生物医学材料指的是一类具有特殊性能、特种功能,用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患,而对人体组织不会产生不良影响的材料。生物医学材料是植入医疗器械的基础,材料决定了器械的性能和应用。
生物医学材料的分类方法比较多,比较有代表性的可以按照材料性质分类、按照材料来源分类和按照材料在人体中的部位分类等。
按照材料的性质分类是比较主流的分类方法,可以将生物医学材料分为金属材料、高分子材料、医用陶瓷、复合材料、生物衍生材料、可降解材料以及组织工程和支架材料等。
其中金属材料主要用于人工骨骼和关节的替代,是应用最为广泛的一类生物医用材料,也是目前生物医用材料中市场份额最大的一类。
其次是医用陶瓷类和高分子材料,医用陶瓷类材料和金属材料的用途相似,主要应用于硬组织的修复和替代。医用高分子材料主要是有机聚合物,它们在人体各种组织器官的修复和替代领域发挥重要作用。
复合材料指由2种或者2种以上材料复合而成的生物材料,由于结合了多种材料的优势,复合材料可以广泛应用于器官损伤修补,软、硬组织修复,以及人工器官等领域。
生物衍生材料和组织工程与支架材料是目前规模较小,但是代表了未来行业发展方向的两个领域。生物衍生材料也可以成为生物再生材料,是由天然生物组织经过处理而形成的,比如牛心包膜制作的人工心脏瓣膜和脑膜等。生物衍生材料的原料直接取自于动物,所以具有良好的生物兼容性,是未来生物医学材料发展的方向之一。组织工程和支架材料是生物医学材料行业技术发展的前沿,在产品上和传统材料有一定的重合,又不同于单纯的医疗器械产品,可能在某种意义上更倾向于治疗手段。
按照材料性质分类

按照材料来源的分类,可以将生物医学材料分为人体自身组织、同种器官和组织、异种同类器官与组织、天然生物材料、合成材料等等,这样的分类方法将生物医学材料的概念涵盖了器官移植领域。
按照材料来源的分类

按照生物医学材料在人体中应用部位的分类,可以分为硬组织材料、软组织材料、心血管材料、血液代用材料以及分离过滤盒透析膜材料。
按照材料在人体中部位分类

生物医学材料的上、下游产业链分析
生物医学材料本身是一个交叉学科,涵盖了化学、物理、金属材料学、生物化学、生理学和解剖学等十余个学科。生物医学材料的上游领域包括金属、陶瓷、高分子聚合物、动物内脏包膜等,下游植入性医疗器械的应用领域主要在临床和美容院。
从医院的角度来看,植入医疗器械的下游应用领域比较分散,许多科室都会用到植入医疗器械,几个主要的科室是骨科、心外科、神经外科和整形外科。
产业信息网(http://www.chyxx.com/)发布的《2013-2018年中国生物医学材料(生物材料)市场调研与投资前景预测报告》指出国内医疗器械市场处于高速发展阶段,2001年国内医疗器械市场规模大概为218亿元,2011年这一数字上升到大约1500亿元左右,年均复合增速接近22%,我们预计未来10年行业还将继续保持这一平均增长速度。所以2015年预计国内医疗器械市场规模将超过3400亿元。
目前全球植入医疗器械行业的整体市场规模大约为500亿美元左右,植入医疗器械在整个医疗器械行业中的占比大约为12%。国内植入医疗器械市场规模大约为33亿美元,占国内医疗器械行业整体规模的比例约为13%。从这一点上来看,国内市场的相对规模基本和全球市场匹配。
从趋势上来看,国内植入医疗器械在行业整体高景气度的背景下保持超过20%的复合增速,在国内整体医疗器械行业的比重将逐渐提升,同时由于国内行业增速快于全球平均水平,所以中国在全球的市场份额也将有明显的提升。
生物医学材料作为植入医疗器械的上游,也是植入医疗器械的主要构成部分,其市场规模大约是植入医疗器械的2/3左右,增速基本保持一致。
全球植入医疗器械市场结构图

