基于專利信息的全球新冠病毒檢測技術競爭態勢分析

蔣麗勇，張立國，葛 華，劉 術，刁天喜

新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）給全球公共衛生帶來了威脅，COVID-19 疫情正在從人口構成、經濟、安全和國家治理等各方面對整個人類社會產生影響。眾所周知，病原體檢測處于傳染病防控鏈條的前端，對遏制疫情傳播發揮著關鍵作用。2020 年1 月30 日，世界衛生組織（WHO）宣布COVID-19 疫情為“國際關注的突發公共衛生事件”，同時將新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）體外診斷列為疫情防控總體戰略的重要組成部分［1-4］。各國也高度重視SARS-CoV-2 檢測技術研發工作，大量研發機構和生物藥企投入SARS-CoV-2 檢測技術研發，產出了一系列創新成果和實用產品［5］。截至2022 年2 月23 日，WHO 針對SARS-CoV-2的體外診斷產品緊急使用清單中包含27 種產品，主要涉及抗原檢測5 種、核酸檢測21 種、抗體檢測1 種［6］。專利信息屬于戰略性情報資源，涉及學科面廣，技術真實可靠，內容更新速度快，是反映科學技術創造最快的信息載體［7］。為了了解SARS-CoV-2 檢測技術發展現狀及全球競爭態勢，本文擬從申請趨勢、市場競爭力和主要創新主體的專利布局、技術創新能力、專利申請人等角度對SARS-CoV-2 檢測技術專利進行分析，從而對全球SARS-CoV-2 檢測技術研發的競爭態勢做出判斷提出建議，以期為今后的研究和專利布局提供借鑒。

1 數據來源及檢索策略

1.1 數據來源

依托全球專利數據庫 incoPat 進行數據檢索。incoPat 收錄了來自全球120 個國家、組織或地區，超過1.4 億件的專利文獻，并對專利著錄信息、法律、運營、同族、引證等信息進行了深度加工及整合，可實現24 小時數據動態更新。此外，該數據庫集成了專利檢索、專題庫、監視預警等功能模塊，可從多個維度對數據進行統計、聚類和引證分析。為了提高查全率和查準率，本文通過關鍵詞檢索，輔以人工篩選，借助Excel 和VOSviewer等軟件進行數據清洗和可視化，得出最終數據集和分析結果。

1.2 檢索策略和結果

經過前期調研，2022 年1 月26 日，以檢索式“（（TIABC=（TEST* OR DETECT* OR DIAGNOS*））AND（（（TIABC=（（SARS-COV-2 OR "20192WnCOV"OR COVID*19 OR "COVID 19" OR"新冠"OR"新型冠狀病毒" OR "CORONA2WVIRUS*"））））））”，在incoPat 專利數據庫中對2022 年1 月1 日前申請的所有專利文獻進行檢索，命中專利4 816 件，通過人工篩選，獲得可分析的專利4 014 件，經簡單同族合并后共獲得3 474 個專利族。

2 結果分析

2.1 專利申請趨勢

通過對檢索結果進行分析，繪制SARS-CoV-2檢測技術專利申請趨勢圖（圖1）。從圖1 可以看出，2003-2019 年，與SARS-CoV-2 檢測技術相關的專利年申請量不到10 件，而2020 年因為COVID-19 疫情快速傳播，專利申請量呈井噴式增長。2003 年SARS 疫情暴發，研究人員展開了冠狀病毒檢測技術探索，產生了一些研究成果，如“SARS 病毒和可用于檢測其他傳染性病原和方法及組合物”（JP2007523594A）、“一種新型冠狀病毒毒株及其醫藥用途”（CN1450164A）等。上述專利中所指的新型冠狀病毒與導致COVID-19的病毒并非同一毒株，但為SARS-COV-2 檢測技術的研發提供了參考。2005-2013 年，針對冠狀病毒檢測技術的專利申請出現空白，推測可能是因為SARS 疫情平息，缺少臨床樣本和潛在市場利益驅動。2014-2016年，Theranos 公司針對多種傳染性病原體檢測技術申請了6 件專利。2019 年12 月，COVID-19 暴發，直接導致2020 年SARS-COV-2 檢測技術專利量激增。2020 年3 月，隨著疫情在全球傳播，大量研發主體開展了SARS-COV-2 檢測技術研發，當月專利申請量達233 件，2020 年3 月至2021 年2 月，單月專利申請量緩慢滑落。2021 年3 月，專利申請量迅速回升，于4 月達到峰值316 件，這說明經過短期的大力科研公關之后，取得了一些成果。之后專利申請量快速滑落，2021 年12 月，SARS-COV-2檢測技術專利僅5 件，反映出技術創新可能遭遇瓶頸問題，技術研發進入積累期和儲備期。2020 年全年SARS-COV-2 檢測技術專利為1 931 件，2021年稍有下降，專利申請量為1 502 件。

