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生物医用材料的发展综合体现了材料学、生物学、医学等多个领域科学与工程技术的水平。同时,生物再生材料产业作为材料科学、生物技术、临床医学的前沿和重点发展领域,以及整个生物医学工程的基础,已发展为整个经济体系中最具活力的产业之一。

生物医用材料也被应用于3d植入物制造、组织工程支架制造等领域,如用于骨科植入物制造的钛合金粉末,用于骨再生支架增材制造的生物陶瓷,以及用于人工组织制造的水凝胶等材料都属于生物医用材料。

定义与分类

生物医用材料是一类用于诊断、治疗、修复、替换人体组织、器官或增进其功能的新型高科技材料。根据中国生物医学工程学会的定义与分类,生物医用材料可根据材料的性质、来源、用途等不同维度进行分类。

资料来源:火石创造;正海生物招股说明书

近年来,可降解高分子材料、纳米材料、组织工程材料等新材料逐渐应用在医用领域,为众多疾病的治疗提供了新的方向。

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生物医用材料及植入器械的研究和产业化也是产业的热点,其发展和应用促生出了再生医学这一新学科,其产品主要由干细胞、以生物材料为支架的组织工程化组织和器官、以及可供移植的生物组织和器官构成,包括口腔修复膜、骨修复材料、硬脑(脊)膜补片、人工角膜等。

市场规模与趋势

作为一种低原材料消耗、低能耗、高技术附加值的新兴产业,近二十年来全球生物医用材料市场持续增长。根据麦姆斯咨询,2016年全球生物医用材料市场规模约为709亿美元,预计2021年将达到1491.7亿美元,2016~2021年复合年增长率为16%,远高于全球医疗器械市场规模8%的增长率。

我国在“十三五”期间出台的《国家“十三五”科学和技术发展规划》、《“十三五”生物技术创新专项规划》以及《“十三五”生物产业规划》中,都将生物医用材料及相关产品列为重点发展领域,鼓励其产品创新和产业化。据统计,2010年我国生物医用材料市场规模约670亿元,发展到2016年增长至1730亿元,增长了158.21%,近年来增速呈加快趋势,年增长率达20%,高于全球增长率,十年内我国有望成长为世界第二大生物医用材料市场。

生物医用材料与3d打印

针对器官修复等新技术的发展需要,3d打印成为了生物技术和材料技术融合的典范。在现阶段,3d打印材料的瓶颈仍制约着3d打印技术的应用发展,生物医用材料的3d打印尤其困难,需要考虑材料的强度、安全性、生物相容性、组织工程材料的可降解等,目前用于3d打印的生物医用材料主要有金属、陶瓷、聚合物、生物墨水等,其特点是分布范围较广,但是种类少。

医用金属材料目前用于生物医学打印的金属材料主要有钛合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金等。纳米级粉末打印材料逐渐成为研究的热点,金属粉末在3d打印粉末市场中也占据了重要位置。

医用无机非金属材料主要包括生物陶瓷、生物玻璃、氧化物及磷酸钙陶瓷和医用碳素材料。其中,生物陶瓷又包括磷酸钙、磷酸二正硅酸钙、双相磷酸钙、硅酸钙/β-磷酸三钙等材质,目前仅用于骨等硬组织打印。生物玻璃良好的生物活性和降解性使其在骨组织工程领域同样有广泛应用。

医用高分子材料医用高分子打印材料具有非常优异的加工性能,适用于熔融沉积打印和紫外光固化打印等多种打印模式,目前寻找具有主动诱导、刺激人体损伤组织再生修复的一类生物活性材料已成为医用高分子材料研究领域的热点。

复合生物材料与单一组分或结构的生物材料相比,复合生物材料的性能具有可调性,各组分既能保持性能的相对独立性,又能优化配置,大大改善单一材料应用的不足。

生物墨水医用水凝胶、生物交联剂和活细胞共同组成了生物3d打印所需的“生物墨水”,目前已经有研究人员利用3d生物打印技术和生物墨水打印出人体耳廓等活体组织,但材料与调节细胞有序地组合、器官内部血管构建、神经系统构建的生长因子相容等困难,使得3d打印复杂器官的实现仍有很大距离。

责任编辑:张雨

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