CN111514096A - 金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种金纳米棒‑高分子复合可注射水凝胶，所述金纳米棒‑高分子复合可注射水凝胶为嵌段共聚物在掺杂负载药物的纳米颗粒和光热材料的碱性水溶液中发生反应而形成；所述嵌段共聚物包括聚（3‑甲基丙烯酰胺基多巴胺‑co‑聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）和聚（乙烯基苯硼酸‑co‑聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）。本发明提供的水凝胶药物递送系统设计简单，操作简便，成本低廉，有利于大规模批量化生产。

Description

金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶及其制备方法和应用，属于高分子生物材料技术领域。
背景技术
自二十一世纪以来，无论是发达国家还是发展中国家癌症对人类的健康和生命造成了巨大的威胁。目前，化学药物疗法（化疗）是全球范围内用于癌症治疗的主要方法之一。然而，化疗具有较大的细胞毒副作用和较低的药物利用率等缺点，因此，研究者广泛开展对药物载体材料的研究，以克服传统化疗手段的不足，降低毒副作用，改善治疗效果。据报道，焦体峰教授课题组与闫学海课题组通过超分子自组装成功制备了纳米金颗粒-胶原蛋白复合水凝胶，利用原位矿化所形成的金纳米颗粒一方面起到了调控胶原蛋白水凝胶机械性能的作用，另一方面用于光动力/光热治疗，纳米金颗粒-胶原蛋白复合水凝胶显著增强抗抗肿瘤效果，治疗采用一次瘤内注射水凝胶的方法，多次局部光照实现了可控的药物的释放。
目前，常规药物载体材料存在着如下缺点：对癌细胞的靶向性差，无法在其病灶部位适时释放；结构不稳定，载药量较低；生物相容性差；不适合工业化生产等。另一方面，药物递送系统的单一载药性及单一功能化也已经不能满足于未来复杂病情的治疗需求。在癌症的治疗手段方面，以递送系统作为运载平台输送抗癌药物，有着常规手段所不具备的优点，如通过协同的光热作用，实现药物的释放的同时并产生光热抑制肿瘤的协同效果。设计具有协同效果的智能药物递送材料对于癌症的治疗有着非凡的意义。
在肿瘤治疗方面，光热治疗由于其具有简单的可控性，能精准作用以及对正常组织极少的损坏性，在过去十年里，得到了广泛的研究。在癌症治疗治疗过程中，通过局部的近外光的集中刺激肿瘤部位，过热的温度作为药物释放的促进开关，停止近红外关的照射，则能有效的控制药物的释放。金纳米材料（如金纳米棒，金纳米笼，金纳米壳，金纳米颗粒等）具有明显的光热效应，且有特殊的稳定性、表面可修饰性及良好的生物相容性等, 已被广泛应用于化学和生物医学研究。其中，金纳米棒由于在近红外范围拥有突出的光热转换效率，并且通过调节金纳米棒的形貌尺寸比例改变光的吸收，大量体外细胞以及动物实验证明了，金纳米棒作为最有潜力的光热转换纳米材料对抑制癌细胞生长以及肿瘤的治疗方面有明显的效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足而提供一种金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶及其制备方法和应用，该复合可注射水凝胶药物递送系统在水凝胶的基础上掺杂金纳米棒和负载药物的纳米颗粒，通过金纳米棒（AuNRs）和负载的抗癌药物阿霉素（DOX）来产生对肿瘤的热疗和化疗，使该水凝胶药物递送系统具有热疗和化疗的协同增强的作用。水凝胶药物递送系统是将携带抗癌药物阿霉素（DOX）的纳米颗粒和金纳米棒（AuNRs）添加到聚合物溶液中形成的，能够实现在凝胶的作用下缓慢释放药物的长期治疗以及热疗的效果。
本发明提供一种金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶，所述金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶为嵌段共聚物在掺杂负载药物的纳米颗粒和光热材料的碱性水溶液中发生邻苯二酚与苯硼酸配位反应而形成；
所述嵌段共聚物包括聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）和聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）。
本发明的水凝胶具有潜在光热和化疗治疗肿瘤等应用，并且其负载药物的纳米颗粒和金纳米棒（AuNRs）均匀分布在三维水凝胶结构内，这为药物的释放和光热效果的实现提供了重要前提条件。另外，本发明的水凝胶结构将光热材料金纳米棒（AuNRs）/聚合物纳米颗粒与嵌段共聚物材料结合，具有普适性，纳米颗粒可同时进行其他功能性药物分子的负载，以期实现不同的功能。因此，本发明的水凝胶药物递送系统具有高的产率和稳定性，适合作进一步的研发工作。
本发明进一步的技术方案如下：
