吳小文，劉若蘭，龍海飛

(貴州省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所，貴州 貴陽(yáng) 550004)

基于專利數(shù)據(jù)的碳納米材料生物醫(yī)用技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

吳小文，劉若蘭，龍海飛

(貴州省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所，貴州 貴陽(yáng) 550004)

吳小文

以大為Innojoy專利檢索系統(tǒng)收錄的全球碳納米材料在生物醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的專利作為數(shù)據(jù)源，利用定量、定性、可視化分析方法對(duì)該領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)生命周期、全球?qū)＠季?、申?qǐng)人、關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)功效矩陣進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，碳納米材料生物醫(yī)用技術(shù)集中在骨組織工程、神經(jīng)組織、血管支架、藥物載體、抗腫瘤、生物成像幾大方面，技術(shù)進(jìn)入調(diào)整期，但仍然是全球研發(fā)熱點(diǎn)，并未出現(xiàn)技術(shù)衰退的跡象。中國(guó)在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)數(shù)量排名第一，但是核心專利較少，美國(guó)和日本已在全球布局專利，中國(guó)仍然主要針對(duì)本國(guó)市場(chǎng)。

碳納米材料；碳納米管；富勒烯；石墨烯；生物醫(yī)療；專利分析

1 前 言

伴隨21世紀(jì)納米技術(shù)的興起，納米醫(yī)學(xué)已成為一門(mén)新興熱點(diǎn)學(xué)科，大量的納米技術(shù)、納米材料被應(yīng)用到重大疾病的治療中。碳納米材料是納米材料領(lǐng)域的重要組成部分，主要包括碳納米管、富勒烯、石墨烯、納米鉆石及其衍生物等，由于其獨(dú)特的理化特性，它們?cè)谏镝t(yī)學(xué)領(lǐng)域表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景[1]。本文從專利角度統(tǒng)計(jì)和分析碳納米材料應(yīng)用到生物醫(yī)療領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及全球?qū)＠季智闆r，為我國(guó)該領(lǐng)域?qū)＠麘?zhàn)略布局提供數(shù)據(jù)參考。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

大為innojoy專利檢索系統(tǒng)收錄的中國(guó)專利數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利原文，外國(guó)專利數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)、歐專局、日本、德國(guó)、英國(guó)、韓國(guó)、瑞士等99個(gè)國(guó)家專利著錄信息。文章以大為innojoy專利檢索系統(tǒng)收錄的1985至2014年10月全球碳納米材料在生物醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)專利作為數(shù)據(jù)源，采用關(guān)鍵詞結(jié)合分類號(hào)的方法(檢索策略詳見(jiàn)表1、表2)，共檢出國(guó)內(nèi)相關(guān)專利數(shù)據(jù)900條，國(guó)外相關(guān)專利數(shù)據(jù)788條，經(jīng)過(guò)除重去噪篩選后，得到國(guó)內(nèi)密切相關(guān)專利數(shù)據(jù)382條，國(guó)外相關(guān)專利數(shù)據(jù)590條。由于專利公開(kāi)有18個(gè)月的延遲性，因此2014、2015年的專利數(shù)據(jù)僅供參考。

表1 中國(guó)專利檢索策略

表2 國(guó)外專利檢索策略

3 全球碳納米材料生物醫(yī)用技術(shù)專利情況

3.1 技術(shù)生命周期

將碳納米材料生物醫(yī)用技術(shù)專利申請(qǐng)人和申請(qǐng)量按照年度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的技術(shù)生命周期(見(jiàn)圖1)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果將碳納米材料在生物醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)劃分為萌芽期(1991～1999年)、快速發(fā)展期(2000～2004年)、技術(shù)調(diào)整期(2005至今)三個(gè)階段[2]。

1991～1999年，全球碳納米材料生物醫(yī)療應(yīng)用技術(shù)處于新興起步時(shí)期，這一時(shí)期，由于市場(chǎng)發(fā)展還不明朗，只有少數(shù)國(guó)家的申請(qǐng)人參與富勒烯用作藥物活性劑、化妝品成分、磁共振造影劑、疫苗佐劑、光敏劑、神經(jīng)藥物的研究，申請(qǐng)人數(shù)和申請(qǐng)數(shù)量都相對(duì)較少，平均年申請(qǐng)6件左右。該時(shí)期中國(guó)富勒烯生物醫(yī)療應(yīng)用市場(chǎng)是被國(guó)外壟斷的，中國(guó)該領(lǐng)域的研究還未開(kāi)始。

