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脫氧核糖核酸（DNA）作為生命遺傳分子，是可編程的生物大分子，近年來開始用于制造新型生物材料，尤其是DNA水凝膠材料蓬勃發(fā)展（Progress in Polymer Science, 2019, 101163）。DNA水凝膠機(jī)械強(qiáng)度低（彈性模量通常低于1000 Pa），特別適合構(gòu)建軟體機(jī)器人。

近期，天津大學(xué)化工學(xué)院仰大勇教授課題組構(gòu)建了一種基于DNA水凝膠材料的DNA軟體機(jī)器人。該軟體機(jī)器人兼具超軟和超彈的力學(xué)特性，在磁導(dǎo)航驅(qū)動(dòng)下可將細(xì)胞遞送至受限空間。他們利用滾環(huán)擴(kuò)增反應(yīng)（RCA）合成DNA水凝膠（如圖所示）。長鏈DNA間物理纏繞形成動(dòng)態(tài)交聯(lián)點(diǎn)，DNA修飾的磁性納米粒子作為永久交聯(lián)點(diǎn)，共同構(gòu)建獨(dú)特的水凝膠雙網(wǎng)絡(luò)。這種磁性DNA水凝膠的彈性模量低于1 Pa，表現(xiàn)出超軟特性；且可被拉伸13倍，表現(xiàn)出超彈特性?；谒z的獨(dú)特性能，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種具有形狀適應(yīng)性的DNA軟體機(jī)器人。在磁驅(qū)動(dòng)下，DNA機(jī)器人可運(yùn)動(dòng)通過比自身體積更小的狹窄通道，還可進(jìn)入不規(guī)則形狀的凹槽空間，甚至可完成復(fù)雜路徑迷宮中的行走任務(wù)。更重要的是，DNA水凝膠具備三維多孔結(jié)構(gòu)和良好的生物相容性，可作為細(xì)胞的三維培養(yǎng)載體材料，在磁導(dǎo)航驅(qū)動(dòng)下將細(xì)胞遞送至受限空間，且不影響細(xì)胞的活性。該DNA軟體機(jī)器人可望用于診斷治療、可植入醫(yī)療設(shè)備和微創(chuàng)手術(shù)等重要生物醫(yī)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域。

DNA軟體機(jī)器人的分子設(shè)計(jì)原理圖

      研究結(jié)果近期在線發(fā)表于Angewandte Chemie International Edition，相關(guān)成果已申請(qǐng)中國發(fā)明專利。天津大學(xué)化工學(xué)院碩士研究生唐建普和講師姚池博士為共同第一作者，合作者包括美國康奈爾大學(xué)羅丹、Sunghwan Jung教授和澳大利亞新南威爾士大學(xué)谷子博士。研究得到國家自然科學(xué)基金的資助支持。

論文作者為：Jianpu Tang+, Chi Yao+, Zi Gu, Sunghwan Jung, Dan Luo, Dayong Yang*

原文：https://doi.org/10.1002/anie.201913549

仰大勇教授介紹

仰大勇 博士，天津大學(xué)化工學(xué)院教授、院長助理，入選國家級(jí)海外人才計(jì)劃、國家優(yōu)青、天津市杰青?，F(xiàn)任天津大學(xué)校學(xué)術(shù)委員會(huì)委員、中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)納米醫(yī)學(xué)與工程分會(huì)委員。課題組研究方向是材料化學(xué)與生物醫(yī)學(xué)的交叉領(lǐng)域，聚焦DNA合成與智能制造，利用材料化學(xué)的手段理解生命系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制，探索重大疾病的診斷治療新途徑。

課題組主頁：http://yanglab-dna.com/