可降解塑料在生物医药领域的应用专利布局及情况分析

2021-05-30贾立娜王科

新材料产业 2021年6期

贾立娜王科

随着全球环境污染问题越来越受到重视，各国政府纷纷颁发“限塑令”“禁塑令”。我国自1991年开始就陆续出台限制、禁止塑料制品使用的政策，以推进对不可降解塑料逐渐禁止、限制使用。可降解塑料由于在自然环境下能降解成对环境没有危害的物质，因此成为塑料的理想替代品。

可降解塑料应用范围十分广泛，可用于包装材料、农用地膜、纺织材料、3D打印等领域。而由于可降解塑料具有与人体相容性好，在人体内降解后能够被人体吸收或完全排出体外[1]，因而在生物医药领域中需要发挥临时治疗作用的医药和器械方向也获得越来越多的应用。

因应用前景广阔，并具有高附加值特点，可降解塑料在生物医药领域的应用技术研发和专利布局尤为突出。本文以全球及中国可降解塑料在生物医药领域应用的专利数据为研究样本，通过分析该领域专利申请趋势，专利布局和技术构成情况，对可降解塑料在生物医药领域应用的专利布局情况有所了解，从专利角度解读可降解塑料在生物医药领域应用的发展现状。

1 技术发展趋势与区域布局

可降解塑料在生物医药领域应用的技术起源于20世纪60年代。1963年，美国氰胺公司申请了1件外科手术缝线的专利，其采用聚羟基乙酸酯材料，在手术中使用后会被人体组织吸收（US3297033A）。此后，在此基础上，美国氰胺公司又研发并申请了多件采用相同材质的海绵、纱布、组织修复用假体等可被人体组织吸收的外科修复材料。自此，可降解塑料在生物医药领域的应用被越来越多企业关注，强生公司、辉瑞公司等也分别在可吸收外科材料、药物缓释控释等领域进行应用研发，产生了较多专利技术。20世纪70年代，使用可降解塑料在矫形及骨科领域应用的专利申请数量逐渐增多，在骨假体锚定位置使用可降解塑料，可以促进天然骨组织生长，并逐渐取代锚定位置的可降解材料。至90年代，较多的可降解塑料开始应用于心脑血管及体内移植领域，可降解塑料制造的人工血管、血管支架等在人体天然血管恢复功能后逐渐降解，既发挥了临时的治疗作用，又避免了患者受到二次创伤。自2000年以来，医用生物降解塑料得到迅速发展，其在生物医药领域的应用范围几乎涉及到所有非永久性的植入装置[2]。

从20世纪60年代至今，可降解塑料在生物医药领域的应用技术累计专利申请超过2.5万件。1990年以前，专利申请数量较少，技术主要集中在縫合线绷带敷料、药物缓释控释、矫形骨科等应用方向。1990年后，随着生物医药技术的快速发展，可降解塑料在该领域的应用也广泛增加，国外在该领域专利申请量飞速增长。2000年至今，国外在该领域的研发处于稳定状态，年专利申请量变化不大。与之相对的，由于人民生活水平日益提高，社会对生物医药的需求明显增加，我国可降解塑料在生物医药领域的应用技术飞速发展，专利申请量迅速增加。目前中国已成为全球可降解塑料在生物医药领域的应用技术主要来源地，我国自2000年起至今已累计专利申请9789件（见图1）。

美国和日本是国外累计专利申请量最多的2个国家。美国至今仍维持较稳定的专利申请态势，年专利申请量约200件左右，雅培公司（含雅培实验室、雅培心血管系统有限公司、雅培制药有限公司、雅培医护站股份有限公司等）、阿勒根公司、波士顿科学国际有限公司、华沙整形外科股份有限公司是美国目前在该领域专利申请的重要创新主体。日本在2000年前专利申请较为活跃，但在2000年时达到峰顶后专利申请量逐年减少，年专利申请量均不足100件，泰尔茂株式会社、郡是株式会社是目前其专利申请数量较为突出的创新主体。

2 专利技术分布

在生物医药领域应用的主要可降解塑料有聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）和聚丁二酸丁二醇酯（PBS）等，专利申请情况见图2。其中PLA在生物医药领域的应用最为广泛，主要应用于药物缓释控释载体、缝合线绷带敷料等普通外科材料，此外，在心血管及体内植入物、组织工程、矫形骨科及牙科等领域也有较多应用。从近5年专利申请占比来看，PBS近年来专利申请量增加明显，近5年专利占比超过50%，显示出其近年来在生物医药领域的应用研究愈发活跃。

