基于專利數據的碳納米材料生物醫用技術發展趨勢分析

吳小文，劉若蘭，龍海飛

(貴州省科學技術情報研究所，貴州 貴陽 550004)

基于專利數據的碳納米材料生物醫用技術發展趨勢分析

吳小文，劉若蘭，龍海飛

(貴州省科學技術情報研究所，貴州 貴陽 550004)

吳小文

以大為Innojoy專利檢索系統收錄的全球碳納米材料在生物醫療領域應用的專利作為數據源，利用定量、定性、可視化分析方法對該領域專利技術生命周期、全球專利布局、申請人、關鍵技術、技術功效矩陣進行分析。結果顯示，碳納米材料生物醫用技術集中在骨組織工程、神經組織、血管支架、藥物載體、抗腫瘤、生物成像幾大方面，技術進入調整期，但仍然是全球研發熱點，并未出現技術衰退的跡象。中國在該領域的專利申請數量排名第一，但是核心專利較少，美國和日本已在全球布局專利，中國仍然主要針對本國市場。

碳納米材料；碳納米管；富勒烯；石墨烯；生物醫療；專利分析

1 前 言

伴隨21世紀納米技術的興起，納米醫學已成為一門新興熱點學科，大量的納米技術、納米材料被應用到重大疾病的治療中。碳納米材料是納米材料領域的重要組成部分，主要包括碳納米管、富勒烯、石墨烯、納米鉆石及其衍生物等，由于其獨特的理化特性，它們在生物醫學領域表現出廣泛的應用前景[1]。本文從專利角度統計和分析碳納米材料應用到生物醫療領域的技術發展趨勢及全球專利布局情況，為我國該領域專利戰略布局提供數據參考。

2 數據來源

大為innojoy專利檢索系統收錄的中國專利數據來源于國家知識產權局專利原文，外國專利數據來源于美國、歐專局、日本、德國、英國、韓國、瑞士等99個國家專利著錄信息。文章以大為innojoy專利檢索系統收錄的1985至2014年10月全球碳納米材料在生物醫療領域應用的相關專利作為數據源，采用關鍵詞結合分類號的方法(檢索策略詳見表1、表2)，共檢出國內相關專利數據900條，國外相關專利數據788條，經過除重去噪篩選后，得到國內密切相關專利數據382條，國外相關專利數據590條。由于專利公開有18個月的延遲性，因此2014、2015年的專利數據僅供參考。

表1 中國專利檢索策略

表2 國外專利檢索策略

3 全球碳納米材料生物醫用技術專利情況

3.1 技術生命周期

將碳納米材料生物醫用技術專利申請人和申請量按照年度進行統計，得到該領域專利申請的技術生命周期(見圖1)，根據統計結果將碳納米材料在生物醫療領域應用的全球專利申請趨勢劃分為萌芽期(1991～1999年)、快速發展期(2000～2004年)、技術調整期(2005至今)三個階段[2]。

1991～1999年，全球碳納米材料生物醫療應用技術處于新興起步時期，這一時期，由于市場發展還不明朗，只有少數國家的申請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、神經藥物的研究，申請人數和申請數量都相對較少，平均年申請6件左右。該時期中國富勒烯生物醫療應用市場是被國外壟斷的，中國該領域的研究還未開始。

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

2000年以后，申請量、申請人數快速增長，技術有了突破性的進展，市場不斷擴大。隨著世界貿易組織成員國的增加，世界各國紛紛在全球范圍內布局該領域專利，碳納米材料在生物醫療領域應用潛力越來越大，各國研究主體也紛紛涌入該領域，除了對富勒烯進行研究外，還開始了對碳納米管、碳納米球的研究。2004年該領域專利申請出現了小高峰。這時期，日本、美國主要是對碳納米材料應用于腫瘤治療和HIV病毒防治展開研究，特別是日本，研究成果顯著，有較明顯的技術突破。

