一种功能核酸/聚合物修饰的液态金属核壳结构微凝胶的制备方法

本发明属于生物医学领域，尤其是涉及一种功能核酸/聚合物修饰的液态金属核壳结构微凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、与传统金属材料相比，镓基液态金属因其独特的性质受到了广泛关注，包括导热性、导电性、流动性、变形性、无毒性和自愈合性。特别是，金属特性(导热性和导电性)和流动性的结合拓宽了它们的应用范围(可拉伸电子、微流体、软机器人、微电极、热电可穿戴设备、电子纹身)。与汞等其他液态金属相比，镓基液态金属的低细胞毒性和高生物相容性使其成为生物医学应用中的理想材料。研究发现将液态金属暴露于超声作用下可以剥离液态金属纳米颗粒表面的氧化物，进而可以在表面引发自由基聚合反应，因此允许在液态金属表面局部形成聚合物网络结构，合成液态金属@聚合物复合微凝胶。功能核酸是由几十个核苷酸组成的具有独特功能的短单链，如具有催化能力的核酸酶(dnazyme)和具有对不同目标识别能力的核酸适配体(aptamer)，通过将液态金属特性与具有功能可序列编码性的功能核酸结合所构建的复合微凝胶融合了液态金属和功能核酸/聚合物外壳的性质，可以进一步拓宽镓基液态金属在生物传感领、药物释放、癌症治疗、生物成像等领域的应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种制备功能核酸/聚合物修饰的液态金属核壳结构微凝胶的方法。将液态金属纳米颗粒、聚合物网络和功能核酸结合，成功构建了多功能复合微凝胶。本发明在功能化液态金属、生物传感、生物医药等领域具有一定的应用前景。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种聚合物修饰的液态金属核壳结构微凝胶，所述微凝胶包括内核和壳层，所述内核为液态金属纳米颗粒，所述壳层为由单体和交联剂形成的聚合物网络。

4、优选地，所述液态金属为镓基液态金属，比如镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、镓铟锡锌铋合金中的一种或多种。

5、所述单体为乙烯基单体，优选为丙烯酰胺单体、n-异丙基丙烯酰胺单体、丙烯酸单体中的一种或多种。

6、所述交联剂为甲叉双丙烯酰胺。

7、本发明以丙烯酰胺和n-异丙基丙烯酰胺为主要研究对象探究在超声作用下合成聚合物修饰的液态金属微凝胶的可行性。将聚合物网络的性质与液态金属纳米颗粒的性质结合，制备液态金属@聚合物核壳结构微凝胶。

8、优选地，所述微凝胶壳层还修饰有功能核酸，通过引入功能核酸单体在所述壳层引入共价修饰的功能核酸。

9、优选地，所述功能核酸为任意长度的dna、rna中的一种或两种。

10、本发明还提供一种所述的聚合物修饰的液态金属核壳结构微凝胶的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

11、s1：取单体、交联剂、液态金属纳米颗粒，混合形成混合液；

12、s2：将混合液在冰水浴的条件下超声，离心分离混合液，即得到聚合物修饰的液态金属核壳结构微凝胶，标记为液态金属@聚合物。

13、本发明还提供另一种所述的功能核酸/聚合物修饰的液态金属核壳结构微凝胶的制备方法，所述制备方法选自如下方案a或方案b：

14、方案a包括如下步骤：

15、s1：取单体、交联剂、液态金属纳米颗粒，混合形成混合液；

16、s2：将混合液在冰水浴的条件下超声，然后加入功能核酸、超声、离心分离混合液，即得到功能核酸/聚合物功能化液态金属微凝胶，标记为液态金属@聚合物/功能核酸。

17、方案b包括如下步骤：

18、s1：取液态金属纳米颗粒、功能核酸，混合形成混合液；

19、s2：将混合液在冰水浴的条件下超声，然后加入单体、交联剂，超声，离心分离混合液，即得到功能核酸/聚合物功能化液态金属微凝胶，标记为液态金属@聚合物/功能核酸。

