[发明专利]功能性DNA凝胶的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种功能性DNA凝胶的制备方法及应用。针对现有的功能性核酸的固定需要对DNA进行修饰，提升了固定成本、化学反应固定降低了功能性等问题，将功能性环状DNA与凝胶单体溶液混合，并加入引发剂和促凝剂进行交联聚合反应，反应过程中凝胶单体穿过所述功能性环状DNA聚合成为长链继而交联成为网状结构，使功能性环状DNA以悬挂固定的形式富集于网状结构上，得到功能性DNA凝胶；所述功能性环状DNA为含有功能性核酸序列的环状DNA。本发明将功能性环状DNA固定于凝胶的网络结构上，无需化学修饰的，制备方法简单，可用于溶液中重金属离子、毒素、兽药农药等污染物的高效特异性脱除及溶液中小分子核酸的富集。

技术领域

本发明涉及一种功能性DNA凝胶的制备方法及应用。

背景技术

核酸作为遗传信息存储及转移的载体，不仅可以作为生物遗传的物质基础，又以其可编程性、功能多样性、生物可降解性等特点，在生物材料的构建中表现出巨大的应用潜力。功能性核酸，是指有特殊功能的核酸序列，比如具备与配体特异结合的能力、催化活性等。适配体、脱氧核酶、修饰核酸、发光核酸、核糖开关等都可称为功能性核酸(许文涛,杨敏,朱龙佼,等.功能核酸概念的内涵与外延[J].生物技术进展,2021,11(4):446)。实现功能性核酸的固定更利于其功能的发挥，包括用于重金属、毒素等有害物质的脱除以及其他小分子的富集等。

目前功能性核酸的固定大多依赖于将核酸修饰后与载体相连。如Hu等人使用CNBr(溴化氰)活化的琼脂糖来固定5’-氨基修饰的DNA适配体，以此开发了一种新型的适配体色谱柱，可用于去除饮用水中的痕量药物(Hu X,Mu L,Zhou Q,et al.Ssdna aptamer-basedcolumn for simultaneous removal of nanogram per liter level of illicit andanalgesic pharmaceuticals in drinking water[J].Environmental ScienceTechnology,2011,45(11):4890)。Romero-Reyes等人开发了一种适配体功能化的膜，膜中的聚甲基丙烯酸(PMAA)羧酸官能团可连接胺官能化的适配体，该膜可从水中去除小分子污染物双酚A(Romero-Reyes M A,Heemstra J M.Small-molecule sequestration usingaptamer-functionalized membranes[J].ACS Materials Letters,2019,1(5):568-572)。固定后的功能性核酸易于从样品中分离，在吸附、富集、检测等方面有广泛的应用前景。但将功能性核酸进行修饰这一步骤，提升了固定成本也使得操作步骤更为繁琐。

将核酸直接制备为凝胶可以实现无修饰核酸的固定，Luo等人在连接酶的连接作用下利用粘性末端相连以形成聚合物的方法进行DNA凝胶的制备，实现了DNA由分散溶液到聚合物固体的转变(Um SH,Lee JB,Park N,et al.Enzyme-catalysed assembly of DNAhydrogel[J].Nat Mater.2006；5(10):797-801)，但DNA的使用量达到了毫摩尔，成本较高且所制备凝胶的机械性能较差。Li等人在冷冻浓缩条件下，利用碱基与丙烯酰胺间的加成反应，实现DNA于聚丙烯酰胺凝胶中的固定，并利用制备的凝胶进行了铅离子吸附的功能性验证(Li Y,Gao H,Qi Z,et al.Freezing-Assisted Conjugation of UnmodifiedDiblock DNA to Hydrogel Nanoparticles and Monoliths for DNA and Hg²⁺Sensing[J].Angewandte Chemie,2021,133(23):13095-13101)。该方法不经化学修饰，但反应条件却极为苛刻，且化学反应对碱基造成了一定的损伤，降低了DNA的利用效率。

发明内容