基于超疏水和流變減阻理論的仿生心臟瓣膜的基礎研究.pdf

1、置換人工心臟瓣膜是治療心臟瓣膜疾病的最有效的方法之一，也是臨床治療的最后一步。機械瓣雖然因其具有較長的使用壽命而成為目前臨床上使用最為廣泛的一種人工心臟瓣膜，但由于其不具有天然心臟瓣膜最優(yōu)化的血流動力學性能，置入人體后即使患者終身服用抗凝藥物，卻仍會出現(xiàn)瓣膜血栓形成、血栓栓塞和抗凝相關出血等并發(fā)癥。因此，解決機械瓣的血液相容性問題是目前機械瓣膜研究工作的中心內(nèi)容，這項工作不僅具有重要的科學意義，而且具有重大的經(jīng)濟價值和社會意義。

2、 師法自然，本文首先研究了老鼠的主動脈瓣、二尖瓣以及白兔的三尖瓣表面的微細結(jié)構，發(fā)現(xiàn)動物心臟瓣膜表面均勻分布著微米級的“鵝卵石”和許多納米纖毛。這種與荷葉表面相似的微納復合階層結(jié)構使得血液流經(jīng)瓣膜表面時流動阻力減小，血小板在瓣膜表面的粘附也隨之而減少，從而最終降低了血栓的形成。同時發(fā)現(xiàn)，生物界具有超疏水性能的昆蟲翅膀表面的微結(jié)構形狀和尺度也各不相同。 受此啟發(fā)，為制備具有超疏水性能的仿生人工心臟瓣膜表面，首先構建了二維平行光柵、

3、三維周期方柱、方形凹坑以及乳突微結(jié)構，同時根據(jù)兩種經(jīng)典超疏水理論——Wenzel理論和Cassie理論，分析了超疏水發(fā)生的條件，并分別建立了四種微結(jié)構的表觀接觸角理論模型，初步探討了表面微結(jié)構參數(shù)對其疏水性能的影響以及不同微結(jié)構形狀下兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。 仿生超疏水心臟瓣膜表面微細結(jié)構的制備是其性能研究的前提和基礎。本課題利用飛秒激光加工技術分別在K9玻璃、聚氨酯、熱解炭等心臟瓣膜材料表面加工二維光柵和三維乳突微結(jié)構，并進行疏水

4、性能的表征，探討了加工用激光參數(shù)對表面微細結(jié)構及疏水性能的影響；同時用軟刻蝕法在PDMS表面加工出周期方柱和方孔微結(jié)構，通過比較其超疏水性能發(fā)現(xiàn)參數(shù)相同、形狀互補的方柱和方孔微結(jié)構的疏水性能也互補。 滑移減阻是超疏水微結(jié)構人工心臟瓣膜表面的一個重要特性，也是其表面能減少血栓形成的主要因素。本課題利用流變儀研究了超疏水微結(jié)構固體表面的流變減阻特性，在驗證超疏水表面存在滑移的基礎上，推導了超疏水表面滑移長度與減阻率的計算公式。分別用

5、新鮮血液、血漿和水在不同周期間距的乳突微結(jié)構聚氨酯表面研究了超疏水表面的流變減阻性能。結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，乳突微結(jié)構周期間距越大，其表面減阻性能越好，但當周期間距增大到一定的程度時，減阻效果反而降低了，這是因為液滴在表面的超疏水狀態(tài)發(fā)生了轉(zhuǎn)變的緣故。 血液相容性的好壞是衡量人工心臟瓣膜質(zhì)量高低的關鍵因素，通過在PDMS、聚氨酯、熱解炭三種材料表面構建形狀不同、參數(shù)不同的微細結(jié)構，并通過血小板粘附實驗、動態(tài)凝血實驗以及溶血實驗