在當(dāng)今全球科技日新月異的時(shí)代背景下，生物制造作為新興科技與產(chǎn)業(yè)變革的重要交匯點(diǎn)，正以前所未有的速度重塑著人類社會(huì)的生產(chǎn)生活方式。生物制造，這一融合了生物學(xué)、工程學(xué)、信息學(xué)等多學(xué)科交叉領(lǐng)域的先進(jìn)制造技術(shù)，不僅為醫(yī)療健康、食品農(nóng)業(yè)、材料科學(xué)、環(huán)境保護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域帶來了革命性的突破，還為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級提供了強(qiáng)大的動(dòng)力源泉。

中投產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書2025》旨在全面剖析生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展背景、現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與機(jī)遇，以及未來的發(fā)展趨勢與政策導(dǎo)向，為政府決策、企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃和社會(huì)各界提供參考與借鑒。通過深入解讀生物制造的核心價(jià)值與未來潛力，將為您呈現(xiàn)一個(gè)全面、客觀、深入的生物制造產(chǎn)業(yè)畫卷。

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在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時(shí)代，生物制造與材料科學(xué)的融合正孕育著無限可能，為眾多產(chǎn)業(yè)的變革注入強(qiáng)大動(dòng)力。我國緊緊把握這一發(fā)展趨勢，在生物制造的材料科學(xué)領(lǐng)域精心謀劃重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)布局，致力于開創(chuàng)高性能、可持續(xù)材料的新紀(jì)元。

一、生物基可降解材料：重塑綠色包裝未來

隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)意識(shí)的日益增強(qiáng)，傳統(tǒng)塑料帶來的 “白色污染” 問題亟待解決，生物基可降解材料應(yīng)運(yùn)而生，成為我國生物制造在材料科學(xué)領(lǐng)域布局的關(guān)鍵方向之一。

在聚乳酸（PLA）材料研發(fā)與應(yīng)用方面，我國企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)取得了顯著進(jìn)展。通過優(yōu)化微生物發(fā)酵工藝，提高乳酸的產(chǎn)量與純度，進(jìn)而提升聚乳酸的合成效率與質(zhì)量。目前，國產(chǎn)聚乳酸在力學(xué)性能上已接近傳統(tǒng)聚乙烯、聚丙烯等塑料，可廣泛應(yīng)用于食品包裝、一次性餐具、購物袋等領(lǐng)域。一些創(chuàng)新型企業(yè)還研發(fā)出具有特殊性能的聚乳酸材料，如高阻隔性聚乳酸薄膜，有效延長食品保鮮期，滿足生鮮食品包裝需求；耐高溫聚乳酸材料，使其能用于熱飲杯、餐盒等熱接觸場景，拓展了應(yīng)用邊界。

除聚乳酸外，聚羥基脂肪酸酯（PHA）也是研究熱點(diǎn)。PHA 具有良好的生物相容性、熱加工性能，且在自然環(huán)境中降解速度更快。我國科研團(tuán)隊(duì)通過基因工程改造微生物，實(shí)現(xiàn)了多種 PHA 共聚物的高效合成，開發(fā)出從剛性到柔性不同性能的材料，滿足醫(yī)療植入器械、高端化妝品包裝等多元化需求。在醫(yī)療領(lǐng)域，PHA 制成的可吸收縫合線、組織工程支架，能夠在體內(nèi)自然降解，無需二次手術(shù)取出，減輕患者痛苦；在化妝品包裝上，其精美的外觀與環(huán)保特性相得益彰，提升產(chǎn)品附加值。

為推動(dòng)生物基可降解材料的大規(guī)模應(yīng)用，我國政府出臺(tái)了一系列扶持政策。從生產(chǎn)端給予企業(yè)研發(fā)補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠，降低生產(chǎn)成本；在消費(fèi)端，通過 “禁塑令” 等政策引導(dǎo)，提高消費(fèi)者對可降解材料的認(rèn)知度與接受度，培育市場需求。多地建立了生物基材料產(chǎn)業(yè)園區(qū)，吸引上下游企業(yè)集聚，形成完整產(chǎn)業(yè)鏈，從原材料種植、發(fā)酵生產(chǎn)，到產(chǎn)品加工、模具制造，實(shí)現(xiàn)協(xié)同發(fā)展，加速生物基可降解材料走進(jìn)千家萬戶。

