核酸合成装置は現代分子生物学、ゲノム学及び生物医薬研究開発の核心装備であり、それは体外で特定の配列のDNA又はRNAoligonucleotide（オリゴヌクレオチド）を効率的、正確に合成することができる。その技術原理は固相合成技術、有機化学と精密自動化制御を融合し、生命遺伝暗号の「オンデマンド作成」を実現した。

　　一、核心原理：固相リン酸イミン化学法

現在主流の核酸合成技術はすべて固相合成原理に基づいており、その核心はリン酸イミン化学法である。この方法は効率的で高収率で自動化しやすいという特徴があり、初期のリン酸ジエステル法とリン酸トリエステル法に取って代わった。全体の合成過程は器具の合成カラム内で行われ、目標チェーンの合成方向は3'端から5'端に向かっている。

合成のサイクルには主に4つの基本ステップがあります。

1.脱保護：

固相担体に共有結合して始まる最初のヌクレオチドを合成する。ヌクレオチドの5′−ヒドロキシル基は保護基によって閉鎖される。循環の最初のステップは、合成カラムを酸溶液で洗浄し、最初のヌクレオチド5'端のDMT保護基を除去し、活性な5'-ヒドロキシル基を暴露し、次のカップリング反応に備えることである。脱着したDMTカチオンはオレンジ色を呈し、光度法によりオンラインで合成効率を監視することができる。

2.活性化とカップリング：

次に、機器は、結合される次のヌクレオチドモノマーと活性剤を同時に合成カラムにポンプする。ヌクレオチドモノマー自体は高度に活性化され、その3'端はリン酸イミン基によって保護され、5'端はDMTによって保護され、塩基にも対応する保護基がある。

活性化剤は、ヌクレオチドモノマーの3'リン酸イミン基を活性化させ、良好な求電試薬にする。その後、固相担体に暴露された5′−ヒドロキシル基と速やかに求核置換反応を起こし、延長されているオリゴヌクレオチド鎖に新しいヌクレオチドを加えるためのトリホスファイト結合を形成する。

3.キャップ：

カップリング工程は100%有効ではなく、全鎖のごく少数の5′−ヒドロキシル基が反応に関与しなかった。これらの失敗した配列が閉鎖されなければ、その後のサイクルで反応に関与し続け、欠落した配列の副生成物が生成される。

「キャップ」工程では、2種類の試薬の混合液を用いて未反応の5′−ヒドロキシル基をアセチル化キャップし、permanentlyを失活させる。これらの「キャップ」された短鎖は、最終精製時に除去され、最終生成物の配列の正確性と純度を大幅に高めることができる。

4.酸化：

前回のカップリングで形成されたのは不安定な亜リン酸トリエステル結合で、酸に分解されやすい。本工程はヨウ素/水/ピリジンの混合溶液を通して、それをより安定なリン酸トリエステル結合に酸化して、それによって完全なヌクレオチド添加サイクルを完成する。

その後、機器は自動的に上記の「脱保護→カップリング→キャップ→酸化」の4つのステップを繰り返し、各サイクルに新しいヌクレオチドを追加し、全標的配列がすべて合成されるまで。

　　二、合成後処理

核酸合成装置が鎖の組み立てを完了した後も、得られた生成物は固相担体に結合され、すべての基が保護されたDNA粗製品であった。したがって、次の処理が必要です。

1.切断と脱保護：合成オリゴヌクレオチド鎖をCPG担体から切断する一方、すべての塩基上の保護基と鎖末端のDMT基を同時に除去するために、濃縮アンモニア水溶液を用いて処理する。

2.精製：応用ニーズに応じて、高効率液体クロマトグラフィー（HPLC）またはポリアクリルアミドゲル電気泳動（PAGE）などにより精製し、失敗配列と副生成物を除去し、高純度の最終製品を得ることができる。

　　三、まとめ

核酸合成装置の本質は高度に自動化された精密有機化学反応器である。それは複雑な合成化学反応を一連のプログラム可能な制御の標準化ステップに分解し、コンピュータによって液体の流速、試薬の使用量と反応時間を正確に制御することによって、DNA/RNA A A oligonucleotideの迅速、高フラックス、正確な合成を実現した。この技術の成熟と普及は、遺伝子編集、PCR検査、核酸薬物、DNA記憶などの最先端技術の急速な発展を大きく推進した。