想象一下，你身著一件由抗菌材料制成的超級英雄戰衣，它能在關鍵時刻自動防御細菌和病毒侵襲，保護你免受感染﹔手上拿著擁有生命的墨水，隻需輕輕一按，它就能夠通過3D打印出你需要的細胞和組織……這不是科幻電影裡的情節，而是生物材料給人類帶來的福祉。

隨著細胞工程、合成生物、納米科技等技術的發展，生物材料已朝著滿足人民全生命周期健康需求的方向發展。西湖大學發布的《未來健康：新興生物材料》《未來產業發展趨勢研究：未來生命健康材料》報告，展示了基於生物材料突破而帶來的生命健康領域新藍圖。

抗細菌材料

細菌對現有藥物的耐藥性是困擾世界的緊迫問題，世界衛生組織已宣布抗微生物藥物耐藥性為全球十大健康威脅之一。為了應對不斷增加的耐藥性問題，除了傳統的小分子抗生素研發，具有抗細菌功能的生物材料研發也是最重要的解決途徑之一。

抗細菌材料是指具備抑制細菌生長和繁殖或殺滅細菌特性的生物材料，包括以各種形式載有抗生素的生物材料，也包括抗菌聚合物、抗菌肽、抗菌酶、納米材料、噬菌體等本身具有抗菌能力的材料及復合物。目前，抗細菌材料主要用於生產包括抗菌敷料、抗菌植入物、抗菌口罩等在內的抗菌醫用耗材產品。

——關鍵材料：聚合物（包括聚乙二醇、聚乙烯醇等合成聚合物，聚苯胺、殼聚糖等天然聚合物）、有機分子（包括抗生素、類固醇等）、金屬和金屬氧化物（包括銀、金等貴金屬，氧化鋅等金屬氧化物，銅、鎳等過渡金屬等）、碳基材料、蛋白質基材料等。

——主要應用：靶向遞送抗生素﹔作用於醫療器械的表面以降低感染風險﹔制成水凝膠，用於傷口愈合、組織工程等﹔用於食品工業、表面防污等。

蛋白質材料

由蛋白質組成的材料被稱為蛋白質材料。作為天然或生物聚合物，蛋白質具有力學和物理特性，而且由於其天然來源，具有生物相容性、生物可降解性和生物可吸收性特性，這些特性使得蛋白質在生物醫學領域具有廣泛的應用前景。當前最受關注的主要包括絲素蛋白和膠原蛋白兩類。尤其是從天然絲綢中提取的絲素蛋白，近年來廣受關注，被認為在組織支架、涂層材料、植入物、傷口敷料、藥物遞送等領域有著廣闊應用前景。

——關鍵材料：結構蛋白（膠原蛋白、明膠、絲蛋白等）、彈性蛋白（彈性蛋白和節肢彈性蛋白等）、黏附蛋白（貽貝足蛋白、疏水蛋白等）等。

——主要應用：藥物遞送、組織工程、傷口愈合、電子皮膚、生物打印等。

脂質材料

藥物遞送始終是一個復雜難題，面臨多種挑戰，這促使研究人員尋求更有效的方法，將藥物遞送至體內的預定靶點。在藥物遞送技術的發展過程中，脂質憑借固有的生物相容性和多功能性，在制藥醫學與實踐領域異軍突起。

脂質材料是一類重要的藥物遞送材料，被巧妙地設計成一種可以封裝、運輸和釋放多種治療藥物（包括小分子藥物、基因和生物制劑）的載體，以提高低水溶性藥物的溶解度、保護不穩定化合物不被降解，以及精准靶向定位體內的疾病部位。未來，脂質納米粒還有望廣泛應用於創傷愈合、疾病診斷、人工細胞模型等領域。

——關鍵材料：脂質（包括鞘脂、磷脂質、甘油酯等）、有效荷載（阿霉素、紫杉醇等）、乳化劑（包括軟磷脂、聚山梨醇酯、泊洛沙姆等）。

——主要應用：藥物遞送、疫苗遞送和基因治療、醫學診斷與成像、化妝品、免疫化學等。

自愈合材料

自愈合材料是指能夠修復長期機械磨損的材料，可有效增加器材使用壽命，降低設備維護和更替頻率，進而提升醫療植入物和生物傳感器的耐用性。如，斷裂的自愈合材料兩個不連接的切面再次接觸時，能夠重新形成可逆鍵，結合物質會相互擴散，從而實現兩個面的重新連接。動態聚合物是目前使用最為廣泛的自愈合材料，在促進傷口愈合、藥物遞送、生物成像等領域佔據主導位置。

