基于专利信息的全球新冠病毒检测技术竞争态势分析

蒋丽勇，张立国，葛 华，刘 术，刁天喜

新型冠状病毒肺炎（COVID-19）给全球公共卫生带来了威胁，COVID-19 疫情正在从人口构成、经济、安全和国家治理等各方面对整个人类社会产生影响。众所周知，病原体检测处于传染病防控链条的前端，对遏制疫情传播发挥着关键作用。2020 年1 月30 日，世界卫生组织（WHO）宣布COVID-19 疫情为“国际关注的突发公共卫生事件”，同时将新型冠状病毒（SARS-CoV-2）体外诊断列为疫情防控总体战略的重要组成部分［1-4］。各国也高度重视SARS-CoV-2 检测技术研发工作，大量研发机构和生物药企投入SARS-CoV-2 检测技术研发，产出了一系列创新成果和实用产品［5］。截至2022 年2 月23 日，WHO 针对SARS-CoV-2的体外诊断产品紧急使用清单中包含27 种产品，主要涉及抗原检测5 种、核酸检测21 种、抗体检测1 种［6］。专利信息属于战略性情报资源，涉及学科面广，技术真实可靠，内容更新速度快，是反映科学技术创造最快的信息载体［7］。为了了解SARS-CoV-2 检测技术发展现状及全球竞争态势，本文拟从申请趋势、市场竞争力和主要创新主体的专利布局、技术创新能力、专利申请人等角度对SARS-CoV-2 检测技术专利进行分析，从而对全球SARS-CoV-2 检测技术研发的竞争态势做出判断提出建议，以期为今后的研究和专利布局提供借鉴。

1.1 数据来源

依托全球专利数据库 incoPat 进行数据检索。incoPat 收录了来自全球120 个国家、组织或地区，超过1.4 亿件的专利文献，并对专利著录信息、法律、运营、同族、引证等信息进行了深度加工及整合，可实现24 小时数据动态更新。此外，该数据库集成了专利检索、专题库、监视预警等功能模块，可从多个维度对数据进行统计、聚类和引证分析。为了提高查全率和查准率，本文通过关键词检索，辅以人工筛选，借助Excel 和VOSviewer等软件进行数据清洗和可视化，得出最终数据集和分析结果。

1.2 检索策略和结果

经过前期调研，2022 年1 月26 日，以检索式“（（TIABC=（TEST* OR DETECT* OR DIAGNOS*））AND（（（TIABC=（（SARS-COV-2 OR "20192WnCOV"OR COVID*19 OR "COVID 19" OR"新冠"OR"新型冠状病毒" OR "CORONA2WVIRUS*"））））））”，在incoPat 专利数据库中对2022 年1 月1 日前申请的所有专利文献进行检索，命中专利4 816 件，通过人工筛选，获得可分析的专利4 014 件，经简单同族合并后共获得3 474 个专利族。

2.1 专利申请趋势

通过对检索结果进行分析，绘制SARS-CoV-2检测技术专利申请趋势图（图1）。从图1 可以看出，2003-2019 年，与SARS-CoV-2 检测技术相关的专利年申请量不到10 件，而2020 年因为COVID-19 疫情快速传播，专利申请量呈井喷式增长。2003 年SARS 疫情暴发，研究人员展开了冠状病毒检测技术探索，产生了一些研究成果，如“SARS 病毒和可用于检测其他传染性病原和方法及组合物”（JP2007523594A）、“一种新型冠状病毒毒株及其医药用途”（CN1450164A）等。上述专利中所指的新型冠状病毒与导致COVID-19的病毒并非同一毒株，但为SARS-COV-2 检测技术的研发提供了参考。2005-2013 年，针对冠状病毒检测技术的专利申请出现空白，推测可能是因为SARS 疫情平息，缺少临床样本和潜在市场利益驱动。2014-2016年，Theranos 公司针对多种传染性病原体检测技术申请了6 件专利。2019 年12 月，COVID-19 暴发，直接导致2020 年SARS-COV-2 检测技术专利量激增。2020 年3 月，随着疫情在全球传播，大量研发主体开展了SARS-COV-2 检测技术研发，当月专利申请量达233 件，2020 年3 月至2021 年2 月，单月专利申请量缓慢滑落。2021 年3 月，专利申请量迅速回升，于4 月达到峰值316 件，这说明经过短期的大力科研公关之后，取得了一些成果。之后专利申请量快速滑落，2021 年12 月，SARS-COV-2检测技术专利仅5 件，反映出技术创新可能遭遇瓶颈问题，技术研发进入积累期和储备期。2020 年全年SARS-COV-2 检测技术专利为1 931 件，2021年稍有下降，专利申请量为1 502 件。

