复合DNA水凝胶在食品中霉菌毒素检测的应用研究进展

开发能够快速高效检测食品中潜在有害物质的检测技术对于保障食品安全和维护人类健康具有重要意义。具有三维聚合物网络结构的水凝胶具有比表面积大、结构易于功能化、生物相容性好、柔韧性好、机械稳定性好等优点,其中,复合型水凝胶在食品安全检测领域引起了广泛关注。该文围绕复合型DNA水凝胶的合成、分类以及在食品中霉菌毒素检测的应用进行综述。根据合成策略不同分为物理和化学交联法,按照复合类型又可以分为聚合物复合和纳米粒子复合两类DNA水凝胶,总结了复合DNA水凝胶在食品中多种霉菌毒素检测的研究进展,提出了通过进一步功能化和智能化设计,提升食品安全检测的灵敏度和准确性的建议,并对其发展前景进行了展望。

刺激响应型DNA水凝胶的设计合成及其在食品安全领域的研究进展

具有三维网络结构的DNA水凝胶,因其既具备DNA的生物学特性又兼具水凝胶的骨架功能而备受关注,又由于其具有良好的稳定性和特异性识别能力,可以对多种信号响应,并在凝胶和溶胶之间转换,在生物传感方面得到了广泛的应用。该文围绕DNA水凝胶的合成、刺激信号类型以及在食品安全领域的应用进行综述。根据合成方法的不同分为物理和化学合成方法,按照刺激信号的类型又可以分为温度响应型、pH响应型、光子响应型、生物分子响应型和多重响应型刺激信号的DNA水凝胶,总结了DNA水凝胶在食品安全领域应用于真菌毒素、重金属离子、食源性致病菌、抗生素残留、非法添加剂检测的研究进展,并对其发展前景进行了阐述。

适配体功能化的DNA水凝胶的制备及其在食品安全小分子快速检测中的应用

DNA水凝胶是具有三维聚合物网络的高保水性材料。研究人员设计了多种DNA水凝胶交联制备方法,并通过向其中引入其他功能分子或与其他类型的功能材料相互结合,构建了具有优异性能的DNA水凝胶,受到了广泛关注。适配体是基于指数富集的配体系统进化(systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)技术从随机寡核苷酸文库中筛选获得的对目标物质具有良好特异性与亲和力的寡核苷酸序列。适配体功能化的DNA水凝胶具有靶向范围广、稳定性好、易于修饰、操作简单和成本低等优点,得到了广泛应用。本文概述了构建适配体功能化的DNA水凝胶的基本设计原则与分类,重点介绍了适配体功能化的DNA水凝胶在食品安全检测中的最新策略,最后,讨论了适配体功能化的DNA水凝胶面临的挑战以及对未来的展望,旨在为其在食品安全领域的应用提供参考。

基于超分支滚环扩增技术的DNA水凝胶的制备及性能研究

基于超分支滚环扩增技术,利用少量的DNA链成功制备出了宏观尺寸的DNA水凝胶;通过扫描电镜观察,该凝胶是交联的三维网络结构;分析了凝胶形成的主要作用力,并对该凝胶的流变学性质做了初步的探究。

功能核酸DNA水凝胶的制备与组装

功能核酸DNA水凝胶是一种以DNA为构建单元通过化学反应或物理缠结自组装而成的新型柔性材料,其构建单元中包含1种或多种能够形成功能核酸的特定序列。功能核酸是通过碱基修饰和DNA分子之间的相互作用力组合的一类特定核酸结构,包括核酸适配体、DNA核酶、G-四联体(G-quadruplex,G4)和i-motif结构等。传统上,高浓度的长DNA链是制备DNA水凝胶的必要条件,而核酸扩增方法的引入为DNA水凝胶的组装方式提供了新的可能。因此,对常用于制备DNA水凝胶的多种功能核酸以及核酸的提取、合成和扩增手段进行了详细的介绍。在此基础上,综述了通过化学或物理交联方式组装功能核酸DNA水凝胶的制备方法。最后,提出了DNA纳米材料的组装所面临的挑战和潜在的发展方向,以期为开发高效组装的功能核酸DNA水凝胶提供参考。

功能核酸DNA水凝胶的理化特性及应用进展

自DNA被开发为纳米级的自组装材料以来,凭借其可调节的多功能性、便利的可编程性、精确的分子识别能力、高通用性以及优越的生物相容性和生物降解性连接了生命科学和材料科学两大领域。受益于DNA纳米材料的结构特性,以功能核酸作为构建单元,经交联、自组装形成的功能核酸DNA水凝胶已成为新型材料领域的研究热点。基于此,对功能核酸DNA水凝胶所具有的主要理化特性进行了总结,并进一步综述了近年来功能核酸DNA水凝胶在药物递送与靶向治疗、生物传感、三维组织构建等生物医学、分子检测及环境工程等领域中的应用进展。最后,从生命科学和材料科学的角度总结了在设计与搭建功能核酸DNA水凝胶时应考虑的关键点和方向,以期助力DNA水凝胶在多学科领域的研究与应用。

