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文檔簡介
1、目前,許多合成材料可用于與DNA組裝形成穩(wěn)定復(fù)合物,繼而控制其運輸。陽離子表面活性劑能夠通過靜電相互作用有效結(jié)合DNA,并且當(dāng)陽離子表面活性劑在DNA骨架附近自組裝形成陽離子膠束或囊泡時,陽離子聚集體在DNA骨架上的結(jié)合能夠削弱相鄰磷酸基之間的靜電斥力,使之彼此靠近從而誘導(dǎo)所謂“DNA壓縮”現(xiàn)象的出現(xiàn)。DNA尺寸的減小以及DNA與磷脂雙層間靜電斥力的削弱可以極大提高DNA穿過細(xì)胞膜的可能性。在一定條件下,比如形成陰陽離子表面活性劑混合膠
2、束,加入β-CD或無機鹽,可破壞陽離子聚集體與DNA的結(jié)合,使被捕捉的DNA獲得釋放以達(dá)到基因運輸?shù)哪康摹?br> 陽離子表面活性劑/DNA復(fù)合物的理化性質(zhì)對于探索其在基因治療領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價值而言非常重要。本論文側(cè)重研究各種陽離子表面活性劑聚集體,包括陽離子膠束、陰陽離子囊泡以及陽離子表面活性劑修飾的納米金顆粒,與DNA在水溶液中的聚集行為以及所形成復(fù)合物的理化性質(zhì)和性能,借此探索復(fù)合物在基因運輸方面的潛在應(yīng)用價值。論文的研究內(nèi)容如
3、下:
第一章:緒論。對生物大分子DNA的基本性質(zhì)以及基因治療技術(shù)進(jìn)行概述。介紹了各種非病毒基因載體包括陽離子表面活性劑聚集體(膠束、脂質(zhì)和脂質(zhì)體),納米顆粒,聚合物等在基因治療技術(shù)領(lǐng)域中的研究進(jìn)展和應(yīng)用前景。詳細(xì)闡述了陽離子表面活性劑聚集體與DNA的相互作用行為以及所形成復(fù)合物的理化性質(zhì),并闡述了論文的研究目的及意義。
第二章:研究了DNA與含有不同反離子陽離子表面活性劑之間的相互作用。研究發(fā)現(xiàn),雖然在低濃度下能夠有
4、效壓縮DNA,但含有磁性配位反離子[FeCl3Br]-的陽離子表面活性劑無法如含有溴或氯反離子的表面活性劑那樣在高濃度下自發(fā)解壓縮DNA。研究結(jié)果表明,DNA與陽離子表面活性劑的相互作用行為與表面活性劑所攜帶反離子的種類密切相關(guān)。結(jié)果表明,不同濃度陽離子表面活性劑誘導(dǎo) DNA的壓縮與解壓縮由反離子與DNA之間同陽離子膠束相互作用的競爭所主宰。在高表面活性劑濃度下,由于反離子濃度增大所引起的靜電競爭效應(yīng)逐漸增強,DNA與陽離子聚集體之間的
5、靜電作用逐漸減弱。最終,伴隨大量反離子與陽離子聚集體締合,DNA與陽離子聚集體之間的靜電作用被大幅削弱甚至屏蔽,DNA解壓縮恢復(fù)至原始伸展?fàn)顟B(tài)。對此,提出一個更為合理的不同濃度陽離子表面活性劑控制DNA構(gòu)象變化的三步模型機理。而磁性表面活性劑,因其壓縮DNA不受限于自身合適的濃度,可被視為一種新型的DNA壓縮試劑。本工作可為DNA與陽離子表面活性劑的相互作用行為提供更為明確的信息,也為基因運輸與基因治療提供重要理論指導(dǎo)。
第三
6、章:設(shè)計并合成出一種雙重響應(yīng)陽離子表面活性劑,其結(jié)構(gòu)中包含一個光響應(yīng)偶氮苯基團(tuán)以及一個順磁性配位反離子[FeCl3Br]-。該表面活性劑能夠充分利用無盡清潔能源,即光照與磁場,作為兩種強力開關(guān)來有效控制DNA的捕捉與釋放。該陽離子表面活性劑在經(jīng)紫外與可見光交替照射后的親疏水性變化可用于控制陽離子膠束的形成與解離,繼而使之可獨自用于可逆地調(diào)節(jié)DNA的壓縮?;赱FeCl3Br]-的順磁性,可借助引入外加磁場來提升DNA的最大壓縮效率,并能
