生物醫(yī)用材料市場、趨勢及其在3D打印中的應(yīng)用

魔猴君  行業(yè)資訊   2184天前

生物醫(yī)用材料的發(fā)展綜合體現(xiàn)了材料學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域科學(xué)與工程技術(shù)的水平。同時，生物再生材料產(chǎn)業(yè)作為材料科學(xué)、生物技術(shù)、臨床醫(yī)學(xué)的前沿和重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，以及整個生物醫(yī)學(xué)工程的基礎(chǔ)，已發(fā)展為整個經(jīng)濟(jì)體系中最具活力的產(chǎn)業(yè)之一。

生物醫(yī)用材料也被應(yīng)用于3D打印植入物制造、組織工程支架制造等領(lǐng)域，如用于骨科植入物制造的鈦合金粉末，用于骨再生支架3D打印的生物陶瓷，以及用于人工組織制造的水凝膠等材料都屬于生物醫(yī)用材料。

定義與分類

生物醫(yī)用材料是一類用于診斷、治療、修復(fù)、替換人體組織、器官或增進(jìn)其功能的新型高科技材料。根據(jù)中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會的定義與分類，生物醫(yī)用材料可根據(jù)材料的性質(zhì)、來源、用途等不同維度進(jìn)行分類。

資料來源：火石創(chuàng)造

近年來，可降解高分子材料、納米材料、組織工程材料等新材料逐漸應(yīng)用在醫(yī)用領(lǐng)域，為眾多疾病的治療提供了新的方向。

邁普再生醫(yī)學(xué)生產(chǎn)的3D打印硬腦（脊）膜-睿膜?

生物醫(yī)用材料及植入器械的研究和產(chǎn)業(yè)化也是醫(yī)療器具產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)，其發(fā)展和應(yīng)用促生出了再生醫(yī)學(xué)這一新學(xué)科，其產(chǎn)品主要由干細(xì)胞、以生物材料為支架的組織工程化組織和器官、以及可供移植的生物組織和器官構(gòu)成，包括口腔修復(fù)膜、骨修復(fù)材料、硬腦（脊）膜補(bǔ)片、人工角膜等。

作為一種低原材料耗費(fèi)、低能耗、高技術(shù)附加值的新興產(chǎn)業(yè)，近二十年來全球生物醫(yī)用材料市場持續(xù)增長。根據(jù)麥姆斯咨詢，2016年全球生物醫(yī)用材料市場規(guī)模約為709億美金，預(yù)計2021年將達(dá)到1491.7億美金，2016~2021年復(fù)合年增長率為16%，遠(yuǎn)高于全球醫(yī)療器具市場規(guī)模8%的增長率。

我國在“十三五”期間出臺的《國家“十三五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》、《“十三五”生物技術(shù)創(chuàng)新專項規(guī)劃》以及《“十三五”生物產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》中，都將生物醫(yī)用材料及相關(guān)產(chǎn)品列為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，鼓勵其產(chǎn)品創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化。據(jù)統(tǒng)計，2010年我國生物醫(yī)用材料市場規(guī)模約670億元，發(fā)展到2016年增長至1730億元，增長了158.21%，近年來增速呈加快趨勢，年增長率達(dá)20%，高于全球增長率，十年內(nèi)我國有望成長為世界第二大生物醫(yī)用材料市場。

針對器官修復(fù)等新技術(shù)的發(fā)展需要，3D打印成為了生物技術(shù)和材料技術(shù)融合的典范。在現(xiàn)階段，3D打印材料的瓶頸仍制約著3D打印技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，生物醫(yī)用材料的3D打印尤其困難，需要考慮材料的強(qiáng)度、安全性、生物相容性、組織工程材料的可降解等，目前用于3D打印的生物醫(yī)用材料主要有金屬、陶瓷、聚合物、生物墨水等，其特點(diǎn)是分布范圍較廣，但是種類少。

醫(yī)用金屬材料目前用于生物醫(yī)學(xué)打印的金屬材料主要有鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金等。納米級粉末打印材料逐漸成為研究的熱點(diǎn)，金屬粉末在3D打印粉末市場中也占據(jù)了重要位置。

醫(yī)用無機(jī)非金屬材料主要包括生物陶瓷、生物玻璃、氧化物及磷酸鈣陶瓷和醫(yī)用碳素材料。其中，生物陶瓷又包括磷酸鈣、磷酸二正硅酸鈣、雙相磷酸鈣、硅酸鈣／β-磷酸三鈣等材質(zhì)，目前僅用于骨等硬組織打印。生物玻璃良好的生物活性和降解性使其在骨組織工程領(lǐng)域同樣有廣泛應(yīng)用。

醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子打印材料具有非常優(yōu)異的加工性能，適用于熔融沉積打印和紫外光固化打印等多種打印模式，目前尋找具有主動誘導(dǎo)、刺激人體損傷組織再生修復(fù)的一類生物活性材料已成為醫(yī)用高分子材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

復(fù)合生物材料與單一組分或結(jié)構(gòu)的生物材料相比，復(fù)合生物材料的性能具有可調(diào)性，各組分既能保持性能的相對獨(dú)立性，又能優(yōu)化配置，大大改善單一材料應(yīng)用的不足。

生物墨水醫(yī)用水凝膠、生物交聯(lián)劑和活細(xì)胞共同組成了生物3D打印所需的“生物墨水”，目前已經(jīng)有研究人員利用3D生物打印技術(shù)和生物墨水打印出人體耳廓等活體組織，但材料與調(diào)節(jié)細(xì)胞有序地組合、器官內(nèi)部血管構(gòu)建、神經(jīng)系統(tǒng)構(gòu)建的生長因子相容等困難，使得3D打印復(fù)雜器官的實(shí)現(xiàn)仍有很大距離。