西安交大科研人员在抗疲劳复合水凝胶模拟生物心脏瓣膜研究方面取得重要进展

力学性能的优劣是决定水凝胶应用的关键因素。自2003年以来，研究人员相继采用双网络等策略实现了水凝胶的高模量、高强度及高断裂韧性。近年来，人们发现高强度水凝胶的疲劳性能较差，制约着其进一步发展。与之不同的是，天然生物组织（心脏瓣膜、肌腱、声带等）往往具有复杂的形状和良好的抗疲劳性质，例如心脏瓣膜在人的一生中平均需开合几十亿次而不发生破坏。因此，如何模拟生物组织研发抗疲劳水凝胶成为领域内关注的焦点。

近日，西安交通大学航天航空学院唐敬达副教授与美国哈佛大学锁志刚院士合作，模拟生物心脏瓣膜的软硬相异质结构，使用数字光固化打印技术制备了两相复合水凝胶，同步实现了水凝胶材料的复杂形状和高疲劳门槛值。研究人员设计了由硬骨架和软基体组成的复合水凝胶，两种组分都是可拉伸水凝胶材料，具有显著的模量差异，在界面上形成较强的拓扑粘接。复合水凝胶的疲劳门槛值高达441 J/m2。研究人员进一步利用医学CT影像制作了具有心脏瓣膜形状的复合水凝胶，设计了模拟血液循环的体外测试系统。结果表明均质水凝胶经过560次循环后就迅速发生破坏，而复合水凝胶经过10000次循环后仍然保持完整。该研究解决了水凝胶材料长期存在的难题，为其生物医学应用提供了广阔的前景。研究人员期望未来能研究出同时满足力学性能及生物相容性要求的水凝胶心脏瓣膜。

该研究成果发表在国际顶尖期刊Cell姊妹刊 Matter上。论文第一作者为西安交通大学航天航空学院硕士毕业生杨航（现为哈佛大学在读博士），共同第一作者为硕士生姬梦柯，通讯作者为西安交通大学唐敬达副教授和哈佛大学锁志刚教授，佐治亚理工学院齐航教授为论文共同作者。西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室为该论文第一署名及第一通讯单位。

该研究工作得到了国家自然科学基金重点国际（地区）合作研究项目、青年项目、博士后创新人才支持计划等的资助。

唐敬达副教授，2017年进入西安交通大学航天航空学院工作，在软物质力学领域开展研究，发表论文20余篇，其中以第一/通讯作者发表在Adv. Funct. Mater., J. Mech. Phys. Solids, ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊上。

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