生物3D打印技术行业分析白皮书（第一版）

（第一版） VersionID:20250508 概述 生物3D打印技术概述 生物3D打印技术是一种前沿的制造技术 其结合了生物材料、活细胞以及生化因子，通过逐层精确定位的方式，为体外功能化组织/器官的工程化制造提供强有力的手段。应用领域主要包括组织工程、疾病模型和再生医学等与传统3D打印相比，生物3D打印涉及活细胞的使用。 生物3D打印在技术实现上更为复杂 主要挑战包括生物材料的选择、生物相容性、打印精度和制造效率等。 生物3D打印技术定义和基本流程 定义 生物3D打印技术是一种前沿的增材制造技术，通过层层添加的方式，使用活细胞、聚合物和其他生物材料等生物材料的组合来制造复杂的三维活体组织和器官结构。 特点 ·其核心在于利用计算机三维模型为指导，通过特制的“生物墨水”来构建人造器官和生物医学产品。有望为器官移植和再生医学提供替代方案，有潜力彻底改变医疗治疗的方式。 生物3D打印主要技术 A.挤出式生物打印B.喷墨生物打印C.LIFT生物打印D.液体池光固化生物打印 中国生物3D打印技术发展现状 市场规模持续扩大 技术成熟与应用拓展推动市场增长近年来年增长率保持较高水平，预计未来几年仍将稳定增长 技术创新能力不断增强 新材料、工艺和设备的探索以提高生物打印精度、速度和效率探索并拓展医疗领域应用，如生物组织工程产品 产业链不断完善 上游（生物兼容性材料供应）中游（生物打印机制造）下游（生物打印服务）各环节加强合作与交流，形成协同发展局面 政策支持力度不断加大 政府出台资金扶持、税收优惠、人才培养等政策为行业发展提供保障和支持 行业产业链结构分析 ·产业链上游 ·重点：生物材料、生长因子和细胞等活性材料的研发和生产·材料作为3D生物打印技术的基石，其研发水平直接影响生物打印制品的质量和功能。高质量生物材料能够有效模拟人体组织的结构和性能，为打印出具有生物活性的组织或器官奠定基础。 ·产业链中游 产业聚焦于生物打印设备的制造与生物打印服务的提供。·生物打印设备作为技术核心，其精度、稳定性和易用性直接影响打印效果。生物打印服务作为中游产业的重要组成部分，提供专业的技术支持和解决方案，能够满足客户多样化的需求。 ·产业链下游 下游涵盖了医疗和生物制造领域的广泛应用。医疗领域应用：用于制造各种人工组织和器官，为治疗疾病提供新可能。生物制造领域应用：用于生产生物燃料、生物材料和生物传感器等产品。 生物3D打印市场规模分析 全球市场 ·市场总体特点：市场规模不断扩大，技术日益成熟，应用范围广泛拓展。市场规模预测：据北京研精毕智预测，到2026年，全球3D生物打印机市场规模有望达到94亿美元，年复合增长率高达24.5%。技术与应用进展：3D生物打印技术取得长足进步，应用范围和精度不断提升。科学家已成功打印出高复杂度和精度的功能器官（如心脏、肾脏、肝脏），为医学领域器官移植带来希望，为病患带来福音。未来展望：随着技术不断成熟和完善，有望彻底改变医疗保健领域格局，为更多患者带来福音。 小结 在1993年美国地区就已出现生物3D打印相关技术积累，目前处于技术快速发展期。 ·中国在这块领域中略微落后于全球，自2014年后开始快速增长。 广东相关技术积累最多，其次为江苏、北京、上海和浙江，都处在经济较为发达区域，拥有良好的科研基础和产业配套。 中国在生物3D打印领域的技术积累，后续流向主要局限于中国本土：但美国在非本国的目标市场上比中国要广泛和活跃得多，反映了美国在全球生物3D打印领域的积极扩张和竞争姿态。 在技术所有主体方面，全球范围内，公司占有占比最高，表明商业实体在全球该产业中占据主导地位，但中国的最高占比主体是医院和院校/研究所，反映出相关技术依然有待有效转化。 