本发明涉及羟丁基壳聚糖水凝胶技术领域，尤其涉及一种金-羟丁基壳聚糖水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术：
近几年，在生物医学领域，原位凝胶逐渐引起人们的重视，它可以提供一种简单的治疗手段。高分子溶液通过化学交联、聚合或受到外部环境的变化如pH、温度等，在原位形成凝胶。其中，温敏性凝胶成为生物材料研究的热点，其主要有以下优点：操作方便具有可注射性，凝胶化过程中不需要加入其它化学交联剂，凝胶化过程中无复杂操作进而提高了材料的生物安全性和相容性。
羟丁基壳聚糖因其特殊的温敏性能，作为一种新型的生物材料具有非常广泛的应用前景。Wei等制备的羟丁基壳聚糖在低于体温的生理环境中可长期保持液态,当温度升高至生理体温时，60s内形成水凝胶。因此在腹腔壁和盲肠壁之间形成一道持久的屏障，预防术后腹膜粘连的发生。刘双利等检测了温敏性羟丁基壳聚糖在脑脊液防漏方面的作用。王倩倩等改进了羟丁基壳聚糖的合成方法，将制备的温敏性羟丁基壳聚糖水凝胶用于包载抗癌药物阿霉素。实验结果表明，经过改性后的羟丁基壳聚糖具有温敏性，在生理温度下成胶性良好，可以包载化学药物，并在药物释放过程中起到一定的控制作用。
目前，关于羟丁基壳聚糖原位形成凝胶的过程都是通过达到生理温度后，引起原本阻碍羟丁基壳聚糖分子的凝聚作用的氢键作用减弱，分子间因为疏水作用而相互缠绕在一起，最终形成水凝胶。这种通过生理温度调节形成凝胶虽然已被应用于很多领域，但由于高分子溶液一旦进入体内就已经达到生理温度，这样很难保证在规定的病灶部位形成凝胶，进而降低了其使用性，尤其对于恶性肿瘤治疗时，极大的影响了其实际应用效果。
在恶性肿瘤治疗手段中，光热治疗技术是一种新型治疗技术，利用纳米光热转化剂将吸收的近红外激光的光能转换成热能，通过局部高温杀死肿瘤细胞，具有快速、高效、微创和低毒等优点，在多种恶性肿瘤的治疗中表现出良好的应用前景。为提高光热治疗效果，需要探索高效的光热转换技术，很多研究尝试合成不同形貌无机纳米材料如纳米金、片状钯、碳纳米材料，有机材料如染料、聚苯胺，或者复合材料来提高光热转换效率；也有研究集中于利用耦合抗体以提高细胞识别性，增加光热转化剂在肿瘤部位的集中，提高治疗效果。然而，将纳米金的光热转化特性直接应用于温敏性水凝胶的形成鲜有报道。
技术实现要素：
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种金-羟丁基壳聚糖水凝胶及其制备方法和应用，本发明不再通过生理温度这种非可控因素促发羟丁基壳聚糖分子间作用的改变形成水凝胶，而是通过纳米金的光热转化作用主动调控羟丁基壳聚糖分子间作用以达到定点，定时形成水凝胶的目的，这样有利于在规定的病灶部位定点形成凝胶，并能避免对周围正常组织的伤害，增加对病灶的杀伤力，提高治疗效果。
本发明提出的一种金-羟丁基壳聚糖水凝胶，其原料包括：金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液。
优选地，金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液的体积比为1-4：8-12。
优选地，羟丁基壳聚糖水溶液中，羟丁基壳聚糖和水的重量体积(g/mL)比为0.2-1：10。
优选地，羟丁基壳聚糖水溶液需在温度≤-4℃的条件下配制。
优选地，金胶体溶液中金的粒径为1-20nm。
优选地，在金胶体溶液制备过程中，将氯金酸水溶液加热至沸腾，加入柠檬酸钠水溶液和聚乙烯吡咯烷酮的混合液，混匀，保持沸腾状态≥5min，得到金胶体溶液。
优选地，在金胶体溶液制备过程中，氯金酸水溶液的浓度为0.01-0.02mol/L。
优选地，在金胶体溶液制备过程中，柠檬酸钠水溶液的质量分数为1-2wt％。
优选地，在金胶体溶液制备过程中，氯金酸水溶液、柠檬酸钠水溶液的体积比为1：1-5。
优选地，在金胶体溶液制备过程中，聚乙烯吡咯烷酮与氯金酸质量比为0.5-3：1。
本发明还提出了上述金-羟丁基壳聚糖水凝胶的制备方法，包括如下步骤：将金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液混匀，用激光照射得到金-羟丁基壳聚糖水凝胶。
优选地，用激光照射20-60s得到金-羟丁基壳聚糖水凝胶。
优选地，激光的波长为530-534nm，功率为150-250mw。
本发明还提出了上述金-羟丁基壳聚糖水凝胶在制备治疗肿瘤的药物中的应用。
上述水均为纯化水。
本发明不再通过生理温度这种非可控因素促发羟丁基壳聚糖分子间作用的改变形成水凝胶，而是通过纳米金的光热转化作用主动调控羟丁基壳聚糖分子间作用以达到定点、定时形成水凝胶的目的；通过纳米金在激光照射下将光能转化成热能，进而促进温敏性羟丁基壳聚糖形成水凝胶，将纳米金均匀包覆在羟丁基壳聚糖水凝胶中得到金-羟丁基壳聚糖水凝胶，这样有利于在规定的病灶部位定点形成凝胶，并且羟丁基壳聚糖水凝胶均匀包覆纳米金，可以避免纳米金以及纳米金产生的热量向周围正常组织扩散、传导，导致周围正常组织热量过度蓄积等问题，避免对周围正常组织的伤害，增加纳米金对病灶的杀伤力，提高治疗效果。
