生物分子的封裝和可控釋放在生物基信息存儲、生物傳感、醫學鑒定、藥物遞送等領域具有重要應用價值。目前，常用的封裝策略如礦化、聚合物包覆和納米材料吸附等存在封裝或解封步驟繁瑣、需引入化學反應、難以提供光學保護等問題。金屬材料因其高氣密性、水密性、光反射和電離防護性能，在食品和電子封裝領域得到廣泛應用。然而，傳統的金屬封裝材料熔點較高，并且還需引入真空處理或者惰性氣體填充，因此需要設計新型的金屬封裝方法以兼容生物分子。

近日，東南大學劉宏教授團隊提出了一種基于鎵基液態金屬的生物分子封裝新策略，充分利用了鎵在低溫下的固液相變特性、高氣/水密、光學保護和自愈合等特點。研究人員將生物分子置于兩層固態鎵薄膜之間（鎵的熔點為29.8℃），加熱使薄膜液化，利用液態金屬的自愈合效應實現低溫焊接，冷卻后固化完成封裝。解封時，無需對封裝體進行化學降解，只需將固態鎵加熱至液態，在水相中施加機械振動刺激誘導液態鎵破裂，即可實現生物分子的按需快速釋放。

基于這一新型封裝方法，研究團隊探索了其在DNA信息存儲和新冠病毒樣本檢測方面的應用潛力。實驗結果表明，DNA編碼的圖像文件在高溫高濕加速老化實驗后，序列丟失率僅為0.1%。此外，通過將CRISPR生物試劑封裝在液態金屬內部，實現了新冠病毒RNA擴增和CRISPR/Cas12a剪切反應的級聯進行，避免了核酸擴增和檢測過程中液體轉移操作引起的污染風險。該研究為利用低熔點金屬開發刺激響應性的生物分子膠囊提供了新思路。

基于鎵固液相變對生物分子進行封裝和釋放的原理示意圖

鎵膠囊用于DNA信息的長期存儲



鎵膠囊在新冠病毒快速檢測中的應用 相關成果以“Phase Transition-Driven Encapsulation of Biomolecules Using Liquid Metal with On-Demand Release for Biomedical Applications”為題發表在Biosensors and Bioelectronics期刊上。東南大學生物科學與醫學工程學院博士研究生高亞坤為文章第一作者，劉宏教授和馬標博士為共同通訊作者。感謝東南大學公共衛生學院丁雄研究員團隊和華大基因主任科學家平質團隊對本工作的大力支持。該工作得到了國家重點研發計劃等項目的支持。

論文鏈接：

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

審核編輯：劉清