阳离子聚合物是一种能在水溶液中发生电离带正电荷的高分子化合物，在库仑力作用下可以与带负电的表面活性剂、药物、微球、DNA、蛋白、细胞、微生物等物质复合或自组装，形成具有不同光、电、磁、生物、机械、分离功能的薄膜、微球、微囊、海绵等物质形态。生物医用阳离子聚合物材料由用于复合生物活性成分的阳离子聚合物基体和功能改性基团两部分组成。合成具有优化结构的阳离子聚合物基体可以减少后续的功能改性，简化制备及分离操作，降低费用。生物医用阳离子聚合物的电荷密度、电荷分布及质子缓冲特性等是影响阳离子聚合物应用及其复合物性能的重要因素。本文提出了具有高密度分散电荷及质子海绵效应的阳离子聚合物的概念，围绕此概念，研究了质子海绵效应的产生根源；根据质子海绵效应的根源，通过选择合适的阳离子单体，合成了一系列具有高密度分散电荷及质子海绵效应的阳离子聚合物，研究了所合成的阳离子聚合物与聚丙烯酸及DNA的复合规律。　　 首先，以己二胺作为孤立伯胺的代表，以二乙胺作为孤立仲胺的代表，以三乙胺作为孤立叔胺的代表，以乙醇胺作为β位带羟基吸电子基团的阳离子小分子的代表，以乙二胺作为β位带氨基吸电子基团的阳离子小分子的代表，用酸碱滴定的方法探讨了质子海绵效应的根源。发现质子海绵效应的根源主要不在于伯胺、仲胺、叔胺等氨基类型，而与氨基B位甚至更远位置是否有强吸电子基团有关。乙醇胺的氨基β位有吸电子羟基，但不足以使氨基在pH7.4以下发生质子化。乙二胺的氨基β位有弱于羟基的吸电子氨基，但原始的氨基质子化后产生的铵基可以使乙二胺在pH7.4以下发生部分质子化而显示质子海绵效应。根据质子海绵效应的产生根源，本文选择具有较高电荷密度及质子海绵效应的四乙烯五胺(TEPA)作为合成新型阳离子聚合物的阳离子单体。　　 第二，以TEPA为阳离子单体，通过与赋予阳离子聚合物不同附加特性的中性单体聚合合成了一系列具有高密度分散电荷及质子海绵效应的、无规支化的阳离子聚合物。TEPA与丙烯酸甲酯聚合得到了无规支化的具有高密度电荷的新型聚酰胺基胺型阳离子聚合物PTMA，与环氧氯丙烷聚合得到了含有伯、仲、叔、季四种氨基类型的阳离子聚合物PCT，与乙二醇双环氧丙醚聚合得到了具有很多羟基的聚醚胺型阳离子聚合物PTEG，与乙二醇二丙烯酸酯聚合得到了可降解聚(β-氨基酯)型阳离子聚合物PTE，另外在合成PCT的过程中加入乙氧基环氧丙基醚或聚乙二醇环氧丙基醚得到了分别含短亲水基及长亲水链的亲水改性PCT，即PCTE和PCTPE。酸碱滴定显示所合成的这些阳离子聚合物不仅在pH7.4条件下能发生质子化，同时在pH5.0～pH7.4范围内具有较强的质子缓冲能力。PTE溶液的的粘度、pH值及核磁共振谱图的变化表明，PTE是一种具有较快初始降解速率的阳离子聚合物，粘度降低主要发生在初始8 h内。降解机理研究表明，氨基的存在是造成PTE降解较快的主要原因，温度、缓冲条件、合成所用的溶剂、聚合时间等影响PTE的降解速率。以二氯甲烷为合成介质，聚合较长的时间，聚合物溶解在低温中性缓冲溶液中，降解速率可以减缓。　　 第三，聚合物微球在控制释放及组织工程等领域中具有广泛应用，但是传统的制备微球的方法一般用到有机溶剂、激烈搅拌、表面活性剂及分散剂等不利于药物活性保持的操作方法及要素，而用阳离子聚合物与阴离子聚合物复合的方法制备微球，克服了上述缺点。本文研究了所合成的阳离子聚合物与一种被广泛研究的生物医用阴离子聚合物—聚丙烯酸(PAA)复合制备微球的规律。结果表明所合成的阳离子聚合物在一定条件下都能与PAA复合形成微球。随着阳离子聚合物用量的增加，复合物的粒径先增大后减小，相应的复合物溶液的吸光度呈现由低到高再到低的变化。复合微球的粒径大小、粒径分布及微球稳定性与聚合物的结构及类型有关。PTMA和PCTPE与PAA复合制备的微球的粒径在250 nm以下、分布较窄、稳定性较高，而分子链上带有羟基的PCT和PTEG则得到了粒径在1um以上的、稳定性较差的复合物。在PCT上引入乙氧基甘油醚后改善了微球的稳定性，降低了微球的粒径，平均粒径不超过350 nm。在NaCl存在条件下，所制备的复合微球粒径增大，稳定性降低。用缓冲溶液为复合介质时，复合物较为稳定。　　 第四，选择PTEG作为具有高密度分散电荷，含有大量亲水基团，并具有质子海绵效应的不可降解阳离子聚合物的代表，选择PTE作为具有高密度分散电荷及质子海绵效应的可降解阳离子聚合物的代表，与聚乙烯亚胺对照，研究了它们在缓冲溶液中与DNA的复合规律。发现尽管PTEG与PAA在PTEG过量的情况下复合时所制备的微球稳定性较低，但与DNA复合制备的复合物具有较高的稳定性。尽管PTE具有较快的降解速率，但由于复合及缓冲溶液对降解速率的减慢，37℃摇动培养24 h后，PTE与DNA复合物没有出现明显的分离。