药学科研领域几种常用仪器的专利计量分析*

张 婷 ，晏仁义 ，崔胜男 ，田 玲

（1．中国医学科学院北京协和医学院·医学信息研究所／图书馆，北京 100020；2．中国中医科学院中药研究所，北京 100700）

现代药学的发展和进步，越来越多地依靠高新技术和现代仪 器设备的问世和发展。精密的分析测试技术如色谱学、质谱（MS）、核磁共振（NMR）和X射线结晶学的进步，以及电子计算机的广泛应用，为阐明药物作用机理和解析构效关系奠定了坚实的理论和强有力的实验技术基础。目前，分析仪器已发展成为药物研发过程中必不可少的工具，从药代动力学、生物标记物、生物分子学到蛋白质药物的研究，分析仪器都扮演着越来越重要的角色，可以说是药物发现过程中的“眼睛”。近年来，新技术、新方法的发展在药学领域起到了重要的推动作用，高效液相色谱（HPLC），NMR，MS以及联用技术的发展，使得工作效率显著提高，大大加快了新药研发的速度。高效液相色谱仪是用高效液相色谱法对物质进行定性、定量分析的仪器。高效液相色谱法是以液体作为流动相的色谱技术，具有高柱效、高选择性、分析速度快、灵敏度高、重复性好、应用范围广等优点[1]，目前在化学、化工、医药、生化、环保、农业等多个科学领域获得广泛的应用。核磁共振技术是根据有磁矩的原子核在磁场的作用下能够产生能级间跃迁的原理而采用的一种核物理技术[2]。目前，在有机化合物结构研究方面，通过测定样品的高分辨核磁共振图谱并配合质谱等，多数情况下可很快把某一化合物的结构确定下来，已成为有机化合物结构鉴定中最重要的常规方法。质谱技术[2]是近年来发展最迅速的分析技术之一，以其快速、准确、灵敏等优点，受到化学及医药学界的关注，不仅能提供被测物的相对分子质量、分子式，并通过获取有价值的结构信息进行定性分析，还可运用色谱－质谱联用等手段开展准确、灵敏的定量分析。在此利用专利计量分析方法，从专利申请量、专利生命周期、优先权国、国家专利分类号（IPC）和专利技术机构等方面，探讨分析了药学科研领域几种常用仪器（HPLC，NMR和MS）的发展动态，为我国药学科研仪器的发展提供参考。

1 资料与方法

1．1 数据来源

选用Derwent Innocations Index（DII）专利数据库。该数据库将原来的德温特世界专利索引（derwent world patents indes，WPI）与专利引文索引（patents citation indes，PCI）加以整合，收录的信息涵盖全球40多个国家与地区的专利机构的专利信息，是世界上国际专利信息收录最全面的数据库之一，包括1 000多万条的基本专利和2000多万条的专利情报[3]。

1．2 检索策略

检索时间：2013年1月25日；检索范围：Derwent专利数据库收录的HPLC，NMR和MS相关专利；检索式：Derwent Manual Code＝（J04－B01C2 or S03－E07C or J04－B01A1）通过德温特手工代码进行检索，J04－B01C2，S03－E07C和 J04－B01A1分别对应了HPLC，NMR和MS，使用手工代码检索可以得到有效的检索结果，噪声数据小，可信度高[4]；返回结果：共6 967件数据，选取学科类别为“Instruments＆Insturmentation”后的数据共6 775条，以后者为分析对象。

1．3 分析工具

采用Thomson Data Analyzer（简称TDA）专利分析软件，该软件由美国汤姆森科技信息集团公司开发，具有成熟的专利文献信息数据分析功能。

2 结果与分析

2．1 专利申请数量呈逐年增长趋势

截至2013年1月25日，DII数据库共收录HPLC，NMR和MS相关专利6 775件。总体上，专利申请量呈逐步增长的态势。由图1可见，1984年至2000年专利申请数量较少，处于缓步增长阶段；从2001年开始，专利申请数量呈快速增长的趋势，2008年的专利申请数量达峰值1 114件，从2009年开始有所回落，2009年至2010年间的申请数量较平稳，保持在年申请量1 000件左右。由于专利文献从申请到公开需要一段时间的滞后期，因此对于2011年度和2012年度的专利量仅供参考，不代表最终趋势。

图1 1984年至2011年专利申请数量变化趋势

2．2 专利申请人数与专利申请数量变化趋势一致

由图2可见，专利申请人数与专利申请数的变化趋势保持一致。在1984年至2000年间增长缓慢，自2001年开始进入高速增长阶段，到2008年达峰值1 272件，随后申请机构数有所下降。

图2 1984年至2011年专利申请人数变化趋势

2．3 专利生命周期经历了萌芽期、发展期和成熟期3个阶段

生命周期的概念应用很广泛，在诸多领域经常出现。其基本内涵可以概括理解为，任何事物的发展都具有其生命周期，即事物都具有萌芽／酝酿、出生／生长、成熟直到衰老的周期过程[5]。大量研究表明，专利技术在理论上一般会遵循技术生命周期的4个阶段发生周期性变化，即引入期、发展期、成熟期和衰退期[6]。通过对药学科研仪器的专利信息进行统计学上的量化分析，得到其专利技术生命周期图，可以客观掌握该技术领域的技术历史、现状与趋势。由图3可以看出，药学科研仪器HPLC，NMR和MS的发展主要体现在以下3个阶段。

