终末期肾病（ESRD）已成为全球公共卫生领域的一个重要问题，在一些发达国家中，糖尿病肾病约占透析患者的一半[1]、[2]、[3]、[4]。虽然血液透析能有效清除尿毒症毒素，但其过滤机制经常破坏身体精细的代谢平衡[5]、[6]、[7]。患者容易受到透析期间低血糖和透析后高血糖的恶性循环影响，这是由于透析液和血液之间的血糖浓度梯度、代谢途径紊乱以及高血糖/低血糖激素调节受损所致[8]、[9]。异常的血糖波动对ESRD患者构成双重威胁，可能导致急性临床风险和慢性全身性伤害。无论是否患有糖尿病，患者都可能通过多种病理途径出现血糖稳态失调[10]。稳态激素调节的严重受损会导致低血糖，尤其是在血液透析过程中往往以无症状的方式发生。缺乏早期预警症状使得代谢紊乱在严重神经低血糖危机（如晕厥、心律不齐或猝死）突然出现之前难以察觉[11]。此外，临床证据表明，短暂的的高血糖比慢性持续高血糖更能引发氧化应激、促炎细胞因子的释放以及血管内皮损伤[12]。这些持续的病理状态加速了血管内皮的损伤和多器官功能的渐进性衰竭，最终决定了血液透析患者的不良长期预后[8]、[13]。目前的临床干预主要依赖于透析液配方的调整、药物剂量控制以及外源性葡萄糖补充[14]、[15]、[16]、[17]，但这些方法操作繁琐，并且无法在血液透析过程中实现实时、准确的个性化血糖稳态调节。
目前临床应用中的大多数血液透析膜（如聚醚砜（PES）膜）仅作为静态物理屏障[18]、[19]使用。这些膜利用预先确定的孔径进行分离，严格遵循扩散定律来传输像葡萄糖这样的小分子营养物质，同时拦截蛋白质，因此本质上缺乏动态调节能力。新兴技术如响应性纳米纤维水凝胶和微针已被开发用于自主血糖管理[20]、[21]、[22]、[23]。这些系统主要设计用于单一药物输送，缺乏ESRD治疗所需的复杂分离功能。当直接与血液透析结合使用时，这些输送系统受到体外复杂环境中溶质持续清除的制约，无法解决透析界面两侧所有小分子的质量传递缺陷。主要目标是开发一种能够根据实时血糖水平自主切换 gating 信号的自我调节血液透析膜，从而维持稳态。实现这种智能膜在生物医学材料科学中是一个挑战。
要实现这种自主响应，需要精确的分子识别和信号转导的无缝整合，这些功能通常由专门的凝胶网络提供[24]。特别是基于苯硼酸（PBA）的血糖感知系统因其非酶促反应和优异的化学稳定性而被广泛用于闭环胰岛素输送[25]、[26]。传统的PBA功能化凝胶可以与含有顺式二醇的分子（如葡萄糖）可逆结合形成稳定的环状硼酸酯复合物，这一过程会改变聚合物网络的电荷和水合状态。这种变化会增加静电排斥力或相变温度，最终导致渗透网络的膨胀[27]、[28]。然而，在膜孔的受限几何结构中，高血糖状态下的膨胀会堵塞传输通道，从而在需要增强清除率时降低通透性。这种传统的响应机制与有效血液净化所需的孔径开放完全相反。更重要的是，在将此类化学识别单元整合到刚性的多孔膜骨架中时，响应灵敏度和机械稳定性之间存在冲突。高功能负载经常在传统系统中引起宏观相分离，在膜基质中产生结构脆弱性。这些添加剂的弱物理相互作用导致在临床条件下高剪切条件下持续渗漏，共同危及膜的长期机械和功能稳定性[29]、[30]。
为了克服这些基本限制，我们提出了一种嵌入凝胶的策略，旨在调和机械强度与响应灵敏度之间的长期矛盾[31]、[32]。通过使用原位自由基聚合技术，葡萄糖敏感型凝胶网络直接在PES骨架中生长并固定。通过优化(4-((2-丙烯酰胺乙基)氨基甲酰)-3-氟苯基)硼酸（AmFPBA）和N-[3-(二甲氨基)丙基]丙烯酰胺（DMAPA）的拓扑渗透性，成功制备了具有半互穿聚合物网络结构的嵌入凝胶膜。AmFPBA中的氟原子增强了生理pH值下的葡萄糖敏感性，而DMAPA中的季铵基团提供了所需的初始正电荷。除了保证改性成分在剪切环境中的耐久性外，这种特殊的镶嵌排列还为葡萄糖分子的即时识别提供了高密度的活性位点。通过电荷中和引起的收缩机制，这种特定的分子结构实现了用于血糖管理的主动反向调控反应。当血糖水平上升时，PBA位点捕获葡萄糖并积累负电荷，通过内部电荷中和触发凝胶收缩，从而打开物理孔径（开启阀门），加速多余葡萄糖的去除。相反，在正常或低血糖条件下，由于静电排斥作用，凝胶保持高度水合和膨胀状态，产生占用效应（关闭阀门），阻止葡萄糖的流失。因此，嵌入凝胶的界面作为血液透析的自主血糖缓冲系统发挥作用。