进一步的，所述金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶的水凝胶为以聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）和聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）交联的方式形成的稳定的三维网络结构。
进一步的，所述纳米颗粒为带有邻苯二酚基团结构的3-甲基丙烯酰胺基多巴胺分子，所述纳米颗粒负载的药物为抗癌药物阿霉素DOX。
进一步的，所述纳米颗粒与阿霉素DOX通过静电吸附作用结合，形成负载阿霉素DOX的纳米颗粒。
进一步的，所述光热材料为具有良好光热转换效果的金纳米棒（AuNRs），所述金纳米棒的长度为62～65 nm，直径为15～18 nm，其长径比约为4:1，紫外吸收峰的波长为780nm。
进一步的，所述金纳米棒通过晶种法制备，所述金纳米棒均匀分布在水凝胶的三维网络结构中。
进一步的，所述聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）是由单体3-甲基丙烯酰胺基多巴胺和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯在引发剂2,2-偶氮二异丁腈催化作用下聚合而成的聚合物；所述聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）是由单体乙烯基苯硼酸和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯在引发剂2,2-偶氮二异丁腈催化作用下聚合而成的聚合物。
本发明的金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶包括具有光热转换效果的金纳米棒（AuNRs）、携带药物的纳米颗粒/聚合物溶液材料，其中携带药物的纳米颗粒是由于纳米颗粒上具有丰富的羧基，可与药物DOX产生静电吸附作用；光热材料金纳米棒（AuNRs）的掺杂是由于纳米颗粒上丰富的邻苯二酚可与AuNRs相互作用，使金纳米棒（AuNRs）紧紧附着到纳米颗粒上。本发明的药物递送系统由于将携带抗癌药物阿霉素（DOX）的纳米颗粒和光热材料添加到聚合物溶液中来形成三维网络的凝胶，其反应原理是由于纳米颗粒和聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）上的邻苯二酚基团和聚（乙烯基苯硼酸和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）上的苯硼酸基团发生反应，形成水凝胶网络，金纳米棒（AuNRs）均匀分布在该水凝胶网络中。上述的金纳米棒（AuNRs）负载到纳米颗粒上是在添加到聚合物溶液之前完成的。在进一步的技术方案中，该聚合物材料是通过聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯分别和乙烯基苯硼酸、3-甲基丙烯酰胺基多巴胺的自由基共聚形成，是一种生物相容性高的聚乙二醇大分子，所述的纳米颗粒是通过丙烯酸和3-甲基丙烯酰胺基多巴胺回流沉淀形成的，具有良好的生物相容性，所述的金纳米棒（AuNRs）是通过晶种法制备的纳米棒，具有光谱性。
本发明所述化疗和热疗的金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶药物递送系统在可注射水凝胶的基础上负载抗癌药物阿霉素（DOX）和光热纳米材料AuNRs，提供了热疗和化疗的应用。抗癌药物阿霉素（DOX）的负载利用纳米颗粒表面丰富的羧基与阿霉素（DOX）的静电吸附作用实现的，金纳米棒（AuNRs）的负载利用纳米颗粒表面丰富的邻苯二酚基团与金纳米棒（AuNRs）的相互作用实现，该水凝胶药物递送系统化疗利用水凝胶在肿瘤环境中凝胶中交联的聚合物链解开，水凝胶降解导致药物释放来实现，该水凝胶药物递送系统的光热抑制肿瘤利用在近红外光的作用下金纳米棒（AuNRs）光热转换产生热量来实现；药物的控制释放利用在水凝胶的作用下药物释放缓慢来达到长期治疗的效果。该水凝胶药物递送系统具有良好的生物相容性和高效的载药效率；作为凝胶，可以将携带药物的功能化材料直接注射到肿瘤部位，减小了手术带来的创伤，可注射性使该系统具有明显的优越性。
上述纳米颗粒选自安全性高、稳定性高、生物相容性高、比表面积高、重量轻、分散性好、尺寸均一的纳米颗粒微凝胶。
上述的纳米颗粒是通过回流淀法为基础合成的，该方法利用工艺简单、成本低廉。将丙烯酸、3-甲基丙烯酰胺基多巴胺装入乙腈中。所述的回流沉淀法以乙腈作为反应溶液，其可以作为引发剂偶氮二异丁腈、交联剂已氧基二旈和单体的良好溶剂，在不断地加热过程中，乙腈溶液使亲水性聚合物快速从反应体系中沉淀出来，自身不断被蒸发，并用冷凝装置回流至反应体系中的一种方法。将溶液用离心机离心后继续加入乙腈再离心，反复纯化三次，将得到的纳米颗粒在真空烘箱中过夜干燥。
