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非病毒基因载体有着成本低廉、易于化学修饰、安全性好等优点,是极具潜力的基因治疗载体。阳离子聚合物载体是非病毒载体中的重要成员,但是存在转染效率低的关键问题。本论文着眼于对阳离子基因载体材料的研究,分别设计并合成了生物可降解聚氨基酸材料和水溶性共轭聚电解质材料,详细表征了纳米复合物的结构,分别检测了材料在in vitro水平的基因输送效率。工作主要分为如三个部分:第一部分,采用NCA-ROP法制备得到两种生物可降解星形聚天冬酰胺衍生物(SP1-DET和SP2-DET),研究了其对巨噬细胞RAW264.7的基因转染。此外,针对RAW264.7细胞表面表达受体类型,本文分别使用甘露糖和叶酸配体对这两种星型聚天冬酰胺衍生物进行修饰,提高了载体材料对RAW264.7的靶向性。研究表明该类材料均能够很好的束缚压缩质粒DNA形成球状纳米颗粒。透射电子显微镜下观察发现,这些纳米复合物具有明显的"核-壳"结构。In vitro研究发现,未修饰靶向基团的材料表现出较差的转染效率,而叶酸和甘露糖两种靶向修饰均能提高材料对巨噬细胞的转染效率。此外,还可以进一步优化星形聚天冬酰胺材料的结构和性能,以提高材料对整体免疫细胞的基因转染效率。第二部分,设计并合成了具有不同结构和分子量的阳离子聚噻吩(cPT)并用于基因输送的研究。通过对这些材料的光物理性质研究发现:cPT在水溶液中具有很好的分散性,且可以在白光照射下产生活性氧自由基(ROS)。极少量的cPT通过非共价连接引入到SP/质粒的纳米复合物中,可以自组装形成更稳定的多组份载体输送体系。在in vitro基因输送的研究中发现,这种结构新颖的纳米复合物增强了对溶酶体膜扰动能力,进而提高了基因转运效率。我们发现cPT对氧气适当的光敏化作用有助于实现基因输送的成功:具有较弱的光敏化作用的短链 cPT,如 cLPT-2(Mw,GPC<10 kDa)和 cBPT-3(MW,GPC<5 kDa),由于对纳米复合物的稳定性增强最为显著而提高基因转运效率。在此通过引入具有良好生物兼容性的聚噻吩作为基因转运增强剂,构建得到新颖的纳米复合物的方法,为非病毒基因输送的应用提供了一种简单、经济、有效的平台。第三部分,将四种不同阳离子侧链的阳离子聚苯撑乙炔(P-0-3、P-C-3、PIM-2、PIM-4)用于基因输送的研究。四种cPPE具有刚性主链和离子化侧链,因此既保持了共轭聚合物的光电性能,又具备了良好的水溶性。本文将cPPE引入星型聚合物/质粒的复合物构建了多组分基因输送体系,进一步研究了添加少量结构刚性的共轭聚电解质材料对柔性的聚天冬酰胺polyplex结构和基因输送性质的影响。In vitro研究发现,四种cPPE修饰SP/质粒的复合物均形成稳定的纳米复合物,并有效提高了对HeLa细胞的基因输送效率。定量研究显示,未光照条件下只需修饰0.1%的cPPE就能将转染效率提高2-3倍。此外,随着cPPE用量的提高,基因转染效率出现先增高后下降的趋势,当四种cPPE用量为0.25%时,对基因转染效率的提升最显著。其中,0.25%的P-C-3修饰的多组份纳米复合物体系的转染效率可以达到SP/质粒复合物体系的17倍。因此,SP/质粒复合物中添加四种cPPE材料可以有效增强基因输送效率,再次验证了这种多组分纳米复合物构建策略的潜在价值,有利于减少载体材料以及基因的使用。