西安交大唐敬達(dá)/哈佛鎖志剛《Matter》:抗疲勞復(fù)合水凝膠模擬生物心臟瓣膜研究取得重要進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間：2021-04-06 09:42:57 人氣：1691
力學(xué)性能的優(yōu)劣是決定水凝膠應(yīng)用的關(guān)鍵因素。自2003年以來，研究人員相繼采用雙網(wǎng)絡(luò)等策略實(shí)現(xiàn)了水凝膠的高模量、高強(qiáng)度及高斷裂韌性。近年來，人們發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度水凝膠的疲勞性能較差，制約著其進(jìn)一步發(fā)展。與之不同的是，天然生物組織（心臟瓣膜、肌腱、聲帶等）往往具有復(fù)雜的形狀和良好的抗疲勞性質(zhì)，例如心臟瓣膜在人的一生中平均需開合幾十億次而不發(fā)生破壞。因此，如何模擬生物組織研發(fā)抗疲勞水凝膠成為領(lǐng)域內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。
近日，西安交通大學(xué)航天航空學(xué)院唐敬達(dá)副教授與美國哈佛大學(xué)鎖志剛院士合作，模擬生物心臟瓣膜的軟硬相異質(zhì)結(jié)構(gòu)，使用數(shù)字光固化打印技術(shù)制備了兩相復(fù)合水凝膠，同步實(shí)現(xiàn)了水凝膠材料的復(fù)雜形狀和高疲勞門檻值。研究人員設(shè)計(jì)了由硬骨架和軟基體組成的復(fù)合水凝膠，兩種組分都是可拉伸水凝膠材料，具有顯著的模量差異，在界面上形成較強(qiáng)的拓?fù)湔辰印?fù)合水凝膠的疲勞門檻值高達(dá)441 J/m2。研究人員進(jìn)一步利用醫(yī)學(xué)CT影像制作了具有心臟瓣膜形狀的復(fù)合水凝膠，設(shè)計(jì)了模擬血液循環(huán)的體外測(cè)試系統(tǒng)。結(jié)果表明均質(zhì)水凝膠經(jīng)過560次循環(huán)后就迅速發(fā)生破壞，而復(fù)合水凝膠經(jīng)過10000次循環(huán)后仍然保持完整。該研究解決了水凝膠材料長期存在的難題，為其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了廣闊的前景。研究人員期望未來能研究出同時(shí)滿足力學(xué)性能及生物相容性要求的水凝膠心臟瓣膜。
該研究成果發(fā)表在國際頂尖期刊 Cell 姊妹刊 Matter上。論文第一作者為西安交通大學(xué)航天航空學(xué)院碩士畢業(yè)生楊航（現(xiàn)為哈佛大學(xué)在讀博士），共同第一作者為碩士生姬夢(mèng)柯，通訊作者為西安交通大學(xué)唐敬達(dá)副教授和哈佛大學(xué)鎖志剛教授，佐治亞理工學(xué)院齊航教授為論文共同作者。西安交通大學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與振動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為該論文第一署名及第一通訊單位。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)國際（地區(qū)）合作研究項(xiàng)目、青年項(xiàng)目、博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃等的資助。
唐敬達(dá)副教授，2017年進(jìn)入西安交通大學(xué)航天航空學(xué)院工作，在軟物質(zhì)力學(xué)領(lǐng)域開展研究，發(fā)表論文20余篇，其中以第一/通訊作者發(fā)表在Adv. Funct. Mater., J. Mech. Phys. Solids, ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊上。
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