圖1 SARS-CoV-2 檢測技術專利申請趨勢

2.2 市場競爭力和創新主體專利布局

本文根據各國專利申請情況，構建了全球SARS-CoV-2 檢測技術專利地域分布矩陣（表1）。截至2021 年12 月31 日，公開SARS-CoV-2 檢測技術專利最多的國家或組織包括中國、美國、印度、韓國、俄羅斯、澳大利亞、德國、英國，以及世界知識產權組織和歐洲專利局。從表 1顯示，中國以2 005 件專利位居榜首，世界知識產權組織、美國分別以682 件、330 件排在第2、第3 位。

表1 全球SARS-CoV-2 檢測技術專利地域分布

在中國公開的專利中，由中國申請人申請的專利為1 989 件，占比超過99.2%，專利布局以國內為主。美國、德國、英國及加拿大均在中國申請了相關專利，其中以美國居多，共13 件。美國公開專利341 件（其中11 件專利的申請人國別未在表中列出），其中美國申請人申請的專利為285 件，占83.6%，中國、加拿大、德國、英國、法國、印度等國家也在美國申請了專利。值得關注的是，美國申請人在世界知識產權組織申請了433 件專利，超過了其在美國國內申請的專利總量，在世界知識產權組織所有相關專利中占60.22%。美國申請人還分別在中國、印度、韓國、澳大利亞和英國申請了專利?？梢钥闯?，美國申請人比較注重拓展國際市場，且瞄準了人口基數大或經濟實力較強的國家和地區。

2.3 技術創新能力分析

綜合分析專利申請人國別（即技術專利來源國）、專利價值度分布和優先權專利國別分布，可了解某個國家在相關領域的技術創新能力。

2.3.1 技術專利來源

從 SARS-CoV-2 檢測技術專利主要來源國（表2）可以看出，中國申請人共申請相關專利2 052 件，在全球SARS-CoV-2 檢測技術專利中占59.07%。美國申請人申請的專利共742 件，僅次于中國，排在第2 位。同時上榜的國家還有印度、德國、韓國、英國、俄羅斯、法國、澳大利亞和加拿大。

表2 全球SARS-CoV-2 檢測技術專利主要來源國

2.3.2 專利價值度分布

incoPat 專利價值度評分主要依托于該數據庫自主研發的專利價值模型進行計算，綜合考量專利技術穩定性、技術先進性、保護范圍層面等最常見和最重要的20 多項技術指標，通過設定指標權重、計算順序等參數，將專利的價值度分為1～10 分，分值越高，專利價值越高。中國、美國擁有的10分高價值度專利最多，分別是29 件、24 件。德國、俄羅斯、印度、韓國等國的10 分高價值度專利均少于5 件，大部分專利的價值度為3～8 分（圖2）。

圖2 各國SARS-CoV-2 檢測技術專利價值度分布

2.3.3 優先權專利地域分布

通過分析優先權專利地域分布情況，可判斷相關國家或組織在某一領域的研發實力和創新程度［8］。在所有SARS-CoV-2 檢測技術專利中（未經同族合并），美國優先權專利914 件，中國251件。英國、韓國、德國、意大利、印度和新加坡也擁有少量優先權專利（表3）。