圖1 全球碳納米材料生物醫(yī)用技術(shù)生命周期Fig.1 The technology life cycle of global carbon nano-materials in biomedical field

2000年以后，申請(qǐng)量、申請(qǐng)人數(shù)快速增長(zhǎng)，技術(shù)有了突破性的進(jìn)展，市場(chǎng)不斷擴(kuò)大。隨著世界貿(mào)易組織成員國(guó)的增加，世界各國(guó)紛紛在全球范圍內(nèi)布局該領(lǐng)域?qū)＠技{米材料在生物醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用潛力越來(lái)越大，各國(guó)研究主體也紛紛涌入該領(lǐng)域，除了對(duì)富勒烯進(jìn)行研究外，還開(kāi)始了對(duì)碳納米管、碳納米球的研究。2004年該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)出現(xiàn)了小高峰。這時(shí)期，日本、美國(guó)主要是對(duì)碳納米材料應(yīng)用于腫瘤治療和HIV病毒防治展開(kāi)研究，特別是日本，研究成果顯著，有較明顯的技術(shù)突破。

2005年以后，全球?qū)＠暾?qǐng)量、申請(qǐng)人數(shù)有所起伏，技術(shù)進(jìn)入調(diào)整時(shí)期，市場(chǎng)主體逐步整合，研發(fā)多集中于大型的、有較強(qiáng)研發(fā)實(shí)力的公司和研究機(jī)構(gòu)。但是碳納米材料的醫(yī)療應(yīng)用研究仍然是全球的熱點(diǎn)，隨著英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在2004年從石墨中分離出來(lái)石墨烯以后[3]，各國(guó)開(kāi)始了對(duì)石墨烯層狀結(jié)構(gòu)及其醫(yī)療應(yīng)用的研究。在2012年，該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量達(dá)到歷史最高峰,最明顯的是中國(guó)申請(qǐng)量異軍突起，所占比例不斷增大。

3.2 全球?qū)＠季?/p>

圖2統(tǒng)計(jì)了碳納米材料生物醫(yī)用技術(shù)專利在中國(guó)、歐洲、美國(guó)、韓國(guó)、日本的布局情況。數(shù)據(jù)顯示，該領(lǐng)域中國(guó)專利位列第一，其次是美國(guó)、日本、韓國(guó)，美國(guó)和日本專利布局策略有所不同，在美國(guó)申請(qǐng)的146件專利中，美國(guó)本土申請(qǐng)了144件，基本壟斷了本土市場(chǎng)。同時(shí)，美國(guó)還在歐洲、韓國(guó)、中國(guó)進(jìn)行專利技術(shù)布局，其主要技術(shù)輸出地區(qū)是歐洲，說(shuō)明美國(guó)對(duì)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)都非常重視。在日本申請(qǐng)的99件專利全是歐洲專利局申請(qǐng)的，日本申請(qǐng)人的技術(shù)主要輸出到歐洲、中國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)，說(shuō)明日本主要重視的是國(guó)外市場(chǎng)的開(kāi)拓。而中國(guó)作為該領(lǐng)域主要技術(shù)專利申請(qǐng)大國(guó)，申請(qǐng)量為361件，其中355件專利都在本國(guó)申請(qǐng)，對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家專利的輸出基本為0[4]。

圖2 碳納米材料生物醫(yī)用技術(shù)全球?qū)＠麌?guó)家/地域布局情況Fig.2 Distribution of carbon nano-materials biomedical technology patents in the world

3.3 各國(guó)研發(fā)實(shí)力分析

碳納米材料在生物醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用專利申請(qǐng)主要由中國(guó)、美國(guó)、歐專局、日本、韓國(guó)、俄羅斯6國(guó)申請(qǐng)人提出(如圖3所示)，6國(guó)申請(qǐng)專利占該領(lǐng)域?qū)＠偭康?7.8%，中國(guó)在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)起步較晚，但后來(lái)居上，申請(qǐng)量位列前茅。然而中國(guó)的PCT專利申請(qǐng)量(通過(guò)《專利合作條約》Patent Cooperation Treaty途徑遞交申請(qǐng)的國(guó)際專利數(shù)量)非常少，僅占中國(guó)專利申請(qǐng)總量的0.03%，相反，美國(guó)和日本在該領(lǐng)域申請(qǐng)總量雖不及中國(guó)，但兩國(guó)的PCT專利、多局重要專利量(同一項(xiàng)發(fā)明在各個(gè)國(guó)家受理局提交申請(qǐng)的專利數(shù)量)都高于中國(guó)，占據(jù)本國(guó)專利申請(qǐng)量的很大比例(參見(jiàn)表3)。

