（1）生物醫學材料
膠原蛋白是肌體自然蛋白，對皮膚表面的蛋白質分子具有較大的親和力、較弱的抗原性、良好的生物相容性和生物降解安全性，可降解吸收，粘著力好。由膠原制成的手術縫合線既有與天然絲一樣的高強度，又有可吸收性，在使用時既有優良的血小板凝聚性能，止血效果好，又有較好的平滑性和彈性，縫合結頭不易松散，操作過程中不易損傷機體組織，對創面有很好的黏附性，一般情況下只需較短時間的壓迫就可達到滿意的止血效果。所以膠原蛋白可以制成粉狀、扁狀及海綿狀的止血劑。同時用合成材料或膠原蛋白在血漿代用品、人造皮膚、人工血管、骨的修復和人工骨和固定化酶的載體等方面的研究和應用方面都十分的廣泛。
膠原蛋白分子肽鏈上具有多種反應基團，如羥基、羧基和氨基等，易于吸收和結合多種酶和細胞，實現固定化，它具有與酶和細胞親合性好、適應性強的特點。另外，膠原易加工成型，故純化的膠原蛋白可制成許多不同形式的材料，如膜，帶，薄片，海綿，珠體等，但以膜形式應用的報道最多。膠原制備膜用于生物醫學，除具有生物可降解性、組織可吸收性、生物相容性、弱抗原性外，還主要有：親水性強，抗張強度高，具有類似真皮的形態結構，透水透氣性好；高抗張強度和低延展性決定的生物塑性；官能團多，可進行適度交聯改性，從而可控制其生物降解速度；可調節溶解（溶脹）性；與其它生物活性組分一起使用，具有協同效應；可與藥物相互作用；交聯或酶處理去端肽可使抗原性降低，可隔離微生物，有生理活性，如有血凝作用等優點。同時也存在以下缺點：膠原的分離純化及加工處理復雜，分離的膠原交聯密度、纖維大小等具有多樣性。酶解膠原速度多變，條件難于控制；且純膠原干燥后質地脆，成膜能力并不強，其膜延展性低，易干裂，抗水性差，遇水易溶脹，在體內易降解，潮濕環境中易受細菌侵蝕而變質，此外還可能導致一些副反應，如組織鈣化等。故實際應用中，常常通過一定方法將膠原蛋白改性，通過改性避免膠原蛋白制備材料的缺點，提高膠原的拉伸強度及抗降解能力，降低膨脹率，改善膠原的力學性能與抗水性。
臨床應用形式有水溶液、凝膠、顆粒劑、海綿和薄膜等。同樣這些形狀都可用于藥物緩釋，已獲準上市和正在研發的膠原蛋白藥物緩釋應用大都集中在眼科中抗感染和青光眼治療，創傷中的局部治療及傷口修復的控制感染，婦科的宮頸發育異常和外科的局部麻醉等。 [159]
（2）人體組織
由于膠原蛋白廣布于人體各組織中，系各組織中的重要成分并構成組織細胞外基質（Extracelluarmatrix，ECM），其性質是一種天然的組織支架材料。從臨床應用的角度，人們用膠原蛋白制成各種各樣的組織工程支架，如皮膚、骨組織、氣管和血管支架等。然而以膠原本身而言就有兩大類，即純膠原制備的支架和與其它成分復合而成的復合物支架。純膠原蛋白組織工程支架具有生物相容性好、易加工、可塑性并能促進細胞黏附、增殖等優點，但也有膠原蛋白的力學性能差，在含水時難以塑形，無法支撐組織重建等不足。其次在修復處的新生組織會產生各種各樣的酶，將膠原蛋白水解，導致支架崩解，而采用交聯或復合的方式能改善與提高。現已成功地將膠原蛋白基生物材料用于人工皮膚、人工骨、軟骨移植和神經導管等組織工程產品。有人用嵌入軟骨細胞的膠原蛋白凝膠來修復軟骨缺陷并嘗試用上皮、內皮和角膜細胞附在膠原蛋白海綿以適應角膜組織。還有人混合自體同源的間葉細胞中的莖狀細胞和膠原蛋白凝膠制作肌腱用于腱后修復。
以膠原蛋白為基質作真皮輔以上皮成分構成的組織工程人工皮膚藥物緩釋膠以膠原蛋白為主要成分的給藥系統應用非常廣泛，可以把膠原蛋白水溶液塑造成各種形式的給藥系統，如眼科方面的膠原蛋白保護物、燒傷或創傷使用的膠原海綿、蛋白質傳輸的微粒、膠原蛋白的凝膠形式、透過皮膚給藥的調控材料以及基因傳輸的納米微粒等。此外，還可作為組織工程包括細胞培養系統的基質、人工血管和瓣膜的支架材料等。
（3）皮膚
自體皮膚移植一直是治療二度和三度燒傷的全球標準方法，然而對于嚴重燒傷的病人，缺少合適的可移植的皮膚成了最嚴峻的問題，有人利用生物工程技術通過嬰兒皮膚細胞培育出嬰兒皮膚組織，這種膠原蛋白組織在沒有自體移植的情況下，在3周到18個月不等的時間里可治愈不同程度的燒傷，而且新長出的皮膚也很少表現出肥大增生和抗性。還有人用人工合成的聚-DL-乳酸-羥基乙酸（PLGA）和天然膠原蛋白來培育三維的人皮膚纖維原細胞，結果表明：細胞在合成網狀物上生長更快，而且內外幾乎同步生長，增殖細胞和分泌的胞外基質更均一，把這種纖維植入無皮的大鼠背部，2周后就長出了真皮組織，4周后就長出了上皮組織。