麥吉爾大學(xué)的研究人員認(rèn)為，他們已經(jīng)找到了一種改善生物材料發(fā)展的方法，這種材料可能在藥物遞送、組織再生、納米光學(xué)和納米電子學(xué)方面發(fā)揮重要作用。

該團(tuán)隊(duì)由化學(xué)系DNA納米科學(xué)一級(jí)加拿大研究主任、全職教授Hanadi Sleiman領(lǐng)導(dǎo)，受自然修復(fù)有缺陷材料的方式的啟發(fā)，開發(fā)了一種方法，以創(chuàng)造更堅(jiān)固的形式。他們利用智能手機(jī)攝像頭的輻射來“放松”基于dna的結(jié)構(gòu)，并創(chuàng)造出可按需變化、可用于各種目的的逼真材料。

你打算回答什么問題?

我們感興趣的是，是否有可能開發(fā)出新的化學(xué)程序，更好地模擬自然過程，并創(chuàng)造出具有多種可塑結(jié)構(gòu)、可用于材料科學(xué)和組織工程的仿生生物材料。大自然使用不斷的能量輸入和轉(zhuǎn)換來調(diào)節(jié)其化學(xué)系統(tǒng)的形式和功能。在膠原蛋白等組織中，這種能量轉(zhuǎn)換會(huì)產(chǎn)生具有不同屬性的纖維，從而導(dǎo)致其彈性和堅(jiān)固性的變化。相比之下，人造纖維是用靜態(tài)制造程序制造的，不提供這些動(dòng)態(tài)行為，這使得很難調(diào)節(jié)它們的性能。

在這項(xiàng)研究中，我們?cè)噲D將超分子DNA纖維與一個(gè)對(duì)光敏感的小分子配對(duì)，以一種類似于自然控制生物組織功能的方式，將動(dòng)態(tài)引入這些結(jié)構(gòu)。由于其可預(yù)測的組裝和分子識(shí)別特性，DNA是一種具有吸引力的新型纖維結(jié)構(gòu)材料。它還具有內(nèi)在的動(dòng)態(tài)特性，使其成為生產(chǎn)具有可調(diào)諧特性的生物相容材料的理想候選材料。

你發(fā)現(xiàn)了什么?

當(dāng)這些成分在室溫下混合時(shí)，它們組裝成DNA三螺旋，結(jié)合成微米長的纖維，這些纖維相互連接，長成巨大的、纏結(jié)的網(wǎng)絡(luò)。這些結(jié)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)缺陷，限制了它們?cè)诓牧峡茖W(xué)和組織工程應(yīng)用中的應(yīng)用。

為了解決這個(gè)問題，我們使用光化學(xué)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)DNA結(jié)構(gòu)的組裝，并開發(fā)了一種程序，其中纖維在智能手機(jī)攝像頭的照射下被分解，然后將單個(gè)DNA鏈隔離成高能量的雙鏈DNA。當(dāng)光線被關(guān)閉時(shí)，DNA鏈就會(huì)從它們的高能儲(chǔ)存庫中緩慢釋放出來，纖維就會(huì)重新組裝。

我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這種高能量松弛發(fā)生時(shí)，初的聯(lián)鎖產(chǎn)品并沒有被改造:相反，單個(gè)纖維相互平行聚集，產(chǎn)生了具有改善的力學(xué)性能和更高的熱穩(wěn)定性的厚“納米電纜”。

通過我們的光化學(xué)方法，聚合的組裝途徑被改變，影響局部纖維結(jié)構(gòu)。使用我們的策略形成的纖維比那些沒有循環(huán)激活的纖維具有更少的結(jié)構(gòu)缺陷。因此，我們更“完美”的單個(gè)纖維避免分叉，而是鼓勵(lì)沿著它們的聚合軸聚合，從而形成堅(jiān)固而有組織的電纜。

為什么結(jié)果很重要?

這項(xiàng)工作的進(jìn)展之一是發(fā)展了新的表征方法(與Gonzalo Cosa教授的實(shí)驗(yàn)室合作)，以理解單纖維水平上的組裝。雖然單分子熒光技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生物系統(tǒng)的研究，但這項(xiàng)研究標(biāo)志著直接觀察超分子聚合的不同機(jī)制，并發(fā)展了光學(xué)分析來探索超分子聚合物的異質(zhì)性。

我們預(yù)計(jì)這些新方法將廣泛應(yīng)用于天然和合成材料的研究，并可能提供重要的見解，了解自然如何控制其功能組織的特性，使科學(xué)家能夠生產(chǎn)更動(dòng)態(tài)和可調(diào)的材料。

當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)一種材料的缺陷時(shí)，我們可以將其拆卸，并改變其重組的途徑，以完善結(jié)構(gòu)。這就產(chǎn)生了更堅(jiān)固的生物材料，可以作為細(xì)胞生長、組織再生和納米材料組織的支架。

同時(shí)進(jìn)行。這為研究和預(yù)防開辟了新的途徑，”她總結(jié)道。

關(guān)于麥吉爾大學(xué)

麥吉爾大學(xué)成立于1821年，位于魁北克省的蒙特利爾，是加拿大排名的醫(yī)學(xué)博士大學(xué)。麥吉爾大學(xué)一直是國內(nèi)和國際大學(xué)之一。?是世界知名的?高等教育機(jī)構(gòu)，擁有兩個(gè)學(xué)院、11個(gè)學(xué)院、13個(gè)專業(yè)學(xué)院、300個(gè)學(xué)習(xí)項(xiàng)目，在校學(xué)生4萬余人，其中研究生10200余人。麥吉爾大學(xué)吸引了來自全球150多個(gè)的學(xué)生，其12800名國際學(xué)生占學(xué)生總數(shù)的31%。超過一半的麥吉爾學(xué)生聲稱語言不是英語，包括大約19%的學(xué)生說法語是他們的母語。