ДНК-гидрогель
Ученые уже давно ищут способы разработки гелей, которые были бы настраиваемыми, самовосстанавливающимися и достаточно долговечными. Гидрогели состоят из полимерных молекул, соединенных химическими связями; когда полимеры соединены, материал становится более плотным, а когда они разрываются в ответ на напряжение, материал превращается в жидкость.
Благодаря высокой биосовместимости, растворимости в воде и чувствительности к температуре нити ДНК с их способностью образовывать комплементарные связи могут быть использованы для соединения молекул полимеров.
Японские исследователи создали управляемый, эластичный и чувствительный к температуре гель, используя комплементарные нити ДНК для соединения молекул полимера в форме звёзд. Гель и метод, используемый для его разработки, помогут в развитии технологий регенерации тканей, доставки лекарств и мягкой робототехники. Возглавил группу исследователей Сян Ли из Университета Хоккайдо.
Ли и его коллеги с помощью компьютерного моделирования смоделировали различные последовательности ДНК и их комплементарные цепи для определения того, как эти двойные нити будут реагировать на изменения температуры. Цель состояла в том, чтобы идентифицировать последовательности ДНК, которые разъединяются только при температуре выше 63°C, чтобы обеспечить стабильность потенциального геля в организме человека.
Гель состоит из комплементарных нитей ДНК (красные и синие), связанных с молекулами полиэтиленгликоля (черные). При более низких температурах нити ДНК формируют комплементарные связи, образуя гель; с повышением температуры связи разрываются, и гель разжижается.
Основываясь на результатах моделирования, они выбрали пару комплементарных последовательностей ДНК, чтобы связать молекулы полиэтиленгликоля (ПЭГ) с четырьмя плечами. Для создания геля нити ДНК и ПЭГ отдельно поместили в буферные растворы, а затем соединили в пробирке, погруженной в емкость с горячей водой, которую затем охлаждали до температуры окружающей среды.
Исследователи провели серию экспериментов и анализов, чтобы оценить свойства полученного геля. Он действовал так, как прогнозировалось при моделировании, оставаясь эластичным, самовосстанавливающимся и твердым до температуры его плавления 63°C в течение нескольких циклов испытаний. Эксперименты также показали, что молекулы ПЭГ были однородно связаны друг с другом двойными нитями ДНК и что образование жидкости происходило, когда нити разделялись.
Полученные результаты показывают, что новый метод позволяет изготавливать ДНК-гели с различными вязко-упругими свойствами, используя уже имеющиеся данные о термодинамике и кинетике ДНК. Следующая цель авторов заключается в том, чтобы улучшить понимание и применение этого класса гелей.
Статья M.Ohira et al. Star-Polymer-DNA Gels Showing Highly Predictable and Tunable Mechanical Responses опубликована в журнале Advanced Materials.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Hokkaido University: DNA design brings predictability to polymer gels.