基于專利視角的可降解醫療防護紡織品

何 飄,黃藝湄

(國家知識產權局專利審查協作四川中心,四川 成都 610213)

醫療防護類紡織品可分為醫用防護服裝和面部呼吸防護兩大類,其主要原料為聚丙烯熔噴布,屬于不可生物降解的“白色垃圾”。2020年以來新型冠狀病毒(2019-nCo V)疫情席卷全球,隨之而來的是大量的醫療防護類紡織品的消耗和廢棄,給生態環境帶來巨大威脅[1-2],開發可生物降解的醫療防護紡織品,可從源頭上避免環境問題,符合我國產業用紡織品行業發展的政策方向[3]。目前,國內外陸續有關于可降解醫療防護紡織品研制成功的報道,但產品的商業化成熟度很低,產業格局非常分散,行業還處于萌芽期。

基于專利視角并結合行業分析,對可降解醫療防護紡織品的專利申請情況、我國在該領域的研發情況以及中國企業在該領域的發展情況進行分析,提出符合中國企業實際的技術研發和產業發展建議,為我國可降解醫療防護紡織品的發展提供參考。

1 可降解醫療防護紡織品專利申請情況

1.1 專利申請趨勢及主要技術構成

以可降解醫療防護紡織品相關專利數據為基礎,利用incoPat數據庫進行中文和外文專利檢索,檢索時間從1950年1月1日至2022年9月31日,獲得5 145項專利數據。

圖1展示了自1990年以來可降解醫療防護紡織品領域在全球的專利申請趨勢,2002年以前僅有少量專利申請,然而隨著全球的環保意識越來越強,之后的專利申請量整體呈現穩步增長趨勢;2020年由于新冠疫情的突發導致可降解醫療防護紡織品的專利申請迎來了爆發式增長。

圖1 可降解醫療防護紡織品全球專利申請趨勢

1.2 中外專利申請情況對比

如圖2所示,中國專利申請量巨大,占到全球申請量的69%,其次為美國、知識產權組織、日本等。如圖3所示,專利申請量排名進入前10的美國申請人最多,占據5席,中國申請人其次,占據4席,日本申請人占據1席。

圖2 可降解醫療防護紡織品全球專利申請人國別/地區分布

圖3 可降解醫療防護紡織品申請量全球排名TOP10申請人

從中國申請人來看,進入TOP10申請人全部為高校和科研機構,可見目前我國在這一領域的研究是以高校和科研機構為主導,雖然有眾多中國企業涉足該領域,并直接導致我國在這一領域的專利申請量巨大,但是中國企業的申請人極為分散,基本停留在淺層參與,且大多技術含量較低,這說明我國的實驗室研發與產業發展的結合嚴重不足。

從國外申請人來看,幾乎全部是實力雄厚的大型跨國企業,但專利申請數量并不算多,且專利之間的關聯性和連續性較少,可見雖然外國公司在該領域也處于探索階段,但并未形成較高的專利壁壘。從另一方面也說明,該領域的技術成熟度較低,蘊藏著較大的機會。

2 中國可降解醫療防護紡織品產業發展情況

由于中國未來可降解材料技術的發展和推廣應用,迫切需要相關企業的深度參與,以下對中國相關企業在這一領域的技術研發和專利布局情況作詳細的調查。

2.1 相關國內企業專利申請情況

綜合該領域的專利申請量排名以及網絡上公開報道的涉及企業,匯總了涉及可降解醫療防護紡織品產業化的11家中國企業,并統計了這些企業的相關專利申請(圖4)。

圖4 可降解醫療防護紡織品重點企業的相關專利申請量

如圖4所示,中國企業在可降解醫療防護紡織品上的專利申請量總體較少,且大多都是從2020年疫情之后才開始涉及可降解醫療防護紡織品,技術積累較少。將涉足該領域的企業根據行業類別進行分類,可分為:醫療器械行業(8家企業)、材料加工行業(2家企業)、原料生產行業(2家企業)。以醫療器械為主營業務的8家企業中,有6家還涉足了其他可降解醫療用品;2家原料生產企業在可降解材料的制備或加工技術上的專利申請量較多,而在可降解醫用品上的專利申請量較少,可見,向下游延伸涉及可降解醫療用品的難度較大;2 家材料加工企業都是以材料加工技術為核心,向下游產品端延伸。選取了醫療器械行業中的駝人控股集團、材料加工行業中的穩健醫療、原料生產行業中的豐原集團3家企業進行重點分析。

2.2 典型企業情況

2.2.1 駝人控股集團

駝人控股集團坐落于“中國醫療耗材之都”河南省長垣市,主要從事麻醉、疼痛、護理、檢測、血液凈化、微創介入、外科、醫用防護等一次性醫療器械的生產經營業務。2020年為抗擊新冠疫情,開始研發醫用防護服、醫用防護頭罩、醫用防護口罩等產品,在2022年5月推出了聚乳酸可降解口罩產品[4],并在線上線下實現銷售。

