人類正面臨前所未有的人口結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，其顯著特征是人口老齡化加劇和慢性病發(fā)病率上升。這一背景下，醫(yī)療領(lǐng)域迫切需要性能更優(yōu)異、耐用性更強(qiáng)且生物相容性更高的解決方案。復(fù)合材料正逐漸成為核心技術(shù)答案，它們不再是單純的替代選擇，而是從骨科到醫(yī)學(xué)影像等多個(gè)領(lǐng)域創(chuàng)新的基石。

當(dāng)今主要病理挑戰(zhàn)

全球人口結(jié)構(gòu)的演變催生了特定的健康需求，亟需材料領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破。隨著預(yù)期壽命延長(zhǎng)，人體機(jī)械磨損相關(guān)疾病的發(fā)病率激增，骨關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松癥等骨科疾病已十分普遍。髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等關(guān)節(jié)置換手術(shù)以及骨愈合治療，需要材料同時(shí)具備極高的抗疲勞性、輕量化特性和化學(xué)惰性。心血管疾病和糖尿病在慢性病統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中占比極高，這類疾病需要精密的植入式設(shè)備，如維持血管通暢的支架、胰島素泵和透析系統(tǒng)。這些設(shè)備所用材料必須具備出色的血液相容性和極致耐用性，才能長(zhǎng)期保持功能穩(wěn)定，且不引發(fā)排斥反應(yīng)或性能降解。

復(fù)合材料在醫(yī)療領(lǐng)域的卓越特性

復(fù)合材料兼具多種特性，是單一材料（純金屬或陶瓷）難以企及的。復(fù)合材料主要分為兩大類：

聚合物基復(fù)合材料（PMC）：應(yīng)用最廣泛，常以環(huán)氧樹脂、聚醚醚酮（PEEK）或聚乳酸（PLA）為基體，輔以碳纖維或玻璃纖維增強(qiáng)。其中，碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮（CFR-PEEK）因能模擬皮質(zhì)骨的力學(xué)特性，在骨科領(lǐng)域備受青睞。

陶瓷或金屬基復(fù)合材料：用途更專業(yè)，包括用于植入物表面涂層的材料，旨在提升生物相容性或賦予抗菌性能。例如，納米顆粒增強(qiáng)陶瓷基體材料已應(yīng)用于牙科領(lǐng)域。

復(fù)合材料具有先進(jìn)的生物相容性，能與人體組織共存，且不引發(fā)有害免疫反應(yīng)（排斥或炎癥）。通過(guò)選擇合適的基體和增強(qiáng)材料（如碳纖維），可獲得化學(xué)惰性強(qiáng)、人體耐受性好的材料。同時(shí)，復(fù)合材料重量輕、比強(qiáng)度高，CFR-PEEK 植入物比同類金屬植入物（鈦合金）輕得多，能減少慣性和人體承受的壓力。此外，通過(guò)調(diào)整增強(qiáng)纖維的取向，可精確調(diào)控材料的抗疲勞性和剛度，使其更好地匹配天然組織的生物力學(xué)特性（即 “骨匹配”）。

復(fù)合材料的射線可透性是醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的一大優(yōu)勢(shì)。與金屬不同，CFR-PEEK 等部分復(fù)合材料具有射線可透性，在 X 光和 CT 掃描中幾乎不顯影或完全不顯影。這使得外科醫(yī)生和放射科醫(yī)生能評(píng)估骨愈合情況或腫瘤復(fù)發(fā)情況，且不受植入物本身成像干擾（即 “偽影”）的影響。

創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景

復(fù)合材料的應(yīng)用已遠(yuǎn)超傳統(tǒng)假體領(lǐng)域，為未來(lái)療法和診斷技術(shù)開辟了新路徑。

骨科與創(chuàng)傷學(xué)：新一代關(guān)節(jié)置換物采用 PEEK 或超高分子量聚乙烯（UHMWPE）增強(qiáng)復(fù)合材料，用于髖關(guān)節(jié)髖臼杯或脛骨托。這類材料的彈性模量更接近骨骼，可避免金屬植入物常引發(fā)的應(yīng)力遮擋效應(yīng)（可能導(dǎo)致骨吸收）。脊柱和創(chuàng)傷植入物方面，CFR-PEEK 椎間融合器便于通過(guò)術(shù)后影像監(jiān)測(cè)骨融合情況；長(zhǎng)骨骨折固定板等產(chǎn)品也越來(lái)越多地采用碳纖維 / 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其較低的剛性可將部分機(jī)械載荷傳遞給愈合中的骨骼，相比剛性金屬板，能促進(jìn)骨骼更快、更自然地愈合。

