用于DNA信息存储和新冠病毒检测的生物分子封装新策略

生物分子的封装和可控释放在生物基信息存储、生物传感、医学鉴定、药物递送等领域具有重要应用价值。目前，常用的封装策略如矿化、聚合物包覆和纳米材料吸附等存在封装或解封步骤繁琐、需引入化学反应、难以提供光学保护等问题。金属材料因其高气密性、水密性、光反射和电离防护性能，在食品和电子封装领域得到广泛应用。然而，传统的金属封装材料熔点较高，并且还需引入真空处理或者惰性气体填充，因此需要设计新型的金属封装方法以兼容生物分子。

近日，东南大学刘宏教授团队提出了一种基于镓基液态金属的生物分子封装新策略，充分利用了镓在低温下的固液相变特性、高气/水密、光学保护和自愈合等特点。研究人员将生物分子置于两层固态镓薄膜之间（镓的熔点为29.8℃），加热使薄膜液化，利用液态金属的自愈合效应实现低温焊接，冷却后固化完成封装。解封时，无需对封装体进行化学降解，只需将固态镓加热至液态，在水相中施加机械振动刺激诱导液态镓破裂，即可实现生物分子的按需快速释放。

基于这一新型封装方法，研究团队探索了其在DNA信息存储和新冠病毒样本检测方面的应用潜力。实验结果表明，DNA编码的图像文件在高温高湿加速老化实验后，序列丢失率仅为0.1%。此外，通过将CRISPR生物试剂封装在液态金属内部，实现了新冠病毒RNA扩增和CRISPR/Cas12a剪切反应的级联进行，避免了核酸扩增和检测过程中液体转移操作引起的污染风险。该研究为利用低熔点金属开发刺激响应性的生物分子胶囊提供了新思路。

基于镓固液相变对生物分子进行封装和释放的原理示意图

镓胶囊用于DNA信息的长期存储

 

镓胶囊在新冠病毒快速检测中的应用 相关成果以“Phase Transition-Driven Encapsulation of Biomolecules Using Liquid Metal with On-Demand Release for Biomedical Applications”为题发表在Biosensors and Bioelectronics期刊上。东南大学生物科学与医学工程学院博士研究生高亚坤为文章第一作者，刘宏教授和马标博士为共同通讯作者。感谢东南大学公共卫生学院丁雄研究员团队和华大基因主任科学家平质团队对本工作的大力支持。该工作得到了国家重点研发计划等项目的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.116403

审核编辑：刘清