药物缓释控释方向是可降解塑料在生物医药领域最为主要的应用方向，可降解塑料作为药物缓释控释的载体，可以避免患者在用药时药量过大超出可承受的浓度，或药量过小达不到血药浓度。同时，药物缓释控释技术也能有效避免因浓度过高造成的浪费[3]。除药物缓释控释方向外，普通外科用医疗器械也是可降解塑料在生物医药领域重要的应用方向，产品包括缝合线、绷带、敷料、粘合剂等。该方向产品研发难度相对较小，容易产生专利技术，因而专利申请数量也较多（图3）。除药物缓释控释、普通外科外，心血管及体内植入物、组织工程及假体、矫形骨科及牙科、体外与人体连接装置（包括氧合器、透析及血液分离装置、各种导管尿管等）也都是可降解塑料在生物医药领域应用较为广泛的方向。

3 全球重要申请人

可降解塑料在生物医药领域应用相关专利申请的全球TOP20申请人中，有9位美国申请人、7位中国申请人、2位日本申请人、1位韩国申请人以及1位瑞士申请人（表1）。TOP20申请人中的国外申请人以企业居多，只有麻省理工学院是唯一的高校申请人，而我国位居全球TOP20的申请人中，大部分为高校，只有山东蓝金生物工程有限公司（含其子公司济南帅华医药科技有限公司和济南康泉医药科技有限公司，以下简称“山东蓝金生物”）是唯一的企业申请人。显示出国外该领域的产业化较强，而中国在该领域的发展距离产业化还有较大距离。

中国的山东蓝金生物公司是可降解塑料在生物医药领域应用相关专利申请最多的申请人，专利申请量达470件，其专利技术集中在药物缓释控释方向，在其他方向没有专利布局。位居第2位的强生公司（含强生医疗有限公司、强生骨科有限公司、强生医院、强生再生疗法有限责任公司等）不仅专利申请数量非常大，而且其产品范围广泛，在心血管及体内植入物、组织工程、普通外科及药物缓释控释方向均有较多专利布局。总体来看，国外大型医疗器械跨国公司以及国内高校在可降解塑料的生物医药应用领域布局方向均较为广泛，规模相对较小的企业会将研发力量集中在一个方向，以获得特定方向的专利优势。

4 中国专利申请现状

我国的可降解塑料在生物医药领域的应用起步较晚，早期的专利申请主要为国外来华企业所申请，自2000年后，我国本土可降解塑料在生物医药领域的应用专利申请才逐渐增多，并在数量上超过国外来华专利申请。目前我国的可降解塑料在生物医药领域的应用专利中，有91%来自本土申请人，只有1%来源于国外来华申请人。国外来华专利申请中，来自美国、日本、韩国、瑞士的专利有近70%（图4）。其中来自美国的阿勒根公司、强生公司、万能医药公司，来自日本的天藤制药株式会社、东丽株式会社、武田药品工业株式会社、来自韩国的株式会社三养和瑞士的诺华股份有限公司均针对我国市场进行了不同程度的专利布局。

按照省份排名来看，江苏省、山东省和广东省是中国可降解塑料生物医药应用领域专利申请排名前3位的省份，专利申请占比均超过中国总体专利申请的10%，与其他省份相比具有较大优势。来自江苏省的东南大学、苏州大学、无锡中科光远生物材料有限公司等，来自山东省的山东蓝金生物工程有限公司、山东大学、山东理工大学，来自广东省的华南理工大学、暨南大学、中山大学在可降解塑料生物医药应用领域积极探索并实施专利布局策略。

按照城市排名来看，上海市、北京市和济南市位列前3，来自上海市的东华大学、上海交通大学和同济大学，来自北京市的清华大学、北京化工大学和乐普（北京）医疗器械股份有限公司，来自济南市的山东蓝金生物工程有限公司、山东大学和济南基福医药科技有限公司在可降解塑料生物医药应用领域积极探索并实施专利布局策略（表2）。

中国专利申请的TOP20申请人全部为本土申请人，且主要为高校和研究机构，企业申请人较少，只有3家。其中山东蓝金生物工程有限公司以其可降解塑料在藥物缓释控释领域应用的470件专利申请位居第一位，远超位居其后的四川大学、上海交通大学等申请人，具有突出的技术研发实力和专利布局意识。但其余企业的专利储备仍有较大提升空间。

5 结语

2000年以后，国外在可降解塑料生物医药领域的应用专利申请处于稳定状态，已经形成较为成熟的发展模式，跨国企业在各自优势方向也拥有较为夯实的市场优势。当前我国在该领域专利申请量增加明显，已成为全球可降解塑料在生物医药领域的应用技术主要来源地，但我国的创新主体主要是高校和科研机构，企业创新数量较少，产业发展具有较大提升空间。此外国外企业虽然专利申请数量较大，但在我国专利布局数量并不突出。我国企业仍有通过加快发展，在本土超越国外企业，占有本土市场一席之地的机会。

因此，我国企业可以利用高校和科研院所的技术优势，快速提高自身技术实力，利用企业技术产业化优势快速将产品推向市场。一方面可以通过合作研发或者外聘专家的方式；另一方面，企业可以通过专利权转移和专利实施许可等运营方式，将高校和科研院所技术直接转化为自有技术并产业化。

10.19599/j.issn.1008-892x.2021.06.007