DNA纳米结构作为抗冻剂的用途

本发明属于抗冻仿生纳米材料，具体涉及一种dna纳米结构作为抗冻剂的用途。

背景技术：

1、重结晶是细胞冷冻保存过程中导致细胞损伤的主要原因。目前最常用的冷冻保存方法是向细胞中添加高浓度的渗透型冷冻保护剂，如二甲基亚砜或甘油等有机溶剂，以尽量减少冰的形成。然而，高浓度的有机溶剂通常具有生物毒性，经过这种方法冻存后的细胞存活率往往不尽如人意，这是细胞冻存中的一个棘手问题。

2、抗冻蛋白(antifreeze proteins,afps)已被证明存在于许多极地生物体内，在极低浓度下仍具有热滞活性和冰重结晶抑制(iri)活性。但是，从生物体中提取天然afps是一个耗时、复杂的过程，此外，afps的动态冰成型和潜在生物毒性也限制了它在抗冻领域的大规模应用。目前虽然已经人工合成或表达了一些afps，但这些蛋白质通常成本高、生物相容性差且热稳定性低。

3、为了克服上述问题，一些人工合成的afps仿生材料被开发出来，包括聚合物、小分子、纳米材料等。例如，聚乙烯醇可以在浓度低于0.1％wt的情况下抑制冰晶的生长并提高冷冻保存后的细胞回收率；类氮化碳量子点和氧化石墨烯在冰重结晶抑制活性的实验中表现出显著的活性。并且验证了聚合物的大小和拥挤程度可能会增加“非活性”聚合物的iri活性；此外低分子量碳水化合物表面活性剂，也可以抑制冰重结晶；金胶体和多肽的共轭物也具有显著iri活性。但是，这些人工合成的afps仿生材料仍不可避免地存在潜在生物毒性、合成困难等问题，因此，开发具有极显著的iri活性、良好的生物相容性和易于大规模合成的可编程纳米抗冻剂仍然是亟待解决的难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了dna纳米结构作为抗冻剂的用途，发明人惊喜地发现，dna作为生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子，具有良好的可编程性和生物相容性，由于dna碱基的疏水性，使得dna纳米结构倾向于吸附到冰晶上，亲水性的磷酸核糖链能够帮助纳米材料在冰-水体系中保持稳定。dna纳米结构由于开尔文效应能够实现良好的抑冰效果，在较低浓度下即可有效抑制冰晶的重结晶。

2、为了实现上述目的，本发明的方案具体如下：

3、本发明首先提供了dna纳米结构作为抗冻剂的用途，所述dna纳米结构为dna序列自组装形成的纳米结构；或者，为末端修饰巯基的dna单链偶联在刚性内核表面形成的球形核酸。

4、进一步方案，根据dna的可编程特性，设计获得不同尺寸和形貌的dna纳米结构，由于冰结合位点的密度差异，获得不同的抗冻效果。

5、进一步方案，所述dna纳米结构采用直接添加的方式实现抗冻。

6、进一步方案，所述dna纳米结构为dna序列自组装形成的纳米结构；

7、优选地，所述dna纳米结构为球形结构，其由含a碱基自组装形成；

8、优选地，所述dna纳米结构为不规则片状结构，其由含c碱基或者含g碱基自组装形成。

9、进一步方案，所述dna纳米结构作为抗冻剂，其添加浓度为0.5-5mg/ml。

10、进一步方案，所述抗冻剂用于细胞冻存中，每10mg抗冻剂加入到4×105个细胞中。

11、进一步方案，所述dna纳米结构为末端修饰巯基的dna单链偶联在刚性内核表面形成的球形核酸；

12、优选地，所述刚性内核的粒径为15-85nm；更优选为30-85nm；

13、优选地，所述刚性内核为贵金属纳米颗粒；

14、优选地，所述贵金属纳米颗粒为金纳米颗粒。

15、进一步方案，所述dna纳米结构作为抗冻剂，以所述刚性内核为定量标准，其添加浓度为0.1-10nm。

16、进一步方案，所述抗冻剂用于细胞冻存中，以球形核酸的内核浓度为定量标准，每0.4nm抗冻剂加入到4×105个细胞中。

17、本发明具有以下有益效果：

18、本发明提供了一种抗冻领域的通用思路，将一些特定种类的dna纳米结构作为抗冻剂，dna疏水的碱基倾向于吸附在微小的冰晶上，并在亲水性的磷酸核糖链的帮助下稳定整个材料体系，由于开尔文效应实现良好的抑冰效果，从而可在较低浓度下有效抑制冰晶的重结晶。

19、dna纳米结构作为抗冻剂，具有制备工艺简单、迅速，生物相容性好，并具有结构预测的可编程性，能够根据需要设计不同的材料尺寸和形貌，实现不同的抗冻效果。

20、与已知的抗冻材料相比，dna纳米结构作为抗冻剂其所需浓度更低、用量更少，具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.dna纳米结构作为抗冻剂的用途，其特征在于，所述dna纳米结构为dna序列自组装形成的纳米结构；或者，为末端修饰巯基的dna单链偶联在刚性内核表面形成的球形核酸。

2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，根据dna的可编程特性，设计获得不同尺寸和形貌的dna纳米结构，由于冰结合位点的密度差异，获得不同的抗冻效果。

3.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述dna纳米结构采用直接添加的方式实现抗冻。

4.如权利要求1-3任一项所述的用途，其特征在于，所述dna纳米结构为dna序列自组装形成的纳米结构；

5.如权利要求4所述的用途，其特征在于，所述dna纳米结构作为抗冻剂，其添加浓度为0.5-5mg/ml。

6.如权利要求4所述的用途，其特征在于，所述抗冻剂用于细胞冻存中，每10mg抗冻剂加入到4×105个细胞中。

7.如权利要求1-3任一项所述的用途，其特征在于，所述dna纳米结构为末端修饰巯基的dna单链偶联在刚性内核表面形成的球形核酸；

8.如权利要求7所述的用途，其特征在于，所述dna纳米结构作为抗冻剂，以所述刚性内核为定量标准，其添加浓度为0.1-10nm。

9.如权利要求7所述的用途，其特征在于，所述抗冻剂用于细胞冻存中，以球形核酸的内核浓度为定量标准，每0.4nm抗冻剂加入到4×105个细胞中。

技术总结
本发明公开了一种DNA纳米结构作为抗冻剂的用途，DNA作为生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子，具有良好的可编程性和生物相容性，本发明提供了一种抗冻领域的通用思路，将一些特定种类的DNA纳米结构作为抗冻剂，DNA疏水的碱基倾向于吸附在微小的冰晶上，并在亲水性的磷酸核糖链的帮助下稳定整个材料体系，由于开尔文效应实现良好的抑冰效果，从而可在较低浓度下有效抑制冰晶的重结晶。本发明中的DNA纳米结构作为抗冻剂，具有制备工艺简单、迅速，生物相容性好，并具有结构预测的可编程性，能够根据需要设计不同的材料尺寸和形貌，实现不同的抗冻效果。

技术研发人员：刘洪林,杨士萱,丁中祥,苏梦可
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12