DNA水凝胶的构建及柔性电子应用

水凝胶材料能有效提升柔性电子器件与人体组织的相容性,在智能穿戴、健康监测和人机接口等研究领域展现了巨大的应用潜力.然而,传统的水凝胶材料难以在器件界面进行原位无损的结构调控,同时也缺乏对多类型生化刺激的识别响应能力,这制约了水凝胶柔性电子器件的高性能构筑和多功能应用. DNA水凝胶制备工艺温和,结构精确可控且具有丰富的生化识别响应性,是柔性电子器件功能化的理想材料之一.本文着重介绍了DNA水凝胶的材料特性及其柔性电子器件应用的研究进展.首先介绍了纯DNA水凝胶和杂化DNA水凝胶的制备方法,以及面向多类型功能界面的构筑策略.通过对DNA水凝胶力学特性、识别响应性和生物相容性的深入分析,展示了其在器件功能调控和生物医学应用方面的重要价值.其次,详细探讨了DNA水凝胶功能化的柔性电子器件在传感、储能和显示等方面的研究进展,展现了其在人体健康监测和智能穿戴领域的应用前景.最后,对DNA水凝胶在柔性生物电子领域的未来发展进行了展望.

基于DNA纳米结构的传感界面调控及生物检测应用

生物传感技术在环境、安全和医学诊断等应用中具有重要意义。如何精确调控自组装界面上生物识别探针与界面的相互作用来提高生物传感的性能则是其中的关键问题。常规界面组装过程中,DNA等生物分子往往在界面形成非均一的自组装层,分子结合能量壁垒高,识别效率低。我们通过构建有序DNA纳米结构,发展了纳米尺度精确调控界面性质的方法。通过在界面上形成以熵驱动主导的均匀自组装层,增加探针分子间的有效距离,并通过精确调控界面上DNA纳米结构的尺寸,显著提高界面DNA杂交效率与速率。我们在DNA四面体上修饰不同的生物识别分子(DNA、抗体、核酸适配体等),可构建通用检测平台,实现对核酸、蛋白、小分子及细胞的高灵敏检测,并且在复杂样本中同样保持了优异的检测性能。在此基础上,我们将四面体三维结构探针应用于细胞内以及活体检测,研究了DNA四面体在细胞内的运输途径及靶向定位方式,并实现对细胞内ATP分布的传感成像及小鼠体内肿瘤组织的靶向成像,有望发展活体生物传感的新探针。

DNA水凝胶的制备及生物应用

DNA具有良好的生物相容性、生物可降解性、分子识别特性、纳米尺寸可控及特异编码等特性。近年来,DNA扮演了多种角色,不仅仅是作为生物体系的遗传物质,同样作为生物材料被用于纳米结构的构建。DNA水凝胶既保持了DNA本来的生物特性又兼具普通凝胶的特性,比如形状可塑性、一定的机械强度、输送物质等特性。DNA水凝胶按照凝胶形成化学键的类型可以分为共价键形成的化学凝胶和非共价键形成的物理凝胶;DNA水凝胶中可以引入特异性响应不同刺激的基团或者序列,从而实现对不同刺激的灵敏性响应进而拓宽DNA水凝胶的应用范围。按照刺激响应性分类可分为p H敏感型、光敏感型、温度敏感型和小分子敏感型等水凝胶。DNA水凝胶的这些特有的性质很好地将DNA纳米技术和生物技术连接起来,为其应用提供了广阔的前景。DNA水凝胶作为一种具有智能响应的材料也越来越多地被应用到生物传感、药物输送、三维细胞培养等方面。本文主要综述了DNA水凝胶的分类以及近几年来DNA水凝胶中的不同刺激响应型DNA水凝胶的制备及其生物应用,最后对其以后的研究前景进行了展望。