在传统肾结石手术中，只有 60-75% 能达到完全无结石状态。高达 30% 的残留结石碎片小于 2 毫米的患者随后会出现与结石相关的并发症。我们在此展示一种取石技术，其中使用磁性水凝胶使碎片可磁化，以便使用简单的磁性工具即可轻松取回。磁性水凝胶可在体外稳健地捕获临床相关大小和成分的结石碎片。水凝胶成分在细胞培养中没有细胞毒性，对离体人尿路上皮和体内小鼠膀胱仅有表面影响。此外，该水凝胶对常见泌尿道病原体具有与常见抗生素相当的抗菌活性。通过高效取回肾结石碎片，我们的方法可以提高无结石率和患者预后。一种由 ferumoxytol（一种直径为 7 纳米、带有负电荷的羧基葡聚糖涂层的 SPION）和壳聚糖（一种阳离子生物聚合物）组成的水凝胶。尽管较大的磁性粒子捕获率更高，但我们决定使用 7 纳米 ferumoxytol 纳米粒子，因为它们的表面积与体积之比更大，有利于聚合物交联。我们比较了单独使用 ferumoxytol 和使用壳聚糖-ferumoxytol (CF) 水凝胶的 MagSToNE 对不同大小和成分的结石的捕获效率（图 3）。虽然单独的 ferumoxytol 由于其表面涂层中的羧酸基团而与结石结合，并且在体外捕获了约 60% 的小（直径 <1 毫米）磷酸钙碎片，但它对其他成分的结石的表现不一致，并且不能捕获更大的碎片。相比之下，CF 水凝胶对所有测试成分的结石都捕获了 100%，包括直径最大为 4 毫米的较大碎片和钙含量低至 20% 的结石。这些体外实验通过粒子追踪模拟得到证实，模拟表明可以从几毫米外捕获小结石（例如 1 和 3 毫米）（补充电影 S 1和 S 2）。磁性标记的草酸钙结石碎片的扫描电子显微镜 (SEM) 证实了 Ferumoxytol 和 CF 水凝胶与结石表面的结合（图 3b-e）。由于 Ferumoxytol 的尺寸小，因此在 SEM 上无法获得可靠的分辨率，因此使用能量色散 X 射线 (EDX) 技术来证明结石表面存在铁。CF 水凝胶很容易看到，形成几十微米厚的层。利用扫描电子显微镜（SEM）和傅立叶变换红外光谱（FT-IR）对冻干水凝胶进行了表征（补充图 S3）。其高度异质性和多孔结构是离子凝胶化的特征，其中水溶性聚合物快速交联，形成不溶性聚合物纳米复合材料。