表3 SARS-CoV-2 檢測技術優先權專利地域分布

2.4 專利申請人競爭力分析

專利申請量是衡量專利申請人研發活躍度的重要指標，分析創新主體的技術優勢及其與全球創新合作網絡的關聯度則可判斷其潛在競爭力。

2.4.1 主要專利申請人排名

在專利申請量最多的申請人中（表4），中國科學院以51 件專利排在第1 位，中山大學共申請專利30 件，排在第2 位。軍事科學院軍事醫學研究院和江蘇省疾病預防控制中心分別以28 件專利、27 件專利排在第3 位和第5 位。申請量排在前10 位的中國申請人還包括復旦大學、中國醫學科學院等高?；蚩蒲性核吧钲谑衼嗇x龍生物科技股份有限公司等地方企業。美國賽沛（Cepheid）分子診斷公司共申請專利27 件，排在第4 位，是申請量最多的國外企業。上榜的國外申請人還包括美國加州大學（University of California）。專利申請量排在前10 位的申請人主要來自中國和美國，其中中國申請人8 位，占80%，大部分是高?；蚩蒲性核?。

表4 全球SARS-CoV-2 檢測技術主要專利申請人分布

2.4.2 主要專利申請人技術優勢

通過對專利分類號進行聚類，可判斷專利申請人的技術偏好和技術優勢（圖3）。專利申請量排在前10 位的申請人在G01N33/569（用于原生動物、細菌、病毒等微生物的免疫測定法）、C12Q1/70（包含酶、核酸或微生物的病毒或噬菌體測定或檢驗方法）、A61P31/14（用于RNA 病毒的抗感染藥，即抗生素、抗菌劑、化療藥物）、C12N15/11（DNA重組技術，DNA 或RNA 片段）和C07K16/10（來自RNA 病毒的免疫球蛋白，如單克隆或多克隆抗體）5 個領域布局密集，各機構普遍比較關注血清免疫學檢測方法和分子生物學檢測技術。江蘇省疾病預防控制中心有23 件專利涉及G01N33/569 領域，有21 件專利涉及C07K16/10 領域，在其所有相關專利中分別占 85.18%（23/27）、77.78%（21/27），反映出該機構在SARS-CoV-2 免疫測定技術研發領域優勢明顯。賽沛分子診斷公司的專利大部分是關于PCR 技術應用及相關設備的一體化、自動化和操作簡便化的，涉及領域包括C12Q1/6844（核酸擴增反應）、C12Q1/686（聚合酶鏈式反應）、B01L3/00（實驗室用的容器或器皿）等，在核酸擴增方法及裝置、核酸去污、核酸分離等方面成果較多，核酸檢測技術優勢明顯。2020 年3 月，賽沛分子診斷公司研制出一種SARS-CoV-2快速檢測試劑，借助該公司自動化基因分析儀（GeneXpert Systems），可在45 分鐘內得出檢測結果。軍事醫學研究院有7 件專利屬于G01N33/68領域（涉及蛋白質、肽或氨基酸的化學分析，包括生物特有的配體結合方法的測試），基于宏基因組測序的核酸檢測技術是該機構的技術優勢。

