DNA作为一种天然的生物大分子，具有优良的生物相容性、分子可编程性、精准的组装可控性等独特性质，成为新型生物功能高分子材料的重要合成元件，因此，近年来科学家将DNA作为构筑基元合成了多种DNA功能高分子材料。其中，DNA水凝胶是以DNA为基元构筑的三维高分子网络，其作为生物材料受到了广泛的关注，迄今已在3D细胞培养和组织工程等生物医学应用中显示出巨大的潜力。目前DNA水凝胶的合成主要是基于短链枝状DNA分子的组装或DNA滚环扩增反应形成三维网络结构。受基因DNA合成方法和修饰手段的限制，构筑仿生基因水凝胶尚有难度。

  最近，天津大学化工学院仰大勇教授课题组利用丙烯酰胺修饰的DNA分子作为引物，通过聚合酶链式反应合成了丙烯酰胺功能化的基因片段，通过自由基聚合反应实现了DNA分子的化学交联和高效压缩，制备了新型功能化基因水凝胶（图1）。

图1 基因水凝胶的合成以及在无细胞蛋白质合成（CFPS）体系中的蛋白质表达。

  与细胞中基因高度压缩的细胞核相似，在该水凝胶中，DNA分子既作为水凝胶骨架，又保留了其基因功能，在无细胞合成系统中可实现蛋白质的高效表达（图2）。

图2 基因水凝胶在 CFPS体系中的蛋白质表达。

  该基因水凝胶具有优异的流变性能和良好的稳定性，在组织工程、再生医学、原位药物递送等生物医学领域具有广阔的应用前景。

  该研究成果最近发表于Science China Chemistry, 2019, doi: 10.1007/s11426-019-9617-7。 

  论文链接：https://doi.org/10.1007/s11426-019-9617-7