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聚阳离子作为一类重要的非病毒基因载体具有生物安全性好、成本低、结构易调、输送的基因大小不受限制等优点，但是其致命的缺点是转染效率与其它类别载体相比较低。为了提高聚阳离子载体的效率，人们发展了各种刺激响应性聚阳离子基因载体，取得了很大的进展；但是系统研究聚合物结构与性能关系的报道并不很多，并且部分研究结果之间相互矛盾。为了进一步阐明刺激响应性阳离子聚合物结构与性质之间的关联规律，本论文将最典型的聚阳离子基因载体-聚乙烯亚胺(PEI)与各种刺激响应性相结合，设计合成了基于PEI(或其寡聚物)的对还原势、温度及弱酸敏感的聚阳离子，研究了它们作为基因载体的各种理化和生物学性质，重点在于阐述聚合物结构与性质之间的关系，旨在为高效、低毒的高分子基因载体的设计、改进提供基础信息。
设计合成了含有双硫键的双丙烯酸酯交联剂和含疏水长链的丙烯酸酯分子，通过Michael加成反应，采用交叉组合的方法，以寡聚BPEI800为起始物制备了双硫键在不同位置的轻度交联型及未交联的疏水修饰的还原敏感型(寡)聚阳离子；将相应的双硫键替换成饱和碳碳键，同时制备了它们的非还原敏感对照聚合物。用凝胶电泳、光散射、表面电势等手段研究了所得聚阳离子对质粒DNA(pDNA)的复合及复合物的理化性质，结果表明，所有合成的聚阳离子均能够在较低的N/P比下复合DNA，轻度交联型聚阳离子的复合能力强于未交联的寡聚物；复合物粒径及、表面电势测量结果显示，与非还原敏感的体系比较，双硫键的引入使聚阳离子/DNA复合物的表面电势降低，含双硫键的体系具有明显的还原敏感性，DTT浓度为5 mM时可使含双硫键的载体迅速降解，破坏复合物。体外细胞实验结果表明，在pDNA转染中，含双硫键的载体在高N/P比下毒性较小，转染效率可以和BPEI25K相比。转染siRNA时，交联剂和疏水分子中都含双硫键的载体效率最高。
通过原子转移自由基聚合(ATRP)及双异氰酸酯偶联的方法合成了基于BPEI25K和poly(MEO2MA-co-OEGMA475)(TP)的一系列温敏链段长度和含量均不同的温度响应型聚阳离子基因载体(TCP)。理化及生物学实验结果表明TP链段的长度及含量均显著影响TCP复合DNA的能力、复合物的粒径及表面电势、细胞毒性及体外转染效率。温敏聚合物TP与BPEI共价连接后，所得温敏聚阳离子(TCP)的相变温度明显升高；在相变温度以下，高含量的长链TP能有效屏蔽复合物表面的正电荷，减缓BSA诱导的复合物聚集，降低细胞毒性，这将有利于复合物在体内的循环；含有较长TP链段的TCP转染效率较高，但TP含量增大导致效率降低。变温实验结果显示，含有高含量长链TP的温敏聚阳离子4c形成的复合物的粒径和电势随着温度的升高而增大，通过非原位过热培养能够提高部分 TCPs的转染效率，这可能是复合物表面TP链的收缩所致，但详细原因有待进一步确认。
设计、合成了含环状原酸酯基团的丙烯酸酯小分子，通过Michael加成的方法制备了一系列基于BPEI25K、具有不同原酸酯修饰度的酸敏感型聚阳离子基因载体APs。利用凝胶电泳、溴乙锭排除荧光、光散射、表面电势测定等方法考察了pH值对这类酸敏感聚阳离子复合DNA能力的影响，结果表明，介质的pH值由7.4降至5.0时，酸敏感型聚阳离子复合DNA的能力增加，导致复合物粒径减小，表面电势升高。细胞实验结果显示，酸敏感载体在不同细胞系中的细胞毒性均明显低于BPEI25K；总体上，载体的体外转染效率随修饰度增加而下降，部分修饰度较低的样品在合适的N/P比下的转染效率接近BPEI25K。
本文还设计了含邻硝基苄酯连接基团、基于PEG和BPEI的新型光响应聚阳离子基因载体，目前已经合成了含光敏端基的PEG大分子前体。