胶原蛋白、纤维素、陶瓷、金属…...这些平日里看上去没啥关联的东西，有一个共同的身份:可以成为生物材料。前两者是天然生物材料，后两者可以成为合成生物材料，都在现代医学中发挥着重要作用。过去几十年间，由于生物材料出色的适用性，科学界开发出了越来越多种类的生物材料，被广泛用于医疗植入物、组织愈合和再生等各种场景。

而未来，随着自动化、人工智能等技术发展，更具生物相容性、更适应个体差异、更智能化的新材料，将持续推动生物医药、医疗器械、脑机接口、再生医学等相关领域的进步。

这其中，哪些是最值得关注的生物材料?

7月26日，首届西湖未来论坛在杭州城西科创大走廊开幕。西湖大学未来产业研究中心发布了《最值得关注的十大生物健康材料》，具体包括：水凝胶、抗微生物材料、脂质纳米粒、外泌体、生物墨水、可编程生物材料、蛋白质材料、自愈合材料、生物电子材料，以及可持续生物材料。

据悉，西湖大学未来产业研究中心和美国化学文摘社合作，通过大数据和人工智能，分析近20年关于生物材料的数十万篇文献、专利，结合西湖大学前沿科学家的洞见，筛选出最有发展潜力的十大生物材料，形成研究报告。在阐述现状的同时，对未来发展趋势给出极具前瞻性的专业见解。

西湖大学未来产业研究中心联合学校近200位科学家，以颠覆性创新思维推进原创性的基础理论和前沿技术突破，希望能从源头上为培育未来产业提供支撑。而前沿生物与材料技术，也是浙江省和杭州市当前布局未来产业的关键技术方向。

开幕式当天，西湖大学和美国化学会出版部签署为期3年的《美国化学会出版部、西湖大学关于联合推动化学及相关物质科学领域科学事业发展的谅解备忘录》，以共同推动科技事业发展，培养下一代科学家。

为在合成生物学与生物制造这一颠覆性技术领域,打造致力于基础研究和产业应用的国际制高点，中国科学院天津工业生物技术研究所所长马延和，中国科学院院士、西湖大学校长施一公，德国国家工程院院士曾安平共同为国家合成生物技术创新中心杭州研发基地揭牌。

生物高分子材料一马当先

根据生物材料种类来看，主要有金属材料、陶瓷材料、高分子材料、生物活体组织等。随着生物材料研究的不断加深以及相关技术逐渐成熟，生物高分子材料目前是生物材料市场最主流的材料，占比高达49%，其次是金属材料，市场份额为25%。

01水凝胶

能做隐形眼镜也能加快伤口愈合

水凝胶是由三维聚合物网络构成的柔性亲水材料，能吸收和保持大量水分。它具有亲水性和多孔性，呈交联结构，具有无限的分子量，且不溶于水。

自前，水凝胶具备可定制的物理和化学特性,在隐形眼镜、卫生用品和组织工程等多种场景中都有着广泛的应用。

未来，什些特殊制的水凝胶，还可作为药物或活性生物分子的刺激响应型载体，发挥保护伤口，甚至加速伤口愈合的功能。

02抗微生物材料

克服耐药性用作靶向载体

抗微生物材料，是可指用于消灭真菌、病毒、寄生虫等微生物的材料。纳米材料独特的结构和性质，使其成为这一领域最重要的材料。

目前，纳米颗粒已被成功地用作针对细菌、真菌、病毒和寄生虫的药物靶向载体，是较为成熟的抗微生物材料。而科学文献发表的趋势显示，纳米纤维、纳米棒、纳米酶和纳米线有望在未来大放异彩。

03脂质纳米粒

高效递送药物

脂质纳米粒(LNP) 是一种由脂质双层膜包围的纳米颗粒，主要用于药物递送，能够将各种小分子化合物和复杂生物物质递送到人体细胞内。

新冠期间，mRNA疫苗的成功,就有赖于脂质纳米粒的递送功能。未来，脂质纳米粒还有望更为广泛地用于创伤愈合、疾病诊断、人工细胞模型等领域。

04外泌体

促进细胞间通讯

外泌体是由脂质双层包裹的纳米级(直径30-150纳米）细胞外囊泡。外泌体固有的稳定性、低免疫原性、生物相容性和良好的生物膜穿透性使其成为高效药物递送的优质天然纳米载体。

