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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(huì)對(duì)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(shí)，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(xiǎn)。

  近日，華東師范大學(xué)張利東教授團(tuán)隊(duì)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(bào)道了一種沿長(zhǎng)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(diǎn)是沿長(zhǎng)度方向具有梯度硬度，即導(dǎo)管的頭部柔軟，尾部堅(jiān)硬。這種設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)比圖

  研究團(tuán)隊(duì)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(zhǎng)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(duì)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(jiǎn)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(jiān)硬，這種設(shè)計(jì)使其能夠更好地適應(yīng)人體復(fù)雜的血管結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，導(dǎo)管的硬尾部斷裂強(qiáng)度可達(dá)28 MPa，而軟頭部的斷裂強(qiáng)度為5.5 MPa，這種梯度硬度設(shè)計(jì)不僅提高了導(dǎo)管的靈活性，還增強(qiáng)了其在復(fù)雜環(huán)境中的操作穩(wěn)定性。為了驗(yàn)證這種新型水凝膠導(dǎo)管的實(shí)際應(yīng)用效果，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一系列模擬實(shí)驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)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(duì)比實(shí)驗(yàn)充分證明了梯度硬度設(shè)計(jì)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(jì)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(rùn)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(tuán)隊(duì)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(chǎng)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