上述的介孔纳米颗粒尺寸分布在250 nm左右，尺寸均一性良好，具有良好的负载效率和高的生物相容性。
纳米颗粒材料表面具有丰富的羧基和邻苯二酚官能团，其可以分别高效的负载抗癌药物阿霉素（DOX）和光热转换材料金纳米棒（AuNRs），稳定性高、药物负载效率高、生物相容性高以及可修饰性和环境刺激响应是其重要的优点，使得纳米颗粒在药物递送系统中具有潜在的应用。
本发明从生物材料安全长效应用的实际需求出发，将纳米材料与高分子材料结合，赋予该水凝胶药物递送系统具有化疗和热疗的多功能性，高稳定性以及局部可注射性，实现对肿瘤良好的抑制作用。同时，相比传统抑制肿瘤生长的材料，本发明具有普适性和创新性，有着重要的研究意义。
上述在纳米颗粒表面负载抗癌药物阿霉素（DOX）的方法是通过将纳米颗粒分散在水和pH=7.4的PBS混合溶液中，然后将等质量的抗癌药物阿霉素（DOX）加入到上述溶液中，超声混合后，放入37 ℃的摇床中过夜，通过离心和重分散三次来纯化负载DOX的纳米颗粒。
本发明提供了一种金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将单体3-甲基丙烯酰胺基多巴胺和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯以2:8的摩尔比加入到烧瓶中，再向烧瓶中加入2.5 mL的1,4-二氧六环作为反应溶剂，同时加入10 mg的2,2-偶氮二异丁腈作为催化剂，通氮气30 min后，在75 ℃的油浴锅中搅拌30 min，通过自由基聚合形成嵌段共聚物聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）；
步骤2、将单体乙烯基苯硼酸和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯以2:8的摩尔比加入到烧瓶中，再向烧瓶中加入2.5 mL的1,4-二氧六环作为反应溶剂，同时加入10 mg的2,2-偶氮二异丁腈作为催化剂，通氮气30 min后，在75 ℃的油浴锅中搅拌30 min，通过自由基聚合形成嵌段共聚物聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）；
步骤3、将步骤1和步骤2制备的嵌段共聚物分别慢慢滴加到正己烷中进行沉淀，随后采用1,4-二氧六环溶解沉淀物，继续采用正己烷沉淀和1,4-二氧六环溶解重复三次操作，使产物进一步纯化，将纯化后的嵌段共聚物在50 ℃的真空烘箱中过夜干燥，然后准确称量产物的质量并配制成浓度为50 mg/mL的嵌段共聚物溶液（其溶剂为水溶液），即分别得到聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）溶液和聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）溶液；
步骤4、通过回流沉淀法将3-甲基丙烯酰胺基多巴胺（DMA）和丙烯酸（AA）制备成纳米颗粒，对纳米颗粒进行进一步纯化（采用离心沉淀和乙腈溶解的方式，重复操作三次），随后纯化的纳米颗粒在冷冻干燥机中过夜干燥，将干燥后的纳米颗粒与抗癌药物阿霉素（DOX）通过静电吸附作用结合在一起，得到负载抗癌药物阿奇霉素的纳米颗粒；
步骤5、将步骤3制备的聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）溶液、聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）溶液与负载抗癌药物阿奇霉素的纳米颗粒以及光热转换材料金纳米棒（AuNRs）混合到一起（混合时两种聚合物溶液分别取0.5 mL，金纳米棒（AuNRs）质量为50 ug，负载DOX的纳米颗粒质量为1 mg），超声混合5 min后，在超声条件下加入10 uL 浓度为2 mol/L的NaOH溶液，然后静置1 min后形成凝胶；
步骤6、向步骤5制备的凝胶中加入1 mL 的水使其发生溶胀并放入冰箱冷冻，冷冻后的凝胶放入冷冻干燥机中24 h，得到水凝胶。
本发明提供了一种金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶的应用，所述金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶应用于肿瘤的光热治疗和化疗，通过在近红外光和肿瘤环境中水凝胶的降解来实现的。
上述步骤1和步骤2的单体溶液始终处于氮气环境中。
上述步骤1和步骤2中的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯是生物相容性高的单体，2,2-偶氮二异丁腈是自由基聚合的引发剂。
上述步骤3的过程即为聚合物的纯化和保存过程。
上述步骤4中的过程为回流沉淀法制备纳米颗粒的过程。
