人工心脏瓣膜专利申请分析

一、概述

自1960年Harken和Starr第1次成功把人工心脏瓣膜植入人体心脏以来，人工心脏瓣膜研究的历史已有50余年。我国人工瓣膜的研究始于20世纪60年代末至70年代初，几乎与国外同步，历经40多年的发展，目前，我国心脏瓣膜外科临床及科研已跻身国际先进行列。流行病学调查资料表明，风湿性心脏病是我国的常见病，据估计，我国目前约有300万例患者，需要进行瓣膜置换手术的约占10%～20%。保守估计未来10年国内需进行换瓣手术的患者将累计超过100万人次，心脏瓣膜市场价值将最多达到约200亿元，对于心脏瓣膜的研究和探索具有巨大的社会意义。在可以预见的未来，心脏瓣膜具有非常广阔的应用前景，并且将为社会带来显著的经济效益。

二、专利申请分析

1.技术构成分析

图1反映了截至2011年期间涉及人工瓣膜生物医用材料申请中，各技术分支的总体分布情况。从图1（a）中可以看出，在人工瓣膜生物医用材料的各技术分支的申请中，机械瓣膜和生物瓣膜占据的比例较大且大致相当，受到申请人的较大关注；组织工程化人工心脏瓣膜作为新兴学科，也属于研究热点，约占25%的专利申请量。从图1（a）和（b）中还可以看出，组织工程人工心脏瓣膜的专利申请与机械瓣膜和生物瓣膜的专利申请均存在一定的重复区域。在这些专利申请中，申请人发现所研究的材料既可以用于传统意义上的机械瓣膜和生物瓣膜，同时还可以作为组织化工程中的心脏瓣膜支架材料，将受体种子细胞种植于该瓣膜支架上从而制造出组织工程化心脏瓣膜。

2.中外研究水平对比

图2给出的是人工心脏瓣膜领域的国内外申请的国家分布。可以看出，在全球主要专利申请国家中，中国申请人的申请量最多，共25件；随后是美国与日本，其申请人的申请量相同，均为19件；接下来依次是加拿大11件；欧洲6件。这表明，受到市场的带动作用，世界各主要国家和地区的申请人均对人工心脏瓣膜领域表现出了较大的兴趣，积极进行研发和专利布局的投入。这其中，中国在人工心脏瓣膜领域的专利申请的起步虽然晚，但截至目前，中国申请人的绝对申请量已经超过了美国和日本，这表明中国申请人对技术开发以及专利布局均给予了足够的重视。

3.国内外申请人分布情况

图3和图4分别显示了人工心脏瓣膜领域国内和国外主要申请人的申请状况。可以看出，在人工心脏瓣膜领域的国内申请人中，大学和研究机构占6家，企业占4家，大学和研究机构是技术研发与专利申请的主力，其申请量总量高于企业的申请量总量。这显示了国内企业对知识产权的重视程度较低，研发实力较弱，在某种程度上造成国内技术研究与最终实现产业化的差距较大。

在国外申请人中，美国的企业和大学占绝对优势，这一方面显示了美国企业在人工心脏瓣膜领域的研发能力很强，另一方面也体现了美国企业对知识产权的重视。并且，企业是技术研发与专利申请的主力，申请量远远高于大学与研究机构。日本申请人的申请量虽然多，但是技术集中程度不高，日本申请人中同样也是企业和大学占绝对优势，并且有相当数量的企业与大学或研究机构的合作申请。

此外，值得引起国内申请人注意的是，在排名前10位的国内申请人中，几乎没有向国外申请专利的情况，而在排名前10位的国外申请人中，除了南阿拉巴马大学和Torrianni Mark W外，其余申请人都就相同专利向5大局的至少5大局提交了专利申请，由此可见，国外申请人更加注重在全球范围内的专利布局，而国内申请人对此重视度不高。这也与我国整体专利申请分布概况基本一致，在专利申请的绝大多数技术领域，我国基本上都是专利输入大国，我国申请人向国外提交申请的数量都比较少，专利输出量不高，这可能与我国知识产权发展较晚有关。