基于滚环扩增技术的DNA水凝胶的设计与制备

DNA水凝胶是DNA分子链在水溶液中交联形成的三维网状结构,是生物技术及新材料领域的研究新热点。由于DNA分子卓越的特异性与可设计性,利用DNA分子形成具有拓扑结构的DNA水凝胶在实现水凝胶可设计性的同时也能具有智能响应性,在药物运输、生物传感等领域展现出广泛的用途,但该凝胶的制备仍然面临成本高昂及成胶效率低下等问题。滚环扩增技术作为一种新型的酶介导等温扩增方式,极大地节省了合成成本,同时也为单链DNA的有效扩增提供了新的方法,将凝胶的制备变得方便快捷,并且在此基础上赋予其独特的性质。本综述主要介绍了近年来基于滚环扩增制备的新型DNA水凝胶,并对其设计理念、形成机理、优势与难点进行讨论。

基于DNA水凝胶药物输送及在骨组织工程研究中的应用

背景:DNA水凝胶因其具有多种优良特性而得到了广泛研究,而其为药物输送和骨组织工程的发展提供了良好的平台,同时提供了新的研究发展思路。目的:对几种特殊类型的DNA水凝胶、基于DNA水凝胶的药物输送以及骨组织工程的目前发展及未来前景进行综述。方法:应用计算机在PubMed、Web of Science、Medline、中国知网和万方数据库检索涉及DNA水凝胶的药物输送和骨组织工程的相关研究,英文检索词为“DNA hydrogel,drug delivery,bone defect,osteogenic differentiation,osteogenic factor”,中文检索词包括“DNA水凝胶、药物输送、基因治疗、应用、细胞培养、骨缺损、成骨分化、成骨因子”,检索时间为2021年1月至4月,主要检索DNA水凝胶的类型,及其在药物输送以及骨组织工程的应用文献。结果与结论:①DNA水凝胶是由交联的DNA链组成的亲水性聚合物网络,作为一种新型的生物大分子功能材料,其易于合成和修饰、序列可编程性,具有亲水性、刺激响应性、生物相容性、生物降解性、以及分子识别和结合、高包封率等特性。②目前纯化和杂化DNA水凝胶的制备方法多样化,其可以实现一般药物的靶向输送治疗,通过DNA结构如非甲基化的胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤二核苷酸的设计,可以实现免疫治疗。③DNA水凝胶作为反义单链核苷酸分子的良好载体,可以应用于基因治疗。④DNA水凝胶可以作为骨组织工程的三维细胞培养场所,其通过携带骨髓间充质干细胞以及成骨促进因子,促进骨形成以及骨组织血管化。

钛种植体表面新型DNA水凝胶递送地塞米松诱导巨噬细胞M2极化的研究

目的:构建壳聚糖DNA水凝胶负载递送地塞米松(Dex),探索其在钛种植体表面对巨噬细胞M2极化的作用。方法:阳极氧化法(20 V)在钛表面制备纳米管(NT);将鲑鱼精双链DNA变性-退火-交叉配对形成预凝胶,与壳聚糖交联形成水凝胶,采用真空抽吸将凝胶加载到纳米管的管腔中;通过SEM、FTIR和体外释放试验检测其结构特征及载药释放性能;将RAW264.7细胞培养在各组钛样本表面,采用CCK-8、CLSM、RT-qPCR检测凝胶对细胞增殖、极化的影响。结果:成功制备出负载Dex的DNA-壳聚糖水凝胶,延长了Dex的半数释放量天数,NT+Dex@Gel组的细胞增殖活性强于NT、NT+Gel组,CD86表达水平显著降低、CD163表达水平显著升高(P<0.05)。结论:壳聚糖交联DNA骨架形成水凝胶负载Dex在钛种植体表面能促进巨噬细胞增殖并诱导其M2型极化。

DNA水凝胶的设计与构建

DNA水凝胶同时兼有DNA的生物功能和水凝胶的骨架功能,具有良好的生物相容性、生物可降解性、选择特异性、结构可设计性以及精确的分子识别能力等优点,在生物医学领域中应用前景广阔。随着研究的持续深入进行,研究人员巧妙地设计了各种各样的DNA水凝胶的交联制备方法,并通过向其中引入其它功能分子或基元,或与其它类型的功能材料进行结合,构建了具有优异性能的DNA水凝胶。文中从物理水凝胶和化学水凝胶两方面,介绍了DNA水凝胶的研究动态,重点分析和阐述了DNA水凝胶的设计和构建方法以及内部交联机制,并对所存在的问题及未来研究发展趋势进行了总结和展望,为DNA水凝胶的进一步发展提供参考。

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.