駝人控股集團在其他可降解醫用品專利申請量為14項,主要涉及可降解止血海綿、可降解疝氣補片、可降解手術縫合線,這些細分領域與可降解防護紡織品同屬于可降解紡織品在醫療領域中的應用,都是以可降解的無紡布為原料,而且這些細分領域屬于實現其醫療用途而須具備生物可降解性。于2021—2022年,駝人控股集團和中原工學院聯合申請了3項關于醫療用途的聚乳酸無紡材料及其制備方法,其中一項就包括圍繞聚乳酸可降解口罩產品而申請的發明專利CN113293517A 一種聚乳酸彈性超細纖維非織造材料及其制備方法和應用,公開了以聚乳酸、聚乙二醇、納米纖維素和生物基彈性體為原料制備的彈性超細纖維非織造材料及其制備方法,處于專利權維持狀態。

綜上,駝人控股集團早期投入醫療用途的可降解紡織品領域的研發,奠定了較好的技術基礎,2020 年切入醫療防護紡織品的領域,2021年開始與中原工學院開展校企合作,由于中原工學院在聚乳酸材料領域研發投入較早,技術實力較強,因此校企合作快速加強了駝人控股集團在聚乳酸超細纖維方面的研發實力,并助力其順利推出聚乳酸可降解口罩。

2.2.2 穩健醫療

穩健醫療用品股份有限公司,為深交所創業板上市公司(300888.SZ),公司以棉為核心原材料,具有“winner穩健 醫 療”“Purcotton 全 棉 時 代”“Pure H2B津梁生活”三大品牌,是實現醫療及消費板塊協同發展的醫療健康企業,產品覆蓋醫療衛生、個人護理、家庭護理、母嬰護理、家紡服飾等。2022年8月在武漢召開的“第四屆世界大健康博覽會”上,穩健醫療展出了最新研發的新品“生物降解口罩”[5]。

穩健醫療在可降解醫療防護紡織品的專利申請量為9項,最早是于2017年申請的專利CN206651418U全棉里層防護口罩,將SMS結構的口罩中的里層設為全棉水刺無紡布層,此后又申請了專利CN111020868A 和CN111543696A,對口罩的里層制造及結構形式作出改進。2020 年申請專利CN111648032A 和CN112301540A,將全棉水刺無紡布用于制成手術衣的外層和/或里層。2021年申請專利CN113604959A 一種超薄水刺無紡布的制備方法,將原棉纖維與聚乙烯醇纖維混紡成水刺無紡布,以解決全棉水刺無紡布克重大而影響呼吸通暢的問題。2022年申請專利CN115153128A 一種可降解防護口罩,口罩的面層和里層為由纖維素纖維和/或蛋白質纖維制成的水刺無紡布,中間層包括聚乳酸材料層和靜電紡材料層復合而成,并實現了口罩中全部部件的生物可降解,該技術應該是與其2022年8月推出的“生物降解口罩”密切相關。從上述專利申請來看,穩健醫療在可降解醫療防護紡織品領域的技術主要集中在將天然纖維類原料應用于醫療防護紡織品中。

穩健醫療在其他可降解醫用品專利申請量為29項,大多涉及醫用敷料,2007年開始申請專利,2010—2016年之間申請量最大。從技術方案來看,主要可分為對敷料制造工藝的改進、采用不同種類的天然纖維為原料制造敷料以及對敷料結構進行改進以具備多種功能。穩健醫療在可降解材料的制備或加工技術專利申請量為98項,大多涉及棉纖維的加工技術,2005年開始申請專利,且呈現出逐年遞增的申請態勢。從技術方案來看,主要可分為對全棉水刺無紡布生產工藝、純棉非織造物制備方法、棉纖維加工設備的改進。

綜上,穩健醫療致力于棉纖維的加工技術研發和產品應用,并將業務逐步延伸覆蓋至生活領域以及醫療防護紡織領域。由于該公司的發展始終“以棉為核心”,在醫療領域僅開發防護紡織品和敷料繃帶等涉及天然纖維的產品,是材料加工型企業從天然纖維的角度切入醫療領域和生活領域的發展路徑。

2.2.3 豐原集團

豐原集團是國內生物化工、生物能源和生物制藥方面的大型科技產業型公司,為地方國有獨資授權經營的加工制造企業。集團于2020年8月在蚌埠投產建成中國第一條全產業鏈聚乳酸生產線,是目前中國唯一擁有全產業鏈聚乳酸生產技術的企業,已投產建成18萬t/年乳酸和10萬t/年聚乳酸項目,以及下游聚乳酸纖維和聚乳酸塑料制品生產線,并成為2022年冬奧會官方生物可降解餐具供應商。

