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安全、高效的基因载体的研发是目前基因治疗领域的热点之一。无机纳米材料在作为基因载体的研究虽然起步略晚,但因其具有易于合成、生物毒性低、后续修饰便捷等优点而逐渐成为基因载体研究的一个重点。稀土上转换发光材料因其独特的光学特征而在近年来收到广泛关注。除了优异的光学性质,Gd、Yb等离子的掺杂使得稀土发光材料具备同时实现MRI、CT等多模式成像的能力。虽然具备如此的潜力,但目前基于上转换发光材料的基因载体的报道非常少,而同时具备多模式成像功能的上转换基因载体的报道更是还未出现。本论文通过溶剂热和高温热解两种合成方法,分别以NaYF4:Yb/Er和NaGdF4: Yb/Er两种稀土掺杂上转换发光纳米材料为核心,构建出两种不同的基因载体,并对其结构形貌、生物相容性、体外转染效果等进行了表征和分析。利用溶剂热法一步合成了包覆聚乙烯亚胺(PEI)的NaYF4:Yb/Er (NaYF4@PEI)纳米材料,所得产物形貌均一分散性良好。利用该纳米材料表面包覆的带正电荷的PEI,可以较高的效率吸附质粒DNA分子。在体外转染增强型绿色荧光蛋白质粒的实验中,该基因载体表现出较高的转染效率和稳定性。通过利用倒置荧光显微镜对转染过程进行观察,基因载体本身的上转换发光性质可以对纳米粒子的细胞吞噬过程进行光学成像,从而帮助我们对这一过程进行更深入的了解。这些结果表明该基因载体体系在具备叫高效的转染效果的同时还可以作为一种光学探针进行光学成像,具有很高的应用价值。利用高温热解法制备了尺寸小于50nm的NaGdF4:Yb/Er纳米晶体并通过配体交换合成了外层包覆有PEI的NaGdF4: Yb/Er上转换发光材料。这种材料具备非常好的水分散性能,同时MTT结果显示其生物相容性优异。通过TEM、Zeta电势等手段进行表征发现这种载体材料不仅具备PEI所具有的较好的基因负载能力且避免的较大的生物毒性。增强型绿色荧光蛋白质粒和人源bcl-2 siRNA作为负载物的体外转染实验均表明这种载体具有与PEI相近的转染和基因敲除效率。最后,我们在小鼠体内对该基因载体的MRI/CT/UCL三模式成像效果进行了检验,结果显示该载体在MRI和CT成像中具备很好的造影能力,且在小鼠体内也具有较好的表皮穿透能力。