过去几十年来，聚合物在生物医学领域的应用大幅增加。2023 年，全球医用聚合物市场规模为 215.2 亿美元，预计 2024 年至 2030 年将以 8.0% 的复合年增长率增长，尽管存在一些限制因素，如成本（资金限制）,与金属板相比在骨折时的强度、设计优化以及增强了材料的可塑性。最近，由于新型生物材料设计及其体内外行为的合成和改性技术取得了重大进展，这种增长更加明显。此外，现代医学允许使用创伤更小的手术和更快的手术缝合。除了在人体中的应用，聚合物生物医学材料还必须具有理想的物理、化学、生物、生物力学和降解特性。本文总结了聚合物在生物医学方面的应用，主要侧重于软硬组织、假肢、牙科应用和骨折修复。文中讨论了聚合物的主要特性、差距和发展趋势。

一、简介

生物材料（Biomaterials，BM）可定义为一种合成或天然材料，适用于与人体直接相互作用，如人造器官、假肢或替代骨骼或组织的构建。生物材料是一个涉及材料科学和医学领域的多学科研究领域，将材料的机械性能与人体兼容性结合在一起。生物材料可以是合成的，也可以是天然的，可以替代人体的部分或全部部位。随着技术的进步，可以获得人体可以接受的高质量的新组织或器官（它们必须具有特定的特性，才能持久）。生物材料可用于（但不限于）促进人体组织愈合（支架细胞和生物活性分子）、给药系统（通过肺部、透皮、眼部和鼻腔途径创建新途径）、医疗植入物（心脏瓣膜、韧带、牙科植入物）、纳米粒子生物传感器（基于金纳米粒子、半导体量子点、纳米金刚石）和分子探针（地高辛、卟啉、花青）。

生物医学材料的首次登记可追溯到公元前 5000 年至 3000 年，当时埃及人使用亚麻布和动物筋来缝合伤口。此外，在古印度，甲虫或蚂蚁的头部也被用于同样的目的。医生将昆虫的身体切下，将下颚留在涂有树脂或蜂蜜和面粉混合粘合剂的亚麻布条中，这就是古埃及医学中出现的现代皮肤缝合胶带的前身。科尼利厄斯-塞尔苏斯（Cornelius Celsus）描述了用于闭合的小金属夹。古希腊罗马的内科医生、外科医生和哲学家 Aelius Galenus 用缝线修复了角斗士受损的肌腱。金缝线和银缝线分别于 1550 年和 1850 年问世。19 世纪 60 年代，约瑟夫-李斯特发现了有助于降低死亡率的消毒技术。用铬盐处理过的猫肠线被用作缝合线。最近的发展显示，生物活性和生物可吸收材料可用于生物成像和癌症治疗、仿生三维生物打印以及组织工程和器官。随着对新材料需求的不断增长以及最近技术和科学的进步，更多性能优于传统材料的材料正在被创造出来。图 1 以示意图的形式展示了生物材料的发展历程、一些重要数据以及相应的材料。生物医学应用领域对聚合物的需求与日俱增，这比以往任何时候都更需要新的见解或解释，以及该领域的主要创新和趋势。通过对这些信息进行汇编，有望在一份文件中收录有关该主题的最重要信息，为研究人员和科学家提供第一手指南。

图 1. 时间轴示意图，显示一些主要数据和相应的发现。

2021 年的数据显示，全球生物材料市场规模为 1354 亿美元，其中骨科、牙科和心血管科占所有生物材料的 50%以上。神经科、整形外科、眼科、伤口愈合、组织工程和其他领域的材料占 50%。预计从 2022 年到 2030 年，聚合物、金属、天然和陶瓷材料的年均复合增长率（CAGR）将达到 17%。根据《医用聚合物市场规模、份额和趋势分析报告》，2022 年全球医用聚合物市场规模为 215.2 亿美元，预计 2024 年至 2030 年的复合年增长率为 8.0%。这一趋势主要是由于大量医用级聚合物的出现，这些聚合物比大多数用于相同应用的传统材料用途更广。全球医用聚合物市场考虑的材料包括医疗元件、医疗设备包装、助行器、消毒和感染预防、其他植入物、生物制药设备、洁净室用品、伤口护理、整形外科软性用品等。值得一提的是，大部分聚合物是纤维和树脂，而生物可降解聚合物的用量较少。表 1 显示了用于人体不同功能的一些典型材料的机械性能。值得注意的是，对于低模量材料，更推荐使用水凝胶，而对于高模量材料，则建议使用无机材料。