去氧核糖核酸（DNA）水凝膠通常是通過DNA堿基配對、共價鍵合或物理纏結的分子相互作用合成的。為了克服DNA作為資料中唯一模塊的局限性，需要結合新的組裝模式來擴展DNA水凝膠的功能。
最近，天津大學團隊報導了一種基於超大分子組裝的策略，通過DNA鏈和上轉換納米粒子（UCNP）的介面組裝製備混合DNA水凝膠，其中合成過程在一秒鐘內完成，稱為快速合成。快速合成是通過靜電吸引、介面組裝和UCNPs表面DNA鏈的交聯來完成的。DNA的長度和UCNPs的結晶形式被證明是構建水凝膠網絡的重要因素。合理設計的DNA賦予水凝膠精確識別和分離特定細胞的功能，摻雜鑭系元素的UCNPs通過上轉換效應保護細胞免受近紅外輻射的傷害。設想快速合成提供了一種製備DNA水凝膠的新模式，並擴展了功能以實現更多的實際應用。
圖1由超大分子組裝介導的DNA/UCNPs混合水凝膠的快速合成。A）水凝膠的合成機理示意圖。B）閃光合成過程的照片，將DNA溶液滴入UCNPs溶液中。DNA用GelRed染色。在紫外線照射下成像。
圖2 DNA/UCNPs混合水凝膠的機械效能和微觀形態。A）水凝膠形成過程中的流變測試。B）在低應變1%和高應變1000%之間的迴圈應變測試中，水凝膠的儲能模量（G'）和損耗模量（G“）的變化。C、D）RCA產物形成的水凝膠的FE-SEM影像。ROI：感興趣的區域。
圖3 DNA/UCNPs閃光水凝膠介面組裝的分子機制。A）β-NaYF4 UCNP的（100）晶體表面與代表性DNA片段（5'-ATCG-3'）之間平衡過程的RMSD。B）（A）中平衡過程的結構分析。C）體系達到平衡後DNA片段的官能團離（100）晶面的距離。D）DNA片段（5'-ATCG-3'）（左）的示意圖，以及DNA和UCNP/DNA樣品的高解析度O 1s XPS光譜（右）。
圖4基於Flash水凝膠的細胞分離。A）基於閃蒸水凝膠的細胞分離方案。B）分離前後懸浮的BEAS-2B細胞和A549細胞的數量。C）螢光顯微鏡影像顯示A549細胞在閃光水凝膠中的增殖活性。D）從快速水凝膠中釋放細胞後的活死細胞染色分析。E）在瓊脂糖凝膠表面塗覆DNA/UCNPs水凝膠的方案。F）帶有凝膠塗層的瓊脂糖凝膠立方體的螢光顯微鏡影像。
圖5基於閃光水凝膠的細胞保護，防止近紅外（NIR）光誘導的損傷。A）對封裝細胞的保護作用方案。UCL，上轉換發光。B）細胞在980 nm雷射下不同曝光時間的螢光顯微鏡影像。活細胞用Calcein-AM染色。死細胞用PI染色。C）在不同暴露時間對BEAS-2B細胞的NIR誘導損傷的MTT測定。D）不同資料對底部BEAS-2B細胞保護作用的MTT實驗。E）通過螢光計數暴露於980 nm雷射的水凝膠中封裝細胞的細胞活力。
相關論文以題為Flash Synthesis of DNA Hydrogel via Supramacromolecular Assembly of DNA Chains and Upconversion Nanoparticles for Cell Engineering發表在《Advanced Functional Materials》上。通訊作者天津大學仰大勇教授、姚池副教授。
參考文獻：
doi.org/10.1002/adfm.202107267