我们通过双层饼图展现全球植入医疗器械市场的构成。内层饼图为一级分类,外层饼图为二级细分市场。
一级分类中,骨科是植入性医疗器械最大的市场,全球植入医疗器械市场中,针对骨科的植入医疗器械市场份额大约占38%;其次是心血管领域,占比36%;伤口护理和整形外科分别为8%左右。
二级分类中,骨科中超过31%的市场是人工重建骨骼,主要指人工膝盖,人工髋关节,以及骨骼生物活性材料。
心血管领域的应用中分类较为详细,其中心血管领域一半的植入医疗器械市场份额是支架,其次分别是周边血管导管移植、血管通路装置和心跳节律器。
伤口护理在植入医疗器械领域中占比10%,其中超过一半是外科止血剂,22%的人工皮肤,以及14%的组织内密合材料。
产业信息网认为未来国内生物医学材料行业的发展前景看好,主要可以从两个层面讨论,一个是系统性机会,一个是结构性机会。所谓系统性机会是指未来国内的生物医学材料和植入医疗器械行业在人口老龄化程度加深、支付能力提升等大背景下将保持较高的整体市场增速。所谓结构性机会是指,在生物医学材料领域中我们最为看好生物衍生材料和组织工程产品未来的前景,这两个领域技术的发展,在纵向上将开辟新的市场应用空间,横向上将在某些领域取代传统生物医学材料。国内企业同质化产品的进口替代过程将比较艰难和漫长,但是通过技术平台升级,新材料新技术的开发和应用来取代进口产品,同时占领技术和行业发展的制高点,这条路是走得通的,也是长远之计。
一、 生物医学材料行业的系统性机会
骨科和心外科是植入医疗器械行业两个最大的细分市场。我国的人口老龄化程度不断加深,老龄化人口的绝对数量和相对占比的提升为骨科和心外科植入医疗器械市场提供了丰厚的成长土壤。
从疾病谱来看,循环系统疾病和肌肉、骨骼方面的疾病是我国主要的慢性疾病。同时中国城镇和农村的人均可支配收入明显上升,为骨科植入器械和心外科植入器械提供了广阔的市场空间。
二、生物医学材料的结构性机会
所谓的结构性机会,是指新材料和新技术的开发和应用,纵向上拓展新的应用领域,横向上对传统材料进行替代。
可以分两方面来讨论。一种结构性的机会是在同种材料领域进行纵向的技术提升,比如在金属材料领域,新型金属材料的开发和应用,取代原有的材料。
另一种结构性机会是指,通过新兴技术平台的开发和应用,在横向上取代原有材料的使用。比如目前冠昊生物引进的ACI技术,可以取代一部分人工关节的应用。
1、同一技术平台的纵向升级
我们以医用金属材料为例。金属材料包括不锈钢、钴基合金、钛基合金和记忆材料。不锈钢材料是最早得到应用的体内植入金属材料,随后钴基合金、钛基合金、加入了陶瓷和高分子聚合物的复合材料更多地被应用到了人工关节领域。
早在1930年代,不锈钢材料应用于髋关节置换。
1950-70年代,钴基合金和钛基合金开始大范围应用,并成为目前骨关节置换中主要的一类金属材料。高分子聚合物材料也开始应用于人工关节的置换手术。
1970年代至今,记忆金属和陶瓷等材料开始应用于骨科相关的植入器械领域。
医用金属材料性能比较
材料 | 细分种类 | 性能特点 | 应用领域 |
不锈钢 | 马氏体不锈钢 | 硬度高,强度好,耐腐蚀性一般 | 外科手术器械 |
沉淀硬化型不锈钢 | 力学性能好,耐腐蚀 | 人工关节等承载结构 | |
奥氏体不锈钢 | 耐腐蚀,高可塑性,生物相容性好 | 骨科,牙科,血管支架 | |
钴基合金 | 钴铬钼合金, 钴铬钼镍合金, 钴铬钼镍钨合金等 | 耐腐蚀性是医用金属材料中最好的 | 骨科(关节,接骨板,骨钉等);心血管;牙科 |
钛基合金 | Ti6Al4V Ti5Al2·5Sn | 密度小,强度高; 化学稳定性强; 生物相容性好 | 骨科(各种人工关节,接骨板等);牙科;心血管 |
钛镍记忆合金 | Ti-Ni | 形状记忆性,质量轻,强度高。 加工困难,成本高 | 管腔狭窄治疗; 口腔科;骨科等 |
资料来源:产业信息网整理
目前国内使用的主流人工关节是钴基合金,在钴基合金的发展过程中,不断添加新的金属元素从而获得具有更好生物学特性的金属材料。从行业纵向发展的角度来看,医用金属材料市场的发展依赖于新型金属材料的开发,正如之前的发展轨迹,新材料在性能上的提升,将带动行业的发展,拓展下游的应用领域。或许未来随着医用金属材料的进步,金刚狼躯体中的曼德拉金属会成为临床应用的现实。
2、新型技术平台的应用和横向替代
从目前市场比较成熟的两个应用领域——骨科和心外科来看,主要使用的是金属材料、陶瓷材料和高分子聚合物材料。在这些领域,外资品牌占据比较明显的优势。比如骨科植入器械领域,以强生、Zimmer和Stryker为代表的跨国公司垄断了全球大部分的市场份额,国内的市场参与者,大多数要么被并购,要么难以做大。威高股份是国内植入器械领域的龙头。脊柱类产品公司凯利泰登陆A股市场,借助上市平台,将通过定增收购艾迪尔公司。
我们认为,国内公司如果想凭借同一技术平台的同质化产品和国外企业竞争,走进口替代的道路,这一过程可能会比较艰难和漫长,因为强生、Zimmer和Stryker在这些领域已经确立了绝对的优势地位,国内企业无论是资金实力还是品牌上都在劣势。
所以未来国内生物医学材料公司的机会在于技术平台的升级,通过新材料和新技术的开发和应用,来取代原有国外的产品和技术,这也就是我们所说的行业的结构性机会。
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2025-2031年中国生物医学材料行业市场发展形势及前景战略研判报告
《2025-2031年中国生物医学材料行业市场发展形势及前景战略研判报告》共十章,包含中国生物医学材料重点厂商运营财务状况分析,2025-2031年中国生物医学材料行业发展趋势与前景展望,2025-2031年中国生物医学材料行业投资前景预测等内容。
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