摘要：DNA存儲領(lǐng)域是一種融合DNA和存儲介質(zhì)的新興技術(shù)，已引起各國家、企業(yè)和高校的關(guān)注與研究。本文以智慧芽專利庫檢索得到DNA存儲領(lǐng)域?qū)＠鳛檠芯炕A(chǔ)，從專利視覺，對DNA存儲領(lǐng)域的專利申請趨勢、技術(shù)分布、技術(shù)主題以及申請人進(jìn)行梳理分析，以期為相關(guān)企業(yè)和高校在DNA存儲領(lǐng)域的專利布局提供借鑒。

關(guān)鍵詞：DNA存儲；存儲介質(zhì)；專利分析；專利3D地圖

一、引言

近二十年來，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)蓬勃發(fā)展，帶來數(shù)據(jù)量指數(shù)級增長。國際數(shù)據(jù)公司統(tǒng)計(jì)，2018年全球數(shù)據(jù)總量已經(jīng)達(dá)到了33ZB，2025年預(yù)測將達(dá)到163ZB[1]。然而，目前主流存儲介質(zhì)發(fā)展與生產(chǎn)速度明顯滯后于數(shù)據(jù)量的增長[2]。海量數(shù)據(jù)的拷貝、傳輸和保存也面臨巨大的挑戰(zhàn)。因此，亟需一種新型存儲介質(zhì)以應(yīng)對上述挑戰(zhàn)。

脫氧核糖核酸DNA作為遺傳信息存儲載體[3]，利用腺嘌呤A、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C和鳥嘌呤G四個(gè)堿基組成代碼進(jìn)行存儲，具備存儲密度高、維護(hù)能耗低、保存壽命長等優(yōu)勢[3-6]。因此，DNA存儲在數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域成為一種極具吸引力的存儲介質(zhì)。

DNA存儲是利用DNA作為介質(zhì)，將數(shù)字信息在二進(jìn)制碼、四進(jìn)制堿基序列和實(shí)際DNA片段之間的轉(zhuǎn)化與流動(dòng)[7-8]；DNA存儲領(lǐng)域主要包括[9]：①編碼：將數(shù)字信息通過編碼映射成A/T/C/G堿基序列，包括壓縮、糾錯(cuò)和轉(zhuǎn)換3個(gè)流程。②合成：通過人工合成技術(shù)包括第一代化學(xué)合成法[10-11]、第二代微陣列DNA合成法[12]和第三代酶合成法[13]，按照順序得到DNA片段。③存儲：將DNA片段選擇合適載體如體內(nèi)或體外存儲。④檢索：利用特異性雜交技術(shù)如基于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)PCR或磁珠分離技術(shù)，同特定引物序列提取DNA分子。⑤測序：利用基因測序技術(shù)包括第一代Sanger法[14]、第二代大規(guī)模平行測序法及第三代單分子測序法[15-16]，對提取的DNA分子測序得到DNA序列。⑥解碼：將DNA序列信息解碼轉(zhuǎn)換回原始數(shù)字信息[17-18]。

基于上述背景，本文將以DNA存儲作為研究對象，結(jié)合專利數(shù)據(jù)對全球范圍內(nèi)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢、技術(shù)分類、技術(shù)主題以及申請人分布等多方面，結(jié)合圖表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，旨在為DNA存儲領(lǐng)域方面的專利布局提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。

二、DNA存儲領(lǐng)域的專利技術(shù)分析

（一）數(shù)據(jù)庫的選擇

智慧芽專利數(shù)據(jù)庫收錄了全球158個(gè)國家/地區(qū)，總數(shù)超過1.7億余條專利數(shù)據(jù)，每天實(shí)時(shí)更新以及對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行全面深加工，能夠協(xié)助用戶完成各類專業(yè)分析動(dòng)作，滿足用戶深度的專利分析需求。

（二）檢索要素選擇

本文基于智慧芽專利數(shù)據(jù)庫，檢索日期為2022年8月16日，由于DNA存儲屬于新型技術(shù)，數(shù)據(jù)量較小，直接采用中英文關(guān)鍵詞，使用檢索式：脫氧核糖核酸or DNA or Deoxyribonucleic Acid進(jìn)行專利檢索，利用PatSnap同族智能去重，手動(dòng)去除無關(guān)、異常等數(shù)據(jù)，最終得到5476條檢索結(jié)果。