4.国内外重点申请人的技术侧重点分析

在国外申请人中，大部分申请人对人工心脏生物瓣膜封端剂的关注程度最高，在人工心脏生物瓣膜封端剂方面的申请量最多，接下来依次是人工心脏机械瓣膜新型材料、人工心脏机械瓣膜的表面修饰和人工心脏生物瓣膜交联剂方面。另外，国外申请人的研究方向较多，在人工心脏瓣膜的各个技术分支以及次级技术分支都有一定数量的申请量；而在国内，申请人对于人工心脏生物瓣膜方面的技术研究的关注程度略高于人工心脏机械瓣膜。与此同时，国内申请人的研究方向相对较少，在人工心脏生物瓣膜领域，国内的研究水平较高，但是在表面活性剂封端和天然高分子封端技术领域的申请量却几乎是空白；在人工心脏机械瓣膜领域，国内申请人在高分子新型材料以及高分子复合材料技术分支的申请量也基本为零。这种现象可能是由于国内申请人缺少具有较高技术水平的研究人员、先进的实验设备以及缺乏国家或者地方政策的支持，不利于研究的开展进行。

5.人工心脏瓣膜国内市场概况

截至目前，心血管类疾病仍是危及人类健康的一种重要疾病，受现今社会竞争激烈，生活环境变差的影响，发病人群越来越年轻化，发病率呈现出逐年上升的趋势，心脏瓣膜疾病是一类主要的心血管类疾病，其主要治疗方法为心瓣膜置换术以及心瓣膜修复术。阜外医院血管外科中心已成为全国最大、世界较大的主动脉外科和主动脉腔内微创治疗中心，在手术数量和质量上都达到了国际先进水平。因此，通过对阜外医院1997-2007年期间在临床中所使用的人工心脏瓣膜种类的数据进行统计分析，所得到的结果应当能大致反映出当前市场上不同种类人工心脏瓣膜的使用情况，以期对临床应用中人工心脏瓣膜种类的选择提供一定的指导意义。

图5反映了阜外医院1997-2008年间临床手术中人工瓣膜种类的使用情况。从图中可以看出，在这11年间，人们选择机械瓣膜的比例都远远高于生物瓣膜，这说明市场上机械瓣膜的占有率非常高，业内在机械瓣膜方向的研究水平也相当高，在临床手术中人们更愿意接受机械瓣。值得注意的是，虽然生物瓣膜的使用比例与机械瓣膜相比相去甚远，但是近年来，生物瓣膜的使用比例也在缓慢增大，在2005年一度达到了占市场20%的最高比例，这反映出业内在生物瓣膜方面的研究水平也在逐渐的提升，开发出越来越适合临床应用的生物瓣膜。

图6（a）和（b）反映了阜外医院1997-2007年间临床手术中不同年龄段人工瓣膜种类的使用情况。从图中可以看出，在需要接受心脏瓣膜置换手术的人群中，40～59岁年龄段的人群发生心脏瓣膜病变，需要接受心脏瓣膜置换手术的数量最大，其次是30～39岁和60～69岁年龄段的人群，其余年龄段的人群发生心脏瓣膜病变的数量则较小。其中处于10～60岁以前年龄段的人群选择机械瓣膜的比例远远高于生物瓣膜，处于60～69岁年龄段的人群倾向于选择生物瓣膜的几率已大大增加，而70岁以上年龄段的人群绝大部分会选择使用生物瓣膜，这与这2种心脏瓣膜本身的特点有紧密的关系。机械式瓣膜使用寿命长，但需要终生抗凝，比较适合年轻的患者使用；而生物瓣膜的使用寿命短，但生物相容性和抗凝血性能优于机械瓣膜，因此适合于年老的患者，或不能长期服用抗凝血药物的患者。

三、结语

目前，世界各国对人工心脏瓣膜生物材料的研究大多仍处于经验和半经验的阶段，材料与活组织之间的相互作用机理还有许多不清楚的地方，现有工艺基本上是通过减少有害助剂，以及减少制造过程中的单体残留量和低聚物而将现有材料进行适当纯化，或者进行适当改性再加以利用；也有部分工艺是利用2种材料性质的结合以实现一定的功能。但真正建立在分子设计基础上，依据生物相容性，材料结构与性能的相互关系，来设计新型生物材料的研究尚不多见。

我国在人工心脏瓣膜领域的研究水平已经跻身国际前列，但也还存在着技术空白点，比如在人工心脏生物瓣膜的表面活性剂封端和天然高分子封端的技术领域，还有人工心脏机械瓣膜的高分子新型材料以及高分子复合材料技术分支的申请量也基本上为零，国内申请量几乎为零，这些都是亟待开发的领域。在可以预见的未来，依赖于国家或者地方政策的支持，以及先进的实验设备，我国科研人员一定能够尽快填补这些技术空白。