[发明专利]基于光诱导质子转移过程的光响应DNA水凝胶的制备方法

说明书

本发明提供了基于光诱导质子转移过程的光响应DNA水凝胶的制备方法，在光照刺激下，光酸基团释放质子并被对质子敏感的DNA结构捕获导致DNA结构变化，进而引发具有该DNA结构的水凝胶发生溶液向凝胶态或凝胶向溶液态的转变；在紫外光照射下，修饰在丙烯酰胺/DNA共聚物上的光酸产生剂释放出氢离子，富胞嘧啶序列DNA与氢离子结合后形成分子间或分子内i‑motif四链体结构，共聚物链可随之发生交联或解离，实现光照条件下相应的相转变过程，本发明通过光酸产生剂单体、丙烯酰胺以及修饰不饱和双键DNA的共聚合，实现基于光诱导质子转移过程的光响应DNA水凝胶的构建，过程成本较低且操作简便，光响应DNA水凝胶在生物传感、驱动器及药物释放等领域具有一定应用前景。

技术领域

本发明属于水凝胶技术领域，尤其是涉及一种基于光诱导质子转移过程的光响应DNA水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶具有三维交联的聚合物网络结构，其含水量大于90％。正因如此，水凝胶具有和许多自然界组织中相类似的粘弹性。同时，水凝胶独特的软材料特性以及机械性能可调性使其在药物递送、分析检测、癌症治疗以及组织工程等方面有着广泛的应用前景。基于此，除了传统的由聚合物通过物理或化学交联作用构成的水凝胶外，研究者们致力于寻找构建水凝胶的新材料，以期提高水凝胶的生物相容性以及功能的多样性。DNA水凝胶因其具有核酸所赋予的独特功能而引起了研究者们极大的兴趣。自1953年沃森和克里克发现DNA双螺旋结构至今，DNA的应用已拓展至材料科学和纳米技术领域。DNA水凝胶通过将DNA分子整合在水凝胶网络结构中而具有一些显著的优点：(1)与其他生物分子(如抗体和蛋白酶等)相比，DNA在高温或不同化学方式处理下不易失活，具有更高的稳定性。(2)具有柔软亲水特性的DNA结构可以自组装形成水凝胶，其具有良好的生物相容性和生物可降解性。(3)DNA碱基互补配对作用的通用性为DNA水凝胶的构建提供了多元化的选择。(4)基于嘌呤和嘧啶间碱基配对作用以及DNA丰富的二级结构，可以通过序列设计实现自组装DNA水凝胶或DNA杂化水凝胶的构建，赋予了DNA水凝胶独特的可编程性。(5)功能性DNA可以在不同环境刺激下发生构象变化，从而使DNA水凝胶具有对不同外界刺激做出响应的能力。(6)DNA对多种靶标物具有特异性分子识别功能，增强了DNA水凝胶在靶向药物传递领域的应用。

刺激响应水凝胶可响应多种不同的信号，例如光，pH，温度，化学试剂或磁场，其已被广泛用于众多领域，包括传感平台，自修复材料，细胞迁移和组织工程等。在各种方式施加的外部刺激中，光可以实现非侵入式的远程控制，并可方便的通过调节光强度或波长来实现水凝胶的药物包封或控制释放。在以往的报道中，具有机械强度可调性质的光响应水凝胶通常由修饰有光敏性质小分子的聚合物网络构成，其中光敏分子在光刺激下的反应(如裂解、异构化或二聚化等)引起了聚合物链的交联或解离，从而实现对水凝胶机械性能的调控。作为一种新兴的刺激响应性水凝胶，DNA水凝胶基于不同DNA结构的动态交联作用实现了丰富的功能，如热可逆性，pH响应，金属离子响应和自修复能力等。其中，光响应性DNA水凝胶可以在光刺激下实现体积变化或凝胶-溶液态的转变，并已被应用在药物控释系统和形状记忆材料。在这些报道中，水凝胶中嵌入的DNA链通常修饰有光敏分子，这使得水凝胶微观结构和宏观形态的转变可以通过光照刺激下光敏分子的异构化作用来实现。但是，将光敏分子嵌入DNA分子结构内部的修饰过程存在合成效率低、成本高、耗时长和纯化复杂的问题，发展一种新型的光响应DNA水凝胶是有重要意义的。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出基于光诱导质子转移过程的光响应DNA水凝胶的制备方法，利用光酸产生剂在光照条件下释放氢离子以及富胞嘧啶序列DNA可以与氢离子结合而改变构象的原理，实现了光对DNA水凝胶机械性能的远程调控，过程无需在DNA分子内部修饰光敏基团。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：