生物醫(yī)用材料(Biomedical Materials)，是用來對生物體進行診斷、治療、修復或替換其病損組織、器官或增進其功能的材料。
生物醫(yī)用材料基本情況
生物醫(yī)用材料作為一種研究人工器官和醫(yī)療器械的基礎，生物醫(yī)用材料現(xiàn)在已經(jīng)成為了當代材料學科的重要分支，尤其是隨著生物技術的蓬勃發(fā)展和重大突破，生物醫(yī)用材料已經(jīng)成為了各國科學家競相進行研究和開發(fā)的熱點，近幾年來，有關醫(yī)用材料以及醫(yī)用材料在高新醫(yī)療技術領域應用研究相關報道層出不窮。
生物醫(yī)用材料按照用途進行分類可分為骨、牙、關節(jié)、肌腱等骨骼-肌肉系統(tǒng)修復材料，皮膚、乳房、食道、膀胱和呼吸道等軟組織材料，人工心臟瓣膜、血管、血管內(nèi)插管等心血管系統(tǒng)材料，血液凈化膜和分離膜、氣體選擇性透過膜、角膜接觸鏡等醫(yī)用膜材料、組織粘合劑和縫線材料，藥物釋放載體材料，臨床及生物傳感器材料等。
生物醫(yī)用材料不是藥物，其作用不必通過藥理學、免疫學或代謝手段實現(xiàn)，為藥物所不能替代，是保障人類健康的必需品，但可與之結(jié)合，促進其功能的實現(xiàn)。今年6月份，歐盟議會和歐盟部長會議代表就歐盟醫(yī)療器械和體外診斷指南的修訂達成了折中決議。決議要求限制使用可致癌、易導致有機突變、有毒再生或具有干擾荷爾蒙功能的物質(zhì)，這一決議對加強人體植入醫(yī)用材料的市場監(jiān)管大有裨益。生物醫(yī)用材料的研究與開發(fā)必須有明確的應用目標，即使化學組成相同的材料，其應用目的不同，不僅結(jié)構(gòu)和性質(zhì)要求不同，制造工藝也不同。
因此，生物醫(yī)用材料科學與工程總是與其終端應用制品(一般指醫(yī)用植入體)密不可分，通常談及生物醫(yī)用材料，既指材料自身，也包括醫(yī)用植入器械。
按國際慣例，醫(yī)用生物材料的管理劃屬醫(yī)療器械范疇，所占醫(yī)療器械市場份額>40%。作為高技術重要組成部分的生物醫(yī)用材料已經(jīng)進入1個快速發(fā)展的新階段，其市場銷售額正以每年16%的速度遞增，預計在未來20年內(nèi)，生物醫(yī)用材料所占的份額將趕上藥物市場，成為1個支柱產(chǎn)業(yè)。
生物醫(yī)用材料是當代科學技術中涉及學科最為廣泛的多學科交叉領域，涉及材料、生物和醫(yī)學等相關學科，是現(xiàn)代醫(yī)學兩大支柱—生物技術和生物醫(yī)學工程的重要基礎。由于當代材料科學與技術、細胞生物學和分子生物學的進展，在分子水平上深化了材料與機體間相互作用的認識，加之現(xiàn)代醫(yī)學的進展和臨床巨大需求的驅(qū)動，當代生物材料科學與產(chǎn)業(yè)正在發(fā)生革命性的變革，并已處于實現(xiàn)意義重大的突破的邊緣─再生人體組織，進一步，整個人體器官，打開無生命的材料轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩慕M織的大門。在我國常規(guī)高技術生物醫(yī)用材料市場基本上為外商壟斷的情況下，抓住生物材料科學與工程正在發(fā)生革命性變革的有利時機，前瞻未來20-30年的世界生物材料科學與產(chǎn)業(yè)，刻意提高創(chuàng)新能力，不僅可為振興我國生物材料科學與產(chǎn)業(yè)，趕超世界先進水平贏得難得的機遇，且可為人類科學事業(yè)的發(fā)展做出中國科學家的巨大貢獻。
生物醫(yī)學材料的應用雖已取得極大成功，但是，長期臨床應用亦暴露出不少的問題，突出表現(xiàn)在功能性、免疫性、服役壽命等不能很好地滿足臨床應用的要求。如人心瓣膜植入12年后死亡率達58%，血管支架植入后血管再狹窄率達≈10%，人工關節(jié)有效期老年組為12-15年，中青年組僅≈5年等，根本原因是材料或植入體基本上以異物存在體內(nèi)。
當代醫(yī)學對于組織及器官的修復，已向再生和重建人體組織或器官、或恢復和增進其生物功能，個性化和微創(chuàng)傷治療等方向發(fā)展，傳統(tǒng)的生物醫(yī)學材料已難于滿足臨床要求。賦予材料生物結(jié)構(gòu)和生物功能，充分調(diào)動人體自我康復的能力，再生和重建被損壞的人體組織或器官，或恢復和增進其生物功能，實現(xiàn)被損壞的組織或器官的永久康復，已成為當代生物醫(yī)學材料的發(fā)展方向。主要前沿領域集中于：可誘導被損壞的組織或器官再生的材料和植入器械(包括組織工程化產(chǎn)品)；以及用于治療難治愈疾病、恢復和增進組織或器官生物功能的藥物和生物活性物質(zhì)(疫苗、蛋白、基因等)靶向控釋載體和系統(tǒng)等。
