一种具有光活性功能的绿色基因载体及其制备方法技术领域
本发明涉及基因治疗技术领域，特别是一种功能性表面活性剂的制备技术。
背景技术
分子生物学的发展使基因疗法有可能实现对疾病在分子水平上的治疗?；蛄品?br />的整个过程为体外重组DNA在基因载体的携带下进入细胞内部并实现基因的表达或干预。
基因载体主要可分为：病毒载体和非病毒载体。病毒载体，由于受到免疫原性、承
载DNA能力、特定细胞靶向性和成本等因素的影响，应用受到一定的限制。非病毒载体，尤其
是一些合成的物质用于DNA转染的研究己引起人们的广泛关注。
研究发现，在非病毒载体中，表面活性剂是常用的一类物质，特别是阳离子型表面
活性剂能够很好的承载正电荷，可通过静电吸引力和烷基链间的疏水作用将DNA压缩和稳
定，聚集体中的DNA亦可免受核酸酶的降解，而且聚集体中的疏水部分可促进DNA从内涵体
中释放出来。另外，由于这类表面活性剂在结构和性质上与磷脂结构类似，而且具有类似的
自组装特性和很好的生物相容性，将会是一种很有潜在应用价值的非病毒载体。然而传统
的表面活性剂用量大，外来物质的毒性也相应增加，并且压缩DNA的效率较低，功能单一。因
此，设计并制备功能性表面活性剂作为非病毒载体，以具有高效压缩，生物相容，且具有功
能性基因载体可望为基因治疗的发展提供新型途径。
发明内容
本发明目的在于提供一种具有高效压缩性、生物相容性、安全性的具有光活性功
能的绿色基因载体。
本发明为具有离子液体和两亲性特征的表面活性剂，其结构式如下：
。
本发明这种新型的两亲分子融入了传统的表面活性剂和离子液体的特性，具有高
的有效正电荷及优良的自组装特性，融入了传统的表面活性剂和离子液体的特性。DNA/阳
离子型两亲分子可通过静电力和疏水效应发生相互作用，有效凝聚DNA形成球状颗粒，并且
阳离子表面活性剂与DNA的作用是可逆的，是一种有潜在应用价值的非病毒基因载体。
更为突出的优点是本发明因引入异喹啉环光活性结构具有光活性，可为光动力学
治疗提供依据，从而为DNA解聚释放、光响应靶向释放提供新型途径。
此外，该两亲分子较其他常规表面活性剂具有更低的临界聚集浓度，可显著降低
此类物质基因治疗领域的用量（显著降低了外来物质的毒性程度），同时较少的用量也具有
经济方面的优势。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明所述的基因载体为新型离子液体型表面活性剂，同时具有表面活性剂和离子
液体的性质，具有较低的蒸汽压，较高的化学和热稳定性，低毒性，良好的导电性等，普遍认
为是绿色载体。
2、由于异喹啉环具有光活性，可通过紫外光照为DNA解聚释放，为光动力学治疗提
供了新型理论依据。
3、在生理条件下具有较高的临界聚集特性，在用量很低时即可将DNA压缩，具有高
效和经济方面的优势。
4、离子液体表面活性剂作为凝聚剂将DNA压缩，使DNA结构发生重排，压缩后的DNA
尺寸只有30nm左右，其小尺寸特征为DNA的跨膜运输提供更大的便利。
5、离子液体型表面活性剂与DNA具有独特缔合方式：沟槽缔合模式和部分嵌插模
式，为有效调控载体和DNA结合和释放提供多种途径。
本发明第二目的是提出以上基因载体的制备方法。
本发明方法是：在无水、无氧和氮气?；ぬ跫?，将异喹啉和溴代正十二烷混合升
温至100℃进行回流反应；将反应取得的粗产物用二氯甲烷溶解，经过层析柱脱色除杂后旋
转蒸发得到粘稠液体；再粘稠液体经石油醚洗涤、重结晶后，即得具有光活性功能的绿色基
因载体。
