清华大学刘冬生教授、中科院化学所董原辰研究员团队专论：DNA超分子水凝胶的构筑、功能化与生物医学应用

文章重要内容

清华大学刘冬生教授、中科院化学所董原辰研究员团队从纯/杂化DNA超分子水凝胶的构筑出发，以专论形式阐述了DNA超分子水凝胶物理特性背后的分子机制，总结了常见的功能化策略，介绍了其在组织工程等生物医用领域的应用实例，并讨论了该领域发展面临的一些挑战与前景，对其未来可能的发展做出了分析与展望。

文章背景

水凝胶是一类具有极高含水量的三维网络结构的材料，由于在组成与结构上与细胞外基质诸多的相似性在组织工程、药物递送等领域引起了广泛的关注。常见的水凝胶构筑材料有多种天然/合成高分子，如琼脂糖、透明质酸、聚丙烯酰胺和聚乙二醇。其中，一般的天然大分子水凝胶虽然具有良好的生物相容性与可降解性，但是其组成不明确，生产批次差异大；合成高分子水凝胶虽然组成明确且容易功能化，但是其生物相容性有待进一步的研究。为了推动水凝胶材料在生物医用领域的应用，需要发展一种兼具良好生物相容性、生物降解性、组成明确且可功能化的水凝胶材料。DNA分子作为一种水溶性的天然生物大分子可以满足上述条件，由此为基础的DNA超分子水凝胶近年来受到了研究者们的广泛关注。

文章概述

基于以上背景，清华大学刘冬生教授、中科院化学所董原辰研究员团队应邀对DNA超分子水凝胶领域的发展进行了专论评述。文章首先介绍了纯/杂化DNA超分子水凝胶的构筑策略，前者主要是基于双链互补配对或物理缠结，后者主要是通过物理或化学相互作用进行掺杂实现。在此基础上，文章讨论了DNA超分子水凝胶的诸多物理特性如高通透性、机械强度可调、触变性，提出DNA分子网络的刚性与动态性决定这些物理特性的分子机制。之后，文章从序列设计、化学修饰以及网络复合三个角度总结了DNA超分子水凝胶常见的功能化策略，这些策略赋予了其更多性质以满足不同应用场景的需求，如光响应的凝胶形成、免疫原性的降低、生物稳定性的提高等。同时，文章对近年来DNA超分子水凝胶在细胞三维培养与打印、组织工程、免疫治疗与药物递送等生物医学领域的应用实例进行了介绍。最后，作者对DNA超分子水凝胶领域发展面临的一些挑战进行了讨论和分析并对其未来的应用前景作出了展望。

图1DNA超分子水凝胶的构筑策略、功能化方法与物理性质

上述工作以专论形式即将在《高分子学报》印刷出版。论文共同第一作者为清华大学博士研究生潘玙璠和人民大学硕士研究生丁雨樵，通讯作者为董原辰研究员和刘冬生教授。

董原辰 研究员

董原辰，男，1986年生。2010年于吉林大学生命科学学院获得学士学位；2015年于清华大学获得博士学位；2015~2018年于美国哈佛大学医学院做博士后研究。2018年回国后加入中国科学院化学研究所，现任研究员。主要研究方向：框架诱导组装构建形貌尺寸可控的双亲组装体；DNA水凝胶及其生物应用；DNA双亲分子构建与组装的研究；基于DNA自组装的蛋白结构与功能研究；冷冻电镜在结构生物学中的应用。

刘冬生 教授

刘冬生，男，1970年生。现任清华大学化学系教授。1993年本科毕业于中国科学技术大学高分子系。近年来致力于高分子化学与物理相关研究，包括超分子水凝胶、超分子聚合、两亲自组装等领域，以通讯作者在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Adv. Mater. 等学术刊物上发表SCI论文100余篇。2007年获得国家杰出青年基金，2011年成为英国皇家化学会会士，2013年担任科技部重大基础研究专项首席科学家，2015年成为教育部长江特聘教授，2016年入选中组部领军人才，2019年成为基金委创新研究群体学术带头人，同年入选中国化学会首批会士。目前担任中国化学会高分子委员会秘书长，《高分子学报》、《高等化学学报》以及Elsevier旗下《Polymer》杂志副主编。

引用本文：

潘玙璠,丁雨樵,董原辰,刘冬生.

DNA超分子水凝胶的构筑、功能化与生物医学应用 .

高分子学报,2023,54

Pan Yu-fan,Ding Yu-qiao,Dong Yuan-chen,Liu Dong-sheng.

Construction, Functionalization and Biomedical Application of DNA Supramolecular Hydrogels.

Acta Polymerica Sinica,2023,54

doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2022.22380

http://www.gfzxb.org/thesisDetails#10.11777/j.issn1000-3304.2022.22380&lang=zh