目前,豐原集團對聚乳酸材料的下游應用包括聚乳酸注塑品和聚乳酸紡織品。在聚乳酸注塑品方面,其產品包括包裝材料、餐飲用具。在聚乳酸紡織品方面,豐原集團從2018年底開始逐步在聚乳酸纖維的紡織技術上申請專利,至2022年已累積申請了13項發明專利,值得一提的是,2022年申請的2項關于聚乳酸紡織技術的專利CN114717847A 和CN114855298A,均是與東華大學聯合申請的。但豐原集團在可降解醫用品領域還沒有專利申請。2020年底,豐原集團旗下的合肥豐原醫藥發展有限公司和安徽盒子健康科技有限公司合資成立安徽豐原盒子健康新材料有限公司,于2021年初推出了全降解抑菌KN95口罩,新口罩采用了聚乳酸熔噴無紡布。

綜上,豐原集團是國內聚乳酸生產的龍頭企業,在加速擴張其聚乳酸產能的同時,還積極配套布局聚乳酸的下游應用,其中,在聚乳酸注塑品方面有較為成熟的商業化產品,而在聚乳酸紡織品方面,由于技術難度較高而發展相對緩慢,在近年開始與東華大學展開校企合作,并嘗試與其他醫材企業合作以進入醫療器械領域。

3 發展建議

基于可降解醫療防護紡織品的產業現狀和特點,對我國相關企業發展的思考和建議如下。

醫材企業本身具有醫療市場優勢,容易開展新產品的營銷推廣,具有醫療產品的開發經驗,若企業已經進入其他可降解醫療紡織品領域,則使之具備一定的技術基礎和生產基礎。應鼓勵這類企業在行業萌芽期便進入該領域,掌握關鍵技術并積極進行專利布局,盡早推出可商業化的產品以占領早期市場。考慮到目前國內該領域的研發以高校和科研機構為主導的現狀,建議企業可與高校和科研機構合作聯合研發,以快速攻克技術問題。我們看到,駝人控股集團選擇了同在河南的中原工學院進行合作,中原工學院以紡織服裝為特色優勢,雖然在國內高校的排名中不算名列前茅,但由于河南長垣聚集了大批醫材企業,這些企業與中原工學院的校企合作,不僅解決了企業研發中的技術問題還培養了相關技術人才。

材料加工型企業通常深耕于某種原料的加工技術,技術積累厚、研發實力強,但是也受制于材料加工技術的延伸,產品研發的靈活度較低。這類企業可先適當進入該領域,等待產業發展更為明朗時再集中投入研發和生產。

原料生產企業具有巨大的原料優勢,有動力向下游產品延伸,但可降解醫療防護紡織品的技術和行業門檻相對較高,產業發展還不明朗,面臨的困難較多。由于原料生產企業向下游產品延伸的目的主要是為了利用好自己手上的原料資源,生產出高附加值的產品,因此進入市場容量大且技術相對成熟的領域是比較有利的。借鑒豐原集團的經驗,通過與醫材企業合作來解決醫療行業的市場問題,以降低風險。另外,我們看到豐原集團近年來與東華大學聯合申請關于聚乳酸紡織技術的專利,原料生產企業支持高校科研機構開展原料相關的基礎和前沿技術研究以拓寬原料市場,對企業的長期發展是有利的。

4 結 論

(1)可降解醫療防護紡織品的專利申請總體呈現增長趨勢,隨著環保意識的提升和環保政策的加碼,該領域的研究受到越來越多的關注,2019年新冠疫情的突然出現成為促進該領域發展的加速器。

(2)雖然中國在可降解醫療防護紡織品的專利申請量巨大,但主要以高校和科研機構為主導的實驗室研究,中國企業深度參與技術研發較少,實驗室研發與產業發展的結合嚴重不足。外國申請人以實力雄厚的跨國公司為主,但在該領域也處于探索階段,并未形成較高的專利壁壘。

(3)目前進入可降解醫療防護紡織品產業的中國企業大多是醫材行業內的企業,同時有少量材料加工和原料生產企業參與。中國企業在該領域的相關專利申請量較少,進入時間較晚。

(4)鼓勵醫材企業在行業萌芽期便進入該領域,掌握關鍵技術并積極進行專利布局,盡早推出商業化的產品,對于研發問題,建議與具有合適技術水平的高校或科研機構合作聯合。材料加工型企業可利用自身技術優勢,適機切入該領域,并通過與醫療企業合作的方式彌補市場方面的不足。原料生產企業的原料優勢使之具備較大的后發優勢,可等待產業發展較成熟再進入,另外,支持高校科研機構或合作開展原料相關的基礎和前沿技術研究以拓寬原料市場,對原料生產企業的長期發展是有利的。