随着我国人口老龄化，瓣膜疾病的发病率越来越高，我国每年心脏瓣膜疾病患者以14%的速度快速增加。目前我国瓣膜疾病患病人群有千万之众。到2018年为止中国每年需要进行近13万例心脏瓣膜相关手术，到2024年这一数字将增加到近23万例/年。传统的外科瓣膜置换手术不适应于高龄高风险人群。经导管人工心脏瓣膜置换手术（TAVR）由于其创伤小、术后并发症少等原因越来越多地用于临床治疗。但是目前TAVR治疗也存在一些不足，主要包括：瓣叶材料都是牛心包或者猪心包，这些生物瓣叶发生钙化导致瓣叶衰败，使其使用寿命只有8到10年；瓣叶血栓易引起脑中风；缺乏适合先心病儿童的介入式瓣膜等。

在复旦大学工程与应用技术研究院（以下简称“工研院”）先导项目的支持下，复旦大学航空航天系/工研院王盛章教授、复旦大学附属中山医院魏来教授、附属儿科医院贾兵教授、东华大学纺织学院王璐教授团队合作开发由聚合物材料作为瓣叶基材的新型介入式人工心脏瓣膜，取得了多项成果。

1. 开发了基于聚四氟乙烯（ePTFE）膜的介入式肺动脉瓣。该介入瓣的瓣叶采用ePTFE；其形貌通过数值仿真结合体外实验进行了优化设计，提高了其流体动力学性能和抗疲劳性能；瓣架采用镍钛合金自膨式支架；开发了经心尖的输送器；通过大动物（猪）实验验证了该瓣膜的安全性和有效性；3月后尸检时发现瓣叶活动良好、肺动脉壁可见纤维增生且CT扫描取出后瓣架未见明显钙化。相关成果发表于Journal of Cardiovascular Translational Research 2022 16(1)。

图1. ePTFE介入式肺动脉瓣

2. 开发了蚕丝、涤纶和镍钛合金丝混合编织的瓣叶基材。在蚕丝和涤纶混合纺织的基材中加入镍钛合金丝，从而使瓣叶具有各向异性的力学性能；通过数值仿真和体外实验设计出最佳的镍钛合金丝的的排布方式；利用该基材制作了外科瓣，对瓣膜的流体力学性能进行了测试；证明这种各向异性的瓣叶具有更好的流体动力学性能和瓣叶动力学性能。相关成果发表于Composites Part B-Engineering 2023(255)。

   

图2. 蚕丝合成材料外科瓣

3. 开发了基于高分子聚合物的外科瓣。该瓣膜由浸渍成型工艺制作，成本低廉且瓣叶形态的优化设计空间巨大；通过有限元仿真对瓣膜初始形态进行了优化设计，在提高瓣膜流体动力学性能的同时降低在闭合时瓣叶上的应力分布从而提高其抗疲劳性能；利用脉动流结合激光粒子流场测量技术（PIV）对该瓣膜的流体动力学性能进行了测试，证明其满足ISO5840对于人工心脏瓣膜的要求，且在满足较低的反流分数同时具有更大的有效开口面积和更小的跨瓣压差。该项工作也受到了国内心脏瓣膜头部企业关注，获得一项技术开发项目支持。

图3. 高分子聚合物外科瓣

 聚合物材料具有加工制造方便、成本低廉、生物相容性好、抗疲劳性能优异等特点，越来越多地被应用于人工血管、覆膜支架以及人工心脏瓣膜领域。项目研发的多种人工材料瓣膜有效改善了生物瓣的缺陷，具有广泛的应用前景。工研院持续服务先导项目，积极协助具有成果转化前景的项目对接政府、企业资源及社会资本，打通科技成果转化的最后一公里。

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为推进复旦大学“新工科”建设，主动对接经济社会发展和企业技术创新需求，复旦大学自2017年起在工研院设立“先导项目”。项目设立秉承“面向世界科技前沿、面向经济主战场”的原则，支持我校教师与校外优势单位合作，联合进行重点科研攻关、技术开发，在深入探索理论基础的同时，接轨科技发展前沿，促进基础学科与应用学科协同发展，构建从基础研发、成果转化、到产业化的完整产业链。