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作为合成生物的关键使能技术之一，DNA合成技术为合成生物学基础研究和应用领域提供了原料基础。随着DNA合成技术的不断进步与创新，合成更长、更复杂的DNA序列成为可能，为构建复杂的基因回路、合成新型生物分子以及改造生物体的基因组提供了更多的可能性。

2023年5月10日，合成生物学企业Evonetix再次推动了DNA合成技术的创新，创造了DNA合成的新范式。当日，Evonetix宣布，通过使用专有的DNA合成平台，其向达剑桥大学化学工程与生物技术系Jenny Molloy博士实验室提供了首批芯片合成DNA，并且该批合成DNA产品测试成功。这一里程碑进展表明，Evonetix的DNA合成平台可以使用其热控半导体芯片技术成功合成DNA，并将使其能够开始大规模、准确合成长DNA序列。

Evonetix成立于2015年，旨在将半导体技术引入DNA合成，开发一种快速合成“芯片上的DNA”技术，以大规模生成准确、高保真的DNA。2023年2月7日，Evonetix宣布完成最新一轮2000万英镑（约合2668万美元）的融资。至此，该公司总共完成了4轮超7000万美元（约合4.9亿元人民币）的融资。

 数据来源crunchbase官网，动脉网制图

目前，化学合成技术与酶促DNA合成技术等是常见的DNA合成技术。然而，化学合成技术在DNA合成长度、合成成本、环境保护等方面仍存在难以逾越的局限性。如今，DNA合成行业正在趋向于更加高效环保的创新解决方案。为此，酶促DNA合成技术，基于芯片的喷墨法、光化学法和电化学法等受到越来越多的关注和研究。

其中，酶促DNA合成技术是一种利用DNA聚合酶的催化作用合成DNA链的生物技术。该技术的应用需要精确控制反应条件，如温度、pH值、离子强度等，以确保酶的活性和稳定性。此外，目前典型的酶促DNA合成方法依赖于更传统的平台，例如柱式合成仪等。这意味着，该技术难以大幅增加并行制备的DNA序列数量。在合成大量不同、长的序列时，其合成效率和质量将受到相应限制。

对此，Evonetix开发了一种基于半导体技术的新型DNA合成技术，并基于该技术打造了新一代实验室台式DNA合成平台。该平台能够与酶促DNA合成技术兼容，有望快速合成超长长度、序列复杂的DNA序列。

Evonetix开发的DNA合成技术以定制的MEMS（微机电系统）硅芯片为基础，利用热控制技术调节合成过程中的关键化学步骤。通过精确控制单个芯片表面上数千个反应位点的温度进而控制DNA的正确合成，最终能够实现DNA序列的大规模合成。

具体来说，Evonetix将CMOS（互补金属氧化物半导体）技术与MEMS硅芯片结合，进而创造了一个以精确、独立控制半导体MEMS硅芯片为基础的微流控热阵列芯片载体。单个芯片的表面具有数千个独立的热控反应位点，该合成方式即通过控制反应位点温度进而控制DNA的正确合成。据Evonetix官网，这些反应位点可同时平行合成DNA序列，满足复杂文库和长链 DNA 的组装需求，从而解决合成生物学领域的 DNA 供应瓶颈。

值得注意的是，该芯片能够快速平行合成DNA序列的关键在于对每个反应位点的温度控制。为此，Evonetix开发了一种新型的闭环热控制系统。通过热控制技术，Evonetix可以精确且独立地控制每个反应位点处流体体积的温度，还可通过热控制来开启、加速、减缓芯片上各个位置的反应。

凭借定制的硅芯片，Evonetix能够实现长DNA序列的合成。而该DNA合成过程是一个“二元组装”过程。首先，在合成过程中，通过调控每个反应位点的温度，能够选择性地对不断增长的DNA 链进行脱保护，以为DNA序列添加新碱基做准备。其中，新添加的碱基将只与脱保护的寡核苷酸结合。此外，由于依次引入每个含有四种碱基（A、C、G、T）的试剂，利用热脱保护的时间在每个反应位点合成不同的序列。