图1 SARS-CoV-2 检测技术专利申请趋势

2.2 市场竞争力和创新主体专利布局

本文根据各国专利申请情况，构建了全球SARS-CoV-2 检测技术专利地域分布矩阵（表1）。截至2021 年12 月31 日，公开SARS-CoV-2 检测技术专利最多的国家或组织包括中国、美国、印度、韩国、俄罗斯、澳大利亚、德国、英国，以及世界知识产权组织和欧洲专利局。从表 1显示，中国以2 005 件专利位居榜首，世界知识产权组织、美国分别以682 件、330 件排在第2、第3 位。

表1 全球SARS-CoV-2 检测技术专利地域分布

在中国公开的专利中，由中国申请人申请的专利为1 989 件，占比超过99.2%，专利布局以国内为主。美国、德国、英国及加拿大均在中国申请了相关专利，其中以美国居多，共13 件。美国公开专利341 件（其中11 件专利的申请人国别未在表中列出），其中美国申请人申请的专利为285 件，占83.6%，中国、加拿大、德国、英国、法国、印度等国家也在美国申请了专利。值得关注的是，美国申请人在世界知识产权组织申请了433 件专利，超过了其在美国国内申请的专利总量，在世界知识产权组织所有相关专利中占60.22%。美国申请人还分别在中国、印度、韩国、澳大利亚和英国申请了专利。可以看出，美国申请人比较注重拓展国际市场，且瞄准了人口基数大或经济实力较强的国家和地区。

2.3 技术创新能力分析

综合分析专利申请人国别（即技术专利来源国）、专利价值度分布和优先权专利国别分布，可了解某个国家在相关领域的技术创新能力。

2.3.1 技术专利来源

从 SARS-CoV-2 检测技术专利主要来源国（表2）可以看出，中国申请人共申请相关专利2 052 件，在全球SARS-CoV-2 检测技术专利中占59.07%。美国申请人申请的专利共742 件，仅次于中国，排在第2 位。同时上榜的国家还有印度、德国、韩国、英国、俄罗斯、法国、澳大利亚和加拿大。

表2 全球SARS-CoV-2 检测技术专利主要来源国

2.3.2 专利价值度分布

incoPat 专利价值度评分主要依托于该数据库自主研发的专利价值模型进行计算，综合考量专利技术稳定性、技术先进性、保护范围层面等最常见和最重要的20 多项技术指标，通过设定指标权重、计算顺序等参数，将专利的价值度分为1～10 分，分值越高，专利价值越高。中国、美国拥有的10分高价值度专利最多，分别是29 件、24 件。德国、俄罗斯、印度、韩国等国的10 分高价值度专利均少于5 件，大部分专利的价值度为3～8 分（图2）。

图2 各国SARS-CoV-2 检测技术专利价值度分布

2.3.3 优先权专利地域分布

通过分析优先权专利地域分布情况，可判断相关国家或组织在某一领域的研发实力和创新程度［8］。在所有SARS-CoV-2 检测技术专利中（未经同族合并），美国优先权专利914 件，中国251件。英国、韩国、德国、意大利、印度和新加坡也拥有少量优先权专利（表3）。

