賴鵬飛 劉蘭菊 王學(xué)琴 張潔品 深圳市愛康生物科技股份有限公司 （廣東 深圳 518118）

內(nèi)容提要： 血型檢測在臨床輸血中十分重要，是避免因血型不匹配的血液輸入體內(nèi)而發(fā)生免疫排異、產(chǎn)生溶血反應(yīng)的有效方式。而采用自動化、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的血型分析儀可大批量快速檢測血型，提高血型檢測效率和準(zhǔn)確率。文章對全球血型分析儀的專利進(jìn)行檢索分析，從血型分析儀整機(jī)、類型、加樣及判讀等機(jī)械模塊和微柱凝膠法、微孔板法等方法學(xué)角度進(jìn)行專利情報(bào)分析，闡明血型分析儀的技術(shù)分布及核心技術(shù)研發(fā)方向，以期對我國血型儀器的研發(fā)提供技術(shù)指引和參考。

1900年奧地利Karl Landsteiner發(fā)現(xiàn)A、B、O型3種血型，1902年Decastello Sturli發(fā)現(xiàn)AB血型，1940年Rh血型系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)，奠定了ABO血型分類與Rh血型結(jié)合判定用血匹配度的基礎(chǔ)[1,2]。目前，為保障臨床用血的安全性，通常在用血前，臨床輸血科及檢驗(yàn)科對血液和患者進(jìn)行ABO血型鑒定、Rh血型鑒定、交叉配血試驗(yàn)等，確保血液樣品與患者的血型相匹配[3]。血型研究在臨床輸血、新生兒溶血、器官移植等方面十分重要，血型檢測是避免血型不匹配的血液輸入體內(nèi)而發(fā)生免疫排異、產(chǎn)生溶血反應(yīng)的有效方式[4,5]。而采用自動化、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的血型分析儀可大批量快速檢測血型，提高血型檢測效率和準(zhǔn)確率[6-8]。

血型檢測采用抗原抗體反應(yīng)的免疫學(xué)原理，將血液樣本分別與已知的不同血型的血清混合在一起，通過凝集反應(yīng)來鑒定血型。早期血型檢測采用手工法檢測，檢驗(yàn)人員根據(jù)血液與血清的反應(yīng)載體不同，分為玻片法、紙片法和試管法，隨著機(jī)械化、自動化的發(fā)展，逐漸采用半自動血型檢測分析儀和全自動血型分析儀，配合自動化儀器使用的微孔板法和微柱凝膠法等檢測方法應(yīng)運(yùn)而生。本次血型分析儀的專利分析，按照方法學(xué)將專利聚類為微柱凝膠法、微孔板法、試管法、卡片法/玻片法、微流控芯片法等，分別對不同類型的專利技術(shù)進(jìn)行分析研究。

全自動血型分析儀可以自動完成標(biāo)本、試劑的條碼閱讀、加樣、加試劑、孵育、離心、振蕩和判讀等步驟，因此，本次血型分析儀專利技術(shù)研究從功能模塊角度，將血型分析儀專利從加樣、混勻、抓手、穿刺、孵育、離心、判讀、微機(jī)系統(tǒng)等方面進(jìn)行技術(shù)歸類，關(guān)于同時(shí)涉及上述三個(gè)及以上模塊的則歸類為整機(jī)技術(shù)。

1.檢索及數(shù)據(jù)說明

從血型分析儀整機(jī)、血型、穿刺、離心、孵育、判讀以及申請人、分類號（G01N33/80、B25J）等方向歸納關(guān)鍵詞，構(gòu)建檢索式，并通過黑馬天啟himmpat數(shù)據(jù)庫檢索全球范圍內(nèi)相關(guān)專利，檢索終止時(shí)間為2022年11月10日。共檢索出專利3621項(xiàng)，1366組，逐一閱讀標(biāo)引去噪得到與血型分析儀相關(guān)的專利共有759項(xiàng)，427組。

此處對本文中出現(xiàn)的術(shù)語，給出解釋。

項(xiàng)：同一個(gè)發(fā)明專利會存在兩個(gè)文本，分別為授權(quán)前的公開文本和授權(quán)后的授權(quán)文本，通過申請?zhí)柡喜⒌玫秸嬲膶＠?，?項(xiàng)專利為1個(gè)專利方案。統(tǒng)計(jì)專利申請趨勢、各個(gè)國家專利分布時(shí)，采用申請?zhí)栍?jì)數(shù)（項(xiàng)）。

組：同一個(gè)專利技術(shù)可能在多個(gè)國家或地區(qū)提出專利申請，則在進(jìn)行專利技術(shù)標(biāo)引、技術(shù)分析以及專利技術(shù)統(tǒng)計(jì)時(shí)，采用專利數(shù)據(jù)庫中合并同族（簡單同族和擴(kuò)展同族）的功能，將同一技術(shù)在多個(gè)國家申請的多件專利合并計(jì)為1組專利。

