Bioactive Materials
链缠结介导的拓扑水凝胶涂层可实现高抗血栓性能

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该研究开发了一种无需化学交联剂的高强度、低摩擦、抗污且可溶胀脱落的两性离子水凝胶涂层，通过链缠结介导的拓扑凝胶化实现优异的机械性能和生物相容性，同时避免了传统水凝胶脱落导致的聚合物栓塞风险。

 

文献概述

本文《An embolism-free nonfouling hydrogel coating with high toughness and lubricity for intravascular medical devices via chain-entanglement mediated topological gelation》，发表于《Bioactive Materials》杂志，回顾并总结了通过链缠结介导的拓扑凝胶化策略，构建用于血管内医疗设备的抗污、高韧性和低摩擦的水凝胶涂层。文章提出了一种新型的拓扑水凝胶，其在脱落时可自发溶解，从而有效降低栓塞风险，同时具备长期抗菌、抗血小板粘附和优异的耐磨性。

背景知识

水凝胶涂层因其优异的润滑性、抗血栓性和抗菌性，在血管介入设备（如导管、支架、血管移植物）中广泛应用。然而，传统水凝胶依赖化学交联剂（如MBA）进行网络稳定，一旦涂层脱落，碎片会滞留在血管中，导致脑、心脏、肺等血管栓塞，严重时可引发缺血、梗死甚至死亡。FDA曾发布关于水凝胶涂层脱落的安全警示，推动了对更安全涂层技术的研究。本研究基于链缠结拓扑凝胶化机制，通过界面调控聚合方法，构建了无交联剂、高单体浓度的两性离子水凝胶，并通过物理缠结增强其机械强度和稳定性。该研究为解决水凝胶脱落导致的栓塞问题提供了新策略，具有重要的临床转化潜力。

 

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研究方法与实验

本研究采用一种无交联剂的界面调控聚合方法，使用高浓度MPC单体在苯甲酮（BP）引发剂处理的PDMS或PLGA基材表面进行紫外聚合，形成链缠结增强的两性离子水凝胶。通过调控单体浓度（10–70 wt%），实现水凝胶的可控溶胀与机械稳定性。材料表征包括压缩、拉伸、摩擦系数、磨损测试、SEM、CLSM、FTIR、XPS、GPC和1H NMR等，以评估涂层的微观结构、厚度、交联状态和分子量。

关键结论与观点

• 链缠结介导的水凝胶在无化学交联剂条件下成功构建，并具备优异的机械强度和润滑性，摩擦系数低至0.0017 ± 0.0004。
• 高单体浓度（>40 wt%）下，水凝胶稳定存在；当涂层脱落时，由于缺乏化学交联点，其在PBS中迅速溶胀并解缠结，避免形成血管栓塞。
• 动物实验验证显示，传统水凝胶碎片组小鼠存活率仅为55.6%，而链缠结水凝胶组无死亡，肺组织中未观察到栓塞。
• 该水凝胶在新西兰兔动静脉模型中表现出良好的抗血栓性能，血小板和红细胞粘附显著减少，血流无明显凝血现象。
• 体外长期抗菌实验显示，链缠结水凝胶在30天内几乎无生物膜形成，具备优异的抗菌粘附性能。
• 在体外循环模型中，水凝胶在高剪切应力下保持结构完整，厚度无明显变化，展现出卓越的稳定性。

研究意义与展望

本研究提供了一种新型的水凝胶涂层策略，克服了传统化学交联水凝胶在脱落时引发栓塞的安全隐患。未来可进一步评估其在临床导管、支架、心脏瓣膜等医疗设备中的长期稳定性与安全性，推动其在微创介入治疗中的广泛应用，减少因涂层脱落导致的生命风险。

 

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结语

本研究成功开发了一种基于链缠结的拓扑水凝胶涂层，该涂层在保持高机械强度、润滑性和抗菌性的同时，解决了传统水凝胶因化学交联剂残留而脱落引发栓塞的临床问题。该技术通过物理缠结而非化学交联构建水凝胶网络，使其在脱落时可自发溶解，避免了碎片在血管中的沉积和栓塞。研究还通过动物模型和体外循环系统验证了其生物相容性和稳定性，为未来用于心脏、脑血管等高风险介入设备提供了安全且高效的表面改性方案。

 

Wenzhong Cao, Xianchi Zhou, Wenbin Dai, Jian Ji, and Peng Zhang. An embolism-free nonfouling hydrogel coating with high toughness and lubricity for intravascular medical devices via chain-entanglement mediated topological gelation. Bioactive Materials.