一种具有大孔结构的高强度DNA水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术的一种具有大孔结构的高强度响应性DNA水凝胶的制备方法为在冷冻条件下聚合物单体和5’端有修饰基的DNA链被浓缩到冰晶周围的微液相中，在引发剂的作用下进行聚合，即通过DNA修饰基和聚合物单体之间的聚合反应，将DNA接枝到聚合物链上；由于DNA链之间具有相互作用，可以将两条或多条DNA链连接到一起，因此DNA充当交联单元的角色将聚合物链连接成为聚合物网络，从而形成DNA水凝胶；而冰晶则充当致孔剂的角色，反应完成后升高温度使冰晶融化留下相互连接的大孔结构；该过程将冷冻聚合的方法引入到DNA水凝胶制备当中，所得DNA水凝胶机械性能好，响应速度快，拓宽了DNA水凝胶的应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种具有大孔结构的高强度DNA水凝胶的制备方法
本专利技术属于DNA水凝胶
，尤其涉及一种具有大孔结构的高强度DNA水凝胶的制备方法。
技术介绍
水凝胶是一类由具有三维交联网络结构的亲水性材料结合水分子后形成的固态材料，因其含水量高、生物相容性好、可作为多种物质载体等优点，因而被广泛应用于药物传递，组织工程，生物传感等领域。其中以DNA作为交联单元可以制备具有三维网络结构的DNA水凝胶。由于DNA序列具有可编码性，设计DNA序列可使其对外界刺激，如离子强度、pH和温度等做出响应，从而改变DNA水凝胶的性质，使得水凝胶向“智能型”方向发展，使其在新型生物医药和生物材料等方面的应用受到更多关注。根据DNA水凝胶的组成不同，可将其分为两类：DNA-共聚物水凝胶和纯DNA水凝胶。1996年Nagahara和Matsuda首次报道制备了DNA-共聚物水凝胶。2006年，LuoDan课题组首次利用DNA分子制备出纯DNA水凝胶。目前，DNA水凝胶在生化传感、药物递送和组织工程等领域得到了一定的应用。然而，由于块体DNA水凝胶响应速度缓慢和DNA水凝胶天然的强度较差的缺点，使得其在生化传感，药物递送，组织工程等方面的应用中受到了极大的限制。因此提升DNA水凝胶的响应速度，提高DNA水凝胶的强度，是当前DNA水凝胶研究领域的重要科学问题。为提高DNA水凝胶的响应速度，增强DNA水凝胶机械强度，通常采用以下几种方法：1.缩小DNA水凝胶的尺寸至微米甚至纳米级，制备DNA微凝胶以此来提升对外界刺激的响应速度；2.将黏土颗粒，二氧化钛，二氧化硅，碳纳米管，石墨烯等无机材料填充或键合到水凝胶网络中，以此来制备具有良好力学性能的DNA水凝胶；3.通过制备具有互穿型双网络结构的DNA水凝胶，以此来提高其机械强度。以上这些方法虽然可以有效地提升DNA水凝胶的响应速度或机械性能，但是往往需要添加额外的添加剂，并且不能同时对响应速度和机械性能进行提升。
技术实现思路
本专利技术提供一种具有大孔结构的高强度DNA水凝胶的制备方法，该大孔DNA水凝胶相较于传统方法制备的DNA水凝胶具备更灵敏的响应性和更高的机械性能。一种具有大孔结构的高强度DNA水凝胶的制备方法，至少包括如下步骤：(1)在缓冲溶液中加入聚合物单体溶液和5’端有修饰基的DNA溶液，之后加入引发剂在冷冻条件下进行聚合反应，形成带有冰晶的聚合物网络；(2)升高温度使冰晶融化，形成大孔径DNA水凝胶。进一步，聚合物单体在缓冲溶液中的质量分数为0.5％-3％。进一步，DNA在缓冲溶液中的浓度为0.5-2mM/L。进一步，步骤(1)的冷冻温度为-10℃至-40℃。进一步，步骤(2)的温度为4-25℃。进一步，所述聚合物单体为丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺等含有乙烯基的烯类单体。进一步，所用DNA序列为人工合成DNA，序列可按照使用目的进行编码，通过编码序列可使DNA水凝胶具有对温度、pH和离子强度等环境变化的响应功能，和对离子、小分子、核酸和酶等物质的识别和催化等功能。进一步，所述引发剂为APS、TEMED中的一种或几种。本专利技术的有益效果：本专利技术的DNA水凝胶制备过程为，在冷冻条件下，溶液中的水形成冰晶，聚合物单体和5’端有修饰基的DNA链被浓缩到冰晶周围的微液相中，在引发剂的作用下进行聚合，即通过DNA修饰基和聚合物单体之间的聚合反应，将DNA接枝到聚合物链上；由于DNA链之间具有相互作用，可以将两条或多条DNA链连接到一起，因此DNA充当交联单元的角色将聚合物链连接成为聚合物网络，从而形成DNA水凝胶；而冰晶则充当致孔剂的角色，反应完成后升高温度使冰晶融化留下相互连接的大孔结构；该过程将冷冻聚合的方法引入到DNA水凝胶制备当中，所得DNA水凝胶具有相互连接的大孔结构，该DNA水凝胶机械性能好，对外界响应速度快，拓宽了DNA水凝胶的应用领域。