專利族：是基于同一優(yōu)先權(quán)文件，在不同國家或地區(qū)多次申請、公布或批準(zhǔn)的內(nèi)容相同或基本相同的一組專利文獻(xiàn)。在同一個(gè)專利族中，專利族成員以共同的一個(gè)或幾個(gè)專利申請為優(yōu)先權(quán)為簡單專利族。在同一個(gè)專利族中，每個(gè)專利族成員與該組中的至少一個(gè)其他專利族成員至少共同以一個(gè)專利申請為優(yōu)先權(quán)為擴(kuò)展專利族。

2.血型分析儀類型分布

2.1 類型分布

對所有血型分析儀專利技術(shù)所涉及的類型進(jìn)行分類標(biāo)引，繪制出如圖1所示的類型分布圖，由于同一個(gè)簡單同族內(nèi)的專利屬于同一技術(shù)的不同國家申請或地區(qū)申請，故在統(tǒng)計(jì)專利類型時(shí)以合并簡單同族計(jì)數(shù)，更能反映出真實(shí)技術(shù)類型數(shù)量。從圖中能夠看出，現(xiàn)有專利中圍繞微柱凝膠法的專利技術(shù)數(shù)量最多，其次是試管法和微孔板法。這也與血型分析市場上微柱凝膠法逐漸形成主流的市場行情相吻合。此外，改進(jìn)后的卡片法/玻片法也一直受人關(guān)注，近幾年不少研究所和企業(yè)采用微流控微盤作為樣本載體，進(jìn)行血型檢測，這種方法需要的樣本量少，靈敏度高，檢測速度快，促使企業(yè)將微流控芯片法作為研究方向。

圖1.血型分析儀類型分布

由于試管法和卡片法/玻片法的血型檢測技術(shù)較早，多數(shù)專利申請日距今久遠(yuǎn)，存在一些檢測不準(zhǔn)確、自動化程度低等弊端，如今已逐漸被市場放棄，本文選取微柱凝膠法和微孔板法兩種儀器類型下的專利進(jìn)行分析。

2.2 微柱凝膠法

微柱凝膠技術(shù)是獲批美國食品藥品監(jiān)督管理局的血型檢測技術(shù)，具有很強(qiáng)的特異性和靈敏性，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性高，易于標(biāo)準(zhǔn)化。通過調(diào)節(jié)微柱管中的葡聚糖凝膠濃度，來控制分子篩孔徑大小，使得凝膠微柱僅允許通過單個(gè)紅細(xì)胞，從而達(dá)到凝集紅細(xì)胞與游離紅細(xì)胞分離的目的[9]。微柱凝膠法血型檢測專利經(jīng)簡單同族擴(kuò)展后共有356項(xiàng)專利，主要申請人有美國奧森多、西班牙基立福、蘇州長光華醫(yī)、深圳愛康生物以及江蘇貝索生物等公司。

參見圖2，從申請人國別分布來看，中國申請人總專利申請量占比42%排在首位，美國28%排名第二，西班牙14%位居第三。結(jié)合申請人排名可見，中國微柱凝膠法血型檢測技術(shù)分布較散，眾多企業(yè)齊頭并進(jìn)，共同發(fā)展。而國外則主要集中在美國奧森多和西班牙基立福。其中，美國奧森多作為血型檢測方面的龍頭企業(yè)，共有107件專利申請，自1998年～2019年，30年間陸續(xù)有微柱凝膠法的專利布局，且遍布全球多個(gè)國家。

圖2.微柱凝膠法專利申請人國別分布

2.3 微孔板法

微孔板法ABO血型檢測采用透明的96或48微孔板作為樣本載體，將發(fā)生凝集反應(yīng)的紅細(xì)胞絮凝至微孔板底部，在微孔板底部形成圓點(diǎn)。微孔板分為U型微孔板和V型微孔板兩類。U型微孔板檢測采用常規(guī)的血型檢測方法結(jié)合數(shù)字化圖像處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)血型自動判讀；V型微孔板檢測，微孔的孔壁呈階梯狀，階梯的寬度和一個(gè)紅細(xì)胞的直徑相近，階梯的高度大于一個(gè)紅細(xì)胞的長度，若發(fā)生紅細(xì)胞凝集反應(yīng)，紅細(xì)胞絮凝物落在階梯上，分布在孔壁上，若未發(fā)生紅細(xì)胞絮凝反應(yīng)，則紅細(xì)胞順著階梯落入孔底，同樣采用數(shù)字化圖像處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)血型的自動判讀[10]。

