在合成生物学领域，DNA合成技术一直被视为突破行业发展的关键瓶颈。传统高通量DNA合成技术，是在单一芯片表面合成数百万条DNA短片段，虽能一次合成大量片段，但每条片段的产量极低，且容易出现片段间交叉污染，严重影响后续长片段组装的成功率。因其无法同时满足“高通量”“长片段”“低成本”的需求，直接限制了复杂代谢途径研究、染色体工程、大规模突变库构建等前沿研究的深入推进。

10月1日，华大生命科学研究院联合多家机构发布一项自主研发的基于并行原理的DNA合成技术（mMPS），以“微芯片”的创新范式从源头颠覆了DNA合成技术，成功实现在合成通量、产量和质量上的系统性突破。该技术将合成生物学从“写得出”推向“写得准、写得优、写得省”的新高度，有望为基因组编写、疫苗快速开发与DNA数据存储等领域提供关键支撑，在全球生物制造领域展现中国创新的底层突破力量。相关成果发表于《自然·生物技术》。

攻克传统DNA合成效率、成本与覆盖度难题

与传统技术不同，mMPS技术采用了一种创新的合成路径：将一张芯片分为一个个独立的、毫米级的微芯片，在每个微芯片上仅合成一条短链DNA，且芯片表面均带有专属识别码，可对DNA片段进行身份识别与分选，全程追踪该片段的合成过程。此外，通过“识别-分选-合成-回收”的循环机制，使芯片具备可重复使用的能力，为可持续、低成本的DNA合成奠定了坚实基础。 

简单来说，这些微芯片就像一个个带着专属工号的“工人”。合成工厂的智能扫描仪识别出它的工号之后，能够快速判断它应该去合成哪条特定的短链DNA，便通过传送带将不同的“工人”精准送往对应的工作岗位（反应柱），在这里合成一条DNA短链。合成工作完成后，这些“工人”还能被收集起来，准备投入下一轮的工作。

通过这样的模式，mMPS技术实现产量跃升、流程简化及精准可控多重突破。

其中，在产量跃升中，单条DNA序列的产量从传统的fmol级别（极微量）提升到pmol-nmol级别，幅度达4—6个数量级；流程简化方面组装基因步骤从原来至少5步的操作优化至仅需2步完成，且无需额外添加扩增引物或酶切位点，可直接用于基因组装，避免错误累积；此外，在精准可控中，每条DNA片段都在各自的专属“空间”合成，避免了交叉污染，反应条件还可根据需求独立优化。

研究团队通过系统性实验验证了mMPS在基因组装、突变库构建等多场景下的卓越综合性能。研究成果充分证明了该技术在处理复杂序列、高GC含量区域和重复序列方面的独特优势，为蛋白质稳定性研究、疾病突变机制解析提供了可靠的技术支撑，将助力科研人员更深入地探索生命科学领域的关键问题，为疾病治疗、新药研发等领域的突破奠定基础。

推动DNA合成迈向生物制造新时代

目前，基于mMPS技术打造的标准化高通量合成平台已在常州华大孵化落地，并已在多个产业领域展现出巨大的应用潜力。该技术有望全面推动DNA合成从一项实验室服务，升级为生物制造基础设施，从而在医药、诊断等领域催生系统性效率革命。

在创新药物研发领域中，找到并优化出关键的药物靶点，对研发抗体药物、针对癌症的CAR-T细胞治疗来说都是极其重要的一步，而这背后离不开高质量的突变体库构建，即包含大量基因变异的“药物候选资料库”。相较于传统方法需耗时数周完成突变库构建，mMPS技术体系可将其缩短至数天，大幅加速抗体发现与优化进程，并显著提升覆盖度与均匀性，让“救命药”更早走到患者面前。

在酶制剂、生物基材料、精细化学品等生物制造领域，“高效菌株”是决定工业化生产效率与产品性能的关键因素。mMPS支持快速酶定向进化，可将菌株改造周期从数月缩短至数周。研究表明，其单碱基合成成本比传统方法降低约70%，为大规模工业化应用铺平道路。生物制造企业可借此构建专属酶库和代谢途径库，形成技术壁垒。

在临床诊断领域，引物探针是帮助医生排查特定基因靶点、病毒片段、基因突变等的检测工具。面向多靶点检测、早筛panel定制等需求，制作引物探针的传统“柱式合成”方法需多次操作且成本高昂。而mMPS可一次性合成数千对引物探针，合成成本减少3倍以上。这将推动NGS检测panel从数百个靶点向万级靶点升级，为癌症早筛、传染病监测、遗传病诊断提供更有力的解决方案。

值得一提的是，mMPS技术所具备的模块化、自动化特性，为生物铸造厂的兴起提供了技术基础。未来可能出现“DNA合成即服务”的新型平台，通过AI驱动设计、自动化合成、机器人测试的闭环，为行业提供从序列设计到功能验证的一站式解决方案。

随着芯片可重复使用技术的成熟和合成工艺的进一步优化，mMPS将成为下一代工业级DNA合成工厂的核心引擎。

华大生命科学研究院合成生物学首席科学家沈玥表示：“mMPS技术的问世，不仅仅是DNA合成领域的一项技术迭代，更是合成生物学从‘实验室探索’走向‘工业化制造’的关键转折点。未来，随着mMPS技术的推广应用，更多复杂生物系统的设计、构建与测试将成为可能，合成生物学有望在医药、能源、环保等领域迎来真正的产业化爆发。”

对于mMPS技术的未来前景，中国科学院院士元英进认为：“未来，结合人工智能与自动化系统，mMPS有望成为‘设计-合成-测试-学习’范式的引擎，推动合成生物学在生物制造、医疗健康等领域的深度融合与产业落地。此项突破不仅彰显我国在合成生物学底层工具领域的创新能力，也为构建自主可控的生物技术体系奠定了重要基础，具有重大的学术价值与产业化前景。”