本发明涉及一种热解碳表面自组织三级微纳复合结构，属于激光应用技术领域。本发明的目的是为了解决机械瓣膜核心构件材料热解碳的血液相容性差的问题，利用飞秒激光直写技术，通过协同调控多个飞秒激光加工关键参数，即可在热解碳表面加工出复合有沟槽、微孔、纳米波纹三种结构形态的微纳复合结构，且该复合结构中沟槽深度、微孔孔径、微孔深度、微孔周期等复合结构关键参量均可调控。因此，该三级微纳复合结构对热解碳血液相容性的提升具有重要作用，并使针对不同患者的不同血液特点(如老年人血液粘度较高等)，进行个性化血液相容性表面定制成为可能。