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基因治疗对于心血管疾病、癌症、遗传疾病等重大疾病的攻克上有着非常重要的价值。基因治疗的三个重要环节分别是：寻找目的基因,开发基因载体,以及基因在细胞中特异性表达。既安全又高效的载体系统的设计和开发是基因治疗的难点和核心。阳离子聚合物是目前研究最为广泛的人工合成的非病毒基因载体。人们设计研究的大部分不同结构的非病毒阳离子聚合物载体或者毒性高,或者转染效率低,因此研制安全而高效、可用于临床的基因控释载体仍然是紧迫的任务之一。原子转移自由基聚合(ATRP)是一种活性可控聚合方法,适用单体种类多,反应条件温和,具有十分广阔的应用前景。基于ATRP法这一有效的高分子设计工具,本论文针对目前非病毒基因载体材料的发展趋势,围绕目前大部分阳离子载体细胞毒性高并且转染效率低的科学问题,基于ATRP法构建了不同的阳离子聚合物基因载体,并对其性能进行了研究,对开发安全而高效基因载体具有重要意义。利用ATRP法可以直接合成不同结构的富含羟基的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)衍生物阳离子载体,利用PGMA的环氧环易与乙醇胺(EA)和乙二胺(ED)开环反应的特征,制备了富含伯胺、仲胺和羟基的阳离子载体,不同EA/ED比例开环的载体含有的胺基不同,导致载体具有不同的转染效率和细胞毒性,伯胺可以用来耦合一些功能生物小分子如甘草次酸(GA)和胆酸(CA)等,以制得生物分子功能化的PGEA载体,可以提高载体的生物功能性,改善载体的疏水性,提高载体的转染效率并降低毒性。多糖是由多个单糖分子缩合而成的结构庞大的糖类物质,是可再生的,无毒并且生物相容性好,非常适用于制备基因控释载体。本文从羟丙基环糊精(HPCD)多糖出发,利用ATRP聚合手段将不同分子量的阳离子聚合物连接到羟丙基环糊精骨架上,制得高、低两种分子量的环糊精耦合的HPCD-PGEA载体,高分子量的HPCD-PGEA与线性PGEA相比,转染效率明显提高。对于低分子量的HPCD-PGMA,一方面通过炔丙胺开环PGMA的环氧基团引入炔基,制得HPCD-PGEA/PA,另一方面通过ATRP的方法制备低分子量的线性聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA),把聚合物链上的活化-Br末端转化为-N3末端,再通过点击化学的方法把末端-N3功能化的短链PDMAEMA连接到HPCD-PGEA/PA上,少量的低分子量PDMAEMA侧链的引入可以提高载体在HepG2细胞中的吞噬能力,提高载体的转染效率。聚DL-天冬酰胺由于其低毒性,良好的生物可降解性,优良的生物相容性,被广泛应用于非病毒基因载体和药物载体体系中。将聚(N-3-羟丙基)天冬酰胺(PHPA)上的羟基通过胱胺介导的两步法,引入具有生物剪切功能的双硫键,以双硫键为链接将低分子量的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)连接到聚(N-3-羟丙基)天冬酰胺骨架上,构建主链可降解,侧链可翦切的SS-PHPD载体。SS-PHPD在细胞内具有具有还原敏感性,并且具有低毒性、完全可降解、高转染效率的特点。羟基磷灰石(HA)是一种重要的生物材料,和骨材料有相似的组成,为提高阳离子聚合物载体在一些难于转染的成骨细胞中的转染效率,利用表面引发的ATRP方法将甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)聚合物分子链接枝到羟基磷灰石纳米粒子表面,通过控制侧链接枝PDMAEMA聚合物链的长度来控制PDMAEMA接枝HA纳米颗粒(HA-PDM)的各种性能。载体具有较强的络合DNA的能力,合适的尺寸,高缓冲能力,在成骨细胞MC3T3和骨肉瘤细胞MG63中有较高的转染效率,并且具有在基因转染的过程中促进成骨细胞的分化的特点。