[发明专利]一种磁性DNA水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磁性脱氧核糖核酸(DNA)水凝胶及其制备方法，制备方法为：(1)长单链DNA的合成；(2)表面修饰有DNA引物的复合磁性纳米颗粒的合成；(3)向步骤(1)体系里加入复合磁性纳米颗粒，得到DNA磁性水凝胶。本发明的DNA磁性水凝胶，具有磁导向功能，能够在外加磁场下实现各种复杂的运动；更重要的是，这种磁性DNA水凝胶具有一种被动的形状适应性，能够很好地应对不规则、复杂的外部环境。制备水凝胶的过程简单、方便。这种材料具有较好的生物相容性，能够应用于组织工程、医用敷料、药物缓释(吸附)等领域。

技术领域

本发明属于脱氧核糖核酸(DNA)材料功能化制备及应用领域，涉及一种磁性DNA水凝胶及其制备方法。

背景技术

近年来，微机器人在生物诊断、药物输送、微创手术等医学领域显示出潜在价值。微型机器人的小尺寸(从毫米到微米)使它们能够在狭窄的空间内完成一些复杂的动作，并有可能进入人体深处。然而，传统的硬体机器人通常具有较低的灵活性和较高的机械强度，阻碍了微型机器人在动态非结构化环境中的应用。为了降低微型机器人与环境交互的复杂性，科学家们将更多的目光投向了软材料的合成，从而赋予机器人在运动过程中更多的形状自由。现有的软材料包括电活性聚合物、形状记忆材料、热响应弹性体和水凝胶。在这些软材料中，水凝胶具有与细胞外基质相似的高含水量和三维网络结构的特性，在医学应用方面具有天然优势。然而，尽管对水凝胶的研究非常广泛，但对于具有形状适应性的水凝胶的制备却相对较少。

滚环扩增技术(rolling circle amplification，RCA)是在1998年发明应用的一种核酸扩增技术。根据其扩增效率的不同可分为“线性RCA”和“指数RCA”。线性RCA也被称为单引物RCA。线性RCA在扩增反应的过程中，引物首先与单链环状DNA结合，在DNA聚合酶的作用下，以单链环状DNA为模板，合成新的与其互补的DNA链。完成一圈后，DNA聚合酶再次到达引物与模板的结合位点，其链置换功能发生作用将已合成的引物延伸链替换下来，重复之前的合成过程，从而合成周期性重复的DNA片段。指数RCA技术的原理与线性RCA相同，在线性RCA的基础上，再增加一条与环状DNA序列完全一致的引物，该引物和第一次线性RCA产物的部分序列互补并酶促延伸，同时置换掉下游杂交到扩增产物上其他拷贝段的引物，之后被置换掉的延伸产物又可以作为第一条引物的模板进行扩增，这样一来，扩增产物量在很短的时间内呈指数递增。一般来说，线性扩增的效率为10⁵，指数扩增的效率为10⁹[1]。

之前已有文献报道通过滚环扩增技术形成DNA水凝胶[2]。这种水凝胶被报道具有一种有趣的力学性质，即在水中呈固态，在空气中呈液态，可以轻易地被注入直径只有几毫米的管道中。这种特性使RCA水凝胶具有形状自适应的潜力。但是，已有的研究中很少有对这种DNA水凝胶的性状的展示，这是因为纯RCA水凝胶的弹性模量极低，在实际应用中的可操控性不强。

参考文献：

1.Ali,M.M.,et al.,Rolling circle amplification:a versatile tool forchemical biology,materials science and medicine.Chemical Society Reviews,2014.43(10):p.3324-3341.

2.Lee,J.B.,et al.,A mechanical metamaterial made from a DNAhydrogel.Nature Nanotechnology,2012.7(12):p.816.

3.Hu,W.,et al.,Small-scale soft-bodied robot with multimodallocomotion.Nature,2018.554(7690):p.81-85.

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种磁性DNA水凝胶。