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  介入導(dǎo)管是一種在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中用于診斷和治療的重要醫(yī)療器械。傳統(tǒng)的介入導(dǎo)管通常由聚氯乙烯或聚四氟乙烯等材料制成，雖然能夠滿足基本的手術(shù)需求，但在復(fù)雜的人體解剖結(jié)構(gòu)中存在一定的局限性。例如，傳統(tǒng)導(dǎo)管在插入過程中可能會對血管壁造成損傷，尤其是在遇到彎曲或螺旋狀的血管通道時，有限的導(dǎo)管靈活性和結(jié)構(gòu)適配性可能導(dǎo)致手術(shù)困難，增加手術(shù)風(fēng)險。

  近日，華東師范大學(xué)張利東教授團隊在《Advanced Healthcare Materials》期刊上發(fā)表了一篇題為“Degradable Alginate Hydrogel Intervention Catheters with Gradient Hardness in Length”的研究文章，報道了一種沿長度方向上具有硬度梯度的可降解水凝膠介入導(dǎo)管(圖1)。其特點是沿長度方向具有梯度硬度，即導(dǎo)管的頭部柔軟，尾部堅硬。這種設(shè)計不僅提高了導(dǎo)管在復(fù)雜血管結(jié)構(gòu)中的適應(yīng)性，還減少了對周圍組織的損傷。文章的第一作者是華東師范大學(xué)的碩士研究生楊冰冰，通訊作者為復(fù)旦大學(xué)附屬上海第五人民醫(yī)院潘杰教授和華東師范大學(xué)張利東教授。

圖1. 傳統(tǒng)硬度漸變導(dǎo)管與水凝膠硬度漸變導(dǎo)管對比圖

  研究團隊創(chuàng)新性地采用溶劑交換和雙金屬交聯(lián)策略，成功制備出具有沿長度方向硬度梯度的可降解海藻酸鹽水凝膠介入導(dǎo)管。如圖2所示，首先，通過Cu²⁺誘導(dǎo)海藻酸鈉(SA)薄膜發(fā)生不對稱交聯(lián)反應(yīng)，形成水合的SA@Cu²⁺柱狀水凝膠。隨后，通過乙醇與水的溶劑交換反應(yīng)，使水凝膠內(nèi)部形成中空結(jié)構(gòu)。接著，利用乙二胺四乙酸（EDTA）溶液去除Cu²⁺，最后通過Ca²⁺和Fe²⁺的雙金屬交聯(lián)反應(yīng)賦予導(dǎo)管梯度硬度。這一制備方法不僅簡化了生產(chǎn)流程，還能夠根據(jù)需要制備出任意形狀的水凝膠導(dǎo)管，極大地提高了導(dǎo)管的定制化能力。

圖2. 海藻酸鈉條狀薄膜在水溶液中轉(zhuǎn)化為水凝膠管的反應(yīng)示意圖

  導(dǎo)管的頭部柔軟，尾部堅硬，這種設(shè)計使其能夠更好地適應(yīng)人體復(fù)雜的血管結(jié)構(gòu)。實驗結(jié)果表明，導(dǎo)管的硬尾部斷裂強度可達28 MPa，而軟頭部的斷裂強度為5.5 MPa，這種梯度硬度設(shè)計不僅提高了導(dǎo)管的靈活性，還增強了其在復(fù)雜環(huán)境中的操作穩(wěn)定性。為了驗證這種新型水凝膠導(dǎo)管的實際應(yīng)用效果，研究團隊設(shè)計了一系列模擬實驗。如圖3所示，他們制備了U形、S形和螺旋形的水凝膠模擬通道，用于模擬人體血管的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。實驗結(jié)果表明，具有梯度硬度的水凝膠導(dǎo)管能夠順利通過這些復(fù)雜通道，而具有均勻硬度的導(dǎo)管則難以完全插入螺旋形通道。這一對比實驗充分證明了梯度硬度設(shè)計的優(yōu)越性。

圖3. 梯度硬度水凝膠介入導(dǎo)管的體外應(yīng)用演示

  這種新型水凝膠介入導(dǎo)管的開發(fā)，為介入手術(shù)領(lǐng)域帶來了新的希望。其梯度硬度設(shè)計使其能夠更好地適應(yīng)人體復(fù)雜的血管結(jié)構(gòu)，減少手術(shù)過程中的組織損傷，提高手術(shù)的成功率和安全性。此外，其優(yōu)異的表面潤滑性和生物可降解性也為患者帶來了更多的安全保障。期待該團隊繼續(xù)優(yōu)化這種水凝膠導(dǎo)管的性能，并探索其在更多醫(yī)療場景中的應(yīng)用潛力，以期為臨床醫(yī)學(xué)提供更加安全、有效的介入治療工具。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adhm.202405086