2005年以后，全球專利申請量、申請人數有所起伏，技術進入調整時期，市場主體逐步整合，研發多集中于大型的、有較強研發實力的公司和研究機構。但是碳納米材料的醫療應用研究仍然是全球的熱點，隨著英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在2004年從石墨中分離出來石墨烯以后[3]，各國開始了對石墨烯層狀結構及其醫療應用的研究。在2012年，該領域專利申請量達到歷史最高峰,最明顯的是中國申請量異軍突起，所占比例不斷增大。

3.2 全球專利布局

圖2統計了碳納米材料生物醫用技術專利在中國、歐洲、美國、韓國、日本的布局情況。數據顯示，該領域中國專利位列第一，其次是美國、日本、韓國，美國和日本專利布局策略有所不同，在美國申請的146件專利中，美國本土申請了144件，基本壟斷了本土市場。同時，美國還在歐洲、韓國、中國進行專利技術布局，其主要技術輸出地區是歐洲，說明美國對國內外市場都非常重視。在日本申請的99件專利全是歐洲專利局申請的，日本申請人的技術主要輸出到歐洲、中國、韓國、美國，說明日本主要重視的是國外市場的開拓。而中國作為該領域主要技術專利申請大國，申請量為361件，其中355件專利都在本國申請，對發達國家專利的輸出基本為0[4]。

圖2 碳納米材料生物醫用技術全球專利國家/地域布局情況Fig.2 Distribution of carbon nano-materials biomedical technology patents in the world

3.3 各國研發實力分析

碳納米材料在生物醫療領域應用專利申請主要由中國、美國、歐專局、日本、韓國、俄羅斯6國申請人提出(如圖3所示)，6國申請專利占該領域專利總量的97.8%，中國在該領域的專利申請起步較晚，但后來居上，申請量位列前茅。然而中國的PCT專利申請量(通過《專利合作條約》Patent Cooperation Treaty途徑遞交申請的國際專利數量)非常少，僅占中國專利申請總量的0.03%，相反，美國和日本在該領域申請總量雖不及中國，但兩國的PCT專利、多局重要專利量(同一項發明在各個國家受理局提交申請的專利數量)都高于中國，占據本國專利申請量的很大比例(參見表3)。

圖3 碳納米材料生物醫用技術的全球專利申請人國家分布Fig.3 Country distribution of patent applicants of carbon nano-materials biomedical technology in the world

No.ApplicantcountryPCTapplicationnumberNumberofmultipleimportantpatentsApplicationnumber1CN8113612EP24242003US35202354KR87665JP232147

3.4 碳納米材料生物醫療應用專利申請人分布

圖4統計了碳納米材料生物醫療技術專利申請量排名前20的申請人情況，中國有8個申請人榜上有名。從申請人類型來看，中國的主要申請人多集中于大學和研究機構，包括清華大學、鄭州大學、中國科學院化學研究所等；而國外主要申請人多集中在有較強科研實力的上市企業和貿易公司，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 碳納米材料生物醫用技術前20名專利申請人Fig.4 TOP20 applicants of carbon nano-materials biomedical technology in the world

3.5 中國碳納米材料生物醫用技術專利申請來源國家及地區分布

中國的碳納米材料生物醫療應用的技術專利來源國除中國本土外，還有日本、美國、德國、俄羅斯、韓國等10個國家，說明碳納米材料生物醫療應用技術的市場競爭日趨激烈，其它世界各國都紛紛申請中國專利，搶占中國市場[3]。中國本土申請人來源于全國各地，但絕大部分分布在北京、上海、廣東、江蘇等經濟發達省份(如圖5)。

圖5 中國碳納米材料醫療領域應用相關專利申請人省份分布Fig.5 China’s province distribution of patent applicants of carbon nano-materials biomedical technology

3.6 中國市場碳納米材料生物醫用關鍵技術

當前在生物醫療領域應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。應用領域主要包括組織工程(骨組織/神經組織)、藥物載體、抗腫瘤、生物傳感、生物成像幾大方面(見表4)。