組織工程與生物可吸收材料：以聚乳酸（PLA）或聚己內(nèi)酯（PCL）為基體、纖維（如玻璃納米纖維）增強(qiáng)的復(fù)合材料，正被開發(fā)用作組織工程支架。它們能引導(dǎo)細(xì)胞生長(zhǎng)、提供支撐，隨后逐漸降解，最終留下新生組織。前交叉韌帶（ACL）固定用螺釘和銷釘現(xiàn)已完全采用 PLA / 磷酸三鈣（TCP）復(fù)合材料制造，這些裝置在韌帶愈合期間提供必要穩(wěn)定性，之后緩慢吸收，被健康骨組織替代，無(wú)需二次手術(shù)取出。

微創(chuàng)手術(shù)設(shè)備與機(jī)器人技術(shù)：手術(shù)器械和機(jī)械臂受益于碳纖維 / 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料輕便且剛性強(qiáng)的特性，這些品質(zhì)可實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的操作、更優(yōu)的觸覺反饋和高精度影像定位，對(duì)機(jī)器人輔助手術(shù)和術(shù)中透視（X 光成像）至關(guān)重要。例如，碳纖維手術(shù)臺(tái)具有完全射線可透性，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成像，且不會(huì)因手術(shù)臺(tái)本身遮擋視野，為患者定位提供極高精度。

修復(fù)牙科：基于樹脂與陶瓷或玻璃填料的牙科復(fù)合材料已取代金屬汞合金。它們兼具自然美觀性和適配咀嚼力的力學(xué)性能，且生物相容性良好。嵌體、高嵌體和臨時(shí)牙冠常采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRC），通常以玻璃纖維為增強(qiáng)材料。這類材料為厚重的金屬或陶瓷修復(fù)體提供了耐用且美觀的替代方案，確保大型修復(fù)體具備優(yōu)異的強(qiáng)度和附著力。

市場(chǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)

亞太地區(qū)和北美是醫(yī)療復(fù)合材料市場(chǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力，兩地在生物可吸收復(fù)合材料研究方面投入巨資。這類復(fù)合材料在體內(nèi)完成結(jié)構(gòu)支撐作用后會(huì)降解，無(wú)需二次手術(shù)取出。2023 年，全球醫(yī)療復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模約為 15 億美元（12.8 億歐元），增長(zhǎng)前景極為強(qiáng)勁。預(yù)計(jì)到 2033 年至 2035 年，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 37 億美元（31.5 億歐元）至 39.4 億美元（33.6 億歐元）。該領(lǐng)域的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）極高，預(yù)計(jì)在預(yù)測(cè)期內(nèi)為 9.1% 至 10.2%，這一強(qiáng)勁增速反映出復(fù)合材料的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)（尤其是優(yōu)異的比強(qiáng)度）正獲得越來(lái)越廣泛的認(rèn)可。

從市場(chǎng)細(xì)分來(lái)看，醫(yī)療復(fù)合材料市場(chǎng)按應(yīng)用和原材料劃分。目前，診斷影像領(lǐng)域占比最大，接近市場(chǎng)份額的 40%；原材料方面，碳纖維因其高強(qiáng)度、高剛性、高耐用性和優(yōu)異的生物相容性，成為最具戰(zhàn)略意義的材料，預(yù)計(jì)到 2035 年將占復(fù)合材料市場(chǎng)的 37.7%。

結(jié)論

應(yīng)對(duì)人口老齡化和慢性病高發(fā)帶來(lái)的挑戰(zhàn)，離不開材料領(lǐng)域的革新，復(fù)合材料正是這一變革的核心。憑借其獨(dú)特性能—— 集輕量化設(shè)計(jì)、可調(diào)控強(qiáng)度、射線可透性和生物相容性于一體，復(fù)合材料成為醫(yī)療創(chuàng)新的真正催化劑，有望實(shí)現(xiàn)更耐用的植入物、更清晰的診斷結(jié)果和更有效的再生療法。醫(yī)療健康領(lǐng)域?qū)@類卓越材料的潛力挖掘才剛剛起步。

參考資料及數(shù)據(jù)源：JEC復(fù)材