虎年第五篇水凝胶《JACS》！耐酸和pH 响应

以前没有报道过在 pH 值低至 1.2 的极端酸性环境中稳定的耐酸 D-N-A 水凝胶，这主要是由于 D-N-A 杂交结构的不稳定性。为实现这一目标，科研人员对富含腺嘌呤 (A) 和富含胞嘧啶 (C) 的寡核苷酸进行了合理设计和整合，以通过自由基聚合与丙烯酰胺单体形成共聚物。在酸性环境 (pH 1.2–6.0) 中，生成的共聚物形成水凝胶状态，通过平行的 A 基序双链结构 (pH 1.2–3.0) 和四链 i 基序结构 (pH 4.0–6.0) 交联分别用于 A 和 C 碱基的质子化。具体来说，在 pH 1.2-3.0 下质子化的富含 A 的序列通过反向 Hoogsteen 相互作用和静电吸引形成稳定的平行 A 基序双链体交联单元。在弱酸性 pH (4.0–6.0) 下的半质子化 C 碱基通过 Hoogsteen 相互作用形成四链体 i-motif 交联构型。在physiological 的pH 下，A 和 C 碱基都去质子化，导致 A 基序和 i 基序分别分离为富含 A 和富含 C 的单链，从而使 D-N-A 水凝胶解离成溶液状态。

方案 1. 耐酸和pH 响应D-N-A水凝胶制备和insulin释放示意图。

图 2. 通过将 HCl 和乙酸分别添加到共聚物溶液（PBS 缓冲液，pH 7.2）中，水凝胶在 (A) pH 1.2 和 (B) pH 5.0 下的照片和 SEM 图像。(C) 在酸性 pH 值下形成稳定的 水凝胶（上图）和pH 值触发的水凝胶解离成溶液状态（下图）。

图 3. (A) 水凝胶在 pH 1.2、5.0 和 7.2 下的流变学研究。(B) 在 pH 1.2、5.0 下，由 A 基序和 i 基序交联的水凝胶的顺序解离谱（曲线 a）、只有 A 基序（曲线 b）和只有 i 基序（曲线 c）， 和 7.2。

图 4. (A) AIF (pH 7.2, 37 °C) 中 水凝胶中 FITC-insulin的释放曲线。(B) AGF (pH 1.2, 37 °C) 中 水凝胶中 FITC-insulin的释放曲线, 然后是 AIF (pH 7.2, 37 °C)。(C) AGF (pH 1.2, 37 °C) 中 水凝胶中 FITC-insulin的释放曲线, 随后在 ADF (pH 5.0, 37 °C) 中, 然后在 AIF (pH 7.2, 37 °C) 中。(D) 不同 pH 值下水凝胶释放的insulin的 ELISA。标准insulin溶液用作阳性对照。

相关论文以题为Acid-Resistant and Physiological pH-Responsive DNA Hydrogel Composed of A-Motif and i-Motif toward Oral Insulin Delivery发表在《J. Am. Chem. Soc.》期刊上。通讯作者是新加坡Jackie Y. Ying教授。

参考文献：

doi.org/10.1021/jacs.1c13426