基于专利导航的重点关注技术方向 技术主题 材料分布 生物墨水 生物墨水 3DScienceValley 3DScienceValley 生物3D打印技术打印部位应用分布 生物3D打印技术打印部位专利申请趋势 3DScienceValley 重点关注权利人分析设备领域 重点关注权利人分析生物墨水领域 序号公开（公告）号标题简单法律状态申请日材料类型用于基于光的生物打印应用的生物墨水水溶液以及使用该PCT指定期内2023-10-20生物墨水1WO2024084040A1生物墨水水溶液的方法WO2023161352A1珊瑚生物墨水PCT指定期内22023-02-23生物墨水biogum和植物胶水凝胶生物墨水，用于体外培养和移植的审中2019-10-25生物墨水3EP3799571A4组织结构的生理3D生物打印4WO202007711BA1双网络生物墨水PCT指定期满2019-10-10生物墨水用于体外培养和移植的人体组织生理3D生物打印的组织PCT指定期满2018-12-21生物墨水5WO2019122351A1特异性人体生物墨水用于修复肾缺损的3D生物打印生物墨水的制备和应用，基有效2017-10-27生物墨水6US11648336B2于具有天然或合成磷酸钙颗粒的纤维素纳米纤维水凝胶 重点关注权利人分析生物墨水领域 3DScienceValley www.3dsciencevalley.com 重点关注权利人分析具体打印部位应用 近几年具体打印部位应用典型专利 3DScienceValley www.3dsciencevalley.com 重点关注权利人分析具体打印部位应用 具体打印部位应用专利区域布局以及法律状态 序号公开（公告）号JP2024096121A2US20240173459A73CN113365799A4CN109803691A 近几年具体打印部位应用典型专利 3DScienceValley www.3dsciencevalley.com 小结 生物3D打印细分技术中，材料相关积累最受关注，工艺次之，设备相关积累最少。 打印材料技术积累中，医用高分子材料技术积累最多，其次为生物墨水、金属材料非金属材料分布居第二、三、四位。 生物墨水技术积累的最早地区是美国。中国在2015年前后技术积累迅速增长，并在2021年到达顶峰。展现了较大的发展潜力。 从应用场景上，骨组织、血管、皮肤和心脏，分别占据了技术积累的前四位。但肝脏和肾脏领域的积累较少。 设备相关积累来看，打印机注射器模块、腔室环境控制装置、印刷表面温度和自动调平等功能，占据该领域技术积累前四位。 全球头部公司的技术积累上，主要集中在再生皮肤组织、肾毒性评估及疾病模型新型血管构建、三维肝脏构建、软骨半月板和3D淋巴器官构建等方面。我国在这方面积累有待提升。 未来超势和建议一以血管打印为例 3DScienceVlley www.3dsciencevalley.com 血管打印的发展趋势 新技术出现和传统技术不断送代 打印出的人工血管及血管化组织，结构更加精细且与真实生物体高度相似。 材料研究进展推动技术革新 开发更符合血管打印需求的生物材料。提高血管打印或器官血管化中使用材料的生物相容性，降低免疫原性并增强耐用性。 应用场景需求催生个性化产品和服务 通过个性化定制血管和血管化组织，提高治疗的精准性和效率，显著提升疗效 ScienceValley3DS 血管打印的发展趋势 天然材料 需要上下游产业集群的富集需要品控和标准化的建立·需要行业协会和行业标准 合成材料 需要成熟化生产体系的建立（国产替代）需要接轨国际化产品的标准（至少行业标准），需要上下游企业的联动满足个性化需求 复合材料 逐步完善以上体系中，逐步拓展复合材料体系满足个性化应用场景建立每个复合材料体系的行业标准 自前行业发展面临的主要问题及发展建议 目前行业发展面临的主要问题 上海具备高水平基础和创新团队，但基础研究暂未形成合力，吸需形成引领性的技术集群和产业布局，并明确重要发展方向。 