一、氨基化硅纳米颗粒的制备方法
1.溶胶-凝胶法结合硅烷偶联剂修饰
将硅酸四乙酯与无水乙醇混合,滴加氨水后搅拌反应,经离心、洗涤、冷冻干燥得到硅纳米颗粒。
将硅纳米颗粒分散于乙醇中,加入3-氨丙基三乙氧基硅烷,在氮气保护下回流反应,经离心纯化、洗涤、冻干后得到氨基化硅纳米颗粒(Si-NH₂)。
此方法制备的颗粒粒径约55 nm,表面电位由-15 mV转变为+28 mV,证实氨基成功接枝。
2.微乳液法
采用油包水的微乳液体系,将环己烷、表面活性剂TritonX-100和正己醇混合均匀,加入正硅酸乙酯、氨基化试剂(如N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷)和氨水,室温反应后离心分离,经洗涤、超声分散、真空抽干得到氨基化硅纳米颗粒。
通过优化反应条件,可制备粒径在65 nm左右、分散均匀、表面电位为+31.5 mV的氨基化修饰的硅纳米颗粒。
二、氨基化硅纳米颗粒作为基因载体的性能
1.基因负载能力
氨基化硅纳米颗粒的正电表面可高效吸附带负电的DNA。当颗粒与DNA的质量比为10:1时,DNA条带完全消失,表明负载率>90%。
氨基化修饰显著提升了颗粒的基因负载能力,与未修饰硅颗粒相比,转染效率大幅提高。
2.稳定性
氨基化硅纳米颗粒与DNA形成的复合物在含10%胎牛血清的培养基中孵育24 h后,粒径由60 nm增至65 nm(PDI<0.2),表明复合物稳定性良好。
颗粒制备6个月后,超声分散外观与初始制备时无差别,但结合能力有所下降,需注意储存条件。
3.细胞毒性
将HeLa细胞与不同浓度Si-NH₂共培养,结果显示浓度≤100 μg/mL时,细胞存活率>85%;200 μg/mL时存活率降至75%,表明颗粒在低毒性范围内可实现高效转染。
与脂质体载体相比,氨基化硅纳米颗粒对细胞的毒性更低。
4.转染效率
使用威尼德电穿孔仪进行转染,将Si-NH₂/DNA复合物(质量比10:1)与HeLa细胞共孵育后,荧光显微镜下统计绿色荧光蛋白(GFP)表达细胞比例,转染效率达65%。
采用低温(4℃)和网格蛋白抑制剂(氯丙嗪)预处理细胞,发现两种条件下GFP表达率分别下降至15%和30%,表明内吞途径以网格蛋白依赖为主。
与文献报道的脂质体载体(转染效率约50%)相比,氨基化硅纳米颗粒体系表现出更高稳定性与可重复性。
三、氨基化硅纳米颗粒作为基因载体的优势
1.高效负载与保护DNA
氨基化硅纳米颗粒的正电表面可高效吸附带负电的DNA,并通过静电作用促进细胞膜吸附。同时,颗粒能有效保护DNA在细胞质内不被降解,提升基因表达效率。
2.良好的生物相容性
氨基化硅纳米颗粒在低毒性范围内可实现高效转染,对细胞的毒性低于脂质体载体,表明其具有良好的生物相容性。
3.可调控性与多功能性
通过改变反应参数,可控制纳米颗粒的粒径和表面电位。此外,氨基化修饰为颗粒提供了进一步偶联反应的可能性,可连接具有生物活性的物质,提高其介导基因转移的靶向性。