（三）專利申請發(fā)展趨勢

不同年份的專利申請量能夠反映出該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢[19]。根據(jù)事物發(fā)展的普遍規(guī)律，專利技術(shù)數(shù)據(jù)同樣可以分為四個(gè)階段，即技術(shù)萌芽時(shí)期、技術(shù)成長時(shí)期、技術(shù)成熟時(shí)期、技術(shù)衰退時(shí)期[19-20]。發(fā)明專利保護(hù)期限為20年，專利數(shù)據(jù)從申請到公布最長存在18個(gè)月延遲，因此2021-2022年專利數(shù)據(jù)存在不完整，僅供參考。綜上所述，本文將時(shí)間限定在2000-2022年進(jìn)行檢索，以便全面地獲取此領(lǐng)域的專利數(shù)據(jù)。

圖1是DNA存儲領(lǐng)域?qū)＠暾堏厔?。可知，DNA存儲領(lǐng)域的整體專利申請一直處于增長趨勢?？傮w可以分為兩個(gè)階段，第一階段在2000-2012年，屬于緩慢增長階段即技術(shù)萌芽時(shí)期，從最初的24件經(jīng)過12年緩慢增長到154件，這與當(dāng)時(shí)的DNA存儲領(lǐng)域技術(shù)不成熟以及未引起政府和科學(xué)界的重視有關(guān)。第二階段從2013年至今，屬于快速增長階段即技術(shù)成長期，從2013年的228件到2020年的691件只經(jīng)歷7年時(shí)間，專利申請量明顯增多。其原因一方面是2012年哈佛大學(xué)Church課題組發(fā)表論文，介紹如何使用DNA來存儲一本書[21]，2013年歐洲生物信息學(xué)研究所Goldman等發(fā)表論文，證實(shí)利用DNA存儲多媒體文件同時(shí)引入糾錯(cuò)機(jī)制[22]，引發(fā)科學(xué)界對DNA存儲領(lǐng)域巨大關(guān)注，另一方面是世界各國陸續(xù)開始實(shí)施多項(xiàng)促進(jìn)DNA存儲領(lǐng)域發(fā)展的政策手段。綜上所述，可以預(yù)見，在技術(shù)與政策的驅(qū)動(dòng)下，DNA存儲研究已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展期，在未來很長一段時(shí)間內(nèi)，專利申請量會一直處于穩(wěn)步上升，并最終推動(dòng)進(jìn)入技術(shù)成熟期。

（四）專利技術(shù)分類排名

IPC分類號是根據(jù)專利申請涉及的技術(shù)方案所屬的領(lǐng)域來確定的，通過分類號可以粗略地確定專利申請內(nèi)容，大致反映專利所涉及技術(shù)主題。因此，分析某領(lǐng)域內(nèi)專利涉及的所有IPC分類號以及這些IPC分類號下專利申請量，就能得出該領(lǐng)域的技術(shù)構(gòu)成以及該領(lǐng)域內(nèi)申請人關(guān)注的技術(shù)方向[23]。

圖2是DNA存儲領(lǐng)域IPC前10大類。DNA存儲領(lǐng)域，專利申請主要集中在C12即生物化學(xué)、啤酒、烈性酒、果汁酒、醋、微生物學(xué)、酶學(xué)、突變或遺傳工程，G06即計(jì)算，推算或計(jì)數(shù)這2個(gè)大類，這2個(gè)領(lǐng)域的專利申請量占比高達(dá)64%。其余包括G01即測量、測試；G16即特別適用于特定應(yīng)用領(lǐng)域的信息通信技術(shù)[ICT]；A61即醫(yī)學(xué)或獸醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生學(xué)等。

（五）專利技術(shù)主題分布圖

利用智慧芽專利數(shù)據(jù)庫的專利聚類和3D專利地圖分析功能，結(jié)合NBER標(biāo)簽，對DNA存儲領(lǐng)域做進(jìn)一步智能分析。在3D專利地圖中，按粉紅色、深灰色、淺灰色、白色代表該技術(shù)區(qū)域內(nèi)專利申請數(shù)量逐級遞減。粉紅色表明專利數(shù)量最密集，涉及該技術(shù)主題的專利申請量最多，是技術(shù)研發(fā)的熱點(diǎn)[24]。白色表明專利數(shù)量最稀少，涉及該技術(shù)主題的專利申請量最少，是研發(fā)技術(shù)的空白點(diǎn)[24]。

圖3是DNA存儲領(lǐng)域的3D專利地圖?？芍?，DNA存儲領(lǐng)域的3D專利地圖有多達(dá)10處粉紅色，其中有8處都涉及生物技術(shù)、有4處涉及計(jì)算機(jī)硬件&軟件，這與之前IPC大類主要分布在C12和G06相吻合；技術(shù)主題具體包括化學(xué)、核技術(shù)、測量&測試、信息存儲等，這也與之前分類號G01、A61以及G16的分布情況也是一致的。