圖3 全球主要專利申請人技術領域分布

2.4.3 專利申請人合作網絡

基于共現矩陣，對國內外專利申請人進行創新合作網絡分析，使用VOSviewer 軟件進行可視化分析（圖4）。圖4 中紅色、綠色及藍色代表的合作網絡圍繞美國加州大學構成了全球SARS-CoV-2 檢測技術創新合作網絡。紅色代表的聚類是以美國雪松西奈醫療中心的Stripp Barry R、Santos Roberta S、Konda Bindu 等研究人員及美國加州大學的Shaharuddin Hanan 等研究人員構成的合作網絡，相關專利涉及SARS-CoV-2 及重癥肺炎標志物檢測和檢測試劑的篩選。Mammoth Biosciences 公司研發部副總裁Jesus Ching、Miao Xin 等內部研究人員構成了綠色合作網絡，該團隊與加州大學伯克利分校分子生物學家、CRISPR 先驅Jennifer Doudna 和美國哈佛大學分子生物學家Tsaloglou Maria Nefeli 具有合作關系。2020-2021 年，Mammoth Biosciences 公司申請的專利與 CRISPR-CAS 密切相關（WO2020257356A2、WO2021159020A2、WO2022006536A1）。目前，該公司已成功建立基于 CRISPR 技術的高通量SARS-CoV-2 檢測工作站，并已獲美國FDA 緊急使用授權。美國東北大學、加州大學洛杉磯分校研究人員Candler Robert N 及馬薩諸塞大學安姆斯特分校構成了藍色合作網絡，其關注重點是病毒檢測樣品的采集方法和特殊裝置。

圖4 全球SARS-CoV-2 檢測技術主要專利申請人合作網絡

SARS-CoV-2 全球合作網絡囊括加州大學、馬薩諸塞大學安姆斯特分校等以跨領域基礎性研究為代表的高校，以及雪松西奈醫療中心等非營利性的前沿生物醫學研究機構和以 Mammoth Biosciences 公司為代表的生物企業，關注與合作方向包括基于CRISPR-CAS13 酶研發SARS-CoV-2 快速檢測方法、SARS-CoV-2 及重癥肺炎標志物檢測，預計未來基于基因編輯技術的SARS-CoV-2 檢測技術會出現突破性進展，技術迭代加快。

2.5 技術熱點和趨勢分析

對國際專利分類號和共被引專利進行聚類分析，可了解技術熱點，分析技術未來發展趨勢［9］。

2.5.1 基于分類號的技術構成現狀

全球SARS-CoV-2 檢測技術研發主要集中于G01N33/569（用于原生動物、細菌、病毒等微生物的免疫測定法）、C12Q1/70（包含酶、核酸或微生物的病毒或噬菌體測定或檢驗方法）、C12N15/11（DNA 重組技術，DNA 或RNA 片段）、G01N33/558（利用抗原或抗體的擴散或遷移的免疫測定法）、C12Q1/6844（核酸擴增反應）等領域（圖5），這說明基于抗體/抗原的血清免疫學檢測方法和核酸檢測等分子生物學檢測方法是當前創新主體普遍比較關注的技術分支。

圖5 全球SARS-CoV-2 檢測技術構成

2.5.2 基于專利共被引的技術熱點和趨勢

美國情報學家Henry Small 于1973 年首次提出文獻共被引的概念，即當兩篇（或多篇）文獻同時被后來一篇或多篇文獻所引證時，這兩篇文獻之間構成共被引關系。共被引專利是指與本專利共同被作為參考文獻引用的專利［10］。通過對共被引專利進行聚類分析，可探索技術熱點和未來發展趨勢［11］。本文將共被引專利劃分為紅色代表的聚類#1、綠色代表的聚類#2、藍色代表的聚類#3、黃色代表的聚類#4 及淺藍代表的聚類#5 等5 個主要類別，其他專利共被引強度較弱，聚類表征不明顯（圖6）。

圖6 SARS-CoV-2 檢測技術共被引專利聚類

聚類#1 包含51 件專利，是當前技術研發熱點，主要涉及核酸檢測技術，其中引物設計、探針研發是關鍵工藝過程，質量控制、檢測效率及如何降低SARS-CoV-2 檢測對環境的需求是當前亟需解決的瓶頸問題。多重PCR、等溫擴增和經典檢測技術熒光原位雜交（FISH）在SARS-CoV-2 核酸檢測技術領域應用最廣。聚類#2 包含27 件專利，研發熱度僅次于聚類#1，主要涉及血清免疫學，抗原抗體研發是技術突破關鍵。熒光微球法、膠體金法和免疫磁珠法關注度最高。相較于分子生物學檢測技術，血清免疫學檢測技術在SARS-CoV-2 檢測領域的產品化程度更高。聚類#3 包含25 件專利，主要涉及SARS-CoV-2 抗體研發、靶向三聚體形式的Spike 蛋白/刺突蛋白研究等基礎性專利。聚類#4包含24 件專利，主要涉及SARS-CoV-2 抗原檢測。聚類#5 包含21 件專利，主要涉及抗原抗體及重組融合蛋白，這說明抗體研發是SARS-CoV-2 檢測技術創新的關鍵突破點之一。

