自出现新冠病毒疫情以来，新冠肺炎己蔓延至几乎所有国家，新冠病毒大流行成为一场全球健康危机。世界各国该领域科研人员快速响应进行紧急科研攻关，再次掀起了对人冠状病毒的攻克热潮。专利文献作为技术信息最有效的载体，几乎囊括了全球最具经济价值的技术情报。本文从专利视角出发，运用专利计量和专利地图可视化分析方法，从人冠状病毒专利市场布局和创新能力、申请机构竞争力、主要发明人竞争力、专利对抗分析等多方面展示国际竞争态势，为我国后续进行相关专利布局和研发提供参考。
1 人冠状病毒概述
冠状病毒指的是有包膜的单链RNA病毒，是一大类病毒的统称，因其包膜上有形似日冕的棘突，形状如同皇冠，故得名“冠状病毒”[1]。根据国际病毒分类委员会2018B版报告，己鉴定的人和动物冠状病毒共有23个亚属、38个种。其中目前已知可感染人类的冠状病毒有7种，分别是：HCoV-229E、HCoV-OC43、SARS-CoV、HCoV-NL63、HCoVHKU1、MERS-CoV、SARS-CoV-2。全球第1株人冠状病毒是1965年由Tyrrell和Bynoe从人类鼻腔中分离出来；1966年Hamer等用人胚肾细胞分离到类似病毒，命名为229E病毒[1]。1967年，Berry等[2]从感冒病人中分离到另一种冠状病毒OC43[3]。人冠状病毒长期一直被认为是相对无害的呼吸道病原体。直到2002年，在中国广东佛山地区首次发现SARS冠状病毒，之后在中国乃至全球各个国家迅速蔓延传播，其发病率和病死率高，引起社会极度恐慌，冠状病毒无害的观念被彻底打破[4]。2003年，荷兰的科学家在一名儿童患者身上检测到一种新型人冠状病毒HCoV-NL63[5]。随后，中国香港科学家发现另一种新型人冠状病毒HCoV-HKU1[6]。2012年，中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）再次感染人类，该病毒初期传播仅限于中东地区，随后开始在全球范围内扩散[7]。2019年底暴发了新的冠状病毒感染人事件，该病毒被命名为COVID-19（SARS-CoV-2、2019-nCoV），这是暴发的第三次冠状病毒跨种传播突发事件[8]。
目前7种致病性人冠状病毒中，HCoV-OC43、HCoV-229E、HCoV-NL63、HCoV-HKU1冠状病毒主要引起相对温和的急性上呼吸道感染症状，患者起病症状轻微，可无发热症状，多数患者为轻、中度，预后良好[9]。而SARS-CoV、MERS-CoV、SARS-CoV-2这3种病毒引起的病症则较为严重，会引起严重的呼吸系统疾病，可导致患者因呼吸衰竭而死亡[10]。人冠状病毒对人类生命造成了重大威胁，对该病毒的检测方法、疫苗和抗体研发等发展态势进行分析，对疫情防控和感染人群治疗有重大意义。
2 数据来源和研究方法
专利作为一种特殊的信息和战略资源，在国家信息资源建设开发与利用中有着特殊的地位和作用。本研究以人冠状病毒相关技术专利为数据来源，对该领域专利进行国内外分析。本文选取Incopat专利数据库，收录了全球120个国家超13亿件专利数据，信息内容准确可靠，数据质量高。该数据库具有支持中英文同时检索、可进行同族专利合并处理、提供权利要求数与同族数等可用于评估专利质量的指标等优点。在专利题名、摘要和权利说明中检索，确定的检索策略为TIABC=（“229E”or“HCoV-229E”or“human c or onavirus 229E”or“OC43”or“HCoV-OC43”or“human c or onavirus OC43”or“human c or onavirus NL63”or“NL63”or“HCoV-NL63”or“HKUI”or“HCoV-HKU1”or“human c or onavirus HKU1”or“SARS virus”or“SARS-CoV”or“SARS c or onavirus”or“MERS c or onavirus”or“MERS