DNA水凝胶的制备及应用

脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid,DNA)不仅可作为生物遗传的物质基础,又以其可编程性、功能多样性、生物相容性和生物可降解性等优点,在生物材料的构建方面表现出巨大的潜力。DNA水凝胶是一种主要由DNA参与形成的三维网状聚合物材料,同时因其保留的DNA生物性能与自身骨架的机械性能的完美融合使得它成为近年来最受关注的新兴功能高分子材料之一。目前,基于各种功能核酸序列或通过结合不同的功能材料制备的单组分或多组分DNA水凝胶,已广泛用于生物医学、分子检测及环境保护的研究或应用领域中。文中主要总结了近十几年来DNA水凝胶制备方法上的研究进展,探讨了DNA水凝胶的分类策略,并进一步综述了DNA水凝胶在药物运输、生物传感、细胞培养等方面的应用研究。最后对DNA水凝胶未来的发展方向以及可能面临的挑战进行了展望。

DNA水凝胶在生物传感中的应用和发展

脱氧核糖核酸(DNA)是一种重要的生物分子,具有许多独特的性质如:信息传递、分子识别、可编辑等。DNA水凝胶同时具有DNA分子和水凝胶材料的优势,并且可以引入其他纳米材料获得多功能杂化水凝胶。相比于传统水凝胶,DNA水凝胶具有良好的特异识别能力以及可以按需设计的性质,从而被广泛应用于生物传感领域。本文围绕DNA水凝胶的合成、响应机制以及在传感领域的应用进行综述。按照不同的合成方法可分为线性DNA链缠绕水凝胶、枝状DNA自组装水凝胶、杂合DNA水凝胶。根据传感机制的不同又可以分为包埋封装法和非包埋封装法,包埋封装发法又分为:酶的包埋释放、抗原-抗体的包埋释放、纳米材料的包埋释放。本文总结了近几年DNA水凝胶在重金属离子检测、核酸检测、葡萄糖检测、蛋白质和代谢小分子检测,以及细胞检测等热门领域的研究情况,最后对其未来的发展进行了展望。

DNA水凝胶分子设计、合成与应用

DNA纳米技术是纳米生物技术的一个重要研究领域,近年来发展迅猛.通过理性设计和可控制备可以获得多种基于DNA纳米结构的材料.DNA水凝胶作为宏量DNA材料的重要代表备受关注,展现出很广泛的应用前景,尤其是在生物医学应用领域.本文介绍了DNA水凝胶的分子设计原理、合成方法和典型应用,重点综述近年来该领域具有代表性的研究成果.

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。

刺激响应型DNA水凝胶的性质及其应用

DNA水凝胶作为一种生物合成分子,既具有DNA分子的特异性、生物可降解性和分子识别等特性,又具有水凝胶的高亲水性等特征。刺激响应型DNA水凝胶主要是在环境因素的刺激下,利用常规DNA序列经Watson-Crick碱基互补配对形成的DNA分支结构或多种功能核酸的特殊DNA序列形成的i-motif结构;T-A·T三螺旋结构、C-G·C^+三螺旋结构及G-四链体结构等对环境的响应行为使水凝胶形成及应用。近年来,刺激响应型DNA水凝胶因其在温度、pH、光、金属离子、生物分子等单刺激因素,以及光热、金属离子、有机物、温度与p H等多刺激因素下的独特应答性质,在生物传感、生物成像、药物递送、生物材料等方面得到了广泛的应用。综述了刺激响应型DNA水凝胶的形成方法、分类及其核酸来源,形成后的表征手段以及在环境刺激下的响应行为与应用,概括了目前刺激响应型DNA水凝胶的研究热点,并就其未来发展趋势做出了预测。

DNA超分子水凝胶的粗粒化建模与模拟

DNA超分子水凝胶在生物、医学领域具有广阔的应用前景,基于计算模拟技术研究其分子结构与其宏观性能关系具有重要意义.归因于其复杂的结构和较大的相关时间空间尺度,目前针对DNA水凝胶的分子建模与模拟研究比较缺乏.本文建立了一种DNA水凝胶的粗粒化模型,采用分子动力学模拟的方法针对一种模块化纯DNA水凝胶进行了研究.模拟结果表明其凝胶态介观结构为多孔海绵状,其交联度与水凝胶的浓度成正相关,并得出了其转变温度的范围等.模拟结果与相关实验定性或半定量符合,表明该模型可能用于该模块化DNA水凝胶等类似系统的结构功能关系研究.

