3D生物打印开创未来器官移植的新纪元

3D生物打印是3D打印技术在生物医疗领域的交叉应用，具有重要的研究意义与广阔的应用前景。自2000年以来，3D生物打印行业经历了近20年的发展历程，逐渐实现从基础研究向应用转化发展，目前3D打印的耳朵、血管、骨头及肌肉组织移植到动物体内仍然可以保持活性，并逐渐开展临床引用，未来3D生物技术发展成熟后，人造器官移植将成为现实。

3D生物打印行业定义及分类

3D生物打印以计算机三维设计模型为基础，通过软件分层离散和数控成形方法，定位装配细胞或生物材料，制造人工植入支架、组织、器官和医疗辅具等生物医学产品。

按生物材料沉积技术差异，常见的3D生物打印技术包括喷墨式生物打印、微挤压式生物打印及激光辅助生物打印，具体如下：

（1）喷墨式生物打印：由喷头将液体细胞、生物材料打印在底板上，利用紫外光层固化，形成3D结构制品。喷墨式生物打印技术使用液态材料，其优点表现为打印速度快、成本低、使用范围广；

（2）微挤压式生物打印：利用机械力和气压等驱动力，从微喷头挤压出细胞、生物材料，构建3D生物制品。微挤压生物打印可以兼容细胞及多种生物材料，微挤压系统的高分辨率促使生物打印机精准度提升，从而打印复杂结构；

（3）激光辅助生物打印：基于激光诱导正向移动技术，利用聚焦激光脉冲产生的高压气泡，将生物材料推向基板，形成3D生物制品。激光辅助生物打印优点在于细胞沉积密度高，微尺度分辨率为单个细胞，打印精确度高。

中国3D生物打印行业产业链分析

3D生物打印技术水平逐步提升，中国3D生物打印行业产业链逐步完善。3D生物打印行业产业链由三部分组成：上游的参与主体是原材料与零件供应商，中游参与者包括3D生物打印设备生产商与打印服务提供商，行业下游是销售终端，包括科研机构、医疗机构。

上游：

3D生物打印产业链上游的主要参与者为原材料、硬件及辅助运行供应商，主要从事生物材料生产、设备硬件生产及软件等辅助系统开发。

（1）原材料：3D生物打印的原材料以生物材料为主，常见的生物材料包括生物陶瓷材料、医用高分子材料、医用多肽、钛合金等金属材料。在3D生物打印过程中，依据打印技术的特性、生物相容性等因素，选择不同的生物材料；

（2）硬件：3D生物打印的硬件提供商多为大型机械制造企业或3D打印设备生产商，主要提供设备生产零部件，包括主板、DLP光引擎、激光器及喷头等；

（3）辅助运行：3D生物打印需要通过软件平台，以数字方式连接3D打印生产网络，因此计算机辅助设计和计算机辅助制造工具及数学建模技术是3D生物打印技术重要组成部分。

中游：

3D生物打印行业中游主体是3D生物打印设备生产商与打印服务提供商，是3D生物打印行业技术创新及产业化发展的关键。

从应用层次来看，根据生物材料的生物性能与是否植入体内划分标准，清华大学生物制造中心将3D生物打印技术划分为5个应用层级，分别为：（1）无需考虑生物相容性的非体内植入物的制造；（2）具有良好生物相容性材料的永久植入物的制造；（3）具有良好生物相容性和可降解性生物材料的组织工程支架的制造；（4）细胞3D打印技术；（5）体外生命系统工程。

从产品形态来看，3D生物打印主要产品形态包括体外模型、植入物和组织工程支架、组织器官等。（1）体外模型用于手术规划假肢设计、测试标准等；（2）植入物及组织工程支架用于组织再生与修复；（3）组织器官用于构建三维细胞结构体、组织器官等。

下游：

3D生物打印行业下游是3D生物打印设备与服务的销售终端，主要参与主体是科研机构与医疗机构。在科研机构，3D生物打印机作为科研辅助工具，用于3D生物打印技术、服务医疗器械及生物医疗制品研发。在医疗机构，3D生物打印机作为临床辅助分析及医疗制品生产工具，用于生产组织器官模型辅助术前规划，或用于生产组织工程支架、组织器官等。

中国3D生物打印行业市场规模分析

自2014年以来，得益于政策鼓励及技术发展，中国3D生物打印行业保持快速发展。根据销售端统计，2014-2018年中国3D生物打印行业市场规模由3.3亿元增长至10.5亿元，年复合增长率为33.4%，预计2018-2023年中国3D生物打印行业市场规模仍将保持快速增长。

中国3D生物打印行业驱动因素分析

Ø 医疗市场需求持续增长

中国社会老龄化日益加深，老龄化群体数量逐年增长。2014-2018年中国65岁及以上老年人口规模从13,755万人增长至16,658万人，占总人口比例从10.1%上升到11.9%，65岁及以上老年人口规模年复合增长速度4.3%。

老年群体为疾病高发群体，老年群体数量增加，导致社会医疗健康服务总需求大幅提升。3D生物打印作为新兴的新技术、新工艺，广泛应用于骨骼、假体、牙齿、皮肤、血管、植入假体等多个方面，全面助力精准医疗发展。医疗健康服务需求增长将带动3D生物打印应用增加，有助于行业持续扩容。

Ø 居民医疗支付能力提升

在经济持续增长和城镇化进程加快等多种因素的影响下，2014年以来，中国居民人均可支配收入、人均消费支出与人均卫生费用多项指标持续增长。根据国家统计局数据，2018年中国居民人均可支配收入达到28,228元，居民人均消费支出达到19,853元，居民人均医疗保健消费支出增长至1,685元，人均医疗保健消费支出占总消费支出比例逐年提高。

由于3D生物打印行业属于高研发投入行业，还没有实现大规模产业化应用，受限于3D生物打印材料的特殊性及技术壁垒等因素，相关产品价格昂贵。得益于居民支付能力及医疗保健意识提升，3D生物打印市场接受度逐步提升，有助于推动3D生物打印行业发展。

Ø 技术与应用优势显著

3D生物打印作为先进的生产制造技术，广泛的运用于医疗器械制造与骨科、牙科和心脑血管临床治疗等多个领域，技术优势表现为精确度高、可定制化生产，应用优势表现为能够辅助术前规划，降低手术风险；3D生物打印制品具有良好的生物相容性，安全性能高。

中国3D生物打印行业发展趋势

Ø 生物材料不断发展

生物材料是3D生物打印技术发展的物质基础，是促进3D生物打印行业发展的关键因素。目前，运用于3D生物打印的材料包括医用金属材料、医用无机非金属材料、医用高分子材料及生物复合材料等。生物材料不但是3D生物打印行业的重点研发领域，也是资本进入的风口。

 

Ø 技术水平不断提升

在政策、人才等多种因素的共同作用下，中国3D生物打印技术水平将实现不断提升，具体表现为：（1）产学研一体化发展，推动3D生物打印技术创新发展；（2）3D打印技术相关专利申请总量持续增长，促进3D打印技术不断积累。

深度见解

中国、美国、俄罗斯及日本等世界各国纷纷将3D生物打印作为未来战略发展的重点方向，正加紧布局相关领域，极大地促进了3D生物打印行业的发展。目前，3D生物打印技术凭借高精准度、个性化、小批量的应用优势，已广泛地应用到术前规划、人造牙齿、骨骼及植入物等制造领域。未来，随着材料、设备、工艺、应用的逐渐成熟，3D生物打印技术快持续速发展，向药物研发、生物组织与器官打印方向深入拓展。