银离子竞争配位触发壳聚糖水凝胶管的弹塑性转变及其在泌尿植入物中的应用

《Carbohydrate Polymers》：Silver ion competition reaction-triggered elastoplastic transition of chitosan hydrogel tubes

本文报道了一种基于银离子竞争配位反应的新型壳聚糖（Cs）水凝胶管，可在人体尿液环境中实现从塑性（Ag/B-T）到弹性（Na/B-T）的原位机械性能转变。该水凝胶管通过十水四硼酸钠（STD）诱导壳聚糖薄膜不对称交联制备，银离子与Cs氨基基团的强配位作用赋予其塑性；当暴露于含氯离子的人工尿液时，银离子与氯离子更强的结合作用削弱了Ag-Cs配位，触发弹塑性转变。该设计同步解决了传统输尿管支架的组织适应性差、易感染和钙化等问题，为下一代生物相容性泌尿植入物提供了创新平台。

　　

Highlight

Materials

壳聚糖（<100 mPa·S, M_w ≈ 130 kDa, 脱乙酰度: >90 %, 纯度≥98 %, 研究级）、十水四硼酸钠（STD, 99.5 %）、乙酸（99.5 %）、氯化钙（CaCl₂, 99 %）、氯化镁（MgCl₂, 99 %）、氢氧化钠（NaOH, 96 %）、硝酸溶液（HNO₃, 65 %）、磷酸盐缓冲盐水（PBS, 99.5 %）、乙醇（99.7 %）、戊二醛溶液（25 %）、过氧化氢（30 %）、丙烯酰胺（AM, 99.5 %）、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBAA, 99 %）、硫酸铵

Results

为了将银离子配位竞争概念更真实地应用于尿液环境，我们根据改进策略，通过十水四硼酸钠（STD）在水溶液中诱导壳聚糖（Cs）薄膜条带进行不对称交联，将Cs水凝胶制成管状结构。这种管状水凝胶在与银离子配位后，有望作为输尿管支架使用，并能在尿液环境中自发进行从塑性到弹性的机械性能转变。

Conclusions

总之，据我们所知，这是首篇关于在尿液中壳聚糖（Cs）水凝胶网络内银离子配位竞争相互作用的报告。这种配位竞争相互作用能够触发水凝胶从塑性相到弹性相的机械转变。首先，银离子与Cs网络氨基基团之间的强配位作用产生了坚固且具有塑性的Ag/B-T水凝胶管。当浸泡在弱酸性尿液中时，这种配位作用被尿液中氯离子与银离子之间更强的化学键合所削弱，导致银离子释放并形成氯化银沉淀，从而引发了水凝胶管向弹性Na/B-T的原位转变。银离子还赋予水凝胶管卓越的抗菌功效和长期的抗钙化特性。适应性机械性能、抗菌性能和抗钙化性的结合，使这种水凝胶管成为开发下一代生物相容性泌尿植入物的一个有前景的平台。