表5利用專利功效矩陣的方法統計了中國市場上不同形態碳納米材料應用到不同生物醫療領域中的專利數量，因為不同形態碳納米材料之間有交叉，所以此處統計的專利總量高于中國專利申請量，統計結果為0的表示該領域未見專利申請，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，相關的研究機構和個人可以找準技術空白點進行研究，這種方法可以避免重復研究造成的侵權風險[6]。

表4 不同類型碳納米材料在生物醫療領域應用情況

表5 納米碳材料在生物醫療領域應用專利功效矩陣

4 結論與建議

對碳納米材料生物醫用技術的相關專利的技術生命周期進行分析，得出全球該領域技術正處于調整期，這并不表示該領域技術即將衰退，而是經歷了幾年的快速發展后，各界開始重新定位碳納米材料生物醫療技術的發展。在不久的將來，碳納米材料生物醫療技術將會迎來一個新的飛速發展時期，而現在正是政府、企業和高校科研機構結合自身優勢、尋找市場突破口的關鍵時期[2]。所以中國申請人應繼續保持對本土專利的主動權，借鑒美國、日本、歐洲等發達國家的專利技術，取其精華，避免重復研究，同時充分利用失效專利，縮短研發周期，降低研發成本；此外，進一步學習這些國家的專利申請技巧和專利布局策略，提高國際專利申請的授權率，對未來產品的市場輸出進行有效保護。

從申請人來看，中國的申請人多集中于大學和研究機構，而國外的主要申請人多集中在有較強科研實力的企業，說明我國在與實際商業化應用聯系更緊密的、以企業為主體的專利申請方面，與發達國家相比有一定差距。所以中國該領域技術研究可采取產學研合作的模式，充分發揮企業市場敏感性強的優勢和高校院所技術理論研究深入的優勢。此模式在重慶萊美藥業股份有限公司和四川大學、華科醫科大學之間的合作得到了很好的印證，重慶萊美藥業股份有限公司與四川大學、華科醫科大學等機構合作研制了納米碳混懸注射液,申請了PCT專利，已被廣泛臨床應用于癌癥的治療當中[7-8]。

碳納米材料及其衍生物具有獨特的理化特性，它們在生物醫學領域具有廣泛的應用前景，隨著研究的不斷深入，各種碳納米醫療產業化產品進入人們的生活，但是不同形態的碳納米材料的醫療應用仍然有技術空白點可以攻關。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應該齊心協力，整合碳納米材料在抗腫瘤研究中的技術及產品資源，攻關腫瘤疾病的徹底治療技術，隨著研究的不斷深入，碳納米材料將極大地造福人類。

References

[1] Zhang Jinchao(張金超), Yang Kangning(楊康寧), Zhang Haisong(張海松),etal.ProgressinChemistry(化學進展)[J],2013 (Z1).

[2] Shi Jiahui(石家惠),Du Yanyan(杜艷艷).JournalofIntelligence(情報雜志)[J],2013,09:57-61.

[3] Iijima S．Nature[J]，1991，354：56-58．

[4] Jiang Shan(姜 山).AdvancedMaterialsIndustry(新材料產業) [J],2011,04:30-35.

[5] Zhao Yanqiang(趙晏強),Li Jinpo(李金坡).JournalofIntelligence(情報雜志)[J],2012,01:35-40.

[6] Yin Shuang(尹 爽).DissertationforMaster(碩士論文)[D]. Ji Lin: Jilin University，2013.

[7] Xie Yongmei(謝永美), Tang Xiaohai(唐小海), He Jun(何俊),etal.NewCarbonMaterials(新型炭材料) [J],2006,03:259-262.

[8] Yan Bo(顏 博), Ge Jie(葛 潔),etal.ChineseJournalofClinicalOncology(中國腫瘤臨床),2011,21:1335-1337.

(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

貴州省知識產權研究項目(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