上述步骤5中的过程是掺杂纳米颗粒和金纳米棒（AuNRs）的水凝胶的制备过程，该过程中注意纳米颗粒和AuNRs要分散均匀。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果 ：
本发明提供了一种掺杂金纳米棒（AuNRs）和抗癌药物的集热疗和化疗于一体的金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶，在近红外光的照射下金纳米棒（AuNRs）产生热量以对肿瘤细胞产生杀伤，同时水凝胶局部注射到肿瘤部位，在肿瘤环境中水凝胶降解抗癌药物并释放，可进一步对肿瘤细胞产生抑制作用，形成了多功能热疗-化疗协同治疗的药物递送体系。该水凝胶采用局部注射的方式，大大降低了对周围正常细胞的副作用，满足了生物材料安全长效使用的需求。同时，实现了在水凝胶的作用下抗癌药物缓慢释放，以达到长期治疗的效果。总之，本发明提供的水凝胶药物递送系统设计简单，操作简便，成本低廉，有利于大规模批量化生产。
附图说明
图1为本发明所述金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶的结构示意图；
图2为本发明所述金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶的制备过程示意图；
图3为本发明的实施例中采用的金纳米棒（AuNRs）的TEM、紫外数据测试图；
图4为本发明的实施例中采用的纳米颗粒的TEM和DLS数据测试图；
图5为本发明的实施例中采用的聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）的FTIR图；
图6为本发明的实施例中采用的聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）的FTIR图；
图7为本发明的实施例中采用金纳米棒（AuNRs）的光热升温曲线图；
图8为本发明的实施例中金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶的SEM图；
图9为本发明的实施例中抗癌药物阿霉素（DOX）在不同时间下的纳米颗粒中的释放曲线图；
图10为本发明的实施例中抗癌药物阿霉素（DOX）在不同时间下的可注射水凝胶中的释放曲线图；
图11为本发明的实施例中将DOX@NHG、AuNRs+NHG+Laser、DOX@NHG+AuNRs+Laser与癌细胞Hela共孵育24 h 和48 h来探究金纳米棒（AuNRs）-高分子复合可注射水凝胶的细胞毒性的测试结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护权限不限于下述的实施例。
本发明提出了一种金纳米棒—高分子复合可注射水凝胶 ，所述水凝胶包括负载DOX的纳米颗粒和光热转换纳米材料金纳米棒（AuNRs）以及聚合物材料。所述负载阿霉素（DOX）的纳米颗粒与AuNRs埋覆在所述聚合物材料中，所述埋覆原理为纳米颗粒表面丰富的邻苯二酚基团与聚合物乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯表面的苯硼酸基团发生反应，所述水凝胶是聚合物乙烯基。苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯表面的苯硼酸基团和聚合物3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯表面的邻苯二酚基团在碱性条件下发生反应形成交联的聚合物网络。
如图1所示，其为水凝胶的结构示意图，本实施例提供了一种结合抗癌药物和金纳米棒（AuNRs）材料简易制备具有肿瘤化疗和热疗的可注射水凝胶的制备方法，该可注射水凝胶药物递送系统由聚合物乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、聚合物3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、纳米颗粒、金纳米棒（AuNRs）组成；其中纳米颗粒负载有抗癌药物阿霉素（DOX），纳米颗粒表面具有丰富的邻苯二酚基团，与金纳米棒（AuNRs）相互作用使其与纳米颗粒结合在一起共同埋覆于水凝胶网络中。为了制备上述多功能可注射水凝胶，在具体实施中，本发明所用到的NaOH、正己烷、1,4-二氧六环购于南京晚琴公司，乙烯基苯硼酸、3-甲基丙烯酰胺基多巴胺、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、金纳米棒（AuNRs）、丙烯酸等购于西格玛奥德里奇公司。
上述在纳米颗粒表面负载抗癌药物阿霉素（DOX）的方法是通过将等质量的纳米颗粒与阿霉素（DOX）分散到水溶液中，超声混合后，放入37 ℃的摇床中12 h，通过水溶液离心洗涤三次，除去未负载的阿霉素（DOX）。