智能DNA水凝胶在生化分析中的应用

作为一种新型的生物大分子软材料, DNA水凝胶近年来成为国内外多学科交叉研究的热点领域之一.基于DNA材料具有可编码性和功能单元丰富的特点,通过合理的序列设计以及多样化的修饰,可以在水凝胶中引入对不同类型刺激特异性响应的功能DNA结构和催化性DNA结构,从而得到具有多种功能的智能DNA水凝胶.这类材料可以在特定外界刺激下发生特异的响应性变化,材料组装具有高精准度的可控性,可满足分子识别、信号转换与放大、可控释放等诸多方面的应用需要,并具有良好的生物相容性和可降解性等优点,在生物医学特别是生化分析中具有重要的应用前景.本文总结了不同类型的智能DNA水凝胶以及其在生化分析方面的典型应用,并对该领域当前重要问题与未来前景进行了讨论与展望.

负载地塞米松DNA水凝胶改善镁周围成骨微环境研究

目的研究负载地塞米松(dexamethasone,Dex)DNA水凝胶对镁周围成骨微环境的影响。方法研究于2019年5月至2021年5月在军事口腔医学国家重点实验室进行。将108个阳极氧化处理后的镁片按照不同表面处理方式随机分为3组,每组36个,分别记为空白对照组(未涂布任何物质)、水凝胶组(涂布DNA水凝胶)、Dex水凝胶组(涂布负载Dex的DNA水凝胶)。扫描电镜观察每组试样表面结构,同时检测培养液浸泡试样后pH值的变化及镁离子累积释放浓度;将小鼠巨噬细胞RAW264.7与试样间接共培养,应用CCK-8法测定细胞活力;应用实时荧光定量PCR检测巨噬细胞极化相关基因精氨酸酶-1(arginase-1,Arg-1)、转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)、诱导型一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的表达,再利用流式细胞术检测极化标志物CD206和趋化因子受体7(chemokine receptor 7,CCR7)相对荧光强度;最后应用ELISA检测白介素-10(interleukin-10,IL-10)和TNF-α的分泌量。结果扫描电镜观察显示,空白对照组表面呈现较为均匀致密的氧化层,水凝胶组和Dex水凝胶组表面被网状结构的水凝胶涂层所覆盖。水凝胶组和Dex水凝胶组p H值的升高幅度及镁离子累积释放浓度均小于空白对照组。细胞活力检测结果显示,水凝胶组及Dex水凝胶组的光密度值均高于空白对照组(均P<0.05)。实时荧光定量PCR和流式细胞术检测结果显示,Dex水凝胶组M2极化相关标志物Arg-1、TGF-β、CD206表达均高于空白对照组和水凝胶组,而水凝胶组仅TGF-β、CD206表达高于空白对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05);Dex水凝胶组M1极化相关标志物iNOS、TNF-α、CCR7表达均低于空白对照组,其中iNOS、CCR7的表达还低于水凝胶组,而水凝胶组仅TNF-α表达低于空白对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05)。ELISA检测发现水凝胶组和Dex水凝胶组相比空白对照组IL-10分泌量均增加,且炎症因子TNF-α的分泌量均减少;Dex水凝胶组相比水凝胶组IL-10的分泌量增加,TNF-α的分泌量减少,差异均有统计学意义(均P<0.05)。结论负载Dex的DNA水凝胶涂层镁片可能会诱导其周围的巨噬细胞发生M2极化,改善成骨微环境。

DNA水凝胶应用于环境样品快速检测的研究进展

DNA作为生物大分子既可以引导生物发育和生命机能活动,也可以被用作构筑纳米生物材料。DNA水凝胶可以制备成兼具DNA生物功能和水凝胶特质,应用于环境样品的分析检测。依据制备DNA水凝胶长链的方法,对比分析了聚合酶链反应、杂交链式反应、滚环扩增技术的制备,物理水凝胶和化学水凝胶的合成过程和改性方法技术特点;并结合环境样品浓度检测的变性响应特点,分析了荧光、比色、电化学法分析检测的技术要点和检测性能,与大型仪器分析方法相比该方法具有检出限低、检出范围广、检测时间快、测样成本偏低等特点,是一种方便快捷、应用前景广泛的方法;最后对其检出性能和经济性进行评估,并对其应用前景进行总结和展望。