virus”or“MERS-CoV”or“2019-nCoV”or“SARS-CoV-2”or“COVID-19”or“Severe Acute Respirat or y Syndrome Virus”or“Severe Acute respirat or y Syndrome C or onavirus”or“hCoV”or“middle east respirat or y syndrome virus*”or“Middle East respirat or y Syndrome C or onavirus”or“human c or onavirus”or“novel c or onavirus”or“2019 Novel c or onavirus infection”or“novel c or onavirus pneumonia”or“Novel c or onavirus-infected pneumonia”or“人冠状病毒”or“严重急性呼吸系统综合症”or“严重急性呼吸系统综合征”or“严重急性呼吸道综合症”or“严重急性呼吸道综合征”or“严重急性呼吸综合症”or“严重急性呼吸综合征”or“重症急性呼吸综合征”or“重症急性呼吸综合症”or“非典型性肺炎”or“非典型肺炎”or“新型冠状病毒”or“中东呼吸综合征”or“中东呼吸综合症”or“人冠状病毒229E”or“人冠状病毒OC43”or“人冠状病毒NL63”or“人冠状病毒HKU1”）。2021年1月26日，共检索到相关专利9658条，通过数据清洗、去噪，简单合并同族后是6234个专利家族，以此作为专利分析的数据源，从专利发展趋势、重点技术布局、重点核心专利、主要申请机构、主要申请机构技术领域和优势领域以及中美专利沙盘对抗等多个方面进行人冠状病毒相关专利态势分析。
3 结果分析
3.1 全球申请趋势分析
通过专利申请趋势分析可以了解专利技术在不同国家或地区的起源和发展情况，对比各个时期内不同国家和地区的技术活跃度，以便分析专利在全球布局情况，预测未来的发展趋势，为制定全球的市场竞争或风险防御战略提供参考。全球人冠状病毒抗体技术领域相关专利申请随冠状病毒疫情的暴发时间呈波动式发展态势。2003年，SARS疫情在中国全面暴发，全球在该领域专利申请量快速增加，专利公开量在2005年达到高峰。随着SARS疫情得到有效控制，2006年开始相关专利申请量逐步下降，相关专利申请内容也从疫苗和抗体研发转为以治疗性药物为主。2012年，MERS疫情暴发，相关专利申请量开始有所增加，到2015、2016年达到小峰值，随着疫情得到控制，专利申请量又有所回落，直到2019年暴发全球范围内的新型冠状病毒疫情，2020年专利申请量突增，达到2000件以上（图1）。
3.2 技术生命周期分析
生命周期分析是专利定量分析中最常用的方法之一。通过分析专利技术所处的发展阶段，推测未来技术发展方向。它针对的研究对象可以是某件专利文献所代表技术的生命周期，也可以是某一技术领域整体技术生命周期。技术生命周期图中专利申请人数反映了参与某领域机构的数量，专利申请量反映了该领域的科技产出情况，数量越多该领域的科技活动越频繁。通过观察两者之间的关系，可以初步判断某技术领域的技术成熟度。一般来说，技术专利生命周期包括技术萌芽期、发展期、成熟期、衰退期和复苏期5个阶段，从全球人冠状病毒相关技术专利生命周期图（图2）可以看出。
技术萌芽期：2001年以前为该技术萌芽期，1987年，全球首件人冠状病毒抗体技术相关专利由美国德克斯大学研究人员提交申请，主要研究人肠溶性冠状病毒诊断性抗体的相关制备。由于当时冠状病毒并未对人类造成很大影响，所以并未引起研究人员在该领域较多的关注。