這說明目前DNA存儲領(lǐng)域發(fā)展呈多樣化，觸及的6個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)即編碼、合成、存儲、檢索、測序和解碼均在齊頭并進(jìn)的快速發(fā)展布局，這也說明DNA存儲領(lǐng)域已引起各方持續(xù)關(guān)注，呈現(xiàn)出創(chuàng)新活躍度增高、創(chuàng)新能力加強(qiáng)的現(xiàn)象。

（六）專利申請人專利量排名

專利申請人擁有專利申請量的多少，某種程度上反映其在此技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新水平[20]。圖4是DNA存儲領(lǐng)域的主要申請人。從申請量排名來看，排名前10的申請人，有4位中國申請人，值得注意，第1位是深圳華大基因，這表示中國企業(yè)已在DNA存儲領(lǐng)域開始布局，目前發(fā)展趨勢良好。從申請人類型來看，企業(yè)與高校申請人平分秋色。國外主要以企業(yè)為主包括美國生物科技公司億明達(dá)，而國內(nèi)主要集中在高校如中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，由此可以判斷出國內(nèi)外申請人在DNA存儲領(lǐng)域側(cè)重方向不同，國外申請人更重視將其盡可能商業(yè)化，以獲得經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而中國申請人技術(shù)主要集中在理論研究與實(shí)驗(yàn)階段。

（五）專利申請國家排名

專利申請國家的排名可以反映該國家/地區(qū)的發(fā)展前景。專利申請量越多，意味著該技術(shù)在該國家的發(fā)展前景越廣闊，也在一定程度代表該技術(shù)在該國家的重視創(chuàng)新程度越高。

圖5是DNA存儲領(lǐng)域?qū)＠暾垏遗琶厔??？芍?，中國以絕對優(yōu)勢列為第一，美國緊隨其后。申請人在專利布局時(shí)，將中國和美國作為重點(diǎn)國家，歐洲例如荷蘭、德國、英國等國家由于其知識產(chǎn)權(quán)發(fā)展相對成熟，也是申請人專利申請的重點(diǎn)區(qū)域。

根據(jù)圖5的數(shù)據(jù)量計(jì)算，可知中國專利申請量遠(yuǎn)超其他地區(qū)的申請量總和。這表明，中國專利申請量主要是依靠中國申請人來實(shí)現(xiàn)，具體而言，中國申請人主要是在中國進(jìn)行專利申請，并未在海外國家/地區(qū)進(jìn)行專利布局。這可能跟中國申請人主要是高校研究院有關(guān)，高校研究院一般選擇國內(nèi)專利申請作為其研究成果，而其海外研究成果則主要選擇在海外期刊發(fā)表期刊，并無進(jìn)行國外專利申請的意識。

三、結(jié)束語

本文通過2000-2022年DNA存儲領(lǐng)域?qū)＠暾堏厔?、技術(shù)分類排名、技術(shù)分類分布圖、申請人排名以及申請國家/地區(qū)排名進(jìn)行研究分析，得出如下結(jié)論：

抓住機(jī)遇：從專利申請趨勢來看，目前DNA存儲領(lǐng)域?qū)儆谝环N新型技術(shù)，不同于傳統(tǒng)技術(shù)，該領(lǐng)域發(fā)展還處在技術(shù)成長期，將來會有源源不斷的藍(lán)海領(lǐng)域被發(fā)現(xiàn)。因此，中國申請人應(yīng)當(dāng)抓住一切可能的機(jī)遇，提高技術(shù)研發(fā)實(shí)力，爭取成為全球技術(shù)發(fā)展的領(lǐng)頭羊。

加強(qiáng)布局：從專利申請國家排名來看，DNA存儲領(lǐng)域，中國和美國是全球最大的目標(biāo)市場，然而中國申請人很少在海外市場布局。因此，中國申請人要提高專利布局意識，積極在海外國家進(jìn)行專利申請，借此發(fā)展和提升在海外國家的競爭力和市場潛力。

提高效益：從專利申請人類型來看，DNA存儲領(lǐng)域，中國專利權(quán)人主要是高校，目前各大高校普遍存在大量專利申請閑置，沒有投入商業(yè)用途，無法帶來經(jīng)濟(jì)效益。而企業(yè)則存在研發(fā)能力一般，缺乏基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的問題。因此，促進(jìn)企業(yè)與高校合作，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，將專利技術(shù)盡可能轉(zhuǎn)變成經(jīng)濟(jì)力量，讓專利發(fā)揮其應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)作用。

作者單位：吳瓊樂 國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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吳瓊樂（1988-），女，碩士，國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心，專利審查員，研究方向：數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域。