附图说明
图1为本发明提出的金-羟丁基壳聚糖水凝胶在激光照射前后的溶胶-凝胶态的转变图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种金-羟丁基壳聚糖水凝胶，其原料包括：金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液。
上述金-羟丁基壳聚糖水凝胶的制备方法，包括如下步骤：将金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液混匀，用激光照射得到金-羟丁基壳聚糖水凝胶。
实施例2
一种金-羟丁基壳聚糖水凝胶，其原料包括：金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液，其中，金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液的体积比为1：12，羟丁基壳聚糖水溶液中，羟丁基壳聚糖和水的重量体积(g/mL)比为0.2：10，金胶体溶液中金的粒径为20nm。
上述金-羟丁基壳聚糖水凝胶的制备方法，包括如下步骤：将金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液混匀，用激光照射20s得到金-羟丁基壳聚糖水凝胶。
实施例3
一种金-羟丁基壳聚糖水凝胶，其原料包括：金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液，其中，金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液的体积比为4：8，羟丁基壳聚糖水溶液中，羟丁基壳聚糖和水的重量体积(g/mL)比为1：10，金胶体溶液中金的粒径为1nm；
在金胶体溶液制备过程中，将浓度为0.02mol/L氯金酸水溶液加热至沸腾，加入质量分数为1wt％柠檬酸钠水溶液和聚乙烯吡咯烷酮的混合液，混匀，保持沸腾状态10min，得到金胶体溶液，其中，氯金酸水溶液、柠檬酸钠水溶液的体积比为1：5，聚乙烯吡咯烷酮与氯金酸质量比为0.5：1。
上述金-羟丁基壳聚糖水凝胶的制备方法，包括如下步骤：将金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液混匀，用波长为534nm，功率为150mw的激光照射60s得到金-羟丁基壳聚糖水凝胶。
实施例4
一种金-羟丁基壳聚糖水凝胶，其原料包括：金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液，其中，金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液的体积比为2：11，羟丁基壳聚糖水溶液中，羟丁基壳聚糖和水的重量体积(g/mL)比为0.4：10，金胶体溶液中金的粒径为15nm；
在金胶体溶液制备过程中，将浓度为0.012mol/L氯金酸水溶液加热至沸腾，加入质量分数为1.8wt％柠檬酸钠水溶液和聚乙烯吡咯烷酮的混合液，混匀，保持沸腾状态15min，得到金胶体溶液，其中，氯金酸水溶液、柠檬酸钠水溶液的体积比为1：2，聚乙烯吡咯烷酮与氯金酸质量比为2.5：1。
上述金-羟丁基壳聚糖水凝胶的制备方法，包括如下步骤：将金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液混匀，用波长为530nm，功率为250mw的激光照射30s得到金-羟丁基壳聚糖水凝胶。
实施例5
一种金-羟丁基壳聚糖水凝胶，其原料包括：金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液，其中，金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液的体积比为3：9，羟丁基壳聚糖水溶液中，羟丁基壳聚糖和水的重量体积(g/mL)比为0.8：10，金胶体溶液中金的粒径为5nm；
在金胶体溶液制备过程中，将浓度为0.018mol/L氯金酸水溶液加热至沸腾，加入质量分数为1.2wt％柠檬酸钠水溶液和聚乙烯吡咯烷酮的混合液，混匀，保持沸腾状态20min，得到金胶体溶液，其中，氯金酸水溶液、柠檬酸钠水溶液的体积比为1：4，聚乙烯吡咯烷酮与氯金酸质量比为1：1。
上述金-羟丁基壳聚糖水凝胶的制备方法，包括如下步骤：将金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液混匀，用波长为533nm，功率为190mw的激光照射40s得到金-羟丁基壳聚糖水凝胶。
实施例6
