硅烷偶联剂修饰的Fe3O4磁性纳米材料制备及其作为基因载体的研究

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近年来,基因治疗在替代功能障碍基因和肿瘤治疗方面具有潜在的应用前景,因而备受关注。基因治疗的关键问题之一在于开发安全、高效的基因转染体系。在转基因载体的研究发展过程中,一个明显的趋势是采用非病毒基因载体,其目的在于降低人体正常细胞致病的风险。纳米技术的发展,为解决基因转移载体问题提供了新的思路。体积微小、具有超顺磁性的四氧化三铁磁性纳米颗粒,有望成为理想的基因载体材料。本研究以2-吡咯烷酮和乙酰丙酮铁为原料,采用高温有机分解法合成超顺磁性纳米Fe3O4,利用γ—氨丙基三乙氧基硅烷修饰颗粒Fe3O4纳米颗粒,制备Fe3O4/氨基硅烷纳米复合颗粒。进一步进行Fe3O4/氨基硅烷纳米复合颗粒对DNA的结合和保护实验,并以绿色荧光蛋白EGFP-C2基因作为靶基因,Fe3O4/氨基硅烷作为基因载体,进行体外转染实验。主要结论如下:(1)高温有机分解法制备得到Fe3O4粒子具备粒径小、粒径分布范围窄(10±2 nm)、比饱和磁化强度和超顺磁性等优良性能。在制备过程中,反应气氛、反应时间、反应物比例对Fe3O4的性能都有不同程度的影响,其中反应时间影响最大。最佳反应条件:反应回流时间30min,2-吡咯烷酮和乙酰丙酮铁比例为10:1(ml/mmol)。(2)采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷为修饰剂,有效的改善磁性Fe3O4纳米粒子表面的疏水环境,成功制备出稳定性好、单分散的磁性Fe3O4/氨基硅烷复合纳米粒子。当氨基硅烷用量与四氧化三铁纳米粒的摩尔比为4:1时,微球的稳定性、分散性和磁性效果达到最佳;红外结果显示,经表面改性后,氨基作为功能性基团成功的负载到磁性Fe3O4纳米粒子表面,增强了微球的生物兼容性,可进一步修饰酶、抗体、DNA等活性物质。(3)实验证明,经氨基硅烷修饰后的Fe3O4纳米颗粒能够有效的结合DNA,并能够保护DNA,使其不被DNase-Ⅰ核酸酶和血清所消化降解;当二者的质量比为1:2时,Fe3O4纳米颗粒微球结合DNA的效率最高,可达到90%以上;修饰后的Fe3O4纳米颗粒对细胞基本没有生物毒性,细胞的存活率为95%左右;转染报告基因EGFP-C2正常人肝细胞HL7702和人纤维肉瘤细胞HT1080,转染效率分别为63.2%和60%,高于脂质体的转染效率(30%),是较为理想的基因转运载体。
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