如圖3所示，微孔板法全自動血型分析儀專利申請人排名前十的國內(nèi)申請人僅有深圳愛康生物、英科新創(chuàng)和潤普生物三家企業(yè)，其他均為國外企業(yè)，尤其是號稱全球體外診斷領(lǐng)域引領(lǐng)者的貝克曼庫爾特，排名第一。貝克曼庫爾特血型檢測代表產(chǎn)品PK7400全自動血型分析系統(tǒng)，采用V型微孔板技術(shù)，在微孔板孔內(nèi)具有凹槽階梯面，可在紅細(xì)胞或微粒凝聚時(shí)防止剝落或變形，有助于穩(wěn)定紅細(xì)胞凝聚沉淀，捕捉清晰的圖像。貝克曼在2002年申請的專利JP2002312996首次公開了具有階梯的微孔板血型檢測技術(shù)，其在微孔板法檢測血型的研究較為領(lǐng)先，該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的研發(fā)人員可參考貝克曼的相關(guān)專利，減少不必要的重復(fù)研究。

圖3.微孔板法血型分析儀專利申請人排名

深圳愛康生物同時(shí)具有微柱凝膠法和微孔板法全自動血型分析儀專利技術(shù)，且專利申請量排名靠前，在血型檢測技術(shù)上頗有研究。經(jīng)調(diào)查，深圳愛康生物是目前國內(nèi)唯一一家同時(shí)具備微柱凝膠卡式及微孔板式全自動血型分析儀的廠家，包括微柱凝膠法產(chǎn)品有Aigel系列全自動血型分析儀，微孔板法產(chǎn)品有Metis系列全自動血型分析儀。由此可知，企業(yè)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)拓寬研究范圍，在血型檢測的方法上橫向延伸，在多種方法上互相借鑒，開發(fā)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，提高企業(yè)核心競爭力。

3.血型分析儀主要技術(shù)分布

3.1 主要技術(shù)專利量分布

如圖4全自動血型分析儀的相關(guān)專利中，全面描述整機(jī)方案的專利占比最多，主要為采用自動化程度高的儀器代替人工檢測，提高了血型檢測的效率和準(zhǔn)確率；其次，離心、加樣以及判讀作為影響血型檢測的關(guān)鍵步驟，也是血型分析儀的研究重點(diǎn)；此外，隨著微柱凝膠卡的廣泛應(yīng)用，針對微柱凝膠法血型分析儀中配套使用的抓卡抓手和穿刺結(jié)構(gòu)的專利也相繼問世。

圖4.血型分析儀主要技術(shù)專利量分布

3.2 整機(jī)

血型分析儀相關(guān)專利中，主要保護(hù)主題為整機(jī)的專利共277項(xiàng)，合并簡單同族后有128組，其中主要專利受理局為中國（97項(xiàng)）、美國（26項(xiàng)）、日本（17項(xiàng)）、歐專局（15項(xiàng)）、加拿大（14項(xiàng)）、德國（11項(xiàng)）、西班牙（11項(xiàng)），可見二十一世紀(jì)以來國內(nèi)醫(yī)療器械自動化領(lǐng)域的研究進(jìn)展顯著，碩果累累。近二十年的專利申請趨勢參見圖5，血型分析儀整機(jī)相關(guān)專利主要集中在2016年～2019年前后，近兩年專利布局?jǐn)?shù)量趨于穩(wěn)定，一定程度上表明全自動血型分析儀整機(jī)技術(shù)基本成熟，未來革新力度緩慢，技術(shù)研究逐漸從整機(jī)轉(zhuǎn)向模塊化。

圖5.整機(jī)專利申請趨勢

從產(chǎn)品類型來看，整機(jī)相關(guān)專利主要為適配微柱凝膠法的血型分析儀整機(jī)，基本包括微柱凝膠卡上料、掃碼、穿刺、加樣、離心、判讀等結(jié)構(gòu)。由于樣品反應(yīng)載體為微柱凝膠卡，因此微柱凝膠法的血型分析儀相對于其他方法特有穿刺結(jié)構(gòu)，穿刺的充分性和防污染是該類型儀器的研究重點(diǎn)。

3.3 加樣

在構(gòu)建的血型分析儀專利數(shù)據(jù)庫中涉及加樣方面的專利共有48項(xiàng)，46組簡單同族，申請人排名參見圖6。煙臺艾德康生物科技有限公司憑借著在2011年批量申請的19項(xiàng)自動加樣槍專利群，位居申請人中排名第一的位置，同時(shí)，相對于其他申請人，艾德康發(fā)明專利的占比也較多，且3件發(fā)明專利均取得授權(quán)，分別為自動加樣槍、多通道加樣設(shè)備以及自動加樣槍分針機(jī)構(gòu)。深圳愛康生物、長光華醫(yī)和劉大基均有4項(xiàng)特指血型分析儀中使用的加樣槍專利，并列第二。深圳愛康生物主要有3項(xiàng)適配血卡的加樣器和1項(xiàng)適配微孔板微型加樣器專利，蘇州長光華醫(yī)則是注重加樣裝置中加樣機(jī)械臂的移動，劉大基的加樣器專利中主要為注射型加樣。

