半導体チップ上でのDNA合成技術で新たな記録を達成 (Making DNA on a Semiconductor Chip)

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026-06-17 ハーバード大学

ハーバード大学ジョン・A・ポールソン工学・応用科学大学院(SEAS)の研究チームは、DNAを半導体チップのようなナノスケール製造基盤として利用する新たな技術を開発した。従来、DNAは遺伝情報を保存・伝達する分子として知られているが、本研究ではDNAが持つ自己組織化能力に着目し、分子レベルで精密な構造を形成する「設計可能な材料」として活用した。研究チームは、DNAオリガミ技術を用いて規則的なナノ構造を構築し、その上に電子材料や機能性分子を高精度に配置する手法を開発した。これにより、従来のフォトリソグラフィでは製造が難しい極微細な回路やデバイス構造を形成できる可能性が示された。シリコン半導体は微細化の限界が指摘されているが、DNAを利用したボトムアップ型製造は次世代半導体技術の有力な選択肢となる。また、量子デバイス、高感度バイオセンサー、医療診断チップ、高密度データ記録媒体など幅広い応用が期待されている。本研究は、生物学とナノエレクトロニクスを融合し、分子レベルで機能を設計できる新たなデバイス製造技術への道を開く成果として注目されている。

半導体チップ上でのDNA合成技術で新たな記録を達成 (Making DNA on a Semiconductor Chip)
A schematic of core steps in the enzymatic synthesis platform.

<関連情報>

半導体チップを用いた並列酵素DNA合成 Parallel enzymatic DNA synthesis using a semiconductor chip

Woo-Bin Jung,Han Sae Jung,Jun Wang,Henry Hinton,Seok Joo Kim,Yuchang Zhang,Suyue Chen,Young-Ha Hwang,Maxime Fournier,Manon Boul,Kevin Grosselin,Adrian Horgan,Xavier Godron,Robert Nicol & Donhee Ham
Nature Electronics  Published:17 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41928-026-01662-9

Abstract

Parallelized DNA synthesis across a dense array of sites is crucial to high-throughput synthetic biology and diagnostics and could potentially be used for DNA-based data storage. Phosphoramidite synthesis can achieve substantial parallelism but relies on harmful solvents and centralized facilities. Enzymatic DNA synthesis in mild aqueous solution is safer and could be more accessible, but parallel demonstrations remain modest at an early stage. Here we show that a complementary metal–oxide–semiconductor chip can be used to perform parallel enzymatic DNA synthesis of up to 64 distinct 38–39-nucleotide sequences (10–11-nucleotide feature sequences). The chip controls an array of 256 ring-electrode pairs (each one a programmable synthesis site) that can create an arbitrary pattern of localized acidity to enable DNA deprotection and subsequent enzymatic nucleotide incorporation. We also illustrate the potential of this parallel synthesis for data storage by encoding a 169-byte text. Our mechanistic analysis shows that shifting from an indirect to a direct local-acid chemistry route could lead to higher-throughput enzymatic synthesis that can scale with the complementary metal–oxide–semiconductor chip.

生物工学一般
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