技术发展期：2001-2003年为该技术发展的小高潮，该领域专利申请量和专利研究人数呈波动增长趋势。之后随着SARS疫情得到有效控制，专利研发力度有所下降。2019年底，暴发的新型冠状病毒疫情范围不断扩大，严重威胁着人类的生命安全，全球科研人员进行科研攻关，人冠状病毒相关领域专利申请人数与专利申请数量均快速增长，促使技术的重大突破。从目前看该技术还处于发展期，尚未到成熟期。
3.3 市场竞争力分析
通过分析各个国家或地区的专利数量分布情况。即市场布局情况，可以了解分析对象在不同国家技术创新的活跃情况，从而发现主要的技术创新来源国和重要的目标市场。专利申请和维护需要一定的费用，特别是国际专利维护费用较高，一般认为某个国家某个市场环境或市场潜力较好时，专利申请人会在这个国家进行专利申请。
从人冠状病毒相关技术专利公开国情况可以看出，该领域市场布局国家最多的是中国（2387项），第二位的是美国（877项），其次为韩国（555项）、印度（280项）、英国（240项）、乌克兰（234项）、日本（132项）、俄罗斯（80项）、法国（73项）、德国（49项）。可见，全球人冠状病毒相关技术在中国、美国市场布局较多，竞争也最为激烈。
通过分析各个国家专利申请人国别分布情况，可以了解来自不同国家的申请人在中国申请保护的专利数量，从而可以了解各国创新主体在中国的市场布局情况、保护策略及技术实力。从图3中可以看出，在中国专利申请国别分布中，中国本土专利最多，大部分为中国申请人申请专利，美国在中国申请专利最多。
3.4 创新竞争力分析
人冠状病毒相关技术专利申请人国别和专利价值度可以反映出某个国家在该领域的技术创新能力。在专利申请数量方面，从人冠状病毒相关技术主要专利来源国可以看出，中国在该领域全球申请专利最多，达到2445项，说明中国在该领域创新能力最强。其次是美国，专利申请量达到1681项。其他国家分别为韩国（304项）、日本（265项）、英国（254项）、乌克兰（228项）、印度（216项）、德国（158项）、法国（128项）、加拿大（68项）等，但与中国、美国专利申请量差距较大，可见中国和美国是人冠状病毒相关技术主要创新来源国。
在专利质量方面，专利价值度是一个综合的评价指标，其他重要指标还有专利先进性等。专利价值度主要依赖于数据库自主研发的专利价值模型实现，该专利价值模型融合了专利分析行业内最常见和重要的技术指标，如技术稳定性、技术先进性、保护范围层面等20多个技术指标，并通过设定指标权重、计算顺序等参数对每项专利进行价值度自动评价。专利价值度分值是1～10分，分值越高代表价值度越高。在专利价值度方面，美国10分价值度专利最多，达到1283项，说明在该领域美国创新研发实力最强，我国10分价值度专利较少，为159项，5～6分专利价值度较多。其他国家专利价值度都较低，可见在人冠状病毒专利质量方面美国和中国引领全球技术发展（图4）。
专利先进性指的是一项专利技术与其申请日前本领域的其他技术相比是否处于领先地位。主要从专利涉及的技术领域、要解决的技术问题、技术手段和技术效果等方面进行衡量和评价。专利先进性虽然难以量化，但却是高质量专利的一个重要指标，追求高质量专利和追求创新相辅相成，专利先进性越高说明创新能力越强。专利先进性分值是1～10分，分值越高代表先进性越高。在专利先进性方面，美国10分先进性专利最多，达到1291项，说明在该领域美国创新研发实力最强，我国10分先进性专利较少，4～5分先进性专利较多。其他国家专利先进性都较低（图5）。
3.5 重点技术竞争力分析
为了更深入地了解人冠状病毒相关技术专利的研发重点，本文利用国际专利分类号（IPC）来做技术分类统计分析，主要选取专利技术所在的IPC分类号大组进行分析。
3.5.1 技术IPC构成通过该分析可以了解分析对象覆盖的技术类别，以及各技术分支的创新热度。人冠状病毒相关专利主要分布在A61P31（抗感染药，即抗生素、抗菌剂）、A61K31（含有机有效成分的医药配制品）、C12N15（突变或遗传工程；遗传工程涉及的DNA或RNA）、A61K39（含有抗原或抗体的医药品）、C12Q1（包含酶、核酸或微生物的测定或检验方法）、A61P11（治疗呼吸系统疾病的药物）、C07K16（免疫球蛋白，例如，单克隆或多克隆抗体）等技术领域（表1）。综上，本领域的研究主要聚焦在人冠状病毒检测、抗体和疫苗的研发、治疗药物的研制、消毒系统等方面。
