北海道大学
(上图)星形聚合物DNA凝胶(左)在温度升高到70℃以上(中图)时液化，当温度下降到25℃时恢复成凝胶(右图)
(下图)在紫外光下，星形聚合物-DNA-凝胶发出绿色荧光(左图，右图)，但液化后不发荧光(照片:李翔)
信用:李翔 日本科学家通过使用互补的DNA链将星形聚合物分子连接在一起，制成了一种可调、有弹性且对温度敏感的凝胶
这种凝胶以及开发它的方法可能会导致组织再生、药物输送和软机器人技术的进步
北海道大学的李翔领导的研究小组在《聚合物科学》杂志上报告了他们的发现
科学家们长期以来一直在寻找更好的方法来开发可用于各种应用的凝胶，包括在医学和工程领域
理想情况下，这种凝胶的行为需要是可预测的，能够自我修复，并且足够耐用，能够满足苛刻的工作要求
“凝胶是用化学键将聚合物分子连接在一起制成的，”李解释说
“当化学键连接在一起时，材料更加坚固，当它们因压力而断裂时，材料就会变成液体
" 由于其高度的生物相容性、水溶性和温度敏感性，DNA链通过利用其形成互补键的能力将非常适合于连接聚合物分子
然而，到目前为止，科学家们发现很难使用DNA连接来开发具有按需弹性的同质凝胶
为了解决这个问题，李和他的同事使用软件程序模拟不同DNA序列及其互补链的形成，并确定这些双链如何对温度变化做出反应
他们的目的是确定互补的DNA序列，这些序列只有在63℃以上才会断开，以确保潜在的凝胶在人体内的稳定性
星形聚合物-DNA凝胶由互补的DNA链(红色和蓝色)组成，连接到一种叫做聚乙二醇(PEG，黑色)的分子上
在较低的温度下，DNA链形成互补键，形成凝胶；随着温度的升高，互补键断裂，凝胶液化
鸣谢:Masashi Ohira等人，高级材料，2022年1月16日 基于软件模拟，他们选择了一对互补的DNA序列来连接聚乙二醇(PEG)的四臂分子
他们通过将DNA链和PEG分别溶解在缓冲溶液中来制备凝胶，然后将它们混合在浸入热水浴的试管中，然后冷却到环境温度
最后，他们进行了一系列的实验和分析来评估凝胶的性能
凝胶如模拟预测的那样发挥作用，在多个测试循环中保持弹性、自修复和固态，直到其熔化温度为63℃
实验还表明，PEG分子通过DNA双链均匀地连接在一起，当双链分离时会形成液体
“我们的发现表明，通过利用现有的DNA热力学和动力学数据，我们将能够制造具有按需粘弹性的DNA凝胶，”李说
“我们的目标是提高对这类凝胶的理解和应用
"
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