CN108148868A - 一种四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体及其制备方法 - Google Patents

一种四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体及其制备方法 Download PDF

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古伟明
赖林浩
王晓君
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Abstract

本发明公开了一种四氧化三铁‑羧甲基纤维素‑聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体及其制备方法，包括磁性纳米内核、包覆在磁性纳米内核外的外壳1和外壳2，磁性纳米内核和外壳1紧密配合，外壳1和外壳2紧密配合；磁性纳米内核的材料为Fe3O4，外壳1的材料为羧甲基纤维素，外壳2的材料为聚乙烯亚胺。本发明的基因载体，具有磁响应特性，增强了基因转染的可导向性，提高基因的转染效率，具有高生物相容性和高基因转染效率，可以回收利用，能降低基因转染的成本。

Description

一种四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因 载体及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物材料领域，特别涉及一种四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体及其制备方法。
背景技术
基因载体是一种将基因传递进细胞的工具，其主要作用是运载目标基因进入宿主细胞并使其能够成功进行复制和表达，广泛应用于生物医药、细胞工程、酶工程、分子生物学等领域。但是，常见的基因载体不可回收，提高了基因工程的应用成本。基因载体难以回收的主要原因在于基因载体不具有磁响应性，在完成基因转染后，无法在磁场存在的情况下被富集回收。因此，迫切需要研发一种具有磁响应性的基因载体，提高基因载体的可回收性能，降低基因转染的成本。
聚乙烯亚胺(PEI)作为阳离子基因传递载体被应用于生物医学研究，但是 PEI在提高基因转染效率的同时也增加了细胞毒性，因此其在生物体内的应用受到制约。如何实现PEI的低毒高效基因转染成为一大难题。羧甲基纤维素是一种水溶性、直链纤维素醚，由纤维素经羧甲基化得到，其外观为白色固体或微黄色絮状纤维粉末，其水溶液具有增稠、成膜、粘结、水分保持、胶体保护、乳化及悬浮等作用，在食品、医药和造纸等行业具有广泛的应用，是最重要的纤维素醚类之一。羧甲基纤维素分子链中含有带负电的羧基基团，可以与PEI 分子通过静电相互作用降低PEI分子的表面正电荷强度，从而降低PEI的细胞毒性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体，通过内层的四氧化三铁使基因载体获得磁响应性，通过羧甲基纤维素外壳层使基因载体具有高生物相容性，通过聚乙烯亚胺使材料获得高基因转染效率。
本发明的另一目的在于提供上述四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体的制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体，包括磁性纳米内核、包覆在磁性纳米内核外的外壳1和外壳2，磁性纳米内核和外壳1 紧密配合，外壳1和外壳2紧密配合；磁性纳米内核的材料为Fe3O4，外壳1 的材料为羧甲基纤维素(分子式为[C6H7O2(OH)2CH2COONa]n)，外壳2的材料为聚乙烯亚胺(分子式为(CH2CH2NH)n)。
四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体中，聚乙烯亚胺表面带有强正电荷(zeta电位>20mV)，而磁性Fe3O4内核带有强负电荷(zeta 电位<-20mV)。
上述四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺多层纳米复合物基因载体的制备方法，包括下述步骤：
(1)将可溶性的二价铁盐和三价铁盐、羧甲基纤维素加入反应容器，分散处理，加入试剂A进行反应，得到含有羧甲基纤维素外壳1的磁性Fe3O4；
(2)将含有羧甲基纤维素外壳1的磁性Fe3O4、聚乙烯亚胺(分子量为 25kDa-750kDa)和环氧氯丙烷加入反应容器中，处理后搅拌反应，制得具有核壳结构的四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体。
步骤(1)中，二价铁盐、三价铁盐和羧甲基纤维素的摩尔数比为 1:(1.5～2.5):(1～2)，其中二价铁盐、三价铁盐按铁元素的摩尔数计，羧甲基纤维素按纤维二糖残基的摩尔数计；二价铁盐优选为硫酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁；三价铁盐优选为硫酸铁、硝酸铁、氯化铁。
步骤(1)，所述分散处理是加入1-乙基-3-甲基咪唑甲基乙酸盐进行充分溶解分散。二价铁盐、三价铁盐和羧甲基纤维素的总摩尔数与1-乙基-3-甲基咪唑甲基乙酸盐的摩尔数之比为1:(5～100)。
步骤(1)中，所述试剂A是氨水和环氧氯丙烷。
步骤(1)中，反应的温度为60～90℃，反应的时间为1～3小时。
步骤(2)中，含有羧甲基纤维素外壳1的磁性Fe3O4、聚乙烯亚胺的质量比为1:(1～2)；聚乙烯亚胺和环氧氯丙烷的质量比为1:(1～2)。
步骤(2)中，聚乙烯亚胺的分子量为25kDa～750kDa。
步骤(2)中，搅拌反应的温度为30℃，时间为0.1～24小时。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
(1)本发明的基因载体，具有磁响应特性，增强了基因转染的可导向性，提高基因的转染效率。
(2)本发明的基因载体具有高生物相容性和高基因转染效率
(3)本发明的基因载体可以回收利用，能降低基因转染的成本。
附图说明
图1为四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺多层纳米复合物基因载体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
将可溶性的氯化亚铁和氯化铁以及羧甲基纤维素(按纤维二糖残基算)按照1mol:1.5mol:1mol加入反应容器，然后加入100mol1-乙基-3-甲基咪唑甲基乙酸盐充分溶解分散，在60℃加入氨水、环氧氯丙烷反应1h，得到含有羧甲基纤维素外壳的磁性Fe3O4。将10g所得的含有羧甲基纤维素外壳的磁性 Fe3O4、20g聚乙烯亚胺(分子量为25kDa)和40g环氧氯丙烷加入反应容器中，然后加入蒸馏水，在30℃下搅拌反应24h，获得具有核壳结构的四氧化三铁- 羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体，如图1所示。
实施例2
将可溶性的氯化亚铁和硝酸铁以及羧甲基纤维素(按纤维二糖残基算)按照1mol:2.5mol:1mol加入反应容器，然后加入200mol1-乙基-3-甲基咪唑甲基乙酸盐充分溶解分散，在90℃加入氨水、环氧氯丙烷反应3h，得到含有羧甲基纤维素外壳的磁性Fe3O4。将10g所得的含有羧甲基纤维素外壳的磁性 Fe3O4、10g聚乙烯亚胺(分子量为750kDa)和15g环氧氯丙烷加入反应容器中，然后加入蒸馏水，在30℃下搅拌反应4h，获得具有核壳结构的四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体。
实施例3
将可溶性的硝酸亚铁和硫酸铁以及羧甲基纤维素(按纤维二糖残基算)按照1mol:2.5mol:2mol加入反应容器，然后加入55mol1-乙基-3-甲基咪唑甲基乙酸盐充分溶解分散，在75℃加入氨水、环氧氯丙烷反应1.5h，得到含有羧甲基纤维素外壳的磁性Fe3O4。将10g所得的含有羧甲基纤维素外壳的磁性Fe3O4、 20g聚乙烯亚胺(分子量为100kDa)和20g环氧氯丙烷加入反应容器中，然后加入蒸馏水，在30℃下搅拌反应0.5h，获得具有核壳结构的四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体。
实施例4
将可溶性的硝酸亚铁和氯化铁以及羧甲基纤维素(按纤维二糖残基算)按照1mol:2.5mol:1mol加入反应容器，然后加入450mol1-乙基-3-甲基咪唑甲基乙酸盐充分溶解分散，在60℃加入氨水、环氧氯丙烷反应3h，得到含有羧甲基纤维素外壳的磁性Fe3O4。将10g所得的含有羧甲基纤维素外壳的磁性 Fe3O4、15g聚乙烯亚胺(分子量为600kDa)和30g环氧氯丙烷加入反应容器中，然后加入蒸馏水，在30℃下搅拌反应24h，获得具有核壳结构的四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体。
实施例5
将可溶性的氯化亚铁和硫酸铁以及羧甲基纤维素(按纤维二糖残基算)按照1mol:2mol:2mol加入反应容器，然后加入25mol1-乙基-3-甲基咪唑甲基乙酸盐充分溶解分散，在90℃加入氨水、环氧氯丙烷反应1h，得到含有羧甲基纤维素外壳的磁性Fe3O4。将10g所得的含有羧甲基纤维素外壳的磁性Fe3O4、 15g聚乙烯亚胺(分子量为500kDa)和15g环氧氯丙烷加入反应容器中，然后加入蒸馏水，在30℃下搅拌反应24h，获得具有核壳结构的四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体。