圖6.加樣技術(shù)分支申請人排名

2011年，艾德康申請的19項(xiàng)自動加樣槍專利在說明書背景技術(shù)中明確表示應(yīng)用于全自動血型分析儀，主要解決現(xiàn)有加樣模塊的加樣不準(zhǔn)確、體積大、自動化程度低、操作便捷度低等技術(shù)問題。上述問題也是一直困擾體外診斷醫(yī)療器械中加樣功能的發(fā)展，可持續(xù)研究。

加樣技術(shù)屬于體外診斷類醫(yī)療器械的通用模塊，血型分析儀該模塊專利中也并未限定配套所使用的檢測方法，故，相關(guān)專利的類型分布中通用類占比超60%。

3.4 離心

全自動血型分析儀離心模塊相關(guān)專利共70項(xiàng)，合并簡單同族后有50組，對其繪制的專利申請趨勢見圖7。自2003年第一件專利產(chǎn)生后的3年里均沒有專利申請，離心模塊的專利布局并未形成逐年遞增的態(tài)勢，而是在2008年～2009年和2017年左右集中布局了一些專利。

圖7.離心模塊專利申請趨勢

第一階段的專利涌現(xiàn)，主要在于奧森多在多國布局的旋轉(zhuǎn)離心技術(shù)專利，2008年～2009年兩年間，奧森多專利族遍布中國、美國、印度、加拿大、歐洲、德國、丹麥、西班牙以及俄羅斯等地。主要包括多離心機(jī)分開旋轉(zhuǎn)離心和任意訪問離心技術(shù)，有效地提高離心效率、縮短檢測時(shí)間。代表專利有專利CN102084255A化驗(yàn)元件的分開旋轉(zhuǎn)離心、專利CN101284259B任意訪問培養(yǎng)器。

隨后自2014年以來，國內(nèi)申請占據(jù)總申請量的80%以上，主要申請人代理表有中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所、深圳愛康生物、貝索生物、德祥生物科技等國內(nèi)科學(xué)院及企業(yè)。由此可見，近些年來國內(nèi)體外診斷的快速發(fā)展。尤其是在微柱凝膠法血型檢測的逐步成熟，針對微柱凝膠卡的離心研究有所發(fā)展，專利量在2017年～2018年得到提高。

3.5 判讀

判讀方面共有專利95項(xiàng)，35組簡單同族，主要為國內(nèi)布局，部分涉及美國、日本及印度等。血型檢測技術(shù)最早始于玻片法，關(guān)于血型儀判讀的相關(guān)專利布局，最早于1980年的玻片法的判讀技術(shù)研究。通過對樣品照射光，掃描其透射或反射來繪制光強(qiáng)度的分度圖，自動辨別血液凝集情況。隨著微柱凝膠法面世，其方便操作、靈敏度高、結(jié)果準(zhǔn)確可保存等優(yōu)勢使得對該技術(shù)的研究從1993年至今未間斷，逐漸占據(jù)主流。深圳愛康生物Aigel系列全自動血型分析儀于2016年獲批，是國內(nèi)首家拿到微柱凝膠卡式血型分析注冊證的廠家，隨后在2017年血型判讀相關(guān)專利申請量達(dá)到波峰?？傮w來看，判讀方面的專利申請量并不多，至今仍有少量為解決判讀準(zhǔn)確率的相關(guān)專利技術(shù)在陸續(xù)布局，一定程度上表明，在判讀準(zhǔn)確率上，未來仍有較大的發(fā)展空間。見圖8。

圖8.判讀技術(shù)分支專利申請趨勢

4.小結(jié)

從血型分析儀全球?qū)＠夹g(shù)中的類型分布可看出，當(dāng)前微柱凝膠法、試管法和微孔板法的研究最為廣泛，微流控微盤作為樣本載體作為新興的血型檢測方法，具有樣本量少，靈敏度高，檢測速度快的優(yōu)點(diǎn)，近些年也被多家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)作為研發(fā)方向。血型分析儀模塊結(jié)構(gòu)角度的技術(shù)分布中，還是以整機(jī)的整體技術(shù)研發(fā)為主，配合著檢測過程中必要的離心和加樣步驟，提高了離心效率、縮短離心時(shí)間，加強(qiáng)加樣的自動化程度和操作便捷度，也是當(dāng)前研究熱點(diǎn)。此外，結(jié)果判讀的準(zhǔn)確性同樣是血型分析儀至關(guān)重要的一部分，目前，主要是采用CCD圖像分析法進(jìn)行判讀。