[发明专利]一种非天然核酸水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种非天然核酸水凝胶及其制备方法与应用，属于生物材料技术领域。本发明方法操作如下：在聚合酶链式反应体系中掺入可配对的、碱基部分的5号位含炔丙胺基修饰的人工核苷酸，制备得到部分碱基上含氨基连接臂的核酸片段，先与点击化学接头反应，再分别与5'端含相应基团的引物进行点击化学反应，得到“毛刷”引物，最后以含有目的片段的核酸片段或质粒为模板，通过“毛刷”引物进行PCR扩增，扩增产物浓缩后高温退火，即可。本发明提供的方法简易、普适性高，所得水凝胶可以保护功能DNA使其不易在血清中降解，不仅克服了传统DNA水凝胶的缺点，而且具有较高稳定性、交联程度可控以及携带遗传信息等优点，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种非天然核酸水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

水凝胶是一种常见的材料，其中部分水凝胶具有良好的生物相容性、可调节的生物降解性和可控的机械性能，在化学和生物医学工程领域具有重要的应用价值。随着水凝胶领域研究的深入，更加精准的合成方法、更灵敏的刺激响应性以及更丰富的功能性已经成为新型应用型水凝胶开发过程中的主要研究方向和目标。

DNA是生命系统的核心遗传物质，引导生物发育和生命机能运作。从材料化学角度，DNA是一种天然的生物高分子，具有合成高分子无法比拟的特点。例如：碱基互补配对特性使DNA具有精准、高效的自组装能力；DNA序列多样可调，结构精准可控，具有丰富的刺激响应性；自然进化赋予生物体丰富多样的生物酶，可在分子水平对DNA进行精准操作；DNA具有良好的生物相容性和生物可降解性。

近年来，科学家将DNA作为构筑基元合成多种DNA功能高分子材料。其中，DNA水凝胶是一类重要的DNA材料，是以DNA为结构基元构筑的三维高分子网络，近年来蓬勃发展。DNA水凝胶既利用了水凝胶的骨架结构，也保留了DNA的生物功能，实现了水凝胶材料结构与功能的完美融合，在生物传感器、药物递送、细胞培养、蛋白质合成、智能器件、环境保护等领域表现出广泛的应用前景。

目前已经报道了若干制备DNA水凝胶的方法。例如，通过控制酶或pH将预先形成的DNA结构单元(X、Y、T型DNA)与互补的DNA链相互作用。也可以通过使用Y形DNA引物的PCR扩增或多引物滚环复制制备DNA水凝胶。但是，这些水凝胶是通过碱基之间的氢键结合而形成的，稳定性低，序列需要特殊的设计，并且很多性质(如疏密程度、机械性能等等)的可控性有限，极大地限制了DNA水凝胶的推广应用。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种非天然核酸水凝胶的制备方法，这是一种利用非天然核酸骨架高效制备具有更加优良性质的核酸水凝胶的制备方法。

本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的非天然核酸水凝胶。

本发明的再一目的在于提供上述非天然核酸水凝胶的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种非天然核酸水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)上下游“毛刷”引物的制备：

a.在聚合酶链式反应体系中掺入可配对的、碱基部分的5号位含炔丙胺基修饰的人工核苷酸，制备得到部分碱基上含氨基连接臂的核酸片段；

b.将步骤a所得核酸片段与点击化学接头反应，在核酸片段部分核苷酸上修饰接头；

c.根据目的片段的序列设计并合成上、下游引物，并将上、下游引物5'端修饰能与接头发生点击化学反应的基团；

d.将步骤b所得部分核苷酸上含接头的核酸片段，分别与步骤c所得5'端含修饰基团的上、下游引物进行点击化学反应，得到上、下游“毛刷”引物；

(2)非天然核酸水凝胶的制备：