生物材料表面结构形态与血液的界面行为、作用机理与控制

心血管疾病现已成为人类的首位死因，占每年死亡人数的三分之一多。血管堵塞性疾病是心血管疾病中最普遍的类型，血管支架介入治疗是其治疗和预防的重要手段。而介入血管支架存在凝血、血栓和再狭窄等主要缺陷，严重影响其疗效。但目前对血管支架等生物材料表面/界面与凝血、血栓和再狭窄的作用机理及其控制的研究比较缺乏。.本项目主要研究植入生物材料表面/界面行为，及其与血液界面的相互作用机理，血液在小血管中的流动特性和动力学性质，揭示血管支架材料表面结构形态对血液流动特性的影响规律，以期获得植入血管支架新材料及其优化的表面结构形态，并提出控制血管支架再狭窄的措施。.课题组由南昌大学机电工程学院和第一附属医院研究人员组成，本项目是工学与医学的交叉研究，也是表面/界面科学与技术研究的新领域，对人类健康和生命质量的提高具有实际意义和应用前景。

血管狭窄导致的心血管疾病是危害人类健康的重大疾病之一，介入支架是治疗血管狭窄的有效手段，但支架介入后仍可能产生血栓甚至导致再狭窄，严重影响疗效。血管支架表面与血液间的相互作用和血流特性对血栓和再狭窄的形成影响很大。本项目通过支架生物材料表面改性和表面结构形态设计，通过血管、支架与血液的固液界面血流动力学分析，研究生物材料界面特性与血液的固-液界面行为，揭示血流动力学特性与血管再狭窄的作用机制。.课题组以临床应用的支架材料316L不锈钢为研究对象，采用不同表面改性方法优化了316L不锈钢在生理环境中的耐腐蚀性与血液相容性，即采用钝化和高温氧化工艺改变316L不锈钢的表面化学成分和结构；通过溶胶-凝胶法制备TiO2和ZrO2生物薄膜，提高了生物薄膜的血液相容性，还分别用碳材料和稀土对生物薄膜进行了改性研究。研究了改性前后生物材料表面的微观结构、耐腐蚀性及血液相容性，获得了支架生物材料表面结构形态与血液组分黏附、凝血与再狭窄的作用关系。还创新设计了血管支架表面织构，研究了支架表面织构对血流的影响情况；研究了具有表面织构的支架表面润湿性，并用有限元方法分析了支架的柔顺性等关键力学性能，获得了具有提高抗凝血功能的支架表面织构。研究表明，这种具有表面织构的支架可减少血小板的黏附与聚集，达到了抑制支架内再狭窄的效果。.通过血流动力学分析，研究并揭示了血液组分黏附、血栓形成的作用机制。临床数据表明，动脉狭窄病变常发于人体的颈动脉和冠状动脉，课题组分别以颈动脉和冠状动脉为研究对象，研究了血管内非稳态血流在流固耦合下的血流动力学特性，研究了非牛顿血流与血液两相流在心动周期内的分布，获得了血流动力学特性与动脉粥样斑块形成与发展的相关关系，为心血管疾病预防与临床支架介入治疗提供了辅助参考；研究了不同支架结构对动脉内血流动力学特性的影响，揭示了支架内血栓与再狭窄形成的机理，为支架的结构设计提供技术参考；还依据血管CT对血管进行三维重建，研究了不同结构血管的血流动力学效应。还研制了体外血流动力学特性测试装置，并进行了测试实验，验证了血液动力学特性参数计算的正确性。.本项目全面完成了计划任务。培养毕业博士1名、硕士5名，在读博士生1名、硕士生4名，申请受理发明专利2项，发表期刊论文18篇，会议论文5篇，其中被SCI、EI收录3篇，CSCD核心期刊13篇，国际会议交流2篇。