DNA水凝膠三維打印相關(guān)研究被Nature雜志報(bào)道
水凝膠因其高含水量和類(lèi)似于細(xì)胞外基質(zhì)的特點(diǎn)，是三維組織打印和人工器官制備的首選基材，也因此成為化學(xué)、材料和生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。但凝膠的細(xì)胞相容性、力學(xué)強(qiáng)度、通透性等一直是其中的挑戰(zhàn)性問(wèn)題。
2009年，清華大學(xué)化學(xué)系劉冬生領(lǐng)導(dǎo)的科研小組首次報(bào)道了一種完全基于DNA組裝的超分子水凝膠，具有快速的pH值響應(yīng)性、優(yōu)異的小分子通透性，較高的力學(xué)強(qiáng)度以及不溶漲等特點(diǎn)（Angew. Chem., Int. Ed.2009,48, 7660-7663），受到了廣泛關(guān)注并被NPG Asia Materials網(wǎng)站作為研究亮點(diǎn)報(bào)道(http://www.nature.com/am/journal/v2/n1/full/am201015a.html)。在此基礎(chǔ)上，他們又發(fā)展了可在生理?xiàng)l件下成膠并具有多種可設(shè)計(jì)響應(yīng)性的DNA超分子水凝膠，此凝膠可以秒級(jí)成型，具有良好的力學(xué)強(qiáng)度并允許20000分子量以下的分子快速擴(kuò)散通過(guò)（Advanced Materials,2011,23, 1117-1121）；之后的研究證明此凝膠具有優(yōu)秀的細(xì)胞相容性并成功地實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞的培養(yǎng)與操控（Advanced Materials,2013,25(34), 4714-4717）。
劉冬生研究小組還通過(guò)和中科院化學(xué)所的李志波研究員、德國(guó)Ulm大學(xué)的Tanja Weil教授等研究小組合作，發(fā)展了一系列基于DNA組裝的多肽－DNA復(fù)合超分子水凝膠體系。通過(guò)DNA序列的設(shè)計(jì)，這些水凝膠在化學(xué)組成、交聯(lián)度、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不改變的情況下，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械強(qiáng)度從10Pa到7000Pa的任意調(diào)整；利用DNA的特異性識(shí)別性質(zhì)，這些凝膠體系還可以實(shí)現(xiàn)多種功能基團(tuán)的比例可控修飾；此外，他們還發(fā)現(xiàn)所有基于DNA組裝的超分子水凝膠都具有快速響應(yīng)的觸變性，能夠?qū)崿F(xiàn)任意形狀的直寫(xiě)（Chem. Commun.,2014,50, 14620-14622;Small2014,DOI: 10.1002/smll.201401906）。
最近，該研究小組和英國(guó)瓦特大學(xué)Will Shu（舒文淼）等合作，將系列的DNA水凝膠材料成功地應(yīng)用于活細(xì)胞的三維打印，文章被德國(guó)應(yīng)用化學(xué)（Angew. Chem., Int. Ed.DOI: 10.1002/anie.201411383）配以Press Release（http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1002/(ISSN)1521-3773/homepage/press/201505press.html）發(fā)表后，2015年2月26日出版的Nature雜志以研究亮點(diǎn)形式對(duì)其進(jìn)行了報(bào)道（http://www.nature.com/nature/journal/v518/n7540/full/518458c.html）：“此凝膠可以通過(guò)多層打印實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建”、“有足夠好的強(qiáng)度維持其形狀、不塌縮也不溶漲，但可以被（特定的）DNA內(nèi)切酶迅速解離”、“共同打印的活細(xì)胞可以保持活性”，并認(rèn)為“這是一種非常有前景的打印三維組織和人工器官的材料”。
劉冬生研究小組的科研工作得到了清華大學(xué)自主科研計(jì)劃、國(guó)家自然基金委員會(huì)和科技部973計(jì)劃的大力支持。
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