7、夠以較低劑量表面活性劑實現(xiàn)DNA的壓縮。此外,該表面活性劑與DNA結(jié)合形成鐵磁性復(fù)合物,該復(fù)合物能夠向磁場定向遷移,使之表現(xiàn)出具有實現(xiàn)靶向基因運輸?shù)臐摿?。對運輸至磁場附近的DNA/表面活性劑復(fù)合物進(jìn)行紫外光照處理,原先被壓縮并遷移至磁場附近的DNA分子能夠獲得有效釋放與解壓縮。表面活性劑的雙重響應(yīng)性質(zhì)在功能上的自我完美互補使其可作為一種智能且多元化的工具用于控制DNA轉(zhuǎn)染與基因運輸。
第四章:基于雙鏈(ds) DNA與含有磁性
8、反離子[FeCl3Br]-的陽離子表面活性劑之間的自組裝,制備出高度有序的DNA/表面活性劑摻雜納米球。磁性陽離子表面活性劑能夠在高濃度下壓縮DNA,該特殊性使得DNA/磁性表面活性劑復(fù)合物能夠通過聚集、融合與凝聚的方式形成有序的納米球結(jié)構(gòu)。含有傳統(tǒng)Br-的陽離子表面活性劑在高濃度下則會喪失壓縮DNA的能力,因此無法在相同條件下形成納米球。當(dāng)使用一種特殊的光響應(yīng)磁性陽離子表面活性劑作為組分制備納米球時,可基于外加磁場與紫外/可見光的交替
9、照射構(gòu)筑一個有效的雙重響應(yīng)藥物運輸平臺。作為藥物載體,DNA/表面活性劑納米球具有高負(fù)載效率、緩釋特性與良好生物相容性等優(yōu)點。納米球不僅能夠控制基于磁場的靶向藥物運輸,而且可以在細(xì)胞水平上實現(xiàn)藥物的光可控釋放。本體系可為制備新型核酸納米器件提供指導(dǎo),也可在納米技術(shù)與生化領(lǐng)域?qū)ふ业綕撛趹?yīng)用價值。
第五章:采用不同研究手段,從不同角度出發(fā),研究了由陽離子表面活性劑十四烷基三甲基氫氧化銨(TTAOH)與陰離子表面活性劑月桂酸(LA)
10、所構(gòu)筑的帶有過量正電荷的無鹽陰陽離子囊泡與DNA的相互作用。研究發(fā)現(xiàn),隨著DNA的加入,囊泡的聚集行為發(fā)生很大改變,由原先多分散的單層囊泡聚集形成密堆積的多層和多室囊泡。同時,通過核磁共振氫譜可觀察到部分陰離子表面活性劑從囊泡中解離,并且當(dāng)DNA濃度較高時,解離的陰離子表面活性劑能夠自發(fā)組裝形成類膠束結(jié)構(gòu)。與先前文獻(xiàn)中所報道的含鹽陰陽離子囊泡相比,無鹽陰陽離子囊泡具有明顯更強的DNA負(fù)載能力,其與DNA的飽和點為R=2.3,表現(xiàn)出更高的
11、潛在基因傳遞效率。此外,DNA在與囊泡相互作用過程中未發(fā)生任何構(gòu)象變化,仍維持原始伸展的雙螺旋構(gòu)象。作為載體,無鹽陰陽囊泡可以將純凈的、結(jié)構(gòu)不受任何影響的DNA分子運輸至細(xì)胞,因而在基因治療和納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值。
第六章:利用陰離子表面活性劑月桂酸鈉(SL)與不同鏈長季銨鹽類陽離子表面活性劑(CnTAB,n=12,14與16)組裝形成帶有等量過量正電荷的陰陽離子囊泡,并將這些囊泡用以負(fù)載DNA。研究發(fā)現(xiàn),DNA與這三