生物醫(yī)學材料及植入器械的前沿研究正在不斷取得重大進展，美國FDA已批準7個組織工程化產(chǎn)品上市，中國SFDA已批準可誘導骨再生的骨誘導人工骨及組織工程化皮膚上市，并頒布了七個組織工程化產(chǎn)品標準，一大批可再生組織的植入器械正在國內(nèi)外臨床試驗中。前沿研究已面臨實現(xiàn)重大突破的邊緣—設計和制造有生命的人體組織，進一步整個人體器官。
其發(fā)展和應用已催生一個新的學科—再生醫(yī)學，預計再生醫(yī)學的發(fā)展將萌生一個再生醫(yī)學產(chǎn)品的新產(chǎn)業(yè)，未來20年內(nèi)其市場銷售額將突破US00億元。再生醫(yī)學產(chǎn)品主要由干細胞、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所構(gòu)成，生物醫(yī)用材料是其發(fā)展的基礎。
國外生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)和技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、規(guī)模、競爭優(yōu)勢及發(fā)展趨勢
據(jù)統(tǒng)計，生物醫(yī)用材料在2000-2010年全球市場復合增長率(CAGR)高達22%以上，2010年全球市場達US20億元，預計2009-2020年市場CAGR可保持15%左右，2015年世界市場可達US50余億元，2020年達US40余億元，與此同時帶動相關產(chǎn)業(yè)(不含醫(yī)療)新增產(chǎn)值約3倍，2015年和2020年直接和間接銷售總額分別可達4×US50億元≈US200余億元，和US560余億元。
全球最大的醫(yī)療器械生產(chǎn)和消費國家是美國，2010年它占全球市場的40%左右，消費全球產(chǎn)品的37%，年增長率約8%；由于經(jīng)濟發(fā)達，社會醫(yī)療保障體系健全，歐盟成為全球第二大醫(yī)療器械市場，占有全球市場份額的29%；亞太地區(qū)是全球第三大市場，占有18%的市場份額，其中日本是亞-太地區(qū)醫(yī)療技術最先進且發(fā)展最快速的國家，是世界第三大醫(yī)療器械消費國。
我國和印度則最具備成長潛力與空間，因擁有最多的人口，且其醫(yī)療保健系統(tǒng)正在發(fā)展當中尚未成熟，東南亞國家的醫(yī)療保健系統(tǒng)也還有很大的改善空間，因此市場也將持續(xù)成長；拉丁美洲是另一個成長最迅速的區(qū)域，墨西哥、巴西、阿根廷和智利等國家都逐步向工業(yè)化國家發(fā)展，預估未來對醫(yī)療器械的需求也將會保持較大速度增長。
生物醫(yī)用材料及植入器械產(chǎn)業(yè)是學科交叉最多、知識密集的高技術產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展需要上、下游知識、技術和相關環(huán)境的支撐，因此產(chǎn)業(yè)高度集中(壟斷)，產(chǎn)品多樣或多角化是生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的又一特點和趨勢。
2010年世界醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)由27000個醫(yī)療器械公司構(gòu)成，其中90%以上為中小企業(yè)。發(fā)達國家的中小企業(yè)主要從事新產(chǎn)品、新技術研發(fā)，通過向大公司轉(zhuǎn)讓技術或被大公司兼并維持生存。大規(guī)模產(chǎn)品生產(chǎn)及市場運作基本上由大公司進行。不同于我國醫(yī)療器械企業(yè)“多、小、散”的局面，發(fā)達國家醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)已形成“寡頭”統(tǒng)治的局面，全球市場也呈現(xiàn)類似的格局。
