愛迪生獎／複合再生韌帶 讓人工纖維與組織共生

【整理／凃心怡】

比賽進入最後關頭，球員高速衝刺、急停轉身，下一秒，一聲清脆的「啪」響起，膝蓋劇痛襲來……這是許多運動員最害怕的瞬間，前十字韌帶斷裂。

對人體而言，韌帶是維持關節穩定的關鍵結構，一旦斷裂，患者不僅行動受限，甚至可能影響一生的運動能力。目前，全球每年估計有近百萬例膝關節前十字韌帶重建手術，但半世紀以來，醫界始終未能找到兼具強度與生物整合能力的理想材料，如今，一項來自臺灣的創新技術試圖提出解答。

工研院生醫與醫材研究所、材料與化工研究所、紡織產業綜合研究所合作開發的「複合再生韌帶」，透過材料科學、生醫工程與紡織技術等跨域整合，打造能促進組織再生的人工韌帶。這項技術已在2025年榮獲全球百大科技研發獎（R&D 100 Awards），這次再獲愛迪生獎肯定，成為運動醫學與生醫材料領域關注的突破。

自體VS.人工　韌帶重建的長久難題

工研院生醫與醫材研究所專案副組長蔡佩宜表示，多年來，面對韌帶斷裂，臨床治療多以自體韌帶移植為主要方式，從患者自身的肌腱或韌帶組織取材進行重建。這種方式雖能降低排斥風險，但也意味著必須在身體其他部位取材，增加新的手術傷口與組織負擔，復原期往往較長。

除了自體移植，人工韌帶也成為韌帶重建的另外一個途徑。「市面上的人工韌帶多以聚酯（PET）或聚丙烯（PP）材料製成，在力學強度上足以支撐關節活動，但材料本身較為惰性，與人體組織的整合程度有限。」蔡佩宜解釋，長時間使用後，材料磨損產生的微粒可能引發關節發炎或積水，部分情況甚至需要再次手術更換。

正因如此，醫界對人工韌帶始終保持審慎態度。如何同時兼顧力學強度與生物整合能力，並降低排斥風險，也成為人工韌帶研發過程中最受關注的議題。

三大核心設計　打造更貼近人體的人工韌帶

為了改善傳統人工韌帶，工研院跨領域團隊從材料、結構與生物界面等三大面向重新思考整體的設計。

「要讓人工材料被身體接受，首先要找相容性高且安全無虞的」蔡佩宜指出，團隊透過創新無重金屬製程生產的PET酯粒，於PET原料中添加生物陶瓷，生物陶瓷本是人體骨骼組織的主要成分，骨細胞會自動靠近貼附生長，「將韌帶整個包起來，更接近原生組織。」但PET是有機材，生物陶瓷是無機材，兩者要混合並拉成細絲，還要維持高強度，是很大的挑戰，團隊透過配方與參數的調整，「整整1年才找到黃金比例！」蔡佩宜說。

「結構設計上，團隊也調整編織方式，」蔡佩宜表示，過去人工韌帶多以緊密編織來提升強度，但過密的結構怕細胞長不進去，空隙大了又怕影響強度。研究團隊以高強度的PET為經，生物陶瓷複材為緯，設計出適合組織生長的孔隙結構，為細胞提供生長空間之餘，也讓人工韌帶可承受300公斤以上的力道，足以應付平日運動強度。

最後，為了提升韌帶修復的功效與速度，團隊在韌帶表面塗布膠原蛋白，創造細胞更喜歡生長的環境。隨著細胞逐漸在韌帶表面增殖，整體結構會慢慢形成穩定的生物組織層。

透過材料、結構與表面工程的整合設計，複合再生韌帶可引導細胞與組織生長，與植入物有更好的融合，同時具備夠用的承重力，不用犧牲身上另外一條韌帶，病患再也不用在人工還是自體移植間猶豫不決。

從紡織纖維到高階醫材的躍進

複合再生韌帶造福的不只病患，也為臺灣產業轉型帶來新的想像。臺灣紡織業以機能布料與化纖材料聞名，在全球供應鏈中占有一席之地，近年隨著市場競爭加劇，產業逐漸朝高值化與技術密集型產品發展，而人工韌帶的出現，正為紡織材料開啟新的應用方向。

蔡佩宜表示，研發過程中，工研院串聯新光合纖、台灣百和、睿邑生技與合碩生技等企業，涵蓋化纖、紡織與生醫領域，從材料供應、纖維製程到醫材製造，形成跨紡織與生醫的產業鏈。讓原本價格不到20元的紡織材料，經過技術轉化，成為價值數萬元的人工韌帶產品，使得材料科技的價值益形彰顯。

目前複合再生韌帶已通過醫療器材製造業者品質管理系統（QMS）審核，將持續推進臨床試驗與上市規劃。未來除了膝關節前十字韌帶重建，也有機會應用於肩關節、跟腱等多種軟組織修復領域。

根據統計，全球人工韌帶市場2025年產值估計為5億美元，隨著高齡化與運動習慣普及，預測至2033年可達10億美元，商機可期。這條貌不驚人的小段編織物，不僅可望扭轉病患的人生，更將為臺灣科技、醫療與紡織走出創新之路。