钙化一直是引起人类心脏瓣膜病变的祸根。人的心脏瓣膜受到狭窄的困扰，即由于钙的积累而导致瓣膜小叶变厚或变硬。每年有数以百万计的患者受到此影响。患有狭窄瓣膜的患者在其生命中的某个时候需要更换瓣膜，否则由于心脏瓣膜失效而导致死亡。这个问题推动了最近几十年人工心脏瓣膜产业的快速发展。

在过去的70年中，已经发明了几种类型的人工瓣膜，但是没有一个能在不做任何妥协情况下完全解决心脏瓣膜钙化的问题。

心脏瓣膜的类型

上世纪60年代发明机械瓣膜。尽管机械瓣膜非常耐用，可以伴随患者一生，但需要进心外科手术才能进行置换 ，并且机械瓣膜表面聚合物容易引起血栓。因此，置入机械瓣膜的患者必须终身服用抗凝剂，不然很容易引起血栓造成其他心血疾病，例如中风。抗凝剂的使用使患者终身处于出血的高风险中，为此他们不得不改变自己的生活方式以规避抗凝剂引发风险，使得患者生活质量出现下降。

为了减少机械瓣膜血栓的风险并避免终身服用抗凝剂，发明了生物瓣膜，通常采牛心包或猪心包作为瓣膜小叶。尽管生物瓣膜能有效降低血栓形成栓风险，但是生物瓣膜却存在一个严重问题即远不如机械瓣膜耐用，通常需要在10至20年内重新进行手术置换瓣膜。因此也是生物瓣膜预期用途极为狭窄，一般只适用于65岁以上的老人，对于年轻患者只能选择其它治疗方式。

并且生物瓣膜的制造工艺极为复杂。根据世界最大的心脏瓣膜制造商之一爱德华的资料显示，仅制造其中一个生物瓣膜就需要150名员工，40天的生产以及5-6周的测试和包装，每个组装人员都需要进行6周的培训。正因为此也造成生物瓣膜价格昂贵，让部分患者望而却步。

为了解决生物瓣膜缺点，已有不少公司、科研院所已经开始研究聚合物瓣膜。但是，聚合物瓣膜始终无法完全解决钙化、血栓等问题。

因此，目前对于各大瓣膜生产企业来说，都是采用折中方法。解决眼下最为急迫问题，后续问题等待科技和技术进步。

如果重新思考瓣膜

如果不想折中，则需要重新思考心脏瓣膜。

首先，需要考虑材料，设计和制造，以优化有关设备及其生产的所有涉及人工瓣膜问题。

需要发现或发明一种全新瓣膜材料和设计，这种材料和设计可以抵抗钙并承受人类心脏一生的压力和疲劳。并能够避免小叶上的血栓和钙化的形成。对于任何瓣膜的患者（无论年轻还是年老），只需要进行一次瓣膜置换，不会出现第二次、第三次，或者对患者进行限制。

同时，还需要重新设计优化制造过程，同时提高产品一致性和精度，简化生产过程并降低生产成本。使每一个患者都能够用的起，生产一个瓣膜也不需要7-8周。

材料和设计 

无论碳，生物组织还是聚合物都存在各种不足，无法完美替代人自身的心脏瓣膜。所有材料都是已有的，并对其进行了改进，以承受人类心脏的要求。

只有创造出全新的材料，才能有最终解决历史悠久的心脏瓣膜难题。通过在分子水平上专门用于人类心脏的生物聚合物，我们最终可以得到一个可以承受甚至超过人类心脏要求的人造瓣膜。

借助专有的生物聚合物，可以设计出可以快速打开和关闭的超薄而牢固的小叶，从而实现出色的血液动力学。还可以针对主动脉和二尖瓣位置，通过计算机分析设计独特的小叶形状和支架，以适应个性化需求 。同时通过优化应力的分布，以增强耐用性。

利用这种新的生物聚合物和瓣膜设计，早期的动物研究和台架试验已经显示出有希望的结果。动物研究显示没有钙化，几乎没有血小板聚集，可忽略的纤维蛋白沉积，小叶上没有血管紧张素形成和良好的血流动力学。内部台架试验显示对灾难性瓣膜恶化（甚至对故意损坏的小叶）具有很好抵抗能力。

心脏瓣膜制造的突破---机器人制造

全新的材料和设计使机器人制造人工瓣膜成为可能。使用机器人制造技术，将使瓣膜精确度，一致性，可重复性和效率水平大幅度提高，这是现有心脏瓣膜生产技术所无法想象的（现在几乎纯手工打造）。

使用生物聚合物的自动瓣膜浸渍过程可一步完成整个心脏瓣膜小叶和支架结构。这一发现是机器人制造的一个转折点。集成材料设计和制造方法还可以为所有尺寸的瓣膜设计统一模具和工装，从而提升自动生产瓣膜的能力。

想一想今天制造生物瓣膜过程。首先从屠宰场收集动物心包，然后必须对其进行清洁，分类和消毒。生产是在宽敞的房间中进行的，数百名装配工肩并肩坐着，将手工缝制的小叶，并将小叶手工缝到支架上。如果机器人自动化生产。想象一下，两三台小型机器人能够制造足够的瓣膜，以适应一整年心脏瓣膜置换手术的需求（具体来说是100,000个瓣膜）。

机器人制造技术

机器人技术可在每个步骤的每个瓣膜上实现分钟，精确，实时的可跟踪性和数字数据收集。从计时到十分之一秒到温度再到位置，每个机器人动作都可以测量和记录。这种严格的跟踪功能可以识别重要趋势，并有助于快速排除故障。

机器人经济学

当首先考虑机器人制造心脏瓣膜时，可能会认为它会很昂贵。但是实际上，成本令人震惊，但令人高兴的是每个机器人的前期成本实际上低于大多数工人的年度最低工资。可以想象下纯手工打造跑车和流水线生产家用汽车，两者差别即是机器人制造心脏瓣膜和生物瓣膜差别。

就制造费用而言，用于生产机械瓣膜的工厂（机器人生产线）的面积不到4,000平方英尺（包括存储空间）。而生物瓣膜的工厂达到300,000平方英尺，是机械瓣膜70倍。

总的来说，机器人生产生物聚合物心脏瓣膜的前期资本投资不到200万美元，这与生产机械瓣膜费用接近，这是大多数公司（生物瓣膜）花在一个洁净室上的费用。

机器人心脏瓣膜制造的未来

由于机器人生产线标准化，因此它们可以轻松复制。一旦建立机器人生产线，机器人生产线具有极强的适应性，易于学习，用户友好。

随着时间的推移，机器人制造业将继续在经济上具有吸引力，因为机器人的寿命很长，而且在长期内只需要很少的维护。

心脏瓣膜的机器人制造---结合全新材料和设计---表明它可以帮助解决历史上的心脏瓣膜难题。作为重新发明材料、设计和制造的新方法的一部分，机器人技术已经证明，它可以帮助制造出更好的人工心脏瓣膜。