4月16日，在位於江蘇常州的華大標準化高通量DNA合成公共服務平台的設備中，數以百萬計的基因序列正在合成。根據設備程序中的“藍圖”，微芯片按次序“揀選”A、T、C、G等不同鹼基（基因組成的最小單元），並將其串聯起來。

“依託華大集團自主研發的全國產化高通量合成儀，公共平台每年能合成超百億量級的鹼基。”華大生命科學研究院合成生物學首席科學家沈玥向科技日報記者介紹，這個量級在過去是不可想象的，2011年以手工方式合成一條約100萬個鹼基的酵母染色體需要數年。

高通量DNA合成設備被譽為合成生物學的“工業母機”，直接決定我國生物製造產業能否從實驗室走向工業化。“十五五”規劃綱要不僅將生物製造列為新的經濟增長點之一，還提出推動該領域關鍵核心技術攻關取得決定性突破。

在“十五五”開局之年，華大合成生物學團隊積極開展自主研發技術與裝備的落地應用，以精準高效的基因合成賦能萬億級生物製造新興產業。

另闢蹊徑，實現DNA序列自動高效合成

為破解DNA合成主流技術被發達國家壟斷的困局，2017年，華大合成生物學團隊開啟源頭創新，自主研發DNA合成技術。

“當時主流的技術是‘固相載體不動、液相試劑流動’，基於噴墨打印、電化學、光化學、微流控等技術結合而成點陣式芯片，在該芯片表面合成多種DNA短片段。”沈玥說，這樣的合成有點像“亂燉”，所產生的DNA短片段質量參差不齊且量少，用標準單位來衡量只能達到飛摩爾（10-15摩爾），嚴重影響後續長片段組裝的成功率。

讓芯片在每一步一心一意做一件事情，不僅能夠提高合成精度，還能提高產量。但問題是，只有芯片“混合”工作，才能滿足高通量的需求。

如何既分開合成又實現高通量？“‘既要又要’的目標，往往意味着全新實現路徑的支撐。”沈玥回憶，團隊在研發初期遇到瓶頸時，華大集團董事長、聯合創始人汪建凌晨3點打電話和她隔空討論，建議讓本來被固定的部分循環起來。

“固相芯片充當載體作用，是不能移動的；如果讓它移動起來，就要把它變小，而且能實現可追蹤。”沈玥說，團隊將一張芯片分為一個個獨立的、毫米級的微芯片，在每個微芯片上專注完成一個合成指令。

“移動可行的背後是能夠進行身份的識別、追蹤。”沈玥解釋，團隊在芯片表面裝上專屬識別碼，系統能夠快速判斷它下一步應該去哪裏合成，便通過傳送帶將其精準送往對應的工作崗位，一步完成後再接續下一輪合成。

獨創的技術路線像把“亂燉”裡的菜分開“清炒”，每一種按照圖紙獲得的DNA短片段都能更精準合成且產量更高，自動化合成的單條DNA序列產量直接增長几十萬倍，提升至納摩爾（10-9摩爾）級。這個濃度可以直接用於下游基因的組裝，無需再進行PCR（聚合酶鏈式反應）擴增，大幅提升組裝效率。

這一“從0到1”的原創性突破，帶來了顛覆性的性能飛躍，有效破解了制約我國生物製造產業規模化發展的核心難題。

成本銳減，助推“科研奢侈品”向“工業原料”轉化

技術路徑在原型機中走通後，團隊不斷打磨，讓機器從“能用”變成“好用”。

“溫度、濕度、試劑配比等關鍵參數達到最優化耗時耗力，由於沒有經驗可以借鑑，我們只能進行大量的參數固定化優化和摸索。”沈玥說，固定化就像“快餐”標準流程，一旦獲得最穩定、產率最高的黃金參數組合，就會大大提升產出效率。

2024年，華大依託自主研發的全國產化高通量合成儀，在常州建成國內首個核心工具完全自主可控的高通量DNA合成公共服務平台。

“‘黑燈工廠’在製造業落地推廣，我們的生物製造平台也順應數字化、智能化趨勢，集成了智能化設計軟件、自動化合成工作站、閉環質量控制等智能化基礎設施，實現了從引物合成到長片段基因組裝的全流程無人值守、自動化運行。”沈玥說。

基於華大原創的微芯片大規模並行合成（mMPS）技術，單鹼基合成成本降低約70%。成本的銳減，讓DNA合成邁出了從“科研奢侈品”向“工業原料”轉化的第一步。

2025年，工業和信息化部發布的《人工智能在生物製造領域典型應用案例名單（第一批）》中，基於該平台支撐的“蛋白質智能預測改造技術”入選。

中國科學院院士元英進評價，結合人工智能與自動化系統，mMPS技術將推動合成生物學在生物製造、醫療健康等領域的深度融合與產業落地。

在工業生物製造領域，基因合成技術讓工業菌株與關鍵酶的改造無需等待自然傳代，將週期從數月壓縮至數週。基因合成改造出的高效“細胞工廠”可利用秸稈、葡萄糖等可再生原料，在常溫常壓下高效生產可降解塑料、生物燃料、精細化工品等，形成萬億級新興產業。

“十五五”時期是我國生物製造產業發展的關鍵戰略機遇期。華大集團通過顛覆性的技術攻關，實現了合成生物學“工業母機”的自主可控，並構建了“裝備—平台—應用”創新體系，為我國生物製造產業全鏈條培育及創新發展築牢了“硬核”技術底座。