《德国应用化学》“异相聚合”制备DNA智能水凝胶及其图案化

DNA水凝胶是一种新型的生物大分子功能材料，含水量可达到90%以上，通常由人工合成或天然提取的DNA作为原料，进行三维交联形成空间网络而成。由于DNA本身为生物大分子，形成水凝胶后将具有很好的生物相容性。而DNA所具有的智能响应性将使其有别于普通化学水凝胶，实现水凝胶的“智能化”，有可能在下一代药物载体、组织工程、智能器件等方面起到重要作用。

通常的DNA水凝胶制备采用“均相聚合”思路，即通过成胶组分在均相中交联制得，与普通材料的制备思路无异，难以充分体现DNA分子的可编程性，也导致凝胶形成过程的可控性差。近日，中科院上海应用物理所物理生物学研究室的博士生王建榜在研究员柳华杰、樊春海等指导下，提出一种定点定时“异相聚合”的新思路，使DNA三维凝胶网络在可控有序过程中逐步形成，实现从源头和内部控制凝胶化反应。

他们发展了一种新型的“钳式杂交链式反应”原理，通过定点定时加入少量DNA引发链，激活成胶溶液中的亚稳态发卡型DNA分子，启动链式反应并实现HCR由一维线性向三维网络交联转变，最终形成稳定的DNA水凝胶。研究表明，在新方法中DNA凝胶化将起始于HCR反应引发剂的加入，并通过后续的级联反应逐步形成网络并加强。这与“均相聚合”中各种原料同时交联是截然不同的。因而，在相同DNA用量的条件下，使用新方法获得的DNA水凝胶具有目前为止最高的结构强度。

这一新方法为构建复杂的凝胶图案提供了全新的解决方案，并从理念上改变了传统上依赖模具制备特定形状材料的思路。他们首先通过“打印”将凝胶化引发剂固定在基底上，通过在界面预设的图案诱导后续的凝胶化反应，形成所需的凝胶图案。该工作为发展DNA智能材料提供了新的思路，并在检测传感、生化医药、催化等领域具有很好的应用前景，有望结合3D打印技术，实现智能器件的构建。这一成果近期发表于Angew. Chem. Int. Ed. 上。

参考文献：

Wang J, Chao J, Liu H, et al. Clamped Hybridization Chain Reactions for the Self-Assembly of Patterned DNA Hydrogels.[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2017, 56(8):2171.

链接：

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201610125/full

来源：X-mol

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