隨著COVID-19 疫情的持續蔓延，未來仍將會有大量人力物力投入SARS-CoV-2 檢測技術研發。以多重PCR、等溫擴增為代表的核酸檢測技術和以熒光微球、膠體金法、免疫磁珠法為代表的血清免疫學方法仍將是未來多方關注的重點。

2.6 高價值專利分析

目前學術界對高價值專利尚無統一認識。專利價值與專利質量密切相關，而專利引證是評價專利價值或專利質量的重要指標［12］。專利引證主要涉及引文數量和被引次數，其中被引次數被公認為是評價專利質量的重要指標［13］。1976 年，美國專利商標局在《第六次技術評估和預測報告》中強調了使用專利被引次數評價專利技術的意義［14］。文庭孝在總結國內反映專利質量的指標時將被引次數列為首位［15］。被引次數已被廣泛用作專利質量指標，專利被引用次數越多，說明對其他發明的影響越大，專利越重要。incoPat 數據庫在衡量專利價值度時，綜合考慮了專利的技術價值、市場價值和法律狀態。本文選取價值度為10 分、被引證指數排在前10 位的專利作為高價值專利進行分析（表5）。從地域分布來看，高價值專利主要來源于美國，其次為荷蘭、中國、加拿大、俄羅斯、法國和意大利。從表5 可以看出，2003-2004 年申請的4 件與SARS病毒相關專利是對SARS-CoV-2 檢測技術影響比較大的基礎性專利。2014 年由美國Therano 公司申請的專利“傳染病檢測系統與方法”（US14479241）介紹了同時快速檢測多種病原體的方法和步驟，涉及核酸擴增等分子生物學檢測手段。其余高價值專利均于2020 年申請，主要涉及RBD 蛋白、寡核苷酸檢測試劑盒。在10 件高價值專利中，有5 件專利曾發生過技術轉移，占比高達50%，這也印證了相關專利的價值。

表5 SARS-CoV-2 檢測技術高價值專利

2.7 中美專利沙盤對抗分析

中國和美國是全球 SARS-CoV-2 檢測技術專利的主要申請國。綜合考量兩國專利數量、專利價值度、技術影響力、權利范圍、運用經驗值等因素，對兩國相關專利進行了沙盤對抗分析，紅方代表中國，藍方代表美國（圖7）。中國SARS-CoV-2 檢測技術專利綜合得分為7.01分，高于美國的5.43 分。中國在專利數量、專利整體價值度總和、技術影響力方面領先于美國，但在權利范圍、專利運用經驗值方面與美國存在一定差距，這說明我國在專利成果運用和轉化方面稍顯滯后，也反映出我國在SARS-CoV-2檢測技術領域尚未形成“產學研”緊密協作的研發模式。

圖7 中美SARS-CoV-2 檢測技術專利沙盤對抗

3 結論

3.1 SARS-CoV-2 檢測技術研發步入快速發展期

全球SARS-CoV-2 研發與2003 年SARS 疫情及2019年COVID-19疫情暴發密切相關。鑒于COVID-19疫情仍在全球范圍內持續擴散，SARS-CoV-2 檢測產品的市場需求巨大，預計未來仍將會吸引大量研發主體聚力于SARS-CoV-2 檢測技術研發，專利申請量將持續快速增長。建議我國加大財力和人力投入，加快推進技術研究進度，加大產品轉化力度，為防疫、抗疫鑄就盾牌，也為我國新型病原體檢測技術研發探索提供新路徑、打造新模式。

