介入导管是一种在生物医学领域中用于诊断和治疗的重要医疗器械。传统的介入导管通常由聚氯乙烯或聚四氟乙烯等材料制成，虽然能够满足基本的手术需求，但在复杂的人体解剖结构中存在一定的局限性。例如，传统导管在插入过程中可能会对血管壁造成损伤，尤其是在遇到弯曲或螺旋状的血管通道时，有限的导管灵活性和结构适配性可能导致手术困难，增加手术风险。

  近日，华东师范大学张利东教授团队在《Advanced Healthcare Materials》期刊上发表了一篇题为“Degradable Alginate Hydrogel Intervention Catheters with Gradient Hardness in Length”的研究文章，报道了一种沿长度方向上具有硬度梯度的可降解水凝胶介入导管(图1)。其特点是沿长度方向具有梯度硬度，即导管的头部柔软，尾部坚硬。这种设计不仅提高了导管在复杂血管结构中的适应性，还减少了对周围组织的损伤。文章的第一作者是华东师范大学的硕士研究生杨冰冰，通讯作者为复旦大学附属上海第五人民医院潘杰教授和华东师范大学张利东教授。

图1. 传统硬度渐变导管与水凝胶硬度渐变导管对比图

  研究团队创新性地采用溶剂交换和双金属交联策略，成功制备出具有沿长度方向硬度梯度的可降解海藻酸盐水凝胶介入导管。如图2所示，首先，通过Cu²⁺诱导海藻酸钠(SA)薄膜发生不对称交联反应，形成水合的SA@Cu²⁺柱状水凝胶。随后，通过乙醇与水的溶剂交换反应，使水凝胶内部形成中空结构。接着，利用乙二胺四乙酸（EDTA）溶液去除Cu²⁺，最后通过Ca²⁺和Fe²⁺的双金属交联反应赋予导管梯度硬度。这一制备方法不仅简化了生产流程，还能够根据需要制备出任意形状的水凝胶导管，极大地提高了导管的定制化能力。

图2. 海藻酸钠条状薄膜在水溶液中转化为水凝胶管的反应示意图

  导管的头部柔软，尾部坚硬，这种设计使其能够更好地适应人体复杂的血管结构。实验结果表明，导管的硬尾部断裂强度可达28 MPa，而软头部的断裂强度为5.5 MPa，这种梯度硬度设计不仅提高了导管的灵活性，还增强了其在复杂环境中的操作稳定性。为了验证这种新型水凝胶导管的实际应用效果，研究团队设计了一系列模拟实验。如图3所示，他们制备了U形、S形和螺旋形的水凝胶模拟通道，用于模拟人体血管的复杂结构。实验结果表明，具有梯度硬度的水凝胶导管能够顺利通过这些复杂通道，而具有均匀硬度的导管则难以完全插入螺旋形通道。这一对比实验充分证明了梯度硬度设计的优越性。

图3. 梯度硬度水凝胶介入导管的体外应用演示

  这种新型水凝胶介入导管的开发，为介入手术领域带来了新的希望。其梯度硬度设计使其能够更好地适应人体复杂的血管结构，减少手术过程中的组织损伤，提高手术的成功率和安全性。此外，其优异的表面润滑性和生物可降解性也为患者带来了更多的安全保障。期待该团队继续优化这种水凝胶导管的性能，并探索其在更多医疗场景中的应用潜力，以期为临床医学提供更加安全、有效的介入治疗工具。

  文章链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202405086