

チップ表面には64個の合成部位が配置され、各部位には中心に固定されたDNA分子を囲む2つの同心円状電極があります。特定の部位が活性化されると内部電極がプロトンを生成し局所的にpHを低下させ、DNA鎖の伸長を可能にします。外側電極は余分なプロトンを除去し、酸性領域をその部位に限定します。このサイクルを繰り返すことで、64本の独立したDNA配列が同時に構築されます。

脳研究からDNA合成へ転用

本チップは元々、大規模ニューロン集団の電気活動を記録するシリコンエレクトロニクスとして開発されました。表面電極を再設計した結果、同じ基盤技術でDNA合成に必要な化学条件を正確に制御できることが判明しました。

データストレージへの応用例

研究チームは、64本のDNA配列を用いて169バイトのテキストをエンコードし、DNAベースデータストレージの可能性を示しました。大量のDNA製造が必要になる将来的な応用に向け、酵素合成が環境負荷低減に寄与すると期待されています。

今後の課題と展望

合成部位を密集させたチップの試作では、脱保護に使用される化学物質が隣接部位へ拡散し、反応の分離が妨げられることが判明しました。つまり、制限はシリコンチップ自体ではなく脱保護化学にあります。今後は、より直接的な酸による脱保護化学の開発が求められます。

共同研究と支援

本プロジェクトはハーバード大学、ブロード研究所、DNA Script、POSTECH などの共同研究で進められ、ハーバード大学技術開発局が知的財産を申請しました。また、ODNI、IARPA、Horizon Europe、Hyperion など複数の公的資金とサムスン電子の研究資金が支援しています。

元記事: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/07/260708022202.htm