2009年，排名前50位的跨國大公司占有全球醫(yī)療器械市場的88%，其中排名前25位的公司占有75%；2008年6家美、英公司：DePuy，Zimmer，Stryker，Biomet，Medtronic，SynthesMathys和Smith&Nephew占有全球骨科材料和器械市場的≈75%，其中前4家美國公司和英國Smith&Nephew公司占有人工關節(jié)市場的90%；6家大公司：Johnson&Johnson，Abbott，BostonScientific，Medtronic，CRBard(美國)，Terumo(日本)公司占有心腦血管系統(tǒng)修復材料及植(介)入器械市場的80-90%；5家大公司：BaxterInternational(美國)，F(xiàn)resenius(德國)，Gambro(瑞典)，Terumo和AsahiMedia(日本)占有血液凈化及體外循環(huán)系統(tǒng)材料和裝置市場的80%；牙種植體和牙科材料市場基本上為Straumann(瑞士)，DentsplyInternational(美國)，NobelBiocare(德國)和Osstem(韓國)等大公司所壟斷。
為提高市場競爭力，保持優(yōu)勢，世界醫(yī)療器械行業(yè)的兼并和整合一直在進行，僅1998-2009期間，美國行業(yè)年均兼并收購達200起，行業(yè)集中度或壟斷度不斷提高是生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要趨勢。
為提升企業(yè)市場競爭力，回避風險，發(fā)展壯大企業(yè)，國外跨國公司已從最初的較單一產(chǎn)品生產(chǎn)，通過企業(yè)內(nèi)部技術創(chuàng)新和并購其它企業(yè)，不斷進行產(chǎn)品生產(chǎn)線延伸和擴大，實現(xiàn)多品種生產(chǎn)。
生產(chǎn)和銷售國際化是生物醫(yī)用材料發(fā)展的突出趨勢。幾乎所有生物醫(yī)用材料的大型企業(yè)均是跨國公司，其銷售額的相當部分來自國際市場，如2010年美國強生公司，銷售額為40%(US2億元)，BostonScientific銷售額為46%(US.9億元)，2011年美敦力銷售額為43%(US.37億元)，均來自境外市場。為開拓國際市場，跨國公司通過向境外技術和資金輸出，在國外建立子公司和研發(fā)中心，就地生產(chǎn)和研發(fā)。同時，為適應國際貿(mào)易的發(fā)展，國際標準化組織(ISO)不斷制定和發(fā)布生物醫(yī)用材料和制品的國際標準。
2、重點產(chǎn)品、核心技術及其發(fā)展趨勢
生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展強烈依靠相關領域先進技術的支持及經(jīng)濟實力。美國醫(yī)療器械的高速發(fā)展及其在國際上的領先地位得力于其航天技術，生物技術，微電子技術，精密加工技術，軟件開發(fā)等領域為醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供的支撐，以及良好的政策環(huán)境。
目前發(fā)達國家依靠其頂尖的科技創(chuàng)新和經(jīng)濟實力，主要生產(chǎn)技術含量高的生物材料和植入器械，勞動密集型、資源消耗型企業(yè)已逐漸向海外轉(zhuǎn)移，因此其技術裝備非常先進。各種高檔的加工中心、專用機床、激光微加工及涂層等設備已裝備于生物材料企業(yè)；自動化、信息化技術已在生產(chǎn)中廣泛應用；最先進的檢驗設備在大公司中隨處可見。先進的技術裝備確保了其產(chǎn)品的先進性及市場的壟斷地位。
我國的生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展走向
經(jīng)過近十幾年的發(fā)展，我國現(xiàn)代生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)已具雛形，并進入高速發(fā)展階段。在我國，促使生物醫(yī)用材料快速發(fā)展的原因主要有四個，即人口老齡化的加劇，人體組織和器官壽命有限，將導致對生物醫(yī)用材料的需求增加；交通和體育等事業(yè)發(fā)展導致的中、青年創(chuàng)傷的增加；經(jīng)濟持續(xù)增長，人民生活水平的持續(xù)提高，健康意識逐漸增強以及生活方式的變化，特別是醫(yī)改政策的實施；行業(yè)技術創(chuàng)新能力和技術層次的提升，促進產(chǎn)業(yè)向價值鏈上游轉(zhuǎn)移。
