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微流控芯片领域专利信息分析(上)

来源:爱游戏注册首页  作者:爱游戏官方网站注册  时间:2022-08-15 07:56:04点击次数:1

  微流控技术(Microfluidics)是指使用微米级的微管道对微量流体进行控制和处理的科学和技术,是一门涉及化学、医药、生命科学、微电子技术、微加工技术甚至化工能源领域的新型交叉学科。利用微流控技术对流体进行控制和处理的装置通常被称为微流控芯片,它能将生物和化学领域所涉及的采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等实验室功能集成在几平方厘米的微尺寸芯片上。

  作为一个仅有二十余年发展历史的新兴学科,微流控芯片表现出了巨大的研究价值和产业化潜力,逐渐成为当代中国极为重要的新兴科学技术平台和国家层面产业转型的潜在战略领域。目前,经过多年的技术积累,微流控芯片的主流已从早期的加工制造技术和平台构建逐步扩展到各领域的广泛应用,根据各行业的实际需求发挥自身优势,寻求多领域的产业化, 进入从技术到产品的转型期。

  本文旨在通过对国内外微流控芯片领域已公开的专利文件进行统计、筛选和比较,分析该领域的发展历史和现状,利用专利分析技术预测该领域未来的发展趋势和方向,以供相关研究人员和企业参考。

  本文采用的样本数据包括中国专利和世界各国专利。其中,中国专利数据来源于中国国家知识产权局(SIPO)中国专利文摘数据库(CNABS),中文库检索,采用的主要关键词为:微流控、芯片、装置、微全分析系统,检索式为:(微流控AND芯片)OR(微流控AND装置)OR(微全分析AND(芯片OR系统))。截止至2017年12月21日,共有检索结果4371件, 经过公开去重后有效检索结果3318件。世界各国专利数据来源于德温特专利数据库(DIIDW),外文库检索采用的主要关键词为:microfluidic, chip, lab on chip。同样截止至2017年12月 21日,共有检索结果5545件。由于我国专利公开程序是申请日后18个月,这会在一定程度上导致2016和2017年可检索的专利数量少于实际数量。

  专利分析的本质是通过对专利信息的内容、数量、数量的变化或不同范围内各种量的比值的研究,对专利文献中包含的各种信息进行定向选择和科学抽象的研究活动。通过对专利数据进行分析,可以了解微流控芯片相关产业和技术领域的重点技术及技术发展方向,为个人、企业乃至国家制定与总体发展战略相匹配的专利战略。

  专利的种类在不同的国家有不同规定,根据《中华人民共和国专利法》中规定我国专利分为:发明专利、实用新型专利和外观设计专利。

  图1为我国专利的申请类型分布。在总数3318件中国有效专利中,发明专利2803件,占比 84.5%;实用新型专利509件,占比15.4%;外观设计专利只有6件,占比不足1%。可以很明显的看到,该领域发明专利数量远高于其它两种专利类型。

  发明是指对产品、方法或者其改进所提出的新的技术方案,分为产品发明和方法发明两大类型。实用新型是指对产品的形状、构造或者其结合所提出的适于实用的新的技术方案,只限于具有一定形状的产品,不能是一种方法,也不能是没有固定形状的产品。相比其它两种专利,发明专利的申请需要经过实质审查,要求具备“突出的实质性特点和显著的进步”,申请难度大,审查周期长。

  该领域发明专利比例远高于其它两种类型专利的情况与微流控芯片高技术含量,高技术附加值有非常大的关系。微流控芯片与集成电路芯片相类似,具有极高的集成度,可以将生物、化学等实验室的基本功能集成到一个几平方厘米的芯片上,受到了学术界和产业界的巨大关注。由于该领域技术发展速度非常快,技术含量相对较高,很容易满足发明专利具备“突出 的实质性特点和显著的进步”的要求。因此发明人更希望申请保护范围更广,持续时间更长的发明专利。

  图2为我国专利申请的地区分布图,可以看出微流控芯片领域相关专利主要集中在江苏、浙江、北京、辽宁、广东、上海这六个地区。其中江苏专利申请量最大,为499件;浙江和北京以473件和458件分列2、3位。前三位间差距较小,占比分别为15.04%,14.26%和13.80%。辽宁、广东和上海三地的申请量与前三位地区存在一定差距,分别为323件、257件和253 件。六个地区合计申请量占比达总量的68.2%,专利地区分布呈明显的集中化态势,主要集中在经济较发达城市和地区。