图3 1984年至2010年专利申请人数和专利申请数量情况

第一阶段：技术萌芽期，1984年至2000年。这一时期，专利申请数和专利申请人数都处于低水平缓慢增长态势，药学科研仪器的发展还不成熟。

第二阶段：技术发展期，2001年至2008年。这一阶段的专利申请数和专利申请人数大大增加，大致呈线性增长，表明这一时期的技术研究受到广泛重视，出现了许多突破性进展。

第三阶段：技术成熟期，2009年至今。这一时期专利申请数和专利申请人数有所回落，但绝对值仍处于较高水平。这是因为药学科研仪器已经取得了长足发展，得到了世人的关注，但仍然存在许多技术难题。药学的发展和进步离不开仪器的发展，同时也会促进仪器的发展，因此该技术不会真正进入衰退期。

2．4 专利申请优先权国家和地区中具有较大优势的是美、日、中

在专利所属国家和地区分布中，专利优先权排名前10位的优先权国家和地区专利数量共6 677件，其中排名前3位的国家分别是美国（US）、日本（JP）和中国（CN），美国专利数量为2 131件，日本1 732件，中国1 070件；其后依次为德国（DE）、加拿大（CA）、英国（GB）、欧洲专利局（EP）、韩国（KR）、俄罗斯（RU）和 WOJP。

图4 专利优先权国排名前10位的国家和地区专利申请数量

排名前10位的优先权国家和地区专利总数（6 677件）占全部专利数量（6 775件）的98．55%。排名第一的美国专利占全部专利的31．45%，日本占25．56%，中国占15．79%，其余国家均不足10%。美国和日本在专利申请数量方面领先于其他国家，两国申请专利共占全球申请专利总量的57．02%，足见这两国在药学科研仪器领域技术研发的活跃和强劲的技术实力。我国虽排名第3位，但与美国和日本相比仍然存在着较大差距。

图5 专利优先权国排名前10位的国家和地区的专利份额

2．5 技术领域主要集中在仪器的核心部件和核心技术研究

通过分析药学科研仪器HPLC，NMR和MS的具体技术分类，可以掌握该领域的技术现状。表1和表2是按照国际专利分类法（IPC）分类统计的结果。IPC[7]是目前世界范围内唯一通用的国际专利分类。使用国家专利分类进行检索可以不依赖文种、同义词及专业术语等，同时也使得各国专利文献获得了统一分类。

从表1可见，排在前3位的分别是G01N－027／62，G01N－030／00和G01V－003／00，前两者的数量在前10位中占绝对优势，其专利数量均超过了1000件；排名第3位的是G01V－003／00，其专利数量也接近800件。由此表明，药学科研仪器的研究在这3个领域投入较多。G01N－027／62代表了MS离子源方面的研究工作。离子源是MS的一个重要组成部分，被称之为质谱仪的“心脏”，是对被测样品分子实施离子化成为带电离子的装置，并对离子束进行加速使其进入分析器[2]。G01N－030／00代表了高效液相色谱仪色谱柱方面的研究工作。色谱柱[2]是HPLC的“心脏”，其承担分离分析功能。色谱分离的实质是样品分子（溶质）与溶剂（流动相或洗脱液）以及固定相分子间的作用，作用力的大小决定了色谱过程的保留行为。液相色谱法的基本原理是基于各组分（溶质）在固定相与流动相中吸附能力、分配系数、离子交换作用或分子尺寸大小的差异进行分离。G01V－003／00则代表了核磁共振仪器其核心技术方面的研究工作。NMR技术[2]是根据有磁矩的原子核在磁场的租用下能够产生能级间跃迁的原理而采用的一种核物理技术。因此，G01N－027／62，G01N－030／00和G01V－003／00分别了代表了这几种仪器的“心脏”部件和核心技术的研究工作，这也正是以上几个方面研究备受关注的原因。

表1 世界专利申请量排名前10位的IPC分类号

从表2可见，专利申请量排名第一的美国是G01V－030／00，日本是G01N－027／62，中国是G01N－030／00表明3个国家的研究重点有所不同。同时也可看出，美国在各方面研究均有涉及，其专利数量差别不大。日本的专利则主要集中在G01N－027／62，其专利数量遥遥领先于其他方面，说明日本的研究范围还不是很广泛，只在部分领域有很强的技术竞争力，但其他领域也都保持专利数量在一两百件，足以说明日本在药学科研仪器方面仍有很强的研究实力。中国在该领域的专利数量只有排名前3位的 G01N －030／00，G01N －030／02（·柱色谱法）和 G01N －030／06（···制备）超过了100件，排名前两位的专利数量超过了400件，远远大于其他领域的专利数量，说明中国的研究重点主要放在前两个领域；在排名前10位的技术领域中，排名第4位到第10位的专利数量均低于100件，说明中国的研究力量还是比较薄弱，只在很小的领域有比较突出的成就。

