Исследователи из Японии создали эластичный и чувствительный к температуре гель, используя комплементарные нити ДНК для соединения звездообразных полимерных молекул. Такой гель можно использовать в медицине (для регенерации тканей, доставки лекарств) и в мягкой робототехнике, сообщает Университет Хоккайдо.
(Вверху) Полимер-ДНК-гель (слева) становится жидким, когда его температура повышается более чем до 70°C (в центре), и возвращается в гель, когда температура снова падает до 25°C (справа). (Внизу) В УФ-свете полимер-ДНК-гель флуоресцирует зеленым (слева, справа), но не флуоресцирует в жидком состоянии.
© Xiang Li
Благодаря своей высокой биосовместимости, растворимости в воде и чувствительности к температуре нити ДНК хорошо подходят для связывания молекул полимера, образуя комплементарные связи. До сих пор ученым было трудно использовать связи ДНК для разработки однородных гелей с эластичными свойствами.
Тем не менее, это удалось исследователям из Токийского университета, Университета Хоккайдо и Токийского технологического института. С помощью компьютерных программ они смоделировали различные последовательности ДНК и их комплементарные цепи, а также определили, как эти двойные цепи реагируют на изменения температуры. Их цель состояла в том, чтобы найти последовательности ДНК, которые будут разъединяться только при температуре выше 63°C, чтобы обеспечить потенциальную стабильность геля в организме человека.
Так, команда выбрала пару комплементарных последовательностей ДНК и связала ими четырехцепочечные молекулы полиэтиленгликоля (ПЭГ). Ученые приготовили гель, сначала растворив нити ДНК и ПЭГ по отдельности в буферных растворах. Затем оба компонента смешали их в пробирке, погруженной в горячую водяную баню, которую затем охладили до температуры окружающей среды.
Тестирование показало, что полученный гель остается эластичным и упругим до температуры плавления 63°C. Также он мог сам восстанавливаться в течение нескольких циклов испытаний. Молекулы ПЭГ были связаны друг с другом двойными цепями ДНК: когда цепи разделялись, гель становился жидким.
«Наши результаты показывают, что мы сможем производить гели с требуемыми вязкоупругими свойствами, используя уже имеющиеся данные о термодинамике и кинетике ДНК», – отмечают авторы работы.
Статья опубликована в журнале Polymer Science
Источник: scientificrussia.ru