12、種囊泡的結(jié)合飽和點(BSP)隨陽離子表面活性劑鏈長增長而增大,分別位于1.0,1.3和1.5。該結(jié)果表明,由鏈長較長陽離子表面活性劑形成的陰陽離子囊泡具有較強的DNA負(fù)載能力。伴隨DNA的加入,囊泡表面電荷密度顯著降低,因而發(fā)生聚集與融合。DNA在與CnTAL囊泡相互作用過程中仍然維持原始伸展的雙螺旋構(gòu)象。核磁共振氫譜結(jié)果顯示,隨著DNA的加入,C14TAL和C16TAL陰陽離子囊泡體系中均存在明顯的陰離子表面活性劑從囊泡中解離的現(xiàn)象,
13、但類似現(xiàn)象并未在C12TAL體系中出現(xiàn)。瓊脂糖凝膠電泳結(jié)果顯示,陰/陽離子表面活性劑之間的靜電相互作用強于DNA與陽離子表面活性劑之間的相互作用。因此,陰離子表面活性劑的解離不能僅僅歸結(jié)于DNA加入所引起的靜電競爭效應(yīng),而是很大程度上取決于參與形成囊泡的陰/陽離子表面活性劑之間的幾何構(gòu)象匹配度。相關(guān)研究可為選擇合適的載體用于基因治療或基因轉(zhuǎn)染提供理論指導(dǎo)。
第七章:制備出一種含有特殊伸展管狀形貌并兼具光響應(yīng)與磁響應(yīng)性質(zhì)的陰陽離
14、子囊泡。該微觀結(jié)構(gòu)由陽離子表面活性劑azoTAFe(C2H5O-azobenzene-OC2H4N+-(CH3)3[FeCl3Br])與陰離子表面活性劑Texapon N70(CH3(CH2)11-(CH2CH2O)2.5SO3-Na+)在水溶液中自組裝形成。該陰陽離子囊泡可作為一種良好載體用以控制DNA的負(fù)載,遷移以及釋放。囊泡的特殊管狀形貌使之擁有目前所報道的所有含鹽陰陽離子囊泡中最強的DNA負(fù)載能力。囊泡的強磁性不僅使其能夠有效地
15、磁化DNA并控制基于磁場的DNA靶向運輸,而且可以在外加磁場存在下顯著提升其自身的DNA負(fù)載能力。陽離子表面活性劑的光響應(yīng)性質(zhì)可用于調(diào)控囊泡的形成與解離,從而可幫助實現(xiàn)可逆的DNA捕捉與釋放。細(xì)胞毒性化驗結(jié)果顯示,該陰陽離子囊泡具有良好生物相容性。
第八章:報道了一種非常簡單的方法,僅僅通過在磁性陽離子表面活性劑CTAFe存在下利用硼氫化鈉還原氯金酸,即可通過一步表面修飾制備出兼具高效與高靈敏性的磁性納米金顆粒。我們所制備的磁
16、性金納米顆粒能夠通過靜電相互作用有效結(jié)合DNA與蛋白質(zhì),從而使所形成的納米顆粒/生物大分子復(fù)合物通過外部磁場進(jìn)行有效控制,并誘導(dǎo)其遷移至磁場附近。此外,借助金顆粒作為載體可以幫助有效富集表面活性劑CTAFe的正電荷,使所制備的磁性金納米顆粒相比CTAFe(C16H33N+(CH3)3[FeCl3Br]-)能夠以更低劑量壓縮DNA并相應(yīng)獲得更高的壓縮效率。在磁場中,磁性金納米顆粒也能夠賦予生物大分子高遷移效率。與納米顆粒表面的相互作用通常
17、容易破壞生物大分子的天然構(gòu)象,繼而影響其后續(xù)功能,本體系中,DNA與蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象可通過控制納米顆粒與生物分子的化學(xué)計量比從而獲得有效保護(hù)。
第九章:基于所制備的一步修飾超細(xì)(<2 nm)磁性納米金顆粒構(gòu)筑了一種基于低強度(0.25 T)磁場的高效DNA與蛋白質(zhì)運輸平臺。超細(xì)磁性金納米顆粒由在弱氧化性磁性陽離子表面活性劑CTACe(C16H33N+(CH3)3[CeCl3Br]-)或CTAGd(C16H33N+(CH3)3[
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