DNA智能材料的制备及其刺激响应行为的研究

本项目将利用DNA大分子所特有的对环境因素（如离子、pH值和光等）和生物活性分子（如酶和抗体等）的双重响应特性，以DNA为主要原料，使用DNA折纸术、交联与聚电解质络合等方法，制备具有环境响应和生物响应双重功能的DNA水凝胶和微胶囊，并深入研究它们对环境因素（如离子、pH值和光等）与生物因素（如酶和抗体等）的刺激响应行为，探索它们在诊断和治疗方面的应用。主要创新点在于：制备的DNA智能材料既具有与传统智能材料相类似的对离子、pH和光等环境响应功能，又具有DNA大分子特有的对酶或抗体的生物响应功能，因此可用作特异性酶或抗体分子的检测诊断，也可用于以酶和抗体分子以及离子和pH值变化为开关的药物控释治疗。该项目属于高分子、材料和生物医药等领域的交叉学科研究，其成果有助于拓展智能材料的响应功能和应用范围，为开发具有生物响应功能的智能材料提供重要的理论和实验依据，并对研究药物控制释放具有指导意义。

本项目首先研究了DNA与功能化的纳米TiO2以及与高分子PEI相互作用，总结了DNA对各种刺激响应规律。然后以DNA为主要原料，制备了一系列DNA与其它分子或纳米粒子杂化的复合分子或纳米粒子，并利用这些杂化分子或纳米粒子进行自组装，得到具有刺激响应功能的智能复合体系。具体得到了DNA-PEI中空微胶囊、CMC-g-DNA杂化接枝共聚物体系、PPMA-g-DNA杂化共聚物及自组装形成的纳米纤维、DNA-co-PDMS杂化接枝共聚物及自组装形成纳米胶束、DNA结合金纳米粒子形成的纳米项链、DNA多面体纳米笼子包覆金纳米粒子的自组装体系等。接着研究了DNA-PEI微胶囊在负载药物后的酶响应、pH响应和盐离子浓度响应、PPMA-g-DNA杂化共聚物形成多股螺旋纤维束的溶剂响应、DNA-PDMS杂化共聚物形成胶束的溶剂响应、DNA笼子包覆金纳米粒子体系负载药物后的酶响应和pH响应。最后研究了DNA笼子包覆金纳米粒子体系负载阿霉素后的癌细胞毒性和利用DNA的刺激响应特性得到的功能化的纳米TiO2 的DNA毒性和癌细胞毒性，探讨了这些DNA自组装体系在癌症治疗与检测上的可能应用。