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|JACS | 神奇：天然DNA有希望取代石油做塑料( 二 )


|JACS | 神奇：天然DNA有希望取代石油做塑料
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Figure 2. Mechanical properties and biofunctions of biomass DNA hydrogels. The stress–strain curves (A) and the young’s moduli (B) of biomass DNA hydrogels with different DNA contents. (C) Photographs of a hydrogel (with 8.3% biomass DNA) being cut by a razor blade. (D) A series of video screen shots of a rubber-like biomass DNA hydrogel showed a quick and reversible shape recovery. (E) Preparation and protein expression processes of biomass DNA hydrogel for cell-free protein production. Comparison of fluorescence intensities and images (insets) (F) and comparison of expression efficiencies (G) of GFP expressed between the biomass DNA hydrogel and the control samples. (H and I) Cytotoxicity assessment of biomass DNA hydrogels on two cell lines: Caco-2 and MCF-7, respectively. (J) Cumulative controlled release profiles of insulin in biomass DNA hydrogels. Error bars represent the standard deviation of three measurements. (图片来源：JACS)

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刀片切割DNA凝胶 。 图片来源：JACS
用甘油置换转化过程中的水 ， 研究人员首次制备了基于DNA的有机凝胶 。 由于甘油极低的蒸气压、生物相容性和抗冻特性 ， 天然DNA有机凝胶具有非常高的机械强度 ， 同时也保持了非常惊人的可拉伸性 。 研究人员意外地发现天然DNA有机凝胶可以很好地粘附在各种表面上 ， 甚至还可以粘附在用于不粘锅涂层的特富龙表面上 。 由于甘油的抗冻性 ， 天然DNA有机凝胶不仅在零下三十度仍然可以保持柔软凝胶状态 ， 而且粘附强度大大增强 。 利用这个特性 ， 研究人员用仅有小拇指大小的天然DNA有机凝胶在零下二十度通过粘附提起一部手机 。 这个例子证明天然DNA展示了非常出色的有机凝胶形成能力 ， 并且天然地具有特殊的粘附性能 。 也展示了其在特殊气候条件下 ， 在柔性电子学和机器人领域的应用潜力 。
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Figure 3. Preparation and mechanical and adhesive properties of biomass DNA organogels. (A) Preparation scheme of biomass DNA organogels. (B) Variations of morphologies and appearances in the preparation process of biomass DNA organogels. The percentage numbers represented glycerol/water plus glycerol (wt %). The stress–strain curve (C) and corresponding stretching photographs (D) of an organogel with 31.6% biomass DNA. (E) Adhesive strengths of biomass DNA organogels with different pHs on different substrates (#P > 0.05, *P <0.05, **P < 0.01). (F) Temperature-dependent adhesive strengths of biomass DNA organogels on a Teflon surface. (G) At ?20 °C, a cell phone was completely lifted by a very small biomass DNA organogel (about 0.4 cm2). Significance according to a one-tailed homoscedastic t test. Error bars represent the standard deviation of 3 measurements. (图片来源：JACS)
由于水溶液中天然DNA转化过程非常迅速 ， 如何使这个快速的交联过程变得均匀、缓慢、可控是开发多种形式天然DNA材料的关键 ， 比如制备天然DNA薄膜 。 为此 ， 研究人员引入气体催化剂概念 ， 首次利用气体把天然DNA转化为薄膜材料 。 通过这个可控的转化过程可以将各种材料复合到天然DNA薄膜中 ， 包括碳纳米材料、金属或金属氧化物纳米颗粒、高分子、高分子单体、金属离子等 。 这个策略也可将不同的复合材料像焊接一样连接在一起形成复杂复合结构材料 ， 比如一个天然DNA“花朵” 。 引入微电子加工领域光刻蚀概念后 ， 对天然DNA复合薄膜进行正刻蚀和负刻蚀形成了不同的图案化薄膜 。 这个方法在微纳结构材料领域显示了巨大潜力 。


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