附图说明图1为本专利技术制备的大孔DNA水凝胶的照片；图2为本专利技术实施例1制备的大孔DNA水凝胶与实施例3中传统方法制备的DNA水凝胶的微观对比图；图3为本专利技术实施例1制备的大孔DNA水凝胶与实施例3中传统方法制备的DNA水凝胶用GenGreen染料染色后的的共聚焦显微镜图片；图4为本专利技术实施例1制备的大孔DNA水凝胶与实施例3中传统方法制备的DNA水凝胶的流变对比图；图5为本专利技术实施例1、实施例2制备的大孔DNA水凝胶的流变对比图；图6为本专利技术实施例1制备的大孔DNA水凝胶与实施例3中传统方法制备的DNA水凝胶的酶切动力学对比图；图7为本专利技术实施例6制备的具有大孔结构的温敏性DNA水凝胶的温度响应循环图。图8为本专利技术实施例6制备的具有大孔结构的温敏性DNA水凝胶和实施例7制备的传统温敏性DNA水凝胶的温度响应速度对比图，每个图片中的左侧为具有大孔结构的温敏性DNA水凝胶，右侧为传统温敏性DNA水凝胶。图9为实施例4制备的大孔DNA水凝胶和实施例8制备的传统DNA水凝胶的流变学对比图。具体实施方式除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本专利技术所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下面结合实施例来详细说明本专利技术。一、实验部分实施例1一种具有大孔结构DNA水凝胶的制备方法如下：在pH为8.0的10mM/LTris-HCl，50mM/LMgCl2的缓冲溶液中加入终浓度为2％的丙烯酰胺溶液，终浓度为1mM/L的DNA(1)溶液，将反应溶液用N2进行除氧5min，除氧完成后加入终浓度为0.4％的APS和终浓度为0.2％的TEMED，之后将装有反应溶液的PCR管快速置于-20℃的条件下，使聚合反应在低温下进行。聚合反应完成后，将冷冻凝胶置于4℃条件下解冻使得冰晶融解，得到具有大孔结构的DNA水凝胶，用缓冲溶液对得到的DNA水凝胶进行浸泡去除未反应单体和引发剂。实施例2一种具有大孔结构DNA水凝胶的制备方法如下：在pH为8.0的10mM/LTris-HCl，50mM/LMgCl2的缓冲溶液中加入终浓度为2％的丙烯酰胺溶液，终浓度为1mM/L的DNA(1)溶液，将反应溶液用N2进行除氧5min，除氧完成后加入终浓度为0.4％的APS和终浓度为0.2％的TEMED，之后将装有反应溶液的PCR管快速置于-40℃的条件下，使聚合反应在低温下进行。聚合反应完成后，将冷冻凝胶置于4℃条件下解冻使得冰晶融解，得到具有大孔结构的DNA水凝胶，用缓冲溶液对的得到的DNA水凝胶进行浸泡去除未反应单体和引发剂。实施例3传统DNA水凝胶的制备在pH为8.0的10mM/LTris-HCl，50mM/LMgCl2的缓冲溶液中加入终浓度为2％的丙烯酰胺溶液，终浓度为1mM/L的DNA本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有大孔结构的高强度DNA水凝胶的制备方法，其特征在于，至少包括如下步骤：/n(1)在缓冲溶液中加入聚合物单体溶液和5’端有修饰基的DNA溶液，之后加入引发剂在冷冻条件下进行聚合反应，形成带有冰晶的聚合物网络；/n(2)升高温度使冰晶融化，形成大孔径DNA水凝胶。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有大孔结构的高强度DNA水凝胶的制备方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
(1)在缓冲溶液中加入聚合物单体溶液和5’端有修饰基的DNA溶液，之后加入引发剂在冷冻条件下进行聚合反应，形成带有冰晶的聚合物网络；
(2)升高温度使冰晶融化，形成大孔径DNA水凝胶。


2.根据权利要求1所述的一种具有大孔结构的高强度DNA水凝胶的制备方法，其特征在于，聚合物单体在缓冲溶液中的质量分数为0.5％-3％。


3.根据权利要求1所述的一种具有大孔结构的高强度DNA水凝胶的制备方法，其特征在于，DNA在缓冲溶液中的浓度为0.5-2mM/L。


4.根据权利要求1所述的一种具有大孔结构的高强度DNA水凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭玮炜，杜晓雪，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12