一种具有光热性能的可注射性水凝胶的制备方法与流程

一种具有光热性能的可注射性水凝胶，属于功能材料技术领域。

背景技术：

用于恶性肿瘤治疗中，将药物通过体内循环系统运输到病变部位，从而达到治疗的目的。但是药物的运输系统存在体内的非特异性分布、可能被快速清除体外等一系列问题。水凝胶作为一种局部给药系统，能够固定在病灶位置持续有效的释放药物，因而，可以根据疾病的恶化程度选择药物的负载量以及停留时间，有效的解决上述问题。由于恶性肿瘤的侵袭性和抗药性，治疗过程中需要重复多次给药，不仅治疗效率有限还给病人带来了很大的痛苦。基于纳米材料的光热治疗(ptt)是近年来迅速发展的一种微创肿瘤治疗技术。光热剂在肿瘤部位积累后，在入射光的激发下，利用光热转换效应产生的热而使病变位置温度升高，达到一定温度后实现杀伤肿瘤细胞的效果。而且，可在同一部位多次照射，达到一次注射多次治疗的目的。目前研究较多的光热转换剂包括金纳米颗粒、氧化石墨烯、碳纳米管、有机染料等。其中，金纳米棒(aunrs)具有稳定的化学性质、优异的光学性能和良好的生物相容性、易于表面修饰等优点，在肿瘤光热治疗领域得到广泛应用。将光敏剂aunrs固定包埋于含有大量孔道结构的水凝胶中，注射于体内后实现其在肿瘤部位的长时间停留，进而根据肿瘤类型以及恶化程度进行多次的光热治疗。

为使水凝胶可直接注射，能够响应环境温度变化的温度敏感性水凝胶引起了研究者的兴趣。温度敏感性凝胶可随着温度改变发生溶胶-凝胶的转变。部分温敏性凝胶材料的凝胶化温度接近人体生理温度，即在常温下为溶胶，具有可注射性，但注射入体内后转变成凝胶，故该类温敏性凝胶可作为药物载体，用于局部注射治疗，在生物医用中有着良好的应用前景。其中基于壳聚糖/β-甘油磷酸钠(cs/β-gp，cgp)的温敏性水凝胶在药物运输、细胞支架等领域得到广泛关注。但是，研究表明cgp温敏性水凝胶的机械性能较差，易碎，在生物体内难以维持其完整形态。为了改善这些缺限，研究者们将其与其他如羟乙基纤维素、明胶、聚乙烯醇、海藻酸钠等生物大分子混合得到复合的温敏性水凝胶，其力学强度可得到一定增强。但其仍无光热/光动力效应，无法满足“一次注射，多次治疗”的效果。

本发明以cgp温敏性水凝胶为主要原料，将其与多巴胺改性的海藻酸钠复合；同时制备具有合适长径比的改性金纳米棒使复合凝胶具有光热转化作用，可根据不同肿瘤类型和不同恶化程度选择合适的治疗时间，避免多次药物注射以及多次药物循环对正常组织的副作用，在肿瘤光热治疗等生物医药领域具有广阔的应用前景。

技术实现要素：

本发明旨在制备具有光热性能的金纳米棒掺杂的壳聚糖/海藻酸钠可注射性水凝胶。

本发明的技术方案：利用壳聚糖(cs)与β-甘油磷酸钠(β-gp)的温敏性水凝胶的凝胶化温度可以控制在人体生理温度的特性；将预先制备的多巴胺改性海藻酸(alg-da)与cs、β-gp混合制备得到具有可注射性的温敏性水凝胶(cgp/alg-da)，在其内部掺杂聚多巴胺包裹的金纳米棒(au-pdanrs)，利用aunrs表面的多巴胺与alg-da之间的粘附作用，au-pdanrs可以均匀且稳定的分散在凝胶内部，得到具有光热性能的可注射性水凝胶(cgp/alg-da@au-pda)。

多巴胺通过酰胺化反应接枝改性海藻酸钠，多巴胺与海藻酸钠的摩尔比控制在1:1～1:5，多巴胺的接枝率可控制在9％～50％，表示成alg-da，其结构式为如下。

利用种子生长法控制金纳米棒长60±2nm，宽16±4nm，长径比约为4.0，其lspr特征吸收峰在830nm处。通过多巴胺在碱性环境中的氧化自聚特性，使其在金纳米棒周围包裹均匀的聚多巴胺层，控制其厚度在5.0～9.0nm。