表2 专利优先权排名前3位的国家和地区在不同技术领域的专利申请量

2．6 专利技术机构主要是国外少数几个著名大公司

药学科研领域几种常用仪器专利申请数量排名前10位的机构如图6所示。排名前10位的机构中，申请的专利数量共1 931件，占世界该领域专利数量（6 775件）的28．50%，超过1／5。日本有 4 家，分别为 SHIMADZU，HITACHI，JEOL CO．LTD．和 DOKURITSU GYOSEI，其中SHIMADZU和HITACHI全球排名第1位和第2位，从一个侧面体现出日本技术创新非常活跃；这4家申请专利数量共971件，占世界该领域专利数量（6 775件）的14．33%，占本国申请专利数（1 732件）的56．06%，超过50%，这也体现在该领域日本的专利申请主要集中在几个大公司，其他公司所占份额很少。美国公司有5家，占了一半，分别为BRUKER，AGILENT，MICROMASS，THERMO 和 VARIAN，申请专利数量共725件，占世界该领域专利数量（6 775件）的10．70%，占本国申请专利数（2 131件）的34．02%，这说明在美国并不是几个大公司垄断了该领域，其他公司的研究实力并不逊色；德国只占了1家，是全球排名第3位的SIEMENS，申请数量235件，占世界该领域专利数量（6 775件）的3．47%，占本国申请专利数（549件）的42．08%，可见德国的SIEMENS在该领域专利申请方面占很大优势，具有很强的竞争力。值得注意的是，排名前10位的机构均是企业，体现了国外企业雄厚的研究实力，这也印证了国外科技创新的主体是企业。

图6 专利数量排名前10位的机构专利申请数量

图7是排名前10位的机构的专利逐年申请量，各机构的变化趋势基本一致，均在2008年前后达高峰。排名前10位的机构中，排名第2位的HITACHI和排名第6位的 JEOL CO．LTD．是最早有专利申请的机构，均为日本企业，表明这两家日本公司在药学科研仪器领域研究起步较早。2001年以前，排名前10位公司的专利申请量均在10件以下，表明这一时期仪器领域还处于起步阶段，发展较缓慢。需要引起注意的是，2012年VARIAN的专利申请量为0，这是因为在2010年5月17日，安捷伦科技公司（AGILENT）完成了对科学仪器制造商瓦里安公司（VARIAN）的收购，瓦里安（VARIAN）的大部分生产线隶属于安捷伦的化学分析集团（CAG），而一些关键业务并入安捷伦的生命科学集团（LSG），完成收购后，VARIAN的专利应归属于AGILENT。此外，排名前10位的机构中，专利年申请量最多的是日本SHIMADZU，2008年83件，排名第2位的日本HITACHI 2009年52件，排名第3位的德国SIEMENS和排名第7位的美国MICROMASS均在2010年达到40件。可见，2008年至2009年是日本在药学科研仪器领域的快速发展期；美国相对而言发展比较稳定，达到高峰期后基本没有出现专利数量大幅度下降的情况，只是小范围的波动，充分体现了美国的研发实力。

图7 专利数量排名前10位的机构专利申请数量变化趋势

3 结语

通过专利计量分析，可以得出以下结论。

发展趋势：近10年来药学科研仪器的专利申请量增长迅速，虽然近两年数量稍有所下降，但仍保持较高的专利申请量，发明和创新还是十分活跃。

国家层面：美国、日本和中国的专利数量都超过1 000件，远远领先于其他国家。3个国家的专利申请量占全球申请专利总量的70%以上，在药学科研仪器领域技术研发活跃，具备较强的技术实力。

机构分布：全球药学科研仪器专利申请集中在美国、日本和德国的少数几个大公司，充分说明企业是技术创新的主体。排名前10位的机构中，有5家是美国企业，占了一半，可见美国整体的研究实力很强。4家日本公司在药学科研仪器专利申请方面表现出了强劲的优势，在本国药学科研仪器研发活动中占1／2以上的份额。德国进入排名前10位的机构虽然仅有SIEMENS一家，但其在机构排名中位列第3位，充分体现了该公司在药学科研仪器创新中发挥的重要作用。需要注意的是，我国在专利申请数量排名第3位，具有较大优势，但在排名前10位的机构中没有一家企业入围，这也说明了我国企业仍没有成为技术创新的主体。

在药学科研仪器领域，发达国家具有较大的研究优势和成果，发展中国家的实力还需要加强。我国在该领域专利申请起步较晚，但发展势头较迅猛，与发达国家的水平仍有较大差距。随着药物研发产业的飞速发展以及科学仪器的广泛使用，科学家们对仪器提出了越来越高的要求，科学仪器也有很好的发展潜力。我国应抓住机遇，加大创新力度，提高我国在药学科研仪器领域的地位。

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