據(jù)統(tǒng)計，2010年我國生物醫(yī)用材料市場銷售額已近100億美元，復合增長率為30%。保守估計2020年年銷售額將達到1355億美元，10年內(nèi)將成長為世界第二大生物醫(yī)用材料市場。在2015年，我國工信部發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》就明確提出，預計2015年全國需要人工關節(jié)50萬套/年、血管支架120萬個/年，眼內(nèi)人工晶體100萬個/年，醫(yī)用高分子材料、生物陶瓷和醫(yī)用金屬等材料的需求將大幅增加。從國家政策層面來看，不管是從國務院發(fā)布的《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》還是到今年發(fā)布的，“十三五”發(fā)展規(guī)劃，都明確指出要大力推動醫(yī)用新材料產(chǎn)業(yè)。
但是，我國是人口大國，每年臨床所需的醫(yī)用植入體依然大都來自美國和歐洲發(fā)達國家，從醫(yī)療器械市場規(guī)模與藥品市場規(guī)模的對比來看，2012年全球醫(yī)療器械市場規(guī)模大致為全球藥品市場規(guī)模的47%，而我國這一比例僅為14%。我國出口產(chǎn)品主要以醫(yī)用耗材、按摩器具、常規(guī)設備等中小型、低技術含量、低附加值產(chǎn)品為主。
縱觀中國的人口基數(shù)和國情現(xiàn)狀，到2025年和2050年，中國人口老齡化比例將分別達到12%和25%。因此大力發(fā)展醫(yī)用新材料和醫(yī)用植入器械產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)成為當務之急。目前我國生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)存在的問題比較多。首先是產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小，技術裝備落后、規(guī)?；a(chǎn)企業(yè)尚未形成、缺乏市場競爭力。
2010年我國從事生物醫(yī)用材料生產(chǎn)的企業(yè)約2400家，年平均銷售額約為120萬美元/家，年銷售額超過10億元的企業(yè)非常少，上億元的企業(yè)僅30家左右，銷售額排名前5位企業(yè)銷售額總和占國內(nèi)生物醫(yī)用材料總銷售額僅10.2%。除此之外，我國科技成果轉(zhuǎn)化能力比較低，產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新能力不強，產(chǎn)品技術結(jié)構(gòu)落后，技術高端產(chǎn)品70%以上靠進口。
我國生物醫(yī)用材料科學與工程研究成果工程化、產(chǎn)業(yè)化水平低，80%-90%的成果仍待在實驗室；企業(yè)規(guī)模小、研發(fā)經(jīng)費缺乏，2010年本土企業(yè)研發(fā)經(jīng)費平均僅占企業(yè)銷售收入的1.77%。
在醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)鏈管理方面，完整的產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成。我國已向全球提供60%-70%的低值醫(yī)用耗材，卻無醫(yī)用級金屬、高分子及其他高分子等專門供應商，也無通用基礎原材料的國家或行業(yè)標準。同時，缺乏產(chǎn)業(yè)化接軌機制，風險投資出口狹窄，融資渠道不通暢，缺乏成果產(chǎn)業(yè)化及企業(yè)技術改造資金。相應的管理部門缺乏協(xié)調(diào)機制，未能形成統(tǒng)一的全面規(guī)劃和管理機制，重復立頂，多頭管理常見；政策法規(guī)不健全，產(chǎn)品注冊時間過長，處理效率低，一些政策規(guī)定和灰色的行規(guī)不利于中資企業(yè)的發(fā)展。
在我國生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展初期，涌現(xiàn)了不少以生產(chǎn)低值耗材為代表，采用廉價勞動力和自然資源驅(qū)動型發(fā)展模式的企業(yè)。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術、3D打印技術、基因測試技術等新型技術的問世，生物醫(yī)用材料的應用拓展到可穿戴設備、個性化植入物、精準醫(yī)療等新領域，并購、IPO上市、新三板掛牌和成立投資基金等各種形式的資本運作也在生物醫(yī)用材料領域風起云雨。資源消耗和廉價勞動力等物質(zhì)要素驅(qū)動型的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式不可持續(xù)，必須向技術創(chuàng)新和資本驅(qū)動型發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面，我國應當結(jié)合目前的基本情況，通過專業(yè)孵化器、稅收優(yōu)惠等手段促進中小企業(yè)向?qū)I(yè)化、精細化，特殊化和創(chuàng)新性方向發(fā)展，使之與大型企業(yè)形成良性互補和競爭關系，從而優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。