一种金-羟丁基壳聚糖水凝胶，其原料包括：金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液，其中，金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液的体积比为3：10，羟丁基壳聚糖水溶液中，羟丁基壳聚糖和水的重量体积(g/mL)比为0.5：10，金胶体溶液中金的粒径为10nm；
在金胶体溶液制备过程中，将浓度为0.01mol/L氯金酸水溶液加热至沸腾，加入质量分数为1wt％柠檬酸钠水溶液和聚乙烯吡咯烷酮的混合液，混匀，保持沸腾状态5min，得到金胶体溶液，其中，氯金酸水溶液、柠檬酸钠水溶液的体积比为1：3，聚乙烯吡咯烷酮与氯金酸质量比为1：1。
上述金-羟丁基壳聚糖水凝胶的制备方法，包括如下步骤：将金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液混匀，用波长为532nm，功率为200mw的激光照射20s得到金-羟丁基壳聚糖水凝胶。
观察实施例6中金-羟丁基壳聚糖水凝胶的制备过程，参照图1，图1为本发明提出的金-羟丁基壳聚糖水凝胶在激光照射前后的溶胶-凝胶态的转变图。由图1可以看出，金胶体溶液加入到羟丁基壳聚糖溶液后为酒红色，具有较好的流动性，激光照射后形成凝胶，具有一定的机械强度，倒置不流动。
实施例7
一种金-羟丁基壳聚糖水凝胶，其原料包括：金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液，其中，金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液的体积比为1：10，羟丁基壳聚糖水溶液中，羟丁基壳聚糖和水的重量体积(g/mL)比为1：10，金胶体溶液中金的粒径为20nm；
在金胶体溶液制备过程中，将浓度为0.01mol/L氯金酸水溶液加热至沸腾，加入质量分数为1wt％柠檬酸钠水溶液和聚乙烯吡咯烷酮的混合液，混匀，保持沸腾状态6min，得到金胶体溶液，其中，氯金酸水溶液、柠檬酸钠水溶液的体积比为1：1，聚乙烯吡咯烷酮与氯金酸质量比为3：1。
上述金-羟丁基壳聚糖水凝胶的制备方法，包括如下步骤：将金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液混匀，用波长为532nm，功率为200mw的激光照射60s得到金-羟丁基壳聚糖水凝胶。
实施例8
一种金-羟丁基壳聚糖水凝胶，其原料包括：金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液，其中，金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液的体积比为1：10，羟丁基壳聚糖水溶液中，羟丁基壳聚糖和水的重量体积(g/mL)比为0.2：10，金胶体溶液中金的粒径为5nm；
在金胶体溶液制备过程中，将浓度为0.01mol/L氯金酸水溶液加热至沸腾，加入质量分数为1wt％柠檬酸钠水溶液和聚乙烯吡咯烷酮的混合液，混匀，保持沸腾状态8min，得到金胶体溶液，其中，氯金酸水溶液、柠檬酸钠水溶液的体积比为1：5，聚乙烯吡咯烷酮与氯金酸质量比为2：1。
上述金-羟丁基壳聚糖水凝胶的制备方法，包括如下步骤：将金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液混匀，用波长为532nm，功率为200mw的激光照射40s得到金-羟丁基壳聚糖水凝胶。
试验例1
选择人子宫颈癌细胞为体外模拟实验的对象。以实施例8为试验组，观察金-羟丁基壳聚糖水凝胶对HeLa细胞的作用，并以普通金纳米药物为对照组，结果如下：
试验组：在二氧化碳培养箱中培养HeLa细胞至HeLa细胞贴壁，然后加入实施例8中的金胶体溶液和羟丁基壳聚糖水溶液并激光照射40s。通过荧光显微镜可观测到在HeLa细胞表面形成金-羟丁基壳聚糖水凝胶，纳米金未分散到培养液中。
对照组：在二氧化碳培养箱中培养HeLa细胞至HeLa细胞贴壁，然后加入普通金纳米药物并激光照射40s。通过荧光显微镜可观测到在HeLa细胞表面虽然覆有一些普通金纳米药物，但是在培养液中也随机分散着普通金纳米药物。
由上述结果可以看出，金-羟丁基壳聚糖水凝胶中的羟丁基壳聚糖上的极性基团可以与HeLa细胞表面的多糖、蛋白质或磷脂通过氢键的作用，使得羟丁基壳聚糖粘附于HeLa细胞上，定点、定位在HeLa细胞表面形成凝胶，并且羟丁基壳聚糖水凝胶均匀包覆纳米金，避免纳米金向外部分散。
上述HeLa细胞是源自一位美国黑人妇女Henrietta Lacks的宫颈癌细胞的细胞系。HeLa细胞是一种人工培养，具有无限增殖能力的细胞，被广泛应用于肿瘤研究、生物实验或者细胞培养。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。