表3 SARS-CoV-2 检测技术优先权专利地域分布

2.4 专利申请人竞争力分析

专利申请量是衡量专利申请人研发活跃度的重要指标，分析创新主体的技术优势及其与全球创新合作网络的关联度则可判断其潜在竞争力。

2.4.1 主要专利申请人排名

在专利申请量最多的申请人中（表4），中国科学院以51 件专利排在第1 位，中山大学共申请专利30 件，排在第2 位。军事科学院军事医学研究院和江苏省疾病预防控制中心分别以28 件专利、27 件专利排在第3 位和第5 位。申请量排在前10 位的中国申请人还包括复旦大学、中国医学科学院等高校或科研院所及深圳市亚辉龙生物科技股份有限公司等地方企业。美国赛沛（Cepheid）分子诊断公司共申请专利27 件，排在第4 位，是申请量最多的国外企业。上榜的国外申请人还包括美国加州大学（University of California）。专利申请量排在前10 位的申请人主要来自中国和美国，其中中国申请人8 位，占80%，大部分是高校或科研院所。

表4 全球SARS-CoV-2 检测技术主要专利申请人分布

2.4.2 主要专利申请人技术优势

通过对专利分类号进行聚类，可判断专利申请人的技术偏好和技术优势（图3）。专利申请量排在前10 位的申请人在G01N33/569（用于原生动物、细菌、病毒等微生物的免疫测定法）、C12Q1/70（包含酶、核酸或微生物的病毒或噬菌体测定或检验方法）、A61P31/14（用于RNA 病毒的抗感染药，即抗生素、抗菌剂、化疗药物）、C12N15/11（DNA重组技术，DNA 或RNA 片段）和C07K16/10（来自RNA 病毒的免疫球蛋白，如单克隆或多克隆抗体）5 个领域布局密集，各机构普遍比较关注血清免疫学检测方法和分子生物学检测技术。江苏省疾病预防控制中心有23 件专利涉及G01N33/569 领域，有21 件专利涉及C07K16/10 领域，在其所有相关专利中分别占 85.18%（23/27）、77.78%（21/27），反映出该机构在SARS-CoV-2 免疫测定技术研发领域优势明显。赛沛分子诊断公司的专利大部分是关于PCR 技术应用及相关设备的一体化、自动化和操作简便化的，涉及领域包括C12Q1/6844（核酸扩增反应）、C12Q1/686（聚合酶链式反应）、B01L3/00（实验室用的容器或器皿）等，在核酸扩增方法及装置、核酸去污、核酸分离等方面成果较多，核酸检测技术优势明显。2020 年3 月，赛沛分子诊断公司研制出一种SARS-CoV-2快速检测试剂，借助该公司自动化基因分析仪（GeneXpert Systems），可在45 分钟内得出检测结果。军事医学研究院有7 件专利属于G01N33/68领域（涉及蛋白质、肽或氨基酸的化学分析，包括生物特有的配体结合方法的测试），基于宏基因组测序的核酸检测技术是该机构的技术优势。

图3 全球主要专利申请人技术领域分布

2.4.3 专利申请人合作网络

基于共现矩阵，对国内外专利申请人进行创新合作网络分析，使用VOSviewer 软件进行可视化分析（图4）。图4 中红色、绿色及蓝色代表的合作网络围绕美国加州大学构成了全球SARS-CoV-2 检测技术创新合作网络。红色代表的聚类是以美国雪松西奈医疗中心的Stripp Barry R、Santos Roberta S、Konda Bindu 等研究人员及美国加州大学的Shaharuddin Hanan 等研究人员构成的合作网络，相关专利涉及SARS-CoV-2 及重症肺炎标志物检测和检测试剂的筛选。Mammoth Biosciences 公司研发部副总裁Jesus Ching、Miao Xin 等内部研究人员构成了绿色合作网络，该团队与加州大学伯克利分校分子生物学家、CRISPR 先驱Jennifer Doudna 和美国哈佛大学分子生物学家Tsaloglou Maria Nefeli 具有合作关系。2020-2021 年，Mammoth Biosciences 公司申请的专利与 CRISPR-CAS 密切相关（WO2020257356A2、WO2021159020A2、WO2022006536A1）。目前，该公司已成功建立基于 CRISPR 技术的高通量SARS-CoV-2 检测工作站，并已获美国FDA 紧急使用授权。美国东北大学、加州大学洛杉矶分校研究人员Candler Robert N 及马萨诸塞大学安姆斯特分校构成了蓝色合作网络，其关注重点是病毒检测样品的采集方法和特殊装置。

