鈣化一直是引起人類心臟瓣膜病變的禍根。人的心臟瓣膜受到狹窄的困擾，即由于鈣的積累而導致瓣膜小葉變厚或變硬。每年有數以百萬計的患者受到此影響。患有狹窄瓣膜的患者在其生命中的某個時候需要更換瓣膜，否則由于心臟瓣膜失效而導致死亡。這個問題推動了最近幾十年人工心臟瓣膜產業的快速發展。

在過去的70年中，已經發明了幾種類型的人工瓣膜，但是沒有一個能在不做任何妥協情況下完全解決心臟瓣膜鈣化的問題。

心臟瓣膜的類型

上世紀60年代發明機械瓣膜。盡管機械瓣膜非常耐用，可以伴隨患者一生，但需要進心外科手術才能進行置換 ，并且機械瓣膜表面聚合物容易引起血栓。因此，置入機械瓣膜的患者必須終身服用抗凝劑，不然很容易引起血栓造成其他心血疾病，例如中風。抗凝劑的使用使患者終身處于出血的高風險中，為此他們不得不改變自己的生活方式以規避抗凝劑引發風險，使得患者生活質量出現下降。

為了減少機械瓣膜血栓的風險并避免終身服用抗凝劑，發明了生物瓣膜，通常采牛心包或豬心包作為瓣膜小葉。盡管生物瓣膜能有效降低血栓形成栓風險，但是生物瓣膜卻存在一個嚴重問題即遠不如機械瓣膜耐用，通常需要在10至20年內重新進行手術置換瓣膜。因此也是生物瓣膜預期用途極為狹窄，一般只適用于65歲以上的老人，對于年輕患者只能選擇其它治療方式。

并且生物瓣膜的制造工藝極為復雜。根據世界最大的心臟瓣膜制造商之一愛德華的資料顯示，僅制造其中一個生物瓣膜就需要150名員工，40天的生產以及5-6周的測試和包裝，每個組裝人員都需要進行6周的培訓。正因為此也造成生物瓣膜價格昂貴，讓部分患者望而卻步。

為了解決生物瓣膜缺點，已有不少公司、科研院所已經開始研究聚合物瓣膜。但是，聚合物瓣膜始終無法完全解決鈣化、血栓等問題。

因此，目前對于各大瓣膜生產企業來說，都是采用折中方法。解決眼下最為急迫問題，后續問題等待科技和技術進步。

如果重新思考瓣膜

如果不想折中，則需要重新思考心臟瓣膜。

首先，需要考慮材料，設計和制造，以優化有關設備及其生產的所有涉及人工瓣膜問題。

需要發現或發明一種全新瓣膜材料和設計，這種材料和設計可以抵抗鈣并承受人類心臟一生的壓力和疲勞。并能夠避免小葉上的血栓和鈣化的形成。對于任何瓣膜的患者（無論年輕還是年老），只需要進行一次瓣膜置換，不會出現第二次、第三次，或者對患者進行限制。

同時，還需要重新設計優化制造過程，同時提高產品一致性和精度，簡化生產過程并降低生產成本。使每一個患者都能夠用的起，生產一個瓣膜也不需要7-8周。

材料和設計 

無論碳，生物組織還是聚合物都存在各種不足，無法完美替代人自身的心臟瓣膜。所有材料都是已有的，并對其進行了改進，以承受人類心臟的要求。

只有創造出全新的材料，才能有最終解決歷史悠久的心臟瓣膜難題。通過在分子水平上專門用于人類心臟的生物聚合物，我們最終可以得到一個可以承受甚至超過人類心臟要求的人造瓣膜。

借助專有的生物聚合物，可以設計出可以快速打開和關閉的超薄而牢固的小葉，從而實現出色的血液動力學。還可以針對主動脈和二尖瓣位置，通過計算機分析設計獨特的小葉形狀和支架，以適應個性化需求 。同時通過優化應力的分布，以增強耐用性。

利用這種新的生物聚合物和瓣膜設計，早期的動物研究和臺架試驗已經顯示出有希望的結果。動物研究顯示沒有鈣化，幾乎沒有血小板聚集，可忽略的纖維蛋白沉積，小葉上沒有血管緊張素形成和良好的血流動力學。內部臺架試驗顯示對災難性瓣膜惡化（甚至對故意損壞的小葉）具有很好抵抗能力。

心臟瓣膜制造的突破---機器人制造

全新的材料和設計使機器人制造人工瓣膜成為可能。使用機器人制造技術，將使瓣膜精確度，一致性，可重復性和效率水平大幅度提高，這是現有心臟瓣膜生產技術所無法想象的（現在幾乎純手工打造）。

使用生物聚合物的自動瓣膜浸漬過程可一步完成整個心臟瓣膜小葉和支架結構。這一發現是機器人制造的一個轉折點。集成材料設計和制造方法還可以為所有尺寸的瓣膜設計統一模具和工裝，從而提升自動生產瓣膜的能力。

想一想今天制造生物瓣膜過程。首先從屠宰場收集動物心包，然后必須對其進行清潔，分類和消毒。生產是在寬敞的房間中進行的，數百名裝配工肩并肩坐著，將手工縫制的小葉，并將小葉手工縫到支架上。如果機器人自動化生產。想象一下，兩三臺小型機器人能夠制造足夠的瓣膜，以適應一整年心臟瓣膜置換手術的需求（具體來說是100,000個瓣膜）。

機器人制造技術

機器人技術可在每個步驟的每個瓣膜上實現分鐘，精確，實時的可跟蹤性和數字數據收集。從計時到十分之一秒到溫度再到位置，每個機器人動作都可以測量和記錄。這種嚴格的跟蹤功能可以識別重要趨勢，并有助于快速排除故障。

機器人經濟學

當首先考慮機器人制造心臟瓣膜時，可能會認為它會很昂貴。但是實際上，成本令人震驚，但令人高興的是每個機器人的前期成本實際上低于大多數工人的年度最低工資。可以想象下純手工打造跑車和流水線生產家用汽車，兩者差別即是機器人制造心臟瓣膜和生物瓣膜差別。

就制造費用而言，用于生產機械瓣膜的工廠（機器人生產線）的面積不到4,000平方英尺（包括存儲空間）。而生物瓣膜的工廠達到300,000平方英尺，是機械瓣膜70倍。

總的來說，機器人生產生物聚合物心臟瓣膜的前期資本投資不到200萬美元，這與生產機械瓣膜費用接近，這是大多數公司（生物瓣膜）花在一個潔凈室上的費用。

機器人心臟瓣膜制造的未來

由于機器人生產線標準化，因此它們可以輕松復制。一旦建立機器人生產線，機器人生產線具有極強的適應性，易于學習，用戶友好。

隨著時間的推移，機器人制造業將繼續在經濟上具有吸引力，因為機器人的壽命很長，而且在長期內只需要很少的維護。

心臟瓣膜的機器人制造---結合全新材料和設計---表明它可以幫助解決歷史上的心臟瓣膜難題。作為重新發明材料、設計和制造的新方法的一部分，機器人技術已經證明，它可以幫助制造出更好的人工心臟瓣膜。