此后，合成的寡核苷酸将会被单独释放，从该反应位点传输到下一个反应位点。该寡核苷酸将在下一个反应位点被电场捕获，并与互补链完成组合，最终组装为特定长DNA序列。在此之后，反应位点的温度将会被加热到一个精确的、与序列相关的温度，从而能够将包含误差的序列与具有正确同源性的序列区分开来，并熔解其中不完全匹配的寡核苷酸。通过消除组装过程中的合成错误，能够有效防止最终合成产品的错误序列比例，进一步确保最终合成DNA序列的准确性。

目前，常用的DNA合成技术难以针对序列组装和纠错过程进行优化，其DNA合成的质量多是在合成和纯化后才进行检查。Evonetix开发的专有硅芯片合成技术，能够在数千个独立的热控制反应位点上平行完成DNA的合成。同时，Evonetix通过优化反应条件和引入先进的纠错机制，进一步确保了DNA合成的质量和准确性。

为了进一步推进自身基于半导体技术的芯片DNA合成技术的商业化，并基于此开发新一代台式DNA合成平台，Evonetix需要能够提供生物传感器解决方案、MEMS处理和半导体精密加工专业服务的合作伙伴。

为此，自2019年1月开始，Evonetix便开始与全球领先的跨国半导体公司Analog Devices, Inc.（简称ADI）及其创新中心Analog Garage合作，共同推进Evonetix首款台式DNA合成平台的开发与商业化进程。

2023年12月，Evonetix与ADI再次签署了联合开发和商业供应DNA合成平台的协议。根据协议内容，ADI将继续投资开发Evonetix 基于半导体的Evaleo®系列DNA合成设备，帮助其持续优化硅芯片技术设计，以打造技术的新基准，最终将 DNA合成和组装的热控制技术提升到一个新的水平。

在新闻稿中，Evonetix也表示，公司正在与ADI开发一个基于半导体芯片技术的DNA合成平台。通过该平台，有望在3天内合成高保真的长DNA序列。在此基础上，能够将抗体、疫苗和蛋白质工程的设计－构建－测试的周期从数月缩短至数天。

此外，为了进一步验证其半导体芯片DNA合成技术，Evonetix于2022年启动了半导体芯片合成DNA早期访问计划。研究人员可申请加入该公司的早期试用计划，获得使用其技术制备的第一批合成DNA产品。

值得一提的是，2023年10月5日，Evonetix宣布首次在伦敦帝国学院（ICL）安装DNA合成开发平台，用于评估人类疾病和感染研究。这是Evonetix首次在外部科研机构安装该平台，供客户使用和商业化。此前，Evonetix公司的芯片合成DNA已成功交付剑桥大学进行评估和测试，进一步证明了其合成效率，为公司的发展提供了支持。

酶促DNA合成技术是一种利用酶的催化作用来合成DNA分子的生物技术。该技术主要依赖于DNA聚合酶等一系列酶的催化作用合成DNA。这使得反应条件相对温和，且酶的特异性高，能够精确控制DNA的合成过程，并且酶促反应通常具有较高的催化效率，能够在较短时间内合成大量的DNA分子。

与传统的化学合成技术相比，酶促DNA合成技术在合成长度、效率、成本等多个方面具有显著优势，被认为是能够引领DNA合成技术变革的下一代技术。

目前，除Evonetix外，还有许多国内外企业与科研团队等投身酶促DNA合成技术这一赛道，不断推动该技术的突破与应用拓展。

 图源：公开信息整理，动脉网制图（排名不分先后，数据为不完全统计）

由此来看，酶促DNA合成技术已逐渐从实验室走向更广泛的应用场景，为合成生物领域的科学研究提供了更为高效、精准的DNA合成工具，随即推动了合成生物学以及相关产业的变革发展。然而，目前酶促DNA合成技术产业发展仍处于技术验证和探索阶段，全球范围内还未实现大规模商业化应用。

合成生物学的核心在于对生物组件的精确控制和编程，从而创造出能够执行特定任务的生物实体。正因如此，DNA合成技术、基因编辑技术等使能技术的进步成熟是合成生物向前发展的关键。

未来，随着技术的不断进步和应用场景的持续拓展，研究人员将继续优化酶促反应条件、提高酶的催化效率和特异性、降低合成成本，以推动该技术的进一步成熟和完善。最终，酶促DNA合成技术或将能够合成更长片段的DNA，以更好地服务大规模、高通量DNA合成的应用前景，最终推动合成生物学的发展。