未來，自愈合材料還有望被用於開發成電子皮膚，模仿天然皮膚特性，並進一步用於下一代可穿戴設備和假肢的開發。

——關鍵材料：合成聚合物（聚乙二醇、聚乙烯醇等）、天然聚合物（殼聚糖、透明質酸等）、有機和無機分子（甘油、丙烯酸、二氧化硅等）、純元素（銀、鋁等金屬，石墨烯等非金屬）、礦物（如羥基磷灰石）、合金（如不鏽鋼）、配位化合物等。

——主要應用：醫療設備、藥物輸送系統、組織工程等。

生物電子材料

生物電子材料是指可植入到生物體中的設備或植入物材料，在市場上有著迫切需求。生物電子學的核心是將電子設備以移植或附著在皮膚上的形式整合至生物系統中，使電子系統能夠在分子、細胞和器官水平上與生物組件相互作用，因此，很大程度上依賴於一系列能夠與生物組織有效整合的專用材料。

未來，納米半導體和導電聚合物有望取代傳統半導體材料，成為生物電子材料的主流，開發出可注射生物電子設備等一系列全新應用。

——關鍵材料：氮化物和碳化物（鈦氮化物）、功能聚合物（聚乙烯二氧噻吩等導電聚合物，聚乳酸、聚乙二醇等形成水凝聚的聚合物，聚己內酯等可生物降解的合成聚合物等）、天然聚合物（核酸、纖維素等）、惰性聚合物（聚二甲基硅氧烷等）、碳及其同素異形體（碳納米材料）等。

——主要應用：有源傳感器組件、電子組件和生物組織之間的接口材料（包括電傳感/映射/刺激應用）、光電材料、信號處理元件和機械傳感器等生物電子設備等。

生物墨水

生物墨水是含有特定類型細胞、天然或合成聚合物以及其他輔助材料，可用於生物打印制造三維支架、組織和器官等生物結構的材料。雖然“生物打印”一詞相對較新，但其概念最早可追溯到20世紀90年代末，是3D打印在生物醫學領域的自然延拓。其中，活細胞及細胞衍生材料為代表的細胞材料是生物墨水最受關注的領域之一。

使用生物墨水進行3D生物打印，有望制造出免疫排異反應最小的人造生物器官。此外，由生物墨水制成的三維支架，可以為細胞提供三維培養環境，長久保持人類細胞的多種生理和功能表型。

——關鍵材料：天然聚合物（海藻酸鹽、透明質酸等多糖，多肽、絲蛋白等）、合成聚合物（甲基丙烯酸酰化明膠等）、細胞材料（干細胞、內皮細胞、基質細胞等）。

——主要應用：組織工程、藥物遞送、傷口愈合、個性化醫療、藥物測試、疾病建模等。

可編程材料

可編程生物材料是一種可以響應外部刺激或環境變化，改變其性質和形狀的動態生物材料。目前，使用最為廣泛的可編程生物材料是形狀記憶聚合物，可單向或雙向地在酸鹼度、磁場、光照和溫度發生改變時，改變自身形狀。

這種材料的可編程性在某些應用中非常有利（如藥物遞送）。未來，可編程生物材料一個可能發展方向是4D打印材料，能夠不斷發生外形或結構的變化以應對外界環境的變化與需求。

——關鍵材料：木質素、金屬有機框架、聚多巴胺、羧甲基纖維素鈉、DNA等。

——主要應用：藥物遞送、植入體、傳感器、執行器、組織工程、遺傳工程、3D打印等。

生物醫用可持續材料

生物醫用可持續材料是指在生物醫學應用環境中，具有以下一種或多種特征的材料：一是可生物降解或堆肥，即在沒有人為干預的自然條件下降解﹔二是由生物基、自然界中豐富的或可再生的原料制成﹔三是與被取代的材料相比更環保。它有望成為一次性口罩、手套、防護服和各類實驗室耗材的原材料替代品，進而減少“白色污染”。

未來，生物醫用可持續材料將取得可持續性和可負擔性之間的平衡，進而獲得快速、大規模推廣，幫助全球應對塑料廢棄物帶來的挑戰。

——關鍵材料：纖維素、澱粉和殼聚糖等天然聚合物，聚乳酸、聚己內酯等合成聚合物，可生物降解的聚己二酸-1等。

——主要應用：制造醫療設備、改善醫療包裝的阻隔性能、作為可生物降解復合材料中的增強材料。

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