本发明合成路线短、工艺简单，对合成设备要求不高，同时，产物转化率较高，副产
物少，所得产品易于分离提纯，为功能型离子液体表面活性剂的合成提供新型途径。
进一步地，本发明所述异喹啉和溴代正十二烷的投料质量比为1∶2.4～3.0，溴代
正十二烷烃的投料过剩，可保证异喹啉的转化完全。
所述异喹啉和溴代正十二烷的最优投料质量比为1∶2.4。该投料比下所得产物转
化率最高，可达到52.37%，且纯度高达98.52%，是一条高效高选择的合成路线。
附图说明
图1为离子液体表面活性剂存在下不同DNA/离子液体表面活性剂（IL）复合结构体
系的紫外光谱图。
图2为离子液体表面活性剂诱导的DNA-DAPI的荧光强度和离子液体表面活性剂
（IL）浓度的关系图。
图3为离子液体表面活性剂诱导DNA结构转变的粒径分布表征图。
图4为紫外光照20min后DNA/IL体系结构变化的荧光光谱特征图。
具体实施方式
一、基因载体的制备：
实施例1：
在无水无氧、氮气?；さ奶跫孪?0mL的圆底烧瓶中快速加入4g异喹啉和9.6g溴代正
十二烷，搅拌并加热到100℃以上回流反应数小时，反应结束后取得产物，经冷却至室温后
用二氯甲烷将反应所得产物溶解，经过层析柱脱色除杂后旋转蒸发得到红色粘稠液体。石
油醚多次洗涤后得到乳白色固体，将此乳白色固体经过多次重结晶，取得较纯净的溴化N-
正十二烷基异喹啉离子液体表面活性剂。
化合物表征：
1H NMR (600MH，D2O，298K)，0.869(t，-CH3，1×3H)，1.426～1.214(m，-CH2-，9×2H)，
2.1(m，-CH2-，1×2H)，5.08(t，1×2H)，14Hδ=11.127(s，1×H)，13H 8.79(d， 1×H)，8.625
(s，1×H)，8.325(d，1×H)，8.13(d，1×H)，7.97(m，1×H)。
IR：3030cm-1，2920cm-1，2960cm-1，1600-1500cm-1，725cm-1。
结构式如下：
。
产物表征：产量7.12g，产率52.37%，纯度98.52%。
实施例2：
在无水无氧、氮气?；さ奶跫孪?0mL的圆底烧瓶中快速加入4g异喹啉和12g溴代正
十二烷，搅拌并加热到100℃以上回流反应数小时，反应结束后取得产物，经冷却至室温后
用二氯甲烷将反应所得产物溶解，经过层析柱脱色除杂后旋转蒸发得到红色粘稠液体。石
油醚多次洗涤后得到乳白色固体，将此乳白色固体经过多次重结晶，取得较纯净的溴化N-
正十二烷基异喹啉离子液体表面活性剂。
化合物表征：
1H NMR (600MH，D2O，298K)，0.869(t，-CH3，1×3H)，1.426～1.214(m，-CH2-，9×2H)，
2.1(m，-CH2-，1×2H)，5.08(t，1×2H)，14Hδ=11.127(s，1×H)，13H 8.79(d， 1×H)，8.625
(s，1×H)，8.325(d，1×H)，8.13(d，1×H)，7.97(m，1×H)。
IR：3030cm-1，2920cm-1，2960cm-1，1600-1500cm-1，725cm-1。
结构式如下：
。
产物表征：产量7.52g，产率47.0%，纯度96.98%。
二、应用：
1、将以上取得的离子液体表面活性剂（后面简称：IL）用磷酸盐缓冲液配成5mM的离子
液体表面活性剂溶液。
2、将一定的小牛胸腺DNA固体溶解在磷酸盐缓冲液中，并在4℃下保存24小时以
上，以便得到均一的DNA母液。DNA溶液的浓度通过紫外吸收测定。