目前，我國生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)鏈領域比較領先的企業(yè)有樂普（北京）醫(yī)療、江蘇魚躍醫(yī)療、廣東冠昊生物、山東威高、上海微創(chuàng)、創(chuàng)生醫(yī)療和康輝醫(yī)療等企業(yè)。生物醫(yī)用材料行業(yè)專利申請居前十的申請人申請總量在2014年共計392件，其中大學和研究機構(gòu)是主要的申請人，申請數(shù)量較多的無錫中科光遠生物材料有限公司，在2014年申請專利69件，占比17.60%，其次是西安中邦鈦生物材料有限公司，2014年的申請量為57件，占比15.56%，其中浙江大學、上海交通大學、四川大學、復旦大學以及清華大學均進入專利申請前十。
通過對我國生物醫(yī)用材料市場的整體分析可知，當前醫(yī)用材料制品正向規(guī)?；?、精準化、個性化、智能化方向發(fā)展。技術創(chuàng)新化、產(chǎn)品高端化、產(chǎn)業(yè)融合化、區(qū)域集群化和布局國際化是生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大趨勢。在全球的一體化的大背景下，傳統(tǒng)生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)急需優(yōu)化，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力有待加強。
令人欣慰的是，我國幾家優(yōu)秀的企業(yè)（如樂普醫(yī)療、泰格醫(yī)藥等）實現(xiàn)了不同細分領域之間的跨界融合，并衍生出新的產(chǎn)業(yè)形態(tài)，實現(xiàn)了自身跨越式發(fā)展，推動了我國生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式從資源消耗和廉價勞動力等低級要素驅(qū)動向技術創(chuàng)新和資本等高級要素驅(qū)動的轉(zhuǎn)化，并向生態(tài)模式發(fā)展，有效推動了整個生物醫(yī)用材料行業(yè)的健康發(fā)展。
此外，傳統(tǒng)生物醫(yī)學材料生物學性能的改進和提高，亦是當代生物醫(yī)用材料發(fā)展的另一個重點。生物醫(yī)用材料植入體內(nèi)與機體的反應，首先發(fā)生于植入材料的表面/界面，即材料表面/界面對體內(nèi)蛋白/細胞的吸附、黏附。
傳統(tǒng)材料的主要問題是對蛋白/細胞的隨機吸附/黏附，包括蛻變蛋白的吸附，從而導致炎癥、異體反應、植入失效?？刂撇牧媳砻?界面對蛋白的吸附、進而細胞行為，是控制和引導其生物學反應、避免異體反應的關鍵。因此，深入研究生物材料的表面/界面，發(fā)展表面改性技術及表面改性植入器械，是現(xiàn)階段改進和提高傳統(tǒng)材料的主要途徑，也是發(fā)展新一代生物醫(yī)用材料的基礎。
可以預料，在未來20-30年內(nèi)，生物醫(yī)用材料和植入器械科學和產(chǎn)業(yè)將發(fā)生革命性變化：一個為再生醫(yī)學提供可誘導組織或器官再生或重建的生物醫(yī)用材料和植入器械新產(chǎn)業(yè)將成為生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)的主體；表面改性的常規(guī)材料和植入器械作為其重要的補充。保守估計，2030年左右兩者可能導致世界高技術生物材料市場增長至≈US.5萬余億元，與此相應，帶動相關產(chǎn)業(yè)新增間接經(jīng)濟效益可達US.5萬余億元。
醫(yī)用合成塑料和橡膠等作為生物材料的一種，在醫(yī)療領域有著廣泛的應用，從簡單的塑料制品到技術含量較高的精密介入導管、人工心臟輔助裝置和人工血管等。醫(yī)用塑料制品，相較于其他塑料產(chǎn)品，對其制造材料和生產(chǎn)過程都有著更加嚴苛的要求：材料安全可靠、生產(chǎn)車間潔凈；生產(chǎn)設備精密化，低成本高效率。
來源：紐脈醫(yī)療