圖3 碳納米材料生物醫(yī)用技術(shù)的全球?qū)＠暾?qǐng)人國(guó)家分布Fig.3 Country distribution of patent applicants of carbon nano-materials biomedical technology in the world

No.ApplicantcountryPCTapplicationnumberNumberofmultipleimportantpatentsApplicationnumber1CN8113612EP24242003US35202354KR87665JP232147

3.4 碳納米材料生物醫(yī)療應(yīng)用專利申請(qǐng)人分布

圖4統(tǒng)計(jì)了碳納米材料生物醫(yī)療技術(shù)專利申請(qǐng)量排名前20的申請(qǐng)人情況，中國(guó)有8個(gè)申請(qǐng)人榜上有名。從申請(qǐng)人類型來(lái)看，中國(guó)的主要申請(qǐng)人多集中于大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)，包括清華大學(xué)、鄭州大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所等；而國(guó)外主要申請(qǐng)人多集中在有較強(qiáng)科研實(shí)力的上市企業(yè)和貿(mào)易公司，包括SIXTY INC C(US)、LUNA INNOVATIONS INC(US)、MALLINCKRODT MEDICAL INC(US)、MITSUBISHI CORP(JP)、VITAMIN C60 BIORES CORP(JP)、MATSUBAYASHI KENJI(JP)等[5]。

圖4 碳納米材料生物醫(yī)用技術(shù)前20名專利申請(qǐng)人Fig.4 TOP20 applicants of carbon nano-materials biomedical technology in the world

3.5 中國(guó)碳納米材料生物醫(yī)用技術(shù)專利申請(qǐng)來(lái)源國(guó)家及地區(qū)分布

中國(guó)的碳納米材料生物醫(yī)療應(yīng)用的技術(shù)專利來(lái)源國(guó)除中國(guó)本土外，還有日本、美國(guó)、德國(guó)、俄羅斯、韓國(guó)等10個(gè)國(guó)家，說(shuō)明碳納米材料生物醫(yī)療應(yīng)用技術(shù)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，其它世界各國(guó)都紛紛申請(qǐng)中國(guó)專利，搶占中國(guó)市場(chǎng)[3]。中國(guó)本土申請(qǐng)人來(lái)源于全國(guó)各地，但絕大部分分布在北京、上海、廣東、江蘇等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份(如圖5)。

圖5 中國(guó)碳納米材料醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用相關(guān)專利申請(qǐng)人省份分布Fig.5 China’s province distribution of patent applicants of carbon nano-materials biomedical technology

3.6 中國(guó)市場(chǎng)碳納米材料生物醫(yī)用關(guān)鍵技術(shù)

當(dāng)前在生物醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的碳納米材料主要是碳納米管、碳納米纖維、碳納米球、石墨烯、富勒烯及其衍生物等。應(yīng)用領(lǐng)域主要包括組織工程(骨組織/神經(jīng)組織)、藥物載體、抗腫瘤、生物傳感、生物成像幾大方面(見(jiàn)表4)。

表5利用專利功效矩陣的方法統(tǒng)計(jì)了中國(guó)市場(chǎng)上不同形態(tài)碳納米材料應(yīng)用到不同生物醫(yī)療領(lǐng)域中的專利數(shù)量，因?yàn)椴煌螒B(tài)碳納米材料之間有交叉，所以此處統(tǒng)計(jì)的專利總量高于中國(guó)專利申請(qǐng)量，統(tǒng)計(jì)結(jié)果為0的表示該領(lǐng)域未見(jiàn)專利申請(qǐng)，從專利角度揭示了某一類型碳納米材料在某種疾病治療上的專利布局屬于空白，相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)和個(gè)人可以找準(zhǔn)技術(shù)空白點(diǎn)進(jìn)行研究，這種方法可以避免重復(fù)研究造成的侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)[6]。