二、生物醫(yī)用材料：開啟生命健康新篇

生物醫(yī)用材料作為保障人類健康的關(guān)鍵支撐，是我國生物制造在材料科學(xué)領(lǐng)域的重點(diǎn)深耕方向。

在高端植入醫(yī)療器械材料方面，鈦合金及鈦基復(fù)合材料憑借其優(yōu)異的生物相容性、機(jī)械性能，成為骨修復(fù)、關(guān)節(jié)置換、心血管支架等領(lǐng)域的首選。我國科研人員通過表面改性技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化鈦合金的生物活性，促進(jìn)細(xì)胞黏附與增殖，縮短患者術(shù)后康復(fù)時(shí)間。例如，在 3D 打印個(gè)性化定制髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，使用具有微納結(jié)構(gòu)表面的鈦合金材料，能夠更好地與人體骨骼適配，提高植入穩(wěn)定性，降低術(shù)后并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)。

生物陶瓷材料在牙科、骨科修復(fù)領(lǐng)域發(fā)揮著獨(dú)特作用。我國自主研發(fā)的羥基磷灰石生物陶瓷，其化學(xué)成分與人體骨骼礦物質(zhì)相近，具有良好的骨傳導(dǎo)性，能夠引導(dǎo)新骨生長。在牙科種植修復(fù)中，羥基磷灰石涂層種植牙根，顯著提高種植體與牙槽骨的結(jié)合強(qiáng)度，確保種植牙長期穩(wěn)固；在骨缺損修復(fù)方面，可制成多孔結(jié)構(gòu)的生物陶瓷支架，為骨細(xì)胞生長提供支撐，加速骨組織再生。

此外，智能生物醫(yī)用材料嶄露頭角。具有形狀記憶功能的鎳鈦合金，在心血管介入治療中大放異彩。當(dāng)溫度變化時(shí)，鎳鈦合金支架能自動(dòng)恢復(fù)預(yù)設(shè)形狀，精準(zhǔn)撐開狹窄血管，且在體內(nèi)持續(xù)監(jiān)測血管狀態(tài)，為醫(yī)生提供實(shí)時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)疾病的智能化治療。同時(shí)，基于生物響應(yīng)性水凝膠的藥物緩釋系統(tǒng)，可根據(jù)體內(nèi)環(huán)境變化，如 pH 值、酶濃度，智能控制藥物釋放速率，提高藥物療效，降低毒副作用，為腫瘤化療、慢性病治療帶來新希望。

我國通過 “產(chǎn)學(xué)研醫(yī)” 協(xié)同創(chuàng)新模式，加速生物醫(yī)用材料從實(shí)驗(yàn)室到臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。高校與科研機(jī)構(gòu)專注于基礎(chǔ)研究與材料創(chuàng)新，企業(yè)負(fù)責(zé)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)與市場推廣，醫(yī)療機(jī)構(gòu)提供臨床需求反饋與驗(yàn)證平臺(tái)，各方緊密合作，推動(dòng)我國生物醫(yī)用材料技術(shù)水平不斷提升，逐步打破國外壟斷，造福廣大患者。

三、生物基高性能纖維：紡織新材領(lǐng)航升級

生物基高性能纖維作為紡織領(lǐng)域的新興力量，正引領(lǐng)我國傳統(tǒng)紡織產(chǎn)業(yè)向高端化、智能化、綠色化轉(zhuǎn)型升級。

在碳纖維領(lǐng)域，我國已實(shí)現(xiàn)從原絲制備到復(fù)合材料成型的全產(chǎn)業(yè)鏈自主可控。以 PAN 基碳纖維為例，通過優(yōu)化聚合工藝、改進(jìn)紡絲技術(shù)，提高碳纖維的強(qiáng)度與模量，部分產(chǎn)品性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。國產(chǎn)碳纖維廣泛應(yīng)用于航空航天、風(fēng)電葉片、汽車輕量化等高端制造業(yè)。在航空領(lǐng)域，碳纖維復(fù)合材料用于飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼制造，大幅減輕飛機(jī)重量，降低燃油消耗，提高飛行性能；在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，高強(qiáng)度碳纖維葉片能夠捕捉更多風(fēng)能，提升發(fā)電效率，推動(dòng)清潔能源發(fā)展。

