目前,人工心脏瓣膜置换仍然是治疗心脏瓣膜疾病最有效的方法之一。然而,临床上使用的机械瓣膜材料表面易于形成血栓,患者术后需终生服用抗凝血药物,而生物瓣膜也极易发生衰败和钙化等问题从而导致其使用寿命较短。随着高分子材料学的不断发展,越来越多的高分子基材料被研究人员应用于人工心脏瓣膜的制备,有希望替代目前的临床产品。过去十几年来,多种高分子材料已经应用于心脏瓣膜瓣叶的制备,如聚硅氧烷类、聚氨酯、聚四氟乙烯等,但是至今为止高分子瓣膜仍未得到临床普及,高分子材料瓣叶植入后还面临着长期疲劳撕裂、血栓增生和钙化等问题。考虑到天然心脏瓣膜的层状结构和异质成分,单一组分高分子材料难以同时满足力学、疲劳和生物相容性要求,急需制备新型复合材料以及相应的表面修饰技术。因此,本文针对上述问题开展以下五个部分研究内容:第一部分:各向异性聚乙二醇二丙烯酸酯/聚酯尼龙6（PEGDA/PET-PA6）复合材料瓣叶制备与表征。通过将PEGDA水凝胶和各向异性PET-PA6织物进行复合制备成各向异性PEGDA/PET-PA6高分子复合材料瓣叶。单轴拉伸和动态力学分析表明该复合材料具有各向异性的机械性能,与天然主动脉瓣叶接近。此外,复合材料表面的PEGDA水凝胶赋予材料良好亲水性,并且能够减少血小板粘附,表明复合材料与血液相互作用时血栓形成的风险较低。第二部分:各向异性木质纤维素/聚氨酯（CPU）复合材料瓣叶制备与表征。我们采用自上而下的工艺,直接从天然木材取材,经过切片、脱木素等工艺获得保留木材天然各向异性结构的木质纤维素纤维,再将其与聚氨酯溶液混合、经成膜和热压等工艺制成各向异性高分子复合材料瓣叶。力学测试分析表明,CPU复合材料具有明显的力学各向异性,接近于人体原生心脏瓣膜。该工艺充分利用了木材的天然结构,通过简单、便捷的方法即可获得各向异性纤维素复合材料瓣叶。第三部分:基于有限元仿真的人工心脏瓣膜支架设计与性能研究。通过有限元仿真方法,建立了介入瓣膜支架从加工到植入的仿真流程,并对支架结构参数进行优化,以获得目标性能。利用仿真后的支架模型,模拟出植入过程中支架与主动脉的相互作用,以评价支架的变形率、贴壁性等。结果表明,通过多步扩张法来定型支架,能够有效避免局部变形程度过而导致的支架损坏,介入支架在压握和释放过程中也处于安全状态。此外,我们采用3D打印方式制备了分体式手术瓣支架,两款支架可用于后续的瓣膜材料缝制和性能检测。第四部分:高分子心脏瓣膜的流体动力学行为研究。将第一、二部分所制备的瓣叶材料与第三部分设计加工的支架进行组装,并缝制成心脏瓣膜假体。通过体外脉动流检测设备评价了高分子瓣膜的流体动力学性能,结果表明两种材料所制备的瓣膜流体动力学性能优异,均符合ISO 5840标准的要求。此外,利用流固耦合仿真模拟探究各向异性材料对瓣流体动力学行为的影响。仿真结果表明,尽管材料各向异性并没有显著影响通过瓣膜的血流流场分布,但降低了血液峰值流速,显著改善心脏舒张期内瓣叶的应力集中现象,并使得瓣叶在心脏收缩期内获得较为平滑的表面形貌。第五部分:CPU复合材料表面两性离子改性工艺研究。通过对CPU复合材料等离子处理、接枝硅烷偶联剂和点击反应等步骤将2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱（MPC）固定在材料表面,以提高材料的抗污能力和生物相容性。经过MPC修饰后的CPU复合材料亲水性明显提高,且能够减少92%的血小板黏附。细胞实验进一步证明了与原始复合材料相比,改性后的材料无细胞毒性且具有更优异的生物相容性。