图4 全球SARS-CoV-2 检测技术主要专利申请人合作网络

SARS-CoV-2 全球合作网络囊括加州大学、马萨诸塞大学安姆斯特分校等以跨领域基础性研究为代表的高校，以及雪松西奈医疗中心等非营利性的前沿生物医学研究机构和以 Mammoth Biosciences 公司为代表的生物企业，关注与合作方向包括基于CRISPR-CAS13 酶研发SARS-CoV-2 快速检测方法、SARS-CoV-2 及重症肺炎标志物检测，预计未来基于基因编辑技术的SARS-CoV-2 检测技术会出现突破性进展，技术迭代加快。

2.5 技术热点和趋势分析

对国际专利分类号和共被引专利进行聚类分析，可了解技术热点，分析技术未来发展趋势［9］。

2.5.1 基于分类号的技术构成现状

全球SARS-CoV-2 检测技术研发主要集中于G01N33/569（用于原生动物、细菌、病毒等微生物的免疫测定法）、C12Q1/70（包含酶、核酸或微生物的病毒或噬菌体测定或检验方法）、C12N15/11（DNA 重组技术，DNA 或RNA 片段）、G01N33/558（利用抗原或抗体的扩散或迁移的免疫测定法）、C12Q1/6844（核酸扩增反应）等领域（图5），这说明基于抗体/抗原的血清免疫学检测方法和核酸检测等分子生物学检测方法是当前创新主体普遍比较关注的技术分支。

图5 全球SARS-CoV-2 检测技术构成

2.5.2 基于专利共被引的技术热点和趋势

美国情报学家Henry Small 于1973 年首次提出文献共被引的概念，即当两篇（或多篇）文献同时被后来一篇或多篇文献所引证时，这两篇文献之间构成共被引关系。共被引专利是指与本专利共同被作为参考文献引用的专利［10］。通过对共被引专利进行聚类分析，可探索技术热点和未来发展趋势［11］。本文将共被引专利划分为红色代表的聚类#1、绿色代表的聚类#2、蓝色代表的聚类#3、黄色代表的聚类#4 及浅蓝代表的聚类#5 等5 个主要类别，其他专利共被引强度较弱，聚类表征不明显（图6）。

图6 SARS-CoV-2 检测技术共被引专利聚类

聚类#1 包含51 件专利，是当前技术研发热点，主要涉及核酸检测技术，其中引物设计、探针研发是关键工艺过程，质量控制、检测效率及如何降低SARS-CoV-2 检测对环境的需求是当前亟需解决的瓶颈问题。多重PCR、等温扩增和经典检测技术荧光原位杂交（FISH）在SARS-CoV-2 核酸检测技术领域应用最广。聚类#2 包含27 件专利，研发热度仅次于聚类#1，主要涉及血清免疫学，抗原抗体研发是技术突破关键。荧光微球法、胶体金法和免疫磁珠法关注度最高。相较于分子生物学检测技术，血清免疫学检测技术在SARS-CoV-2 检测领域的产品化程度更高。聚类#3 包含25 件专利，主要涉及SARS-CoV-2 抗体研发、靶向三聚体形式的Spike 蛋白/刺突蛋白研究等基础性专利。聚类#4包含24 件专利，主要涉及SARS-CoV-2 抗原检测。聚类#5 包含21 件专利，主要涉及抗原抗体及重组融合蛋白，这说明抗体研发是SARS-CoV-2 检测技术创新的关键突破点之一。