Claims (10)

1.一种四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体，其特征在于：包括磁性纳米内核、包覆在磁性纳米内核外的外壳1和外壳2，磁性纳米内核和外壳1紧密配合，外壳1和外壳2紧密配合；磁性纳米内核的材料为Fe3O4，外壳1的材料为羧甲基纤维素(分子式为[C6H7O2(OH)2CH2COONa]n)，外壳2的材料为聚乙烯亚胺(分子式为(CH2CH2NH)n)。
2.根据权利要求1所述的四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体，其特征在于：聚乙烯亚胺表面带有强正电荷(zeta电位>20mV)，而磁性Fe3O4内核带有强负电荷(zeta电位<-20mV)。
3.一种权利要求1或2所述的四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)将可溶性的二价铁盐和三价铁盐、羧甲基纤维素加入反应容器，分散处理，加入试剂A进行反应，得到含有羧甲基纤维素外壳1的磁性Fe3O4；
(2)将含有羧甲基纤维素外壳1的磁性Fe3O4、聚乙烯亚胺(分子量为25kDa-750kDa)和环氧氯丙烷加入反应容器中，处理后搅拌反应，制得具有核壳结构的四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体。
4.根据权利要求3所述的四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，二价铁盐、三价铁盐和羧甲基纤维素的摩尔数比为1:(1.5～2.5):(1～2)，其中二价铁盐、三价铁盐按铁元素的摩尔数计，羧甲基纤维素按纤维二糖残基的摩尔数计。
5.根据权利要求3所述的四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体的制备方法，其特征在于：二价铁盐为硫酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁；三价铁盐为硫酸铁、硝酸铁、氯化铁。
6.根据权利要求3所述的四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体的制备方法，其特征在于：步骤(1)，所述分散处理是加入1-乙基-3-甲基咪唑甲基乙酸盐进行充分溶解分散；二价铁盐、三价铁盐和羧甲基纤维素的总摩尔数与1-乙基-3-甲基咪唑甲基乙酸盐的摩尔数之比为1:(5～100)。
7.根据权利要求3所述的四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述试剂A是氨水和环氧氯丙烷。
8.根据权利要求3所述的四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，反应的温度为60～90℃，反应的时间为1～3小时。
9.根据权利要求3所述的四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，含有羧甲基纤维素外壳1的磁性Fe3O4、聚乙烯亚胺的质量比为1:(1～2)；聚乙烯亚胺和环氧氯丙烷的质量比为1:(1～2)。
10.根据权利要求3所述的四氧化三铁-羧甲基纤维素-聚乙烯亚胺纳米复合物基因载体的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，搅拌反应的温度为30℃，时间为0.1～24小时。
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