3.5.2 技术IPC申请趋势分析各阶段的技术分布情况，有助于了解特定时期的重要技术分布，挖掘近期的热门技术方向和未来的发展动向，并对研发重点和研发路线进行适应性的调整。在分析人冠状病毒相关专利申请的重点领域之后，对各IPC近20年的逐年专利申请量进行了统计分析（图6）。研究发现A61P31、C12N15、A61P11、C07K16等技术方向增长较为明显。在2003年关于人冠状病毒药物研发增加较多，到2020年关于人冠状病毒的检测、药物、抗体、疫苗等方向研发增长快速，可见人类对重大公共事件应对反应能力越来越快，科研能力越来越强。
3.5.3 各个国家技术研发重点从各个国家人冠状病毒相关专利IPC研发重点，可以了解和判断该国的技术创新重点、技术布局，以及该国的技术优势领域。从图7可以看出，中国和美国在人冠状病毒的检测、疫苗和抗体、药物研发等方向专利研发比较多。
3.6 申请机构竞争力分析
对全球人冠状病毒相关技术专利申请量机构排名前10位进行统计分析，可以反映在该领域各机构的技术竞争力及活跃程度，还可以反映出该技术领域的技术集中程度。
3.6.1 申请机构竞争情况按照所属申请人（专利权人）的专利数量统计的申请人前10位排名情况，可以发现创新成果积累较多的专利申请人，并据此进一步分析其专利竞争实力。从申请机构类型来看，人冠状病毒相关技术重要研发力量集中在科研院所和公司。在全球排名前10位的机构中有5家为中国机构，5家为美国机构。全球申请人冠状病毒相关技术专利最多的机构是复旦大学、Intermune公司、中国人民解放军军事科学院军事医学研究院、Kineta公司、丹娜法伯癌症研究院、清华大学、中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所、中山大学、加州大学、埃默里大学（表2）。
3.6.2 申请机构竞争趋势分析各阶段的申请人专利申请数量，有助于了解特定时期申请人的研发投入和技术活跃程度，预测未来的重要创新主体。图8展示的是各申请人专利申请量的发展趋势，从图中可以看出，各机构人冠状病毒相关专利申请量基本都是在2003-2004年、2011-2012年、2018年、2019-2020年出现明显增长趋势，这与几次冠状病毒疫情暴发时间吻合。
3.6.3 第一申请机构IPC研发重点从第一申请机构IPC分类情况可以看出机构研发重点，复旦大学主要优势方向为新型冠状病毒A61P31、A61P11；Intermune公司和Kineta公司主要技术优势在A61K31；军事医学研究院主要技术优势在A61P31（抗感染药，即抗生素、抗菌剂）、A61K39、A61P11、G01N33等；清华大学主要技术优势在A61K31、C12N15等（图9）。
3.6.4 第一申请机构专利价值度在专利质量方面，主要用专利价值度进行评价。在人冠状病毒相关专利中美国的Intermune公司、Kineta公司、丹娜法伯癌症研究院专利价值度10分的专利较多，我国的复旦大学、军事医学研究院、专利价值度主要集中在6分左右，可见我国机构专利申请数量较多，但专利价值度还有待提高（图10）。
3.7 核心专利分析
根据专利引证情况，筛选出人冠状病毒相关技术领域主要核心专利。从人冠状病毒相关技术专利被引次数排名（表3）可以看出，被引次数最高的专利来自美国机构的发明专利，主要用于治疗严重急性呼吸道综合征（SARS）组合物和方法，被引次数为129次，合享价值度为10。被引次数排名前5的专利中前4位都为美国机构研发。排名第五的是我国研发专利，来自河北以岭医药研究院有限公司研发的一种抗病毒中药组合物及制备方法，可以作为非典型性肺炎的治疗和预防用药，对SARS病毒的抑制半数有效浓度（IC50）为3.63mg/ml，治疗指数为40.