핵산 합성기는 현대 분자 생물학, 게놈학 및 생물 의약 개발의 핵심 장비로, 체외에서 특정 서열의 DNA나 RNAoligonucleotide (과뉴클레오티드) 를 효율적이고 정확하게 합성할 수 있다.그 기술원리는 고상합성기술, 유기화학과 정밀자동화통제를 융합하여 생명유전암호에 대한"주문형편찬"을 실현하였다.

　　1. 핵심원리: 고상인산아민화학법

현재 주류의 핵산 합성 기술은 모두 고상 합성 원리에 기초하고 있으며, 그 핵심은 인산 아민 화학법이다.이 방법은 효율적이고 생산성이 높으며 자동화가 용이한 특징을 가지고 있으며, 초기의 인산 에스테르법과 인산 에스테르법을 대체하였다.전체 합성 과정은 기기의 합성 기둥 안에서 진행되며 목표 체인의 합성 방향은 3'끝에서 5'끝이다.

작성의 주기에는 다음과 같은 네 가지 기본 단계가 포함됩니다.

1.보호 해제:

합성은 고체 캐리어에 공가로 연결된 첫 번째 뉴클레오티드에서 시작된다.이 뉴클레오티드의 5'-히드록시는 보호기단에 의해 폐쇄되었다.순환의 첫 번째 단계는 산 용액으로 합성 기둥을 씻어내고 첫 번째 뉴클레오티드 5'단의 DMT 보호기를 벗겨 활성 5'-히드록시를 노출시켜 다음 우연 반응에 대비하는 것이다.벗겨진 DMT 양이온은 주황색으로 광도법을 통해 온라인으로 합성 효율을 모니터링할 수 있다.

2. 활성화 및 짝짓기:

다음으로 기기는 다음에 연결될 뉴클레오티드 단체와 활성제를 동시에 합성기둥에 펌프한다.뉴클레오티드 단일 자체는 고도로 활성화되어 있으며, 그 3'단은 인산아민 기단을 통해 보호되고, 5'단은 DMT로 보호되며, 염기에도 상응하는 보호기가 있다.

활성제는 뉴클레오티드 단일체의 3'인산아민 기단을 활성화시켜 좋은 친전 시약이 된다.그 후 그것은 고체 캐리어에 이미 노출된 5'-히드록시와 신속하게 친핵 대체 반응을 일으켜 아린산 트리에스테르 결합을 형성함으로써 새로운 뉴클레오티드를 연장되고 있는 과뉴클레오티드 체인에 추가했다.

3. 캡:

짝짓기 단계는 100% 유효하지 않으며, 항상 극소수의 체인의 5'-히드록시가 반응에 참여하지 않습니다.이러한 실패한 시퀀스가 닫히지 않으면 후속 루프에서 계속 반응에 참여하여 시퀀스가 누락된 부산물이 생성됩니다.

"캡" 단계는 두 가지 시약의 혼합액을 사용하여 반응하지 않는 5'-히드록시에 아세틸화 봉인을 진행하여 permanently를 비활성화시킨다."캡" 된 이러한 짧은 체인은 최종 순화 시 제거되어 최종 결과물의 시퀀스 정확성과 순도를 크게 향상시킵니다.

4. 산화:

이전 단계에서 우연으로 형성된 것은 불안정한 아린산 트리에스테르 결합으로 산에 쉽게 분해된다.이 단계는 요오드/물/피리딘의 혼합 용액을 통해 더 안정적인 인산 트리에스테르 결합으로 산화시켜 완전한 뉴클레오티드 첨가 순환을 완성한다.

그 후 기기는 자동으로 상술한"탈보호→우연→캡→산화"의 네 단계를 반복하여 각 순환에 새로운 뉴클레오티드를 추가하여 전체 목표 서열이 모두 합성될 때까지 한다.

　　2. 합성 후 처리

핵산 합성기가 체인의 조립을 완료한 후, 얻은 산물은 여전히 고체 캐리어에 연결되고 모든 기단이 보호되는 DNA 조제품이다.따라서 다음 작업이 필요합니다.

1.절단 및 탈보호: 짙은 암모니아 수용액 처리를 사용하여 합성된 과뉴클레오티드 사슬을 CPG 운반체에서 절단하는 한편 모든 염기의 보호 기단과 사슬 끝의 DMT 기단을 동시에 제거한다.

2.순화: 응용 수요에 따라 고효율 액상 크로마토그래피(HPLC) 또는 폴리아크릴아미드 겔전영(PAGE) 등을 통해 순화하여 실패 서열과 부산물을 제거하고 순도 높은 최종 제품을 얻을 수 있다.

　　3. 총화

핵산 합성기의 본질은 고도로 자동화된 정밀 유기화학 반응기이다.이는 복잡한 합성화학반응을 프로그래밍제어가 가능한 일련의 표준화절차로 분해하고 컴퓨터가 액체의 류속, 시약용량과 반응시간을 정확하게 통제함으로써 DNA/RNAoligonucleotide의 빠르고 높은 통량과 정확한 합성을 실현하였다.이 기술의 성숙과 보급은 유전자 편집, PCR 검사, 핵산 약물, DNA 저장 등 첨단 과학기술의 급속한 발전을 크게 추진했다.