上述可注射复合水凝胶形成的方法是通过将光热材料金纳米棒（AuNRs）通过与纳米颗粒相互作用，将纳米颗粒和金纳米棒（AuNRs）同时添加到聚合物溶液中，超声后加入2mol/L的NaOH形成。
如图2所示，其为金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶制备过程主要反应示意图。而本实施例的具体制备方法包括如下：
步骤1、将单体3-甲基丙烯酰胺基多巴胺和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯以2:8的摩尔比加入到10 mL的反应圆底烧瓶中，再向烧瓶中加入2.5 mL的1,4-二氧六环作为反应溶剂，同时加入10 mg的2,2-偶氮二异丁腈作为催化剂，通氮气30 min后，在75 ℃的油浴锅中搅拌30 min，通过自由基聚合形成嵌段共聚物聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）；
步骤2、将单体乙烯基苯硼酸和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯以2:8的摩尔比加入到10mL的反应圆底烧瓶中，再向烧瓶中加入2.5 mL的1,4-二氧六环作为反应溶剂，同时加入10mg的2,2-偶氮二异丁腈作为催化剂，通氮气30 min后，在75 ℃的油浴锅中搅拌30 min，通过自由基聚合形成嵌段共聚物聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）；
步骤3、将步骤1制备的嵌段共聚物聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）慢慢滴加到正己烷中进行沉淀，随后采用1,4-二氧六环溶解沉淀物，继续采用正己烷沉淀和1,4-二氧六环溶解重复三次操作，使产物进一步纯化，将纯化后的嵌段共聚物聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）在50 ℃的真空烘箱中过夜干燥，然后准确称量产物的质量并配制成浓度为50 mg/ml的嵌段共聚物溶液（其溶剂为水溶液），即聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）溶液；将步骤2制备的嵌段共聚物聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）慢慢滴加到正己烷中进行沉淀，随后采用1,4-二氧六环溶解沉淀物，继续采用正己烷沉淀和1,4-二氧六环溶解重复三次操作，使产物进一步纯化，将纯化后的嵌段共聚物聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）在50 ℃的真空烘箱中过夜干燥，然后准确称量产物的质量并配制成浓度为50 mg/mL的嵌段共聚物溶液（其溶剂为水溶液），即聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）溶液；
步骤4、通过回流沉淀法将3-甲基丙烯酰胺基多巴胺（DMA）和丙烯酸（AA）制备成纳米颗粒，对纳米颗粒进行进一步纯化（采用离心沉淀和乙腈溶解的方式，重复操作三次），随后纯化的纳米颗粒在冷冻干燥机中过夜干燥，将干燥后的纳米颗粒与抗癌药物阿霉素（DOX）通过静电吸附作用结合在一起，得到负载抗癌药物阿奇霉素的纳米颗粒；
步骤5、将步骤3制备的聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）溶液、聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）溶液与负载抗癌药物阿奇霉素的纳米颗粒以及光热转换材料金纳米棒（AuNRs）混合到一起（混合时两种聚合物溶液分别取0.5 mL，金纳米棒（AuNRs）质量为50 ug，负载DOX的纳米颗粒质量为1 mg），超声混合5 min后，在超声条件下加入10 uL 浓度为2 mol/L的NaOH溶液，然后静置1min后形成凝胶；
步骤6、向步骤5制备的凝胶中加入1 mL 的水使其发生溶胀并放入冰箱冷冻，冷冻后的凝胶放入冷冻干燥机中24 h，进行相关表征。
上述步骤1和步骤2的单体溶液始终处于氮气环境中保存与使用。
上述步骤1和步骤2中的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯是生物相容性高的单体，2,2-偶氮二异丁腈是自由基聚合的引发剂。
上述步骤3的过程即为聚合物的纯化和保存过程。
上述步骤5中的过程是掺杂纳米颗粒和金纳米棒（AuNRs）的水凝胶的制备过程，该过程中注意纳米颗粒和AuNRs要分散均匀。
综上所述，本发明是将负载有抗癌药物阿霉素（DOX）的纳米颗粒和光热转换材料金纳米棒（AuNRs）通过反应埋覆到聚合物材料中得到的具有化疗和热疗协同治疗的多功能平台。