20、优选地，所述液态金属为镓基液态金属，具体可为镓铟锡锌合金、镓铟锡锌铋合金镓基液态金属中的一种或多种。

21、所述单体为乙烯基单体，优选为为丙烯酰胺单体、n-异丙基丙烯酰胺单体、丙烯酸单体中的一种或多种。

22、所述交联剂为甲叉双丙烯酰胺。

23、所述单体的浓度为10-300mm，所述交联剂的浓度为1-20mm。

24、所述液态金属在混合液中的终浓度为1-20mg/ml。

25、优选地，所述s1中，超声时间为30-240min，超声功率为100-400w。

26、优选地，所述s2中，第一次超声时间为30-240min，第二次超声时间为10-200min，超声功率为100-400w。

27、优选地，所述功能核酸为任意长度的dna、rna中的一种或两种。

28、所述功能核酸/聚合物修饰的液态金属核壳结构微凝胶可应用于生物传感、生物医学等领域。

29、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

30、(1)本发明利用自由基聚合机理，在超声条件下，液态金属表面可以引发单体聚合，将乙烯基单体聚合在液态金属纳米颗粒表面形成聚合物修饰液态金属的微凝胶，通过该方法可获得分散性良好、粒径均一的液态金属@聚合物微凝胶。

31、(2)本发明制得的液态金属@聚n-异丙基丙烯酰胺/功能核酸微凝胶具有温敏性，当温度高于其临界相转变温度时，微凝胶发生从膨胀水合状态到收缩脱水固态的转变，使网络内层的功能核酸暴露出来，更充分与底物dna结合，切割底物dna，产生增强的荧光信号，即温度可以调节微凝胶中功能核酸的活性。

32、(3)本发明引入功能核酸构建核酸功能化液态金属复合材料，该方法在液态金属材料的功能化和生物传感、生物医学应用方面具有一定的前景。

33、(4)本发明所提出的合成策略通过改变单体和功能核酸的加入时间可以模块化合成具有不同功能基团分布的微凝胶，实现微凝胶对刺激响应能力的调控。

34、(5)本发明所合成的液态金属@聚合物/功能核酸微凝胶具有光响应性，在近红外激光照射下可以发生定向移动。

技术特征：

1.一种聚合物修饰的液态金属核壳结构微凝胶，其特征在于：所述微凝胶包括内核和壳层，所述内核为液态金属纳米颗粒，所述壳层为单体和交联剂形成的聚合物网络。

2.根据权利要求1所述的聚合物修饰的液态金属微凝胶，其特征在于：所述液态金属为镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、镓铟锡锌铋合金中的一种或多种；

3.根据权利要求1所述的聚合物修饰的液态金属核壳结构微凝胶，其特征在于：还包括通过引入功能核酸单体在所述壳层引入共价修饰的功能核酸。

4.根据权利要求3所述的功能核酸/聚合物修饰的液态金属核壳结构微凝胶，其特征在于：所述功能核酸为任意长度的dna、rna中的一种或两种。

5.权利要求1所述的聚合物修饰的液态金属核壳结构微凝胶的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：

6.权利要求3所述的聚合物修饰的液态金属核壳结构微凝胶的制备方法，其特征在于：所述制备方法选自如下方案a或方案b：

7.根据权利要求5或6任意一项所述的制备方法，其特征在于：所述液态金属为镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、镓铟锡锌铋合金中的一种或多种；

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述s2中，超声时间为30-240min，超声功率为100-400w。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述s2中，第一次超声时间为30-240min，第二次超声时间为10-200min，超声功率为100-400w。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述功能核酸为任意长度的dna、rna中的一种或两种。

技术总结
本发明提供了一种制备功能核酸/聚合物修饰的液态金属核壳结构微凝胶的方法，通过将单体、交联剂、液态金属纳米颗粒混合形成混合液，然后在冰水浴中超声反应，液态金属纳米颗粒表面引发单体自由基聚合反应，从而得到交联聚合物网络修饰的液态金属核壳结构微凝胶。本发明所述的方法可以获得粒径均一、分散性好的复合微凝胶。根据所提出的合成策略，本发明还进一步引入具有功能可编程性的核酸单体或者温敏聚合物单体，成功构建了具有多重性质的复合微凝胶，这些微凝胶可表现出对特定生物化学目标如小分子、核酸、蛋白等的特异响应性以及对温度变化和近红外光照射的响应性。本发明在功能化软材料构建与生物医学应用领域具有一定前景，有望拓宽多功能液态金属/聚合物复合微结构在生物传感、生物成像、靶向药物释放、光热光动力协同治疗、诊疗一体化等领域中的应用。

技术研发人员：郭玮炜,张亚星
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21