[高分子材料] 天津大学仰大勇课题组- 生物高分子-质粒DNA复合微球应用于环境水文多污染源示踪

骨移植 。虽然这些方法成功地减轻了患者的痛苦 、 提高了软骨的功能 ,但是上述方法存在供体来源不 足 、手术过程复杂 、排异 、修复的软骨缺乏天然软骨 结构等缺点 。这些缺陷甚至可能阻碍这些治疗方法 在临床上的长期应用[3] 。
随着组织工程和再生医学技术的出现和逐步完 善 ,软骨修复技术出现了新的选择 。事实上 ,软骨修 复也是组织工程技术的最成功范例之一 。采用组织 工程技术修复软骨的过程一般是 :将体外分离扩增 的软骨细胞和生长因子或生物活性物质复合 ,然后 导入某种支架 ,再通过手术或微创注射的方法修复 缺损的软骨[4] 。除了种子细胞和活性因子外 ,支架 材料对于修复的软骨的质量起到至关重要的作用 。 除具有良好的机械物理性能外 ,更重要的是支架需 提供适于软骨组织再生的微环境[4] 。目前 ,已有包 括多孔支架 、纤维支架 、水凝胶和微载体在内的多种 结构的支架被用于软骨修复的研究和应用 。不同种 类的支架对软骨细胞的功能产生不同的影响 。由于 软骨细胞属于锚着依赖型细胞 ,它们在多孔支架和 微米纤维支架中需黏附在这些材料的表面才能生 长 ,通常呈现出铺展的扁平样形态[5] 。然而 ,软骨细 胞在纳米纤维支架和水凝胶支架中则成圆形或椭圆 形形态[5] ,这与其在天然软骨基质中更为接近 ,因而 更有利于维持软骨细胞的正常表型 。有研究表明 , 生长状态呈圆形或椭圆形的干细胞更倾向于向软骨 细胞分化[5] 。此外 ,水凝胶支架的水溶液环境更有 利于保护细胞以及易失活的药物如多肽 、蛋白质 、寡 聚核苷酸和 DNA 等 ,也有利于运输营养和细胞分泌 产物等 。由于水凝胶可以在一定条件下保持流动状 态而在外部物理或化学刺激下形成具有一定形状和 强度的体型材料 ,因此可以利用这种智能性来制备 注射型支架 ,发而 ,水凝胶也有机械强度 低 、消毒比较困难等缺点[6] 。近年来在水凝胶及其 复合物修复软骨方面已经取得了较大进展 ,并显示 出了良好的应用前景 。

与传统存储介质相比，DNA 凭借保存时间 长 、 ［1-2］ 存储密度高 、 ［3-4］ 易复制等优势，为大规 模的数据备份提供了可能 ， ［5-7］ 并有极大的潜力成
为新一代存储和检索数据的介质 。 ［8-9］ DNA 信息 存储的发展已有 50 多年的历史，发展史如图 1 所 示 。 ［10-27］ 早 在 20 世 纪 60 年 代 ， 由 计 算 机 科 学 家
收稿日期：2020-11-30 修回日期：2021-02-08 基金项目：国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项 （2020YFA0712104）；国家自然科学基金 （21778039 和 21621004） 引用本文：郜艳敏，唐梦童，刘倩，乔宏艳，王桃雪，齐浩 . DNA 信息存储中关键生化方法的研究［J］. 合成生物学，2021，2（3）：384-398 Citation： GAO Yanmin，TANG Mengtong，LIU Qian，QIAO Hongyan，WANG Taoxue，QI Hao. The pivotal biochemical methods in DNA data storage［J］. Synthetic Biology Journal，2021，2（3）：384-398
Synthetic Biology Journal 2021，2（3）：384-398
特约评述
2021 年 第 2 卷 第 3 期 |
DOI: 10.12211/2096-8280.2020-085
DNA 信息存储中关键生化方法的研究
郜艳敏，唐梦童，刘倩，乔宏艳，王桃雪，齐浩
第 2 卷
385
oligo pool, we have summarized the causes of biochemical problems such as heterogeneity of oligo copy number, mutation, and DNA decay in the process of microarray DNA synthesis, storage and amplification. And we have summed up a series of biochemical methods developed to address these problems, from oligo synthesis to amplification. These methods include improved synthesis process, adjusted chemical process parameters, modified oligo pool normalization method, optimized PCR condition, variant PCR (emulsion PCR) and novel isothermal amplification (strand displacement amplification). In addition, some measures should be taken in the encoding strategy to mitigate the oligo copy unevenness and aid the error correction. Moreover, we have proved the feasibility and efficiency of these biochemical methods in reducing the abovementioned problems in DNA data storage. Finally, we have discussed and analyzed the challenges in the existing DNA data storage. With the development of biotechnology and strategies of encoding and decoding, we believe that these bottle-neck issues will be solved and DNA data storage will be applied in real-world application in the near future.

2 实验部分
2.1 原材料与仪器 壳聚糖 (山东海得贝公司)，脱乙酰化度 90%，平均分子量 8500；透析袋 (鼎国生物技
术有限公司)，D36mm，截留分子量 6000~8000；氯代十六烷 (上海医药公司)，化学纯； 氯代十二烷 (上海化学试剂三厂)，化学纯；溴代正辛烷 (军事医学科学院药材供应站)，化 学纯；溴代正丁烷 (常州市光明生物化学研究所)，分析纯；其余试剂均为分析纯。
3 南开大学功能高分子材料教育部重点实验室，高分子化学研究所，天津 300071
摘要：在碱性条件下通过卤代烃的 N-烷基取代反应制备得到烷基壳聚糖衍生物，红外光谱表 明，烷基取代反应主要发生在壳聚糖的氨基上，并通过 x 射线光电子能谱测试定量分析了烷基 在壳聚糖各个官能团上的分布。动态光散射研究表明，该衍生物在水中可自动形成粒径在 10nm~200nm 范围的纳米微粒。 关键词：壳聚糖；烷基壳聚糖；纳米微球；X 射线光电子能谱 中图分类号：TQ425 文献标识码：A
都以污染物为内标物，以其 C1s 在 285.00eV
5000
的结合能为标准，对样品的所有吸收峰进行电
荷校正[14]，由于本文是用饱和烷烃对壳聚糖进
4000
行改性，最终在壳聚糖分子中引入主链为 C-C
3000
C/S
键的取代基，因此亦采用以饱和烷烃污染物为
2000
1
内标的方法对所有样品的 XPS 谱图进行电荷
编号 12Fra bibliotekTable 3 N1s XPS Spectroscopy Result of Chitosan
可能的键合情况
结合能 (eV)
半峰宽 (eV)
C－N*
401.03
3.0989