将生物3D打印新技术实际应用于临床医学，缺之准入标准，制约其推广和患者受益，函待探索与临床探索合作新模式和统一标准。 生物3D打印技术发展依赖多学科交叉，驱需专项资金引导支持。 上海在生物3D打印技术的创新方向可以聚焦以下几个关键点： 一是多材料和多工艺融合打印，以实现复杂异质组织的精确构建二是提高打印精度和效率，开发新的生物3D打印使能技术三是功能化组织器官的构建，推动大尺度、功能化的组织器官打印四是疾病模型和药物筛选，利用生物3D打印技术构建疾病模型，用于药物研发和毒性试验：五是微生理系统和器官芯片，发展3D打印的微流控芯片，实现多器官模拟。 同时，应探索与人工智能、大数据等领域的深度融合，实现更智能化、自动化的打印过程，并与生物科技、制药等应用场景深度合作，推动药物研发和疾病治疗的进步。 当前类器官技术已广泛应用于临床前药物筛选，并逐步成为新药开发流程中的重要工具。然而传统类器官培养方法多依赖来源不明、批次差异显著的动物源基质胶，限制了类器官模型的可重复性与产业化能力 生物3D打印作为一种具有高度可控性与自动化潜力的工程手段，能够在空间维度精确构建组织结构，并通过组织特异性生物墨水模拟不同类型的组织外基质，实现类器官微环境的仿生重构。提升类器官的结构稳定性、生理相关性与功能表现，同时也为标准化、高通量的制备流程奠定基础 建议未来可重点关注工程化技术与类器官模型的融合应用，推动制定统一的制备标准及质量评价体系，进一步强化我国在新型药物评价模型领域的技术领先地位 自前上海市针对该领域的专项支持仍较为稀缺，相关基金多集中于材料科学、医学工程或人工智能等方向，生物3D打印通常为其中一个子项目，难以支撑生物3D打印从技术突破到广泛应用的全过程。高校团队、企业均面临转化资源短缺、基础研究支撑不足，难以支撑大规模、系统性的技术开发与临床验证。 建议设立生物3D打印专项项目或交又创新专项，引导高校、医院与企业组成联合体，围绕关键工艺标准、生物墨水体系构建、仿生模型功能验证等关键问题开展联合攻关，助力颠覆性技术的发展，推动技术逐步成熟并实现产业落地。 应组织行业专家、学术机构和企业代表，形成跨学科的标准制定委员会，深入研究生物3D打印技术的核心参数，如材料生物相容性、打印精度和成品质量等，制定出符合国际前沿的标准。 结合行业特性，考虑到个体化医疗和再生医学的特殊需求，应建立相应的安全性和有效性评估标准为研发和市场准入提供明确的指导 应积极推动这些标准的落地实施，通过政策激励和市场监督，确保行业的技术水平和产品质量不断提升，促进企业之间的公平竞争，进一步吸引投资，推动上海在全球生物3D打印技术领域的领导地位。 在上游，鼓励生物材料供应商、细胞和生长因子研发机构与中游的3D打印设备制造企业加强信息交流，针对市场需求共同开发高性能、创新性材料与设备，以实现材料与技术的无缝对接 在中游和下游之间，建议建立实验与应用示范平台，让生物打印服务提供商与医疗机构开展合作，集中进行样品测试、临床应用验证和市场反馈，促进技术到应用的快速转化。 此外，政府可以通过政策引导、研讨会和行业展会，鼓励对接和交流，促进企业间的合作与共享，形成从原材料到设备生产再到市场应用的闭环，从而提升整个产业链的效率和竞争力，推动上海生物3D打印技术向更高水平发展。 BDScienceValley 三维科学，无限可能 “为行业提供深具国际影响力的增材制造咨询及媒体内容营销服务平台。 3D科学谷 Provide the industry AM consultingserviceandcontent marketing service withinternational influence. 3DScience 本白皮书由《战略前沿领域发展现状、趋势与技术路线图研究一聚焦生物3D打印》课题组完成获上海市科学技术委员会“科技创新行动计划资助。 基于专利导航相关数据由上海恒锐知识产权服务有限公司提供，数据