本发明的有益效果：在金纳米棒表面包裹聚多巴胺层，利用金纳米棒表面的聚多巴胺层与海藻酸钠分子链上的多巴胺之间的粘附作用，金纳米棒可以通过多巴胺间的相互作用而均匀稳定的分散在凝胶内部。cgp温敏性水凝胶的凝胶化转变温度可控制在人体生理温度附近，且具有可注射性，可将光热转换材料有效的固定在病灶位置，激光照射后凝胶温度可升高至64±2.2℃；经多次照射后，凝胶温度可多次升高温度至60±2.5℃；因而可根据肿瘤的类型以及恶化程度选择光热治疗的时间。

附图说明

图1alg-da的核磁共振谱图

图2(a)aunrs，(b)au-pdanrs的透射电镜图

图3cgp/alg-da@au-pda温敏性复合水凝胶在激光照射(808nm,1.50w/cm²)10次后的温度变化图

具体实施方式

实施例1、多巴胺接枝改性海藻酸钠(alg-da)的制备

将海藻酸钠(2g)溶于100mlpbs缓冲溶液中(0.2mol/l，ph＝5.5)，待完全溶解后依次加入edc(3.88g)和nhs(4.68g)，在常温下搅拌45min，之后按照1:1的摩尔比加入1.9g的多巴胺盐酸盐(da·hcl)，用双排管通氮气，抽真空，反复三次，排尽烧瓶内的空气以防止da氧化。常温下搅拌反应24h，反应结束后，用大量乙醇沉淀得到淡棕色固体，再用乙醇洗涤离心三次，将沉淀溶解于去离子水，透析三天，冷冻干燥，得到多巴胺接枝改性海藻酸钠，标记为alg-da1。

需要说明的是，将实施例1中的盐酸多巴胺(da)的加入量改变为5.8g和9.6g(即nalg/nda分别为1:3和1:5)，可以得到不同取代度的alg-da，分别计作alg-da3和alg-da5。

实施例2、聚多巴胺包裹的金纳米棒(au-pdanrs)的制备

金纳米棒的制备：haucl4·3h2o(0.25ml，0.01mol/l)加入到ctab(9.75ml，0.1mol/l)溶液中，慢慢搅拌，再将新鲜制备的、冰冻存储的nabh4溶液(0.6ml，0.01mol/l)快速加入到混合溶液中，搅拌反应2min，在常温下放置至少2h，得到种子溶液。将haucl4·3h2o(0.5ml，0.01mol/l)，agno3(0.1ml，0.01mol/l)与ctab(10ml，0.1mol/l)混合均匀，加入抗坏血酸(0.08ml，0.1mol/l)，溶液颜色由黄色变为无色。之后加入0.2mlhcl(1.0mol/l)调节体系的ph至1～2，最后加入0.024ml种子溶液，慢速搅拌10s，室温下放置至少6h，用超纯水离心洗涤三次，得到的金纳米棒(aunrs)溶液浓度为0.2nmol/l。

聚乙二醇改性金纳米棒(au-pegnrs)：10ml制备好的aunrs溶液在7200r/min离心10min，将下层沉淀物分散至5mlsh-peg-ch3(2mg/ml，mw＝2000)的水溶液中，超声震荡3min使aunrs充分分散，然后在室温下搅拌16h，用超纯水离心洗涤三次，得到au-pegnrs溶液。

聚多巴胺包裹au-pegnrs(au-pdanrs)：配制多巴胺浓度的多巴胺-tris-hcl缓冲溶液(0.1mg/ml，ph＝8.5)，将上述制备的au-pegnrs溶液离心后分散至5ml多巴胺的tris-hcl缓冲溶液中，超声震荡3min，然后室温下搅拌反应30min使多巴胺自聚包裹在au-pegnrs的表面。聚多巴胺包裹au-pegnrs溶液离心洗涤3次，可得到au-pda0.1nrs。

需要说明的是，将实施例2中多巴胺-tris-hcl缓冲溶液改成0.25mg/ml和0.5mg/ml，可得到不同聚多巴胺包裹厚度的au-pegnrs，分别记为au-pda0.25nrs和au-pda0.5nrs。

实施例3、金纳米棒掺杂的壳聚糖/多巴胺改性海藻酸钠温敏性水凝胶(cgp/alg-da@au-pda)的制备

将上述制备好的聚多巴胺包裹的金纳米棒(au-pda0.25nrs)离心洗涤后，直接分散至alg-da溶液中，超声3min，使复合金纳米棒能够均匀的分散在alg-da溶液中，计作alg-da@au-pda0.25。再准确移取3mlcs溶液，在4℃下，加入0.5ml的β-gp溶液，搅拌均匀后，加入一定量的alg-da@au-pda0.25溶液，冰水浴中搅拌反应30min。置于37℃的恒温水浴中，混合溶液形成交联的复合凝胶，记录形成凝胶的时间，形成的凝胶计作cgp/alg-da@au-pda0.25复合凝胶。