2023年12月13日时珍国药班第四次参加学术交叉-药苑大讲堂讲座，清华大学化学系的刘冬生教授为同学们带来了主题为“DNA超分子水凝胶”的精彩分享。刘冬生教授从水凝胶结构与性能的高分子本质出发，介绍了核酸超分子凝胶的优异性能，并介绍了自己团队的研究成果及其广泛的应用前景。

刘冬生教授首先介绍了水凝胶的研究背景。细胞赖以生存的材料环境——细胞外基质是由生物大分子构成的水凝胶，因此人工合成水凝胶成为当下的研究热点之一。水凝胶材料最重要的性能是通透性和强度，然而这两项性能往往难以兼得。因此，刘冬生教授从分子设计出发，设计了全刚性分子网络模型，巧妙地利用高分子链的库恩长度来提高分子链刚性，并据此合成了纯DNA超分子水凝胶。

作为全刚性分子网络的超分子水凝胶，纯DNA超分子水凝胶同时具备良好的通透性与强度，在细胞培养、细胞相容性的实验中均有优异的表现。刘冬生教授利用蛋白扩散系数测定、凝胶网络模型构建、分子扩散行为模拟等方法测定了纯DNA超分子水凝胶的性能，并将其与当下的临床需求相结合，为纯DNA超分子水凝胶探索出了广阔的应用前景。

在应用方面，纯DNA超分子水凝胶的高通透性为利用自体、原位信号调控移植干细胞进行组织再生提供了新可能。基于纯DNA超分子水凝胶的高通透性，刘冬生教授的团队利用自体信号诱导神经干细胞分化实现了脊髓损伤修复，在小鼠实验中得到了较好的生理学结果，并利用蛋白标记等方法对实验出现的不良反应做出了科学解释。

接下来，刘冬生教授介绍了稀溶液超分子聚合中的动力学原理，即精准侧链序列产生“主链动力学互锁”。刘冬生教授从超分子聚合的基本原理出发，介绍了多基元动力学互锁效应，这一效应对于生物超分子的性质具有显著影响。据此，刘冬生教授通过引入长链多基元连接子（PMUL）使DNA超分子水凝胶的力学强度得到了进一步的提高，并使DNA超分子水凝胶具备了自愈合热性、热塑性等动态特性。因此，DNA超分子凝胶成为了较为理想的人工玻璃体代替物。

刘冬生教授表示，高分子是生命体系的基础。通过多基元动力学互锁，生命体系在一定时间尺度上兼具可逆性与高强度。这对于我们将来的学习研究具有很强的启发意义。

讲座结束后，老师和同学们针对讲座内容提出了自己的疑问，刘冬生教授耐心地为大家一一解答。刘冬生教授的讲座内容丰富、具有启发性，其深入浅出的“讲故事”式讲解引人入胜，使同学们深受启发。

最后，刘冬生教授同大家合影留念。