05生物墨水

3D打印器官的神奇助手

生物墨水是指用于3D生物打印的天然或合成材料，主要以负载细胞的水凝胶形式存在。由生物墨水制成的三维支架，可以为细胞提供三维培养环境，持久保持人类细胞的多种生理和功能表型。

使用生物墨水进行3D生物打印，有望制造出免疫排异反应最小的人造生物器官。

06可编程生物材料

4D打印的智能材料

可编程生物材料是一种可以响应外部刺激或环境变化，而改变其性质和形状的动态生物材料。自前，使用最为广泛的可编程生物材料是形状记忆聚合物，可单向或双向地在酸碱度、磁场、光照和温度发生改变时.改变自身形状。

未来，可编程生物材料一个可能发展方向是4D打印材料，能够不断发生外形或结构的变化来应对外界环境的变化与需求。

07蛋白质材料

修复伤口、递送药物、生物传感器

蛋白质材料是指由氨基酸组成的天然聚合物，大多具有优秀的生物相容性、生物可吸收性和可生物降解性，包括明胶、多肽、胶原蛋白、细胞外基质蛋白等类型。

值得一提的是，从天然丝绸中提取的丝蛋白近年来广受关注，被认为在组织支架、涂层材料、植入物、伤口敷料、药物递送、生物传感器等领域有着光明的应用前景。

08自愈合材料

开发电子皮肤的理想候选材料

自愈合材料是指能够修复由长期机械磨损的材料，可有效地增加器材使用寿命，降低设备的维护和更替频率，进而提升医疗植入物和生物传感器的耐用性。动态聚合物是目前使用最为广泛的自愈合材料，在促进伤口愈合、药物递送、生物成像等领域占据主导。

未来，自愈合材料还有望被用于开发成为电子皮肤，模仿天然皮肤特性，并进一步用于下一代可穿戴设备和假肢的开发。

09生物电子材料

数字化生物信号

生物电子材料是指可植入到生物体中的设备或植入物材料，在市场上有着迫切的需求。水凝胶、碳基材料、纳米材料、半导体和聚合物薄膜是学术界目前最为关注的生物电子材料方向。

未来，纳米半导体和导电聚合物有望取代传统半导体材料，成为生物电子材料的主流，开发出可注射生物电子设备等一系列全新的应用。

10可持续生物材料

更环保、资源更可持续的新型材料

可持续生物材料或是通过生物过程产生，或是从可再生资源中提取，又或是同时通过这两种方法获取。它有望成为一次性口罩、手套、防护服和各类实验室耗材的原材料替伐品，进而减少"白色污染”。

藻酸盐、壳聚糖、生物纤维素等物质，都在近期广受关注。假以时日，可持续生物材料将取得可持续性和可负担性之间的平衡，进而获得快速、大规模的推广，帮助全球应对塑料废弃物带来的挑战。

2026年全球生物医用材料及其制品行业销售规模将在5571亿美元左右

生物医用材料涉及亿万人的健康，是保障人类健康的必需品。生物医用材料的应用不仅挽救了数以千万计人的生命，使疾病得以早期发现和有效治疗，并显著降低了重大疾病的死亡率，同时，它对于改善人们的健康状况和提高生活质量，具有重要的民用价值和社会意义。与此同时，生物医用材料的应用将引起外科领域中组织、器官缺损和功能障碍传统治疗方法和模式的变革，大幅度降低医疗费用，增强对其它相关行业的影响和渗透，将成为材料学、生命科学与医学等学科的强大发展动力，具有重要的行业意义并将带来巨大的经济效益。前瞻根据近年来全球生物医用材料及其制品行业的发展变化预测出2026年全球生物医用材料及其制品行业销售规模将在5571亿美元左右。

未来生物材料的发展趋势包括生物可降解材料的研发、多功能生物材料的研发和纳米技术的应用等。生物材料的不断发展将会为医学带来更多的机遇和挑战，也将会为人类健康的未来提供更多的希望和可能。

文章来源： 西湖大学，中国科学报，前瞻网