DNA杂化水凝胶的构建及性能

doi:10.7503/cjcu20220761

高等学校化学学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (4): 20220761.doi: 10.7503/cjcu20220761

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DNA杂化水凝胶的构建及性能

张琦¹^,²^,³^,⁴, 孙锐¹^,²^,³^,⁴, 张瑜¹^,²^,³^,⁴, 李霞⁵(), 诸颖¹^,²^,³^,⁴

^1.中国科学院上海应用物理研究所, 中国科学院微观界面物理与探测重点实验室, 上海 201800
^2.中国科学院大学, 北京 100049
^3.中国科学院上海高等研究院基础交叉研究中心, 上海 201210
^4.张江实验室, 上海 201210
^5.聊城大学化学化工学院, 聊城 250059

收稿日期:2022-12-15 出版日期:2023-04-10 发布日期:2023-01-20
通讯作者: 李霞 E-mail:lixia@lcu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(82050005);上海市自然科学基金(22ZR1470600)

Construction and Properties of DNA Hybrid Hydrogels

ZHANG Qi¹^,²^,³^,⁴, SUN Rui¹^,²^,³^,⁴, ZHANG Yu¹^,²^,³^,⁴, LI Xia⁵(), ZHU Ying¹^,²^,³^,⁴

^1.CAS Key Laboratory of Interfacial Physics and Technology，Shanghai Institute of Applied Physics，Chinese Academy of Sciences，Shanghai 201800，China
^2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China
^3.The Interdisciplinary Research Center，Shanghai Advanced Research Institute，Chinese Academy of Sciences，Shanghai 201210，China
^4.Zhangjiang Laboratory，Shanghai 201210，China
^5.School of Chemistry and Chemical Engineering，Liaocheng University，Liaocheng 250059，China

Received:2022-12-15 Online:2023-04-10 Published:2023-01-20
Contact: LI Xia E-mail:lixia@lcu.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(82050005);the Natural Science Foundation of Shanghai, China(22ZR1470600)

摘要/Abstract

摘要：

以纯DNA水凝胶为主体, 引入3种不同类型的杂化因子, 依次对纯DNA水凝胶进行编码和结构改造, 制备了DNA杂化水凝胶. 研究了DNA杂化水凝胶的微观结构、机械性能和生物毒性. 结果表明, 二元编码因子(海藻酸钠/琼脂糖)DNA杂化水凝胶符合机械强度和生物安全效应双评价指标, 生物安全性优异, 且机械性能提高了3个数量级. 本文研究结果为DNA水凝胶的编程改造提供了新思路, 拓展了其在生物医学领域的应用.

关键词: DNA杂化水凝胶, 编码型, 双评价指标, 机械性能, 生物医学应用

Abstract:

DNA hybrid hydrogels based on pure DNA hydrogels were prepared by selecting three different hybrid factors to encode and restructure pure DNA hydrogels successively. The microstructure， mechanical properties and biological toxicity of DNA hybrid hydrogels were characterized. The results showed that the bivariate coding factor （sodium alginate/agarose） DNA hybrid hydrogels could meet the double evaluation indexes of mechanical strength and biological safety effect， with excellent biological safety， and improved mechanical properties by three orders of magnitude. The result of this work provides a new idea for programming DNA hydrogels， which expands its application in biomedical field.

Key words: DNA hybrid hydrogel, Encoding type, Double evaluation index, Mechanical property, Biomedical application

中图分类号:

O631

TrendMD:

张琦, 孙锐, 张瑜, 李霞, 诸颖. DNA杂化水凝胶的构建及性能. 高等学校化学学报, 2023, 44(4): 20220761.

ZHANG Qi, SUN Rui, ZHANG Yu, LI Xia, ZHU Ying. Construction and Properties of DNA Hybrid Hydrogels. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(4): 20220761.

图/表 6

Table 1 DNA sequences of DNA hydrogels used in this study

DNA strand	DNA sequence（5′ to 3′）	Number of bases（bps）
Y1	TGTTGATAGTCTAGAACATGAAAAGATTGGGATATAGTATAAGGAT	46
Y2	TGTTGATAGTCTAGAATCCTTATACTATATCCCACCTGACTCCTGAGGAGAAG	53
Y3	TGTTGATAGTCTAGACTTCTCCACCCCCCCAGGAGTCAGGTGCAATCTTTTCATGT	56
L1	TCTAGACTATCAACAACTAGATACATACAG	30
L2	TCTAGACTATCAACACTGTATGTATCTAGT	30
SA1	Acrydite⁃GCACCTTTGC	10
SA2	Acrydite⁃GTCAGAATGA	10
L3	TCATTCTGACGCAAAGGTGCGCTACACTTG	30

Fig.1 Young’s modulus(A), G′ and G″(B) and cytotoxicity(C) of DNA hydrogels(a, a, b) and HA/DNA hydrogels(b, c, d)HA concentration in HA/DNA hydrogels was 0.5 mg/mL.

Fig.2 SEM image of HA/DNA hydrogelsHA concentration in HA/DNA hydrogels was 0.5 mg/mL.

Fig.3 Properties of DNA crosslinked polyacrylamide gels(PAM/DNA hydrogels)（A） Schematic diagram of PAM/DNA hydrogels；（B） mechanical characterization of PAM/DNA hydrogels with 50%， 80% and 100% crosslinking；（C） cytotoxicity of DNA hydrogels（a） and PAM/DNA hydrogels（b）.

Fig.4 Properties of SAA/AE/DNA hydrogels（A） Schematic diagram of SAA/AE/DNA hydrogels；（B） SEM image of pure DNA hydrogels；（C） cytotoxicity of SAA/AE hydrogels（a） and SAA/AE/DNA hydrogels（b）［V（SAA）∶V（AE）=2∶1］；（D） mechanical characterization of SAA/AE/DNA hydrogels with different V（SAA）/V（AE）.

Fig.5 SEM images of sodium alginate gels(A), agarose gels(B) and SAA/AE/DNA hydrogels with V(SAA)/V(AE) of 2:1(C)

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