随着COVID-19 疫情的持续蔓延，未来仍将会有大量人力物力投入SARS-CoV-2 检测技术研发。以多重PCR、等温扩增为代表的核酸检测技术和以荧光微球、胶体金法、免疫磁珠法为代表的血清免疫学方法仍将是未来多方关注的重点。

2.6 高价值专利分析

目前学术界对高价值专利尚无统一认识。专利价值与专利质量密切相关，而专利引证是评价专利价值或专利质量的重要指标［12］。专利引证主要涉及引文数量和被引次数，其中被引次数被公认为是评价专利质量的重要指标［13］。1976 年，美国专利商标局在《第六次技术评估和预测报告》中强调了使用专利被引次数评价专利技术的意义［14］。文庭孝在总结国内反映专利质量的指标时将被引次数列为首位［15］。被引次数已被广泛用作专利质量指标，专利被引用次数越多，说明对其他发明的影响越大，专利越重要。incoPat 数据库在衡量专利价值度时，综合考虑了专利的技术价值、市场价值和法律状态。本文选取价值度为10 分、被引证指数排在前10 位的专利作为高价值专利进行分析（表5）。从地域分布来看，高价值专利主要来源于美国，其次为荷兰、中国、加拿大、俄罗斯、法国和意大利。从表5 可以看出，2003-2004 年申请的4 件与SARS病毒相关专利是对SARS-CoV-2 检测技术影响比较大的基础性专利。2014 年由美国Therano 公司申请的专利“传染病检测系统与方法”（US14479241）介绍了同时快速检测多种病原体的方法和步骤，涉及核酸扩增等分子生物学检测手段。其余高价值专利均于2020 年申请，主要涉及RBD 蛋白、寡核苷酸检测试剂盒。在10 件高价值专利中，有5 件专利曾发生过技术转移，占比高达50%，这也印证了相关专利的价值。

表5 SARS-CoV-2 检测技术高价值专利

2.7 中美专利沙盘对抗分析

中国和美国是全球 SARS-CoV-2 检测技术专利的主要申请国。综合考量两国专利数量、专利价值度、技术影响力、权利范围、运用经验值等因素，对两国相关专利进行了沙盘对抗分析，红方代表中国，蓝方代表美国（图7）。中国SARS-CoV-2 检测技术专利综合得分为7.01分，高于美国的5.43 分。中国在专利数量、专利整体价值度总和、技术影响力方面领先于美国，但在权利范围、专利运用经验值方面与美国存在一定差距，这说明我国在专利成果运用和转化方面稍显滞后，也反映出我国在SARS-CoV-2检测技术领域尚未形成“产学研”紧密协作的研发模式。

图7 中美SARS-CoV-2 检测技术专利沙盘对抗

3.1 SARS-CoV-2 检测技术研发步入快速发展期

全球SARS-CoV-2 研发与2003 年SARS 疫情及2019年COVID-19疫情暴发密切相关。鉴于COVID-19疫情仍在全球范围内持续扩散，SARS-CoV-2 检测产品的市场需求巨大，预计未来仍将会吸引大量研发主体聚力于SARS-CoV-2 检测技术研发，专利申请量将持续快速增长。建议我国加大财力和人力投入，加快推进技术研究进度，加大产品转化力度，为防疫、抗疫铸就盾牌，也为我国新型病原体检测技术研发探索提供新路径、打造新模式。

3.2 SARS-CoV-2 检测技术仍存在瓶颈问题亟待攻克

全球大部分相关专利的价值度集中于3～8 分，高价值专利占比较小。以多重PCR、等温扩增为代表的核酸检测技术和以荧光微球、胶体金法、免疫磁珠法为代表的血清免疫学方法是当前研发机构的热点关注领域，与目前全球病原体检测技术热点趋势基本重叠，说明SARS-CoV-2 检测技术研发尚未突破现有基本框架，对SARS-CoV-2 本身的了解程度及抗体抗原研发等基础性研究不足，导致重大突破性成果姗姗来迟。建议我国相关研发主体扎实做好基础研究，关注技术瓶颈问题，在关键技术领域进行持续长期专利布局，夯实研究积累，抢占核心技术优势。