3、将步骤1和步骤2制得的溶液混合，制成一系列不同浓度的DNA/IL溶液：固定IL
的浓度为0.05 mM，改变DNA的浓度。
分别测定各DNA/IL溶液的紫外吸收光谱，如图1所示。图1中，曲线a的DNA 浓度为
0；曲线b的DNA 浓度为0.038 mmol/L；曲线c的DNA 浓度为0.076 mmol/L；曲线d的DNA 浓度
为0.114 mmol/L；曲线e的DNA 浓度为0.152 mmol/L；曲线f的DNA 浓度为0.19 mmol/L。
由图1可见：随着DNA浓度的增加，吸收光谱强度逐渐减弱并出现红移，但其减色幅
度不大，红移不太明显，说明IL与DNA间是部分嵌插。
4、将步骤1和步骤2制得的溶液和4',6-二脒基-2-苯基吲哚（DAPI）荧光探针混合，
制成一系列不同浓度的DNA/IL/探针溶液：固定DNA的浓度为0.05 mM，DAPI浓度为0.003
mM，改变IL的浓度。
分别测定各DNA/IL/探针溶液的荧光发射光谱，并制成荧光强度和离子液体表面
活性剂（IL）浓度的关系图，如图2所示。图2中a的IL浓度为0.025 mmol/L；b的IL浓度0,05
mmol/L；c的IL浓度0.10 mmol/L；d的IL浓度0.15 mmol/L；e的IL浓度0.18 mmol/L；f的IL浓
度0.20 mmol/L；g的IL浓度0.22 mmol/L；h的IL浓度0.235 mmol/L；i的IL浓度0.25 mmol/
L；j的IL浓度0.28 mmol/L；k的IL浓度0.30 mmol/L；l的IL浓度0.35 mmol/L；m的IL浓度
0.40 mmol/L；n的IL浓度0.50 mmol/L。
由图2可见：DNA/IL/探针溶液的荧光强度随着IL浓度的增加，荧光强度逐渐减低，
说明其DAPI被IL逐步取代，IL与DNA间存在沟槽缔合模式。
5、将步骤1和步骤2制得的溶液混合，配成一系列不同浓度的DNA/IL溶液：固定DNA
浓度为0.05 mmol/L，改变IL的浓度。
对各DNA/IL溶液进行动态激光光散射实验，如图3所示，图3中曲线a的浓度为0；曲
线b浓度为0.04；c-0.12 mmol/L；曲线d浓度为0.16；e-0.20 mmol/L；曲线f浓度为0.22
mmol/L；曲线g浓度为0.24 mmol/L；曲线h浓度为0.34 mmol/L。
由图3可见：随着IL浓度的增加，DNA的水合半径逐渐减小，DNA开始由舒展的线性
向球形转变，DNA尺寸逐渐被压缩。
6、将步骤1和步骤2制得的溶液混合，配成一系列不同浓度的DNA/IL溶液：固定IL
的浓度为0.01 mmol/L，改变DNA的浓度。
然后将各DNA/IL溶液置于光化学反应器中，用紫外灯照射20min，分别测定荧光发
射光谱，并做空白对照试验，如图4所示。
图4中：
曲线a代表了DNA浓度为0，紫外照射时间0；
曲线a代表了DNA浓度为0，紫外照射时间20 min；
曲线b代表了DNA浓度为0，紫外照射时间20 min；
曲线c代表了DNA浓度为0.05 mmol/L，紫外照射时间0；
曲线d代表了DNA浓度为0.05 mmol/L，紫外照射时间20 min；
曲线e代表了DNA浓度为0.15 mmol/L，紫外照射时间0；
曲线f代表了DNA浓度为0.15 mmol/L，紫外照射时间20 min。
由图4可见：被紫外灯照射过的DNA/IL溶液浓度其荧光强度减弱，为DNA的解聚释
放，靶向释放提供新型途径。