表4 不同類型碳納米材料在生物醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用情況

表5 納米碳材料在生物醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用專利功效矩陣

4 結(jié)論與建議

對(duì)碳納米材料生物醫(yī)用技術(shù)的相關(guān)專利的技術(shù)生命周期進(jìn)行分析，得出全球該領(lǐng)域技術(shù)正處于調(diào)整期，這并不表示該領(lǐng)域技術(shù)即將衰退，而是經(jīng)歷了幾年的快速發(fā)展后，各界開(kāi)始重新定位碳納米材料生物醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展。在不久的將來(lái)，碳納米材料生物醫(yī)療技術(shù)將會(huì)迎來(lái)一個(gè)新的飛速發(fā)展時(shí)期，而現(xiàn)在正是政府、企業(yè)和高?？蒲袡C(jī)構(gòu)結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)、尋找市場(chǎng)突破口的關(guān)鍵時(shí)期[2]。所以中國(guó)申請(qǐng)人應(yīng)繼續(xù)保持對(duì)本土專利的主動(dòng)權(quán)，借鑒美國(guó)、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家的專利技術(shù)，取其精華，避免重復(fù)研究，同時(shí)充分利用失效專利，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本；此外，進(jìn)一步學(xué)習(xí)這些國(guó)家的專利申請(qǐng)技巧和專利布局策略，提高國(guó)際專利申請(qǐng)的授權(quán)率，對(duì)未來(lái)產(chǎn)品的市場(chǎng)輸出進(jìn)行有效保護(hù)。

從申請(qǐng)人來(lái)看，中國(guó)的申請(qǐng)人多集中于大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)，而國(guó)外的主要申請(qǐng)人多集中在有較強(qiáng)科研實(shí)力的企業(yè)，說(shuō)明我國(guó)在與實(shí)際商業(yè)化應(yīng)用聯(lián)系更緊密的、以企業(yè)為主體的專利申請(qǐng)方面，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比有一定差距。所以中國(guó)該領(lǐng)域技術(shù)研究可采取產(chǎn)學(xué)研合作的模式，充分發(fā)揮企業(yè)市場(chǎng)敏感性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)和高校院所技術(shù)理論研究深入的優(yōu)勢(shì)。此模式在重慶萊美藥業(yè)股份有限公司和四川大學(xué)、華科醫(yī)科大學(xué)之間的合作得到了很好的印證，重慶萊美藥業(yè)股份有限公司與四川大學(xué)、華科醫(yī)科大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作研制了納米碳混懸注射液,申請(qǐng)了PCT專利，已被廣泛臨床應(yīng)用于癌癥的治療當(dāng)中[7-8]。

碳納米材料及其衍生物具有獨(dú)特的理化特性，它們?cè)谏镝t(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，隨著研究的不斷深入，各種碳納米醫(yī)療產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品進(jìn)入人們的生活，但是不同形態(tài)的碳納米材料的醫(yī)療應(yīng)用仍然有技術(shù)空白點(diǎn)可以攻關(guān)。腫瘤疾病是人類健康的最大威脅之一，全球科研人員及企業(yè)應(yīng)該齊心協(xié)力，整合碳納米材料在抗腫瘤研究中的技術(shù)及產(chǎn)品資源，攻關(guān)腫瘤疾病的徹底治療技術(shù)，隨著研究的不斷深入，碳納米材料將極大地造福人類。

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(編輯 惠 瓊 蓋少飛)

Development Trend Analysis of Carbon Nano-Materials in Biomedical Field Based on Patent Data

WU Xiaowen，LIU Ruolan，LONG Haifei

(Guizhou Institute of Science & Technology Information, Guiyang 550004, China)

Based on the patents from Innojoy index on carbon-based nanomaterials biomedical field and the methods of quantitative analysis, qualitative analysis, visualization analysis, analyses are conducted for life cycle of patented technology, global patent distribution, applicant, key technology and technical efficiency matrix. The analysis results show that carbon nano-materials biomedical technology are focused on tissue engineering, medicine carrier, anti-tumor, and biological imaging. The technology enters the adjustment period, and is still a research focus, without any signs of aging. The number of Chinese applications in this field is the highest, but with very few core patents. The United States and Japan have applied for patents in the whole world. However, China mainly focuses on the domestic market.

carbon nano-materials; carbon nanotubes; fullerene; graphene; biomedical application; patent analysis

2015-11-13

貴州省知識(shí)產(chǎn)權(quán)研究項(xiàng)目(黔知研合同[2014]02)

吳小文，女，1989年生，助理館員， E-mail: 864925832@qq.com

10.7502/j.issn.1674-3962.2017.02.10

R318.08

A

1674-3962(2017)02-0149-06