图3为本发明的实施例中采用的金纳米棒（AuNRs）的TEM数据测试图及紫外吸收图。通过晶种法制备的AuNRs图中可以看出AuNRs的长度大约在62-65 nm，直径在15-18 nm，长径比约4:1，紫外吸收峰的波长在780 nm,靠近近红外区可以很好用于热疗。
图4为本发明的实施例中采用的纳米颗粒的TEM和DLS数据测试，从图中可以看到纳米颗粒的尺寸约为250 nm左右，表面洁净，尺寸均一。
图5和图6为本发明的实施例中聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）和聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）的FTIR图。成功证明了嵌段共聚物的合成。
图7为本发明的实施例中采用的金纳米棒（AuNRs）在水凝胶中的升温曲线，可以看出，金纳米棒（AuNRs）浓度为50 ug/mL的水凝胶光热转换升温效果显著，在十二分钟内可以达到50 ℃左右，为后期杀死肿瘤细胞提供了基础。
图8为本发明的实施例中的金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶的SEM图，通过扫面电镜SEM观察可以观察到水凝胶的多孔性，其具有相互连接的聚合物网络结构，此外，在水凝胶基质中观察到均匀分布了直径250 nm的纳米颗粒和长径比为4:1的金纳米棒（AuNRs），为后续的药物负载和热疗提供了基础。
图9为本发明的实施例中抗癌药物阿霉素（DOX）在不同时间下的纳米颗粒中的释放曲线，从图中可看到在酸性PH=6.5和存在GSH的情况下，抗癌药物阿霉素（DOX）的释放速度最快，在70 h后，释放了76.4 %，而在PH=7.4且没有GSH的情况下，抗癌药物阿霉素（DOX）的释放仅为10 %左右，很明显，纳米凝胶对PH以及还原环境有明显的刺激响应性。
图10为本发明的实施例中抗癌药物阿霉素（DOX）在不同时间下的可注射水凝胶中的释放曲线，探究了高分子复合水凝胶的药物释放行为。从图中可观察到在酸性PH=6.5和Laser的情况下抗癌药物阿霉素（DOX）的释放效率最高，这可能与水凝胶在酸性条件下的降解有关，在120 h后达到了75.6 %，为后期的药物化疗提供了基础。
图11为本发明的实施例中将PBS、Laser、DOX@NG、DOX@NHG、AuNRs+NHG+Laser、DOX@NHG+AuNRs+Laser与癌细胞Hela共孵育24 h和48 h来探究金纳米棒（AuNRs）-高分子复合可注射水凝胶的细胞毒性，图中测试结果如预期结果相同，热疗和化疗的协同作用明显的抑制了Hela细胞的生长。
所有的测试结果表明，本发明所涉及的携带抗癌药物DOX和金纳米棒（AuNRs）的可注射复合水凝胶优良，稳定性好，产率高，而且制备过程操作简便，成本低廉，节约能源，利于大规模推广研究。
本发明采用将负载有抗癌药物阿霉素（DOX）的纳米颗粒和光热材料金纳米棒（AuNRs）埋覆到具聚合物材料中得到了具有化疗和热疗功能的可注射复合水凝胶，水凝胶展现的抗癌药物阿霉素（DOX）的负载、光热材料AuNRs的掺杂、聚合均满足要求，在对于调控生物材料内部性质有着重要研究意义。
总之，本发明的水凝胶具有可注射性，将掺杂金纳米棒（AuNRs）的可注射水凝胶应用到肿瘤的治疗领域，在近红外光照射下AuNRs吸收近红外光产生热量和肿瘤环境中水凝胶降解释放抗癌药物以赋予其热疗和化疗的应用。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶，其特征在于：所述金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶为嵌段共聚物在掺杂负载药物的纳米颗粒和光热材料的碱性水溶液中发生反应而形成；
所述嵌段共聚物包括聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）和聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）。
2.根据权利要求1所述的金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶，其特征在于：所述金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶的水凝胶为以聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）和聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）交联的方式形成的三维网络结构。
3.根据权利要求1所述的金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶，其特征在于：所述纳米颗粒为带有邻苯二酚基团的3-甲基丙烯酰胺基多巴胺分子，所述纳米颗粒负载的药物为阿霉素DOX。