3.3 SARS-CoV-2 检测技术研发主体之间的创新合作不足

SARS-CoV-2 检测技术研发主体以机构内合作为主，跨机构及跨国合作强度较弱。目前，在全球范围内基于基因编辑的SARS-CoV-2 检测技术研发合作网络囊括了美国加州大学、哈佛大学、雪松西奈医疗中心及Mammoth Biosciences 公司等国际知名生物企业，形成了“产学研”各方共同投入、相互协作的创新模式，有望在短时间内快速取得技术突破。建议我国研发主体在充分做好知识产权保护的前提下，做好技术研发现状和潜在合作对象的情报分析，构建和拓宽合作网络，打破闭门造车的困局，集众家之所长，加强、加快学科融合共进，积极关注现代生物技术在病原体检测领域的创新应用，营造开放创新的良好氛围，提前布局，把握未来技术发展方向。

3.4 中美两国共同领跑全球SARS-CoV-2 检测技术研发

中国和美国是全球SARS-CoV-2 检测技术研发最为活跃的国家，两国拥有的相关专利在全球占比超过60%。我国专利申请人在专利技术分布和地域布局方面尚存在完善空间。以中国科学院为代表的科研机构的技术关注范围较广，研发资源较为分散，技术优势难以塑造。

我国申请人专利申请大都局限于国内，在国际市场打造技术保护壁垒的意识比较薄弱。建议进一步优化战略布局。一是技术研究要聚焦，有所为有所不为。目前SARS-CoV-2 检测技术研发正处于快速成长期和技术攻关期，突破性成果较少。研发机构应根据自身研究基础和优势，合理规划1～2 个突破方向，凝练技术优势。二是产权保护要拓广，积极开展国际市场调研，就核心关键成果在目标市场申请专利保护，逐步构建技术保护网络，打造和巩固竞争优势。

COVID-19 疫情暴发并在全球持续蔓延，推动SARS-CoV-2 检测技术研发步入快速发展期，基于抗原/抗体的血清免疫学检测技术与核酸检测等分子生物学检测方法是当前关注热点。高价值专利占比较低，说明在现有创新基础上，针对SARS-CoV-2的检测技术研发取得的突破性成果较少，仍存在关键瓶颈问题。因技术保护问题，全球SARS-CoV-2检测技术专利申请人创新合作强度较弱。将基因编辑、纳米等新技术与病原体检测技术结合，研发特异性更强、对医疗环境要求更低、操作简单且高效的SARS-CoV-2 检测手段是未来技术发展趋势。中国和美国作为SARS-CoV-2 检测技术专利的主要来源国，共同领跑全球技术创新。建议我国创新主体加大对SARS-CoV-2 检测技术的投入力度，加快研究进度、夯实研究积累、促进学科融合、优化战略布局、凝练竞争优势、拓宽合作网络、加强开放创新，确保和巩固我国SARS-CoV-2 检测技术研发水平稳居世界第一梯队。

猜你喜欢 专利申请聚类专利 一种傅里叶域海量数据高速谱聚类方法北京航空航天大学学报(2022年8期)2022-08-31从一件无效宣告请求案谈专利申请过程中的几点启示和建议军民两用技术与产品(2022年6期)2022-08-06面向WSN的聚类头选举与维护协议的研究综述现代计算机(2018年27期)2018-10-252018年河南省各省辖市及直管县（市）专利申请量统计表（1月）河南科技(2018年9期)2018-09-10韩国AI内容专利申请数5年激增10倍中国知识产权(2018年7期)2018-07-31改进K均值聚类算法舰船电子对抗(2017年6期)2018-01-11专利申请三步曲发明与创新(2016年5期)2016-08-21基于Spark平台的K-means聚类算法改进及并行化实现互联网天地(2016年1期)2016-05-04２００７年上半年专利授权状况统计中国发明与专利(2007年7期)2007-08-09 相关热词搜索：检测技术，病毒，专利，