高分子材料作为药物载体具有优化药物的药代动力学、增加药物在靶器官的含量、降低毒副作用、增加药物对细胞膜的通透性、克服体内生物屏障等优点,已经广泛应用于生物大分子药物及抗癌类药物的输运系统中。同时,在基因治疗过程中,目的基因需要面临的困境是,需要避免酶的降解、避免与细胞表面由于同种负电荷产生排斥力,避免由于不能有效折叠导致的尺寸过大,避免不能有效到达病灶部位等一系列问题,这都需要有效的输运体系来克服,特定的输运载体是必要的。天然多糖由于具有可生物降解、生物相容性好、毒性低以及可再生等优势,在生物医用领域受到了广泛关注,将多糖作为药物载体的研究已有大量报道。但未经修饰的天然多糖无法满足实际应用的需求(如无法有效携载药物和络合目的基因,无法应对体内pH变化、血清等复杂的环境,无法靶向输运到有效部位等),因此,将天然多糖进行改性研究成为了一个越来越引人关注的焦点。尤其是对于药物输运、基因转染体系的要求非常苛刻,需要载体具有可生物降解、低免疫原性、低毒性等,多糖作为药物载体材料在该领域的应用引起了大家的关注。但是,大多数的多糖在常见的有机溶剂中难于溶解,较难对其在匀相反应体系中进行改性。而且改性方法相对复杂、反应溶剂毒性较大等,如何通过简单绿色的方法得到多糖的改性材料,并设计出基于改性多糖的药物载体需要人们进一步的研究。本论文中,设计并成功合成了一系列基于天然多糖具有pH响应性的高分子材料,并对其性能做了深入探讨,尤其是在生物相容性、药物输运和基因转染方面针对不同体系做了相应的研究。特别是,以上改性多糖的制备,均采用低毒的二甲基亚砜(DMSO)作为反应溶剂,通过简单的酯化反应完成的。本论文的具体工作从以下几个方面展开:(1)用含有pH响应型的天然氨基酸衍生物Boc-组氨酸修饰天然β葡聚糖可德胶,得到一种有pH响应性的水凝胶(CUR-HIS)。通过核磁共振氢谱(~1H NMR),傅里叶变换红外光谱(FT-IR),元素分析(EA)等方法对该水凝胶的结构进行了分析,并通过扫描电镜(SEM)观察了干凝胶的表面形貌。发现修饰后,样品ii表面的形貌为相对均匀的多孔结构。通过研究其溶胀行为发现,相比原始可德胶,可德胶衍生物在酸性环境中有非常强的溶胀能力,有趣的是,NaCL的加入能够使原本吸水溶胀的水凝胶瞬间塌缩。此外,考察了CUR-HIS水凝胶包裹牛血清蛋白(BSA)在不同pH环境下BSA的控释行为,结果显示,该水凝胶的BSA释放动力学具有pH响应性。最后,考察了该水凝胶的细胞相容性,发现该水凝胶的细胞相容性良好,非常适合作为蛋白质等生物大分子药物的智能载体。(2)将Boc-组氨酸修饰到天然果胶分子骨架上,制备出在水溶液中具有pH响应性的纳米胶体粒子(His-Pectin)。通过紫外-可见(UV-vis)光谱、动态光散射(DLS)和透射电子显微镜(TEM)等表征了His-Pectin胶体粒子的理化性质。研究发现,该His-Pectin胶体粒子对于质子具有很强的质子缓冲能力。此外,以姜黄素作为疏水药物模型,探索了His-Pectin纳米胶体粒子对姜黄素的封装,研究了His-Pectin-姜黄素纳米胶体粒子的形貌结构、载药率和不同ph环境下的体外药物释放特性。经His-Pectin胶体粒子包裹后,姜黄素的溶解性有很大程度的改善,粒子近似球形,尺寸约为200nm,在不同的pH条件下药物载体呈现出不同的药物释放动力学。该His-Pectin胶体粒子的细胞相容性结果显示,其具有很好的细胞相容性。肿瘤抑制实验显示,His-Pectin-纳米药物载体能够明显提高姜黄素对肿瘤细胞的杀伤效率。(3)以生物可降解的右旋糖酐为分子骨架,修饰小分子引发剂,通过ATRP的方法,无规共聚聚(甲基丙烯酸2-(N-乳糖酰胺)乙酯-co-甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯)(P(LAMA-co-DMA))为侧链,制备了一种右旋糖酐基梳状含糖聚合物。通过核磁共振氢谱(~1H Nmr)获得了atrp聚合反应的动力学曲线,并确定了最佳反应条件。通过核磁共振氢谱(~1H Nmr),傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对该含糖聚合物的结构进行了确认。酸碱滴定结果显示,相比NaCL而言,该含糖聚合物在pH5.0-8.0之间具有一定的质子缓冲能力,而且随着DMA组分的提高,质子缓冲能力有明显的上升趋势。DNA凝胶电泳实验显示,含糖聚合物与质粒DNA的质量比为2:1时,能形成稳定的DNA复合物,当加入PEI(25K)形成PEI-右旋糖酐含糖聚合物-质粒DNA复合物后,当质量比为0.25:1时,就能够与DNA有效复合。细胞相容性实验结果显示,样品浓度为100ug/ml时,细胞的存活率都在80%左右,细胞相容性优于PEI。体外基因转染实验表明,单纯的含糖聚合物几乎不能介导基因转染,荧光蛋白的表达量很少,但当与PEI共混,形成PEI-右旋糖酐含糖聚合物-质粒DNA三元复合基因载体后,远远超过PEI的转染效率,在含有血清的环境下,绿色荧光蛋白表达的更多,转染效果更加明显,在含20%血清的条件下,仍能高效转染,说明该体系有良好的耐血清能力,有望成为一种新型的安全高效的转染载体。(4)通过两步酯化反应,获得骨架疏水的大分子引发剂,ATRP聚合含糖单体甲基丙烯酸葡萄糖氨基乙基酯(GAMA)和单体甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(DMA),最终得到Dex-P(GAMA-co-DMA)-His两亲性含糖聚合物。通过核磁共振氢谱(~1H NMR)获得了ATRP反应的反应动力学曲线,确定了最佳反应条件,并通过核磁共振氢谱(~1H NMR),傅里叶变换红外光谱(FTIR)对该两亲性含糖聚合物的结构进行了确认。考察了该两亲性含糖聚合物的粒子尺寸,发现随着pH升高会形成大尺寸的聚集体。通过研究两亲性含糖聚合物载体包裹姜黄素后在不同pH条件下的释放情况,发现pH降低会相应的使姜黄素的释放速率加快。DNA凝胶电泳实验显示,两亲性含糖聚合物与质粒DNA的质量比为2:1时,即可有效复合DNA。细胞相容性结果表明,该两亲性含糖聚合物有较低的细胞毒性,而且体外基因转染实验证实,该两亲性含糖聚合物有一定的转染能力,可以作为药物和基因共输运载体。