4.根据权利要求3所述的金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶，其特征在于：所述纳米颗粒与阿霉素DOX通过静电吸附作用结合，形成负载阿霉素DOX的纳米颗粒。
5.根据权利要求1所述的金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶，其特征在于：所述光热材料为金纳米棒，所述金纳米棒的长度为62～65 nm，直径为15～18 nm，紫外吸收峰的波长为780 nm。
6.根据权利要求5所述的金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶，其特征在于：所述金纳米棒均匀分布在水凝胶的三维网络结构中。
7.根据权利要求1所述的金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶，其特征在于：所述聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）是由单体3-甲基丙烯酰胺基多巴胺和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯在引发剂2,2-偶氮二异丁腈催化作用下聚合而成的聚合物；所述聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）是由单体乙烯基苯硼酸和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯在引发剂2,2-偶氮二异丁腈催化作用下聚合而成的聚合物。
8.根据权利要求1至7任一项所述金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将单体3-甲基丙烯酰胺基多巴胺和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯以2:8的摩尔比加入到烧瓶中，再向烧瓶中加入2.5 mL的1,4-二氧六环作为反应溶剂，同时加入10 mg的2,2-偶氮二异丁腈作为催化剂，通氮气30 min后，在75 ℃的油浴锅中搅拌30 min，形成嵌段共聚物聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）；
步骤2、将单体乙烯基苯硼酸和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯以2:8的摩尔比加入到烧瓶中，再向烧瓶中加入2.5 mL的1,4-二氧六环作为反应溶剂，同时加入10 mg的2,2-偶氮二异丁腈作为催化剂，通氮气30 min后，在75 ℃的油浴锅中搅拌30 min，形成嵌段共聚物聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）；
步骤3、将步骤1和步骤2制备的嵌段共聚物分别滴加到正己烷中进行沉淀，随后采用1,4-二氧六环溶解沉淀物，继续采用正己烷沉淀和1,4-二氧六环溶解重复三次操作，使产物进一步纯化，将纯化后的嵌段共聚物在50 ℃的真空烘箱中过夜干燥，然后配制成浓度为50mg/mL的嵌段共聚物溶液，即聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）溶液和聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）溶液；
步骤4、通过回流沉淀法将3-甲基丙烯酰胺基多巴胺和丙烯酸制备成纳米颗粒，对纳米颗粒进行进一步纯化，随后纯化的纳米颗粒在冷冻干燥机中过夜干燥，将干燥后的纳米颗粒与抗癌药物阿霉素通过静电吸附作用结合在一起，得到负载抗癌药物阿奇霉素的纳米颗粒；
步骤5、将步骤3制备的聚（3-甲基丙烯酰胺基多巴胺-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）溶液、聚（乙烯基苯硼酸-co-聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯）溶液与负载抗癌药物阿奇霉素的纳米颗粒以及金纳米棒混合到一起，超声混合5 min后，在超声条件下加入10 uL 浓度为2mol/L的NaOH溶液，然后静置1 min后形成凝胶；
步骤6、向步骤5制备的凝胶中加入1 mL 的水使其发生溶胀并放入冰箱冷冻，冷冻后的凝胶放入冷冻干燥机中24 h，得到水凝胶。
9.根据权利要求1至7所述金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶的应用，其特征在于：所述金纳米棒-高分子复合可注射水凝胶应用于肿瘤的光热治疗和化疗，通过在近红外光和肿瘤环境中水凝胶的降解来实现的。
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