蜘蛛絲仿生纖維是生物基高性能纖維的創(chuàng)新亮點(diǎn)。我國科研團(tuán)隊(duì)通過基因工程技術(shù)，模擬蜘蛛吐絲過程，將重組蜘蛛絲蛋白紡制成纖維。這種仿生纖維具有超高的強(qiáng)度、韌性與彈性，優(yōu)于傳統(tǒng)天然纖維與部分合成纖維。在高端運(yùn)動(dòng)裝備領(lǐng)域，蜘蛛絲仿生纖維制成的運(yùn)動(dòng)服裝，不僅輕盈透氣，還具備出色的拉伸回彈性，能有效提升運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)；在軍事防護(hù)方面，用于制作防彈衣、降落傘等裝備，在保證防護(hù)性能的同時(shí)，減輕負(fù)重，提高作戰(zhàn)靈活性。

為促進(jìn)生物基高性能纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我國加大對基礎(chǔ)研究的投入，支持科研團(tuán)隊(duì)攻克關(guān)鍵技術(shù)難題；建設(shè)產(chǎn)業(yè)集群，如江蘇、山東等地形成碳纖維產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)，匯聚上下游企業(yè)，共享技術(shù)、人才與市場資源；鼓勵(lì)企業(yè)開展國際合作，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)與管理經(jīng)驗(yàn)，提升產(chǎn)業(yè)國際競爭力，讓生物基高性能纖維在全球舞臺(tái)綻放光彩。

四、生物制造 3D 打印材料：定制制造的創(chuàng)新引擎

生物制造 3D 打印技術(shù)的興起，為個(gè)性化、復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品制造提供了全新解決方案，與之配套的 3D 打印材料成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心要素。

在金屬 3D 打印材料領(lǐng)域，我國研發(fā)出多種適用于激光選區(qū)熔化（SLM）、電子束熔化成型（EBM）等工藝的高性能合金粉末。如鎳基高溫合金粉末，用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件的 3D 打印制造，其精細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)與優(yōu)異的力學(xué)性能，滿足高溫、高壓服役環(huán)境要求。通過 3D 打印技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜冷卻通道的一體化成型，提高熱交換效率，提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能。

生物活性陶瓷 3D 打印材料為骨組織工程帶來變革�；�于磷酸鈣系列陶瓷的 3D 打印材料，可根據(jù)患者骨缺損部位的 CT 數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)構(gòu)建個(gè)性化的骨修復(fù)支架。支架內(nèi)部具有多孔結(jié)構(gòu)，模擬天然骨小梁，有利于營養(yǎng)物質(zhì)傳輸與細(xì)胞生長，加速骨愈合過程。在臨床實(shí)踐中，已成功應(yīng)用于頜面骨缺損修復(fù)、脊柱融合手術(shù)等復(fù)雜病例，為患者提供更精準(zhǔn)、高效的治療方案。

此外，可降解聚合物 3D 打印材料拓展了 3D 打印在醫(yī)療、消費(fèi)等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。以聚己內(nèi)酯（PCL）為代表的可降解聚合物，可用于 3D 打印定制化的藥物緩釋裝置、組織工程支架，以及時(shí)尚創(chuàng)意產(chǎn)品。在醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)生能夠根據(jù)患者病情，利用 PCL 材料 3D 打印出個(gè)性化的藥物控釋載體，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)給藥；在消費(fèi)市場，3D 打印的個(gè)性化飾品、家居用品，滿足消費(fèi)者追求獨(dú)特、環(huán)保的需求，激發(fā)創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)活力。

我國通過搭建生物制造 3D 打印材料研發(fā)平臺(tái)，匯聚高校、科研院所、企業(yè)的創(chuàng)新力量，加強(qiáng)材料研發(fā)與 3D 打印工藝的協(xié)同創(chuàng)新。舉辦各類 3D 打印大賽、展覽，推廣應(yīng)用成果，培養(yǎng)專業(yè)人才，推動(dòng)生物制造 3D 打印材料產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，賦能多領(lǐng)域創(chuàng)新變革。

我國生物制造在材料科學(xué)領(lǐng)域的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)布局緊扣時(shí)代脈搏，從生物基可降解材料的綠色擔(dān)當(dāng)，到生物醫(yī)用材料的生命守護(hù)；從生物基高性能纖維的產(chǎn)業(yè)升級驅(qū)動(dòng)，到生物制造 3D 打印材料的創(chuàng)新賦能，全方位推動(dòng)材料科學(xué)邁向高性能、可持續(xù)發(fā)展之路，為我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、人民生活品質(zhì)提升奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有望在全球材料科技競爭中脫穎而出，書寫屬于中國的輝煌篇章。