基因载体材料的仿生结构及制备

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1、摘要自然界经过5亿年的进化，严密的自然选择使得无论是非常低等还是高度复杂的生命体，都具有材料、构造、体系以及功能的多样性。天然材料的一个显著特点就在于它们精雕细琢的外表之下，还具有诸如精密、小型化、逐级有序的组织、杂化，对环境的抵抗力以及强的适应等特性。因此，对仿生材料的研究引起越来越多的关注。本文着眼于对生物体的结构、功能以及过程的仿生材料研究，主要内容包括对BAB型三嵌段共聚物的仿生自组装行为、阳离子三嵌段共聚物用作基因载体以及仿生合成有机-无机杂化Si02粒子的研究与探讨．首先采用NCAs开环聚合可控生成与生物体中脂质结构相似的BAIl型三嵌段共聚物聚(N￡-苄氧羰基赖氨酸)．聚乙二醇

2、．聚(Nc-苄氧羰基赖氨酸)，对其在共溶剂诱导下的自组装行为进行了研究，发现共聚物的亲，疏水组成和选用的共溶剂均对自组装聚集体的形态产生影响。当初始溶剂为DMF，亲水链长度大于疏水链长度时，自组装形成螺旋态为主的棒状结构，随着疏水链长度增加，自组装形态逐渐过渡为球形胶束以及多种形态的一次胶束聚集体；改变初始溶剂为DMAc时，嵌段共聚物的自组装形态与在DblF中相比刚好相反——亲水链长度小于疏水链长度时，自组装形成螺旋态为主的棒状结构，反之则形成胶束及其聚集体；当共溶剂为DMSO时，形成了类似于细胞膜结构的囊泡。将PLL(Z)-PEG-PLL(Z)去保护后得到阳离子嵌段共聚物PLL-PEG-P

3、LL，反应过程中共聚物的链长不发生变化。对PLL．PEG．PLL用作基因载体的性质进行研究发现：①聚阳离子含量越高，对DNA的包覆效果越好；形成的聚离子复合物可被胰蛋白酶降解，实现对DNA的释放；嬉)PLL-PEG．PLL对细胞系SF9和HEK293都转染成功，在SF9中，某些组成的共聚物转染效率与商业化试剂相比可达8(FA以上；③聚阳离子三嵌段共聚物／DNA复合物的大小在纳米范围内，TEM下形态多为球形，AFM也观察到类似于棒状的聚集体；④细胞毒性测试的结果表明，降低阳离子含量可降低细胞毒性。以反相乳液聚合方法合成了水合动力学粒径为598roll的高分子微凝胶模板，然后四甲氧基硅烷TMOS

4、为硅源，室温、中性水条件下，仿生合成Si02杂化粒子。对杂化粒子的性质进行表征，得到以下结果：①成功合成了以微凝胶为模板的有机．无机杂化SiCh粒子，粒径大小与模板有关，SiCh纳米粒子分布于整个微凝胶中，形成沟壑与孔洞交织的网络结构；②模板对si02杂化粒子的生成起主导作用，决定整个有机·无机杂化粒子的形态和组装性能；TMOS也对Si02的沉积有重要影响，TMOS用量越大，形成的杂化粒子表面越光滑，整个粒子结构越密实，反之则形成的粒子表面粗糙，结构疏松；③除了模板和TMOS的影响，溶剂组成和反应时间等其他外界因素也对杂化粒子的性质产生影响。通过改变溶剂组成和微凝胶浓度改变模板的溶胀程度，可

5、改变粒子的结构和表面形貌；随着反应时间的延长，杂化粒子从表面粗糙的疏松结构逐渐转变为表面光滑的致密结构；④随着si02的沉积，粒子的Zeta电势在测试pH范围内出现等电点。TMOS用量越大，等电点越低；⑤BET测试表明，随着TMOS投料量的增加，比表面积减小，TMOS用量越小，粒子比表面积越大。对杂化粒子进行灼烧后，会增大其比表面积；⑥热重分析实验发现，同样的微凝胶浓度，加入TMOS越多，单位时间内转化率越低，延长反应时间可以提高反应的转化率；增加微凝胶的溶胀程度可提高催化效率，进而提高反应转化率。关键词：仿生材料；三嵌段共聚物；基因载体；微凝胶-SiCh杂化粒子ⅡAbstracthlaIl

6、livingorganisms．whetherverybasicOrhighlycomplex,natureprovidesamultiplicityofmaterials，architectures，systemsandfunctions．Forthepastfivehundredmillionyearsfullyprovetlmaterialshaveappealedresultingfromstringentselectionprocesses．Amostremarkablefeatureofnaturallyoccurr吨materialsistheirfmelycarvedappe

7、arance．whichcombinesmanyinspiringpwpertiessuchassophistication,miniaturization,hierarchicalorganizations,hybridization,resistanceandadaptability．Moreandmoleattentionhasbeenpaidtoinvestigationofbiomimeticand