DNA水凝膠三維打印相關(guān)研究被Nature雜志報道
水凝膠因其高含水量和類似于細(xì)胞外基質(zhì)的特點，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。但凝膠的細(xì)胞相容性、力學(xué)強度、通透性等一直是其中的挑戰(zhàn)性問題。
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)強度以及不溶漲等特點（Angew. Chem., Int. Ed.2009,48, 7660-7663），受到了廣泛關(guān)注并被NPG Asia Materials網(wǎng)站作為研究亮點報道(http://www.nature.com/am/journal/v2/n1/full/am201015a.html)。在此基礎(chǔ)上，他們又發(fā)展了可在生理條件下成膠并具有多種可設(shè)計響應(yīng)性的DNA超分子水凝膠，此凝膠可以秒級成型，具有良好的力學(xué)強度并允許20000分子量以下的分子快速擴散通過（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和中科院化學(xué)所的李志波研究員、德國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DNA序列的設(shè)計，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，可以實現(xiàn)機械強度從10Pa到7000Pa的任意調(diào)整；利用DNA的特異性識別性質(zhì)，這些凝膠體系還可以實現(xiàn)多種功能基團的比例可控修飾；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（Chem. Commun.,2014,50, 14620-14622;Small2014,DOI: 10.1002/smll.201401906）。
最近，該研究小組和英國瓦特大學(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雜志以研究亮點形式對其進(jìn)行了報道（http://www.nature.com/nature/journal/v518/n7540/full/518458c.html）：“此凝膠可以通過多層打印實現(xiàn)厘米級結(jié)構(gòu)的構(gòu)建”、“有足夠好的強度維持其形狀、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)自主科研計劃、國家自然基金委員會和科技部973計劃的大力支持。
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