3.2 SARS-CoV-2 檢測技術仍存在瓶頸問題亟待攻克

全球大部分相關專利的價值度集中于3～8 分，高價值專利占比較小。以多重PCR、等溫擴增為代表的核酸檢測技術和以熒光微球、膠體金法、免疫磁珠法為代表的血清免疫學方法是當前研發機構的熱點關注領域，與目前全球病原體檢測技術熱點趨勢基本重疊，說明SARS-CoV-2 檢測技術研發尚未突破現有基本框架，對SARS-CoV-2 本身的了解程度及抗體抗原研發等基礎性研究不足，導致重大突破性成果姍姍來遲。建議我國相關研發主體扎實做好基礎研究，關注技術瓶頸問題，在關鍵技術領域進行持續長期專利布局，夯實研究積累，搶占核心技術優勢。

3.3 SARS-CoV-2 檢測技術研發主體之間的創新合作不足

SARS-CoV-2 檢測技術研發主體以機構內合作為主，跨機構及跨國合作強度較弱。目前，在全球范圍內基于基因編輯的SARS-CoV-2 檢測技術研發合作網絡囊括了美國加州大學、哈佛大學、雪松西奈醫療中心及Mammoth Biosciences 公司等國際知名生物企業，形成了“產學研”各方共同投入、相互協作的創新模式，有望在短時間內快速取得技術突破。建議我國研發主體在充分做好知識產權保護的前提下，做好技術研發現狀和潛在合作對象的情報分析，構建和拓寬合作網絡，打破閉門造車的困局，集眾家之所長，加強、加快學科融合共進，積極關注現代生物技術在病原體檢測領域的創新應用，營造開放創新的良好氛圍，提前布局，把握未來技術發展方向。

3.4 中美兩國共同領跑全球SARS-CoV-2 檢測技術研發

中國和美國是全球SARS-CoV-2 檢測技術研發最為活躍的國家，兩國擁有的相關專利在全球占比超過60%。我國專利申請人在專利技術分布和地域布局方面尚存在完善空間。以中國科學院為代表的科研機構的技術關注范圍較廣，研發資源較為分散，技術優勢難以塑造。

我國申請人專利申請大都局限于國內，在國際市場打造技術保護壁壘的意識比較薄弱。建議進一步優化戰略布局。一是技術研究要聚焦，有所為有所不為。目前SARS-CoV-2 檢測技術研發正處于快速成長期和技術攻關期，突破性成果較少。研發機構應根據自身研究基礎和優勢，合理規劃1～2 個突破方向，凝練技術優勢。二是產權保護要拓廣，積極開展國際市場調研，就核心關鍵成果在目標市場申請專利保護，逐步構建技術保護網絡，打造和鞏固競爭優勢。

4 結語

COVID-19 疫情暴發并在全球持續蔓延，推動SARS-CoV-2 檢測技術研發步入快速發展期，基于抗原/抗體的血清免疫學檢測技術與核酸檢測等分子生物學檢測方法是當前關注熱點。高價值專利占比較低，說明在現有創新基礎上，針對SARS-CoV-2的檢測技術研發取得的突破性成果較少，仍存在關鍵瓶頸問題。因技術保護問題，全球SARS-CoV-2檢測技術專利申請人創新合作強度較弱。將基因編輯、納米等新技術與病原體檢測技術結合，研發特異性更強、對醫療環境要求更低、操作簡單且高效的SARS-CoV-2 檢測手段是未來技術發展趨勢。中國和美國作為SARS-CoV-2 檢測技術專利的主要來源國，共同領跑全球技術創新。建議我國創新主體加大對SARS-CoV-2 檢測技術的投入力度，加快研究進度、夯實研究積累、促進學科融合、優化戰略布局、凝練競爭優勢、拓寬合作網絡、加強開放創新，確保和鞏固我國SARS-CoV-2 檢測技術研發水平穩居世界第一梯隊。