  一方面,这十个地区分属环渤海经济圈、长三角经济圈和珠三角经济圈,经济发展程度处国内领先地位,区域内高新技术企业密集,在国家政策扶持和企业支持下有充足的经费投入到该领域中;另一方面,这十个地区拥有如浙江大学、大连理工大学、复旦大学、中科院大连化学物理研究所等多家知名高校和科研机构,从事该领域研究的科研人员众多,技术积累时间长,研究成果丰富。这两方面均导致微流控芯片领域专利集中在特定城市和地区,且这种集中分布的现象会随着高校、科研机构、企业相关技术的不断发展和完善而进一步放大。

  图3是通过对德温特专利数据库(DIIDW)检索出的5545件专利进行统计和分析得出的专利在各国的分布情况。其中有2502件专利通过《专利合作条约》PCT在世界知识产权组织 (WIPO)进行登记,这部分专利可在多个国家获得授权,因此上表中各地区专利总数高于检索数。需要说明的是,伴随着欧洲专利制度一体化进程的不断完善,欧盟地区现存在有欧洲专利局颁发的得到欧盟各成员国普遍存在的欧盟专利,但原各国专利仍然有效。

  可以很明显的看到,美国以3525件的总数占据绝对优势,专利申请量占比达总量的63.57%。中国和欧盟分别以1565件和1545件分列二三位。除中国和中国台湾之外表内成员均为发达国家和地区。美国作为微流控芯片技术的诞生地,有着深厚的技术底蕴,技术多转化为产品而被企业所用,加之其经济发展程度较高,专利保护制度健全,企业乐于通过申请专利保障自身的合法权益不受侵犯,因此其专利申请数量居世界首位且远超其他国家和地区。欧盟和日本作为老牌发达国家和地区,申请数量也十分巨大。中国虽然起步较晚,但经过多年的自主研发以及政府在政策上的倾斜,在申请数量上已经赶超欧盟和日本位列世界第二。由于我国科研项目大多依托于国家基金的扶持,技术大多仍停留在实验室阶段,成果转化比例较低,从质量上难以与美国、日本、欧洲相媲美。

  图3为我国主要专利申请人排名。排名前10的申请人中有8位属于高校,研究机构和公司各有1位进入排行前10并分列第1和第3。其中中国科学院大连化学物理研究所申请专利数量达136件,居全国首位,宁波大学以133件紧随其后位列第2。苏州汶颢芯片科技有限公司是目前我国企业在该领域专利申请量最多的公司,申请数量达81件,位列第3位;其它排名前10的申请人均为高校。

  专利申请人的区域分布相对集中,排名前10位的申请人均位于专利申请量排名前5的地区,可见我国各地区的专利申请人主要为当地高校和科研院所,这说明高校和科研院所仍是专利技术的主要提供者,企业的技术水平和参与程度相对较低,与上文中的区域分析相吻合。值得一提的是,北京作为专利申请量最大的地区,并没有某个申请人具有突出的数量,仅有北京工业大学这1位申请人进入申请量排名前10且仅第7。一方面,因为北京地区拥有相对数量最多的高校和科研单位,各高校、科研单位专利申请数量分布相对均匀;另一方面,北京地区经济发展程度高,技术产业化经验丰富,依托当地丰富的高校资源,孵化出了一大批高新技术企业。因此尽管没有某个申请人数量特别突出,但北京地区申请总数依然高居全国排名首位。

  图5为世界各国专利主要申请人排名,专利申请数量排名前10位的申请人中包含6家世界知名企业和4家美国顶尖高校。三星电子有限公司(SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD)和美国加利福尼亚大学(UNIV CALIFORNIA)以159件并列首位。Caliper科技公司(CALIPER TECHNOLOGIES CORP)建立于1995年,是世界上最早的以微流控技术为核心的商业化公司,它和它的子公司(CALIPER LIFE SCI INC)拥有109件和107件专利申请。

  上述申请人除三星电子有限公司外均为美国的公司或高校,由此可见该领域在世界范围特别是美国地区已经进入较为深度的产业化进程,企业代替高校成为技术创新和专利申请的主体,高校的最新科研成果也能得到有效的转化。这些成功的案例既展现出了微流控芯片巨大的商业潜力和应用前景,又为我国未来微流控芯片的产业化提供了借鉴。相对而言,中国该领域的申请人仍集中在高校和科研院所。这一方面是因为我国科研项目和技术创新大多依托于国家项目,难以顺畅的进行产业化;另一方面也体现了我国技术发展的相对不完善,没能出现吸引资本大规模流入的突破性技术。

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