《ACS Nano》具有形状记忆、自修复和可控释放的DNA水凝胶

　　基于DNA的刺激响应水凝胶是当前热点研究方向之一，开发的水凝胶基质可用于催化、控释和纳米孔运输等，但是有关负载热等离子体颗粒的刺激响应水凝胶的自我修复、形状记忆和触发机械功能的报道却很少。

　　近日，以色列希伯来大学纳米科学和纳米技术中心的Itamar Willner等人将金纳米颗粒（AuNPs）或金纳米棒（AuNRs）负载在双丙烯酰胺/核酸双链体水凝胶以及硼酸酯-葡糖胺/核酸双链水凝胶中，并利用AuNPs和AuNRs的热等离子性质来调控水凝胶的刚度，使水凝胶能在低、高刚度之间切换，并以多柔比星为模型药物，研究水凝胶在低、高刚度之间的切换对药物释放的影响。

　　此外，通过设计负载AuNPs和AuNRs的水凝胶双层复合材料，证明了其可逆热塑性和光诱导弯曲特性，其中弯曲方向由相应双层复合材料中产生的应力控制。因该水凝胶基质具有上述优势，在纳米医学、功能性致动器、光诱导泵、传感器或信息存储等领域具有很好的应用前景。此外，光刺激诱导水凝胶的形变可以扩展到设计机器人的可移动结构中。等离子体水凝胶表面上的光诱导热活化，还可用于太阳光诱导的可切换润湿性以及催化功能。

图文简介

图1负载AuNPs（Ia和IIa）或AuNRs（Ib和IIb），由双丙烯酰胺/核酸双链体（A）或硼酸酯-葡糖胺/核酸双链体（B）共同交联形成水凝胶，并在光热作用下，水凝胶的刚度发生转换的原理图。

图2 （A）Ia的流变特性表征：a和a'表示在照射前对应的G'和G''; b和b'表示在532 nm照射后对应的G'和G''。（B）Ia在黑暗中（i）和在532 nm照射下（ii）刚度的调控。（C）Ia在黑暗中（图I）和在532 nm照射后（图II）的SEM图像。（D）Ib的流变特性表征：a和a'在照射前对应的G'和G''；b和b'在808 nm照射后对应的G'和G''。（E）Ib在黑暗中（图i）和在808 nm照射下（图ii）的刚度调控。（F）Ib在黑暗中（图I）和在808 nm（图II）照射后的SEM图像。

图3 用532 nm激光（80 mW）照射不同时间间隔，（A）水凝胶Ia的G'和G''变化；（B）IIa的G'和G''变化。

图4 （A）水凝胶的可逆形状记忆特性示意图。Ia（B），Ib（C），IIa（D）和IIb（E）的可逆光诱导的形状记忆跃迁。

图5 （A）水凝胶Ia，IIa，Ib和IIb的自修复示意图。Ia（B），IIa（C），Ib（D）和IIb（E）的自愈合照片。

图6 （A）在开启和关闭光源时，Ia可控地释放多柔比星（在开启光源时，产生热量，使凝胶中的核酸双链体断开，刚度减小，释放药物，关闭光源则相反），λ= 532nm（曲线a）和没有照射（曲线b）。（B）在开启和关闭光源时，Ib可控地释放多柔比星，λ= 808nm（曲线a）和没有照射（曲线b）。

图7 Ia / Ib（A）和IIa / IIb（B）双层复合材料的可逆热塑性光致弯曲图。（C）几何参数和有效杨氏模量Yn的示意图，用于计算各个辐照双层复合材料的曲率。

图8 载有多柔比星/AuNPs或多柔比星/AuNRs的水凝胶对MDA-MB-231乳腺癌细胞的细胞毒性。条形图代表用载有多柔比星的水凝胶处理细胞三天后的细胞存活率。（A）I：用载有多柔比星/AuNPs的水凝胶Ia处理细胞，用532nm光源分别照射10，20和30分钟。II：生长培养基中未处理的细胞；生长培养基和HEPES缓冲液中未处理的细胞。III：对照实验，在黑暗环境或者用808nm光源照射30分钟条件下，用载有多柔比星/AuNPs的水凝胶Ia处理细胞。（B）I：用载有多柔比星/AuNRs的水凝胶Ib处理的细胞，用808nm光源分别照射10，20和30分钟。II：生长培养基中未处理的细胞；生长培养基和HEPES缓冲液中未处理的细胞。III：对照实验，在黑暗环境或者用532nm光源照射30分钟条件下，用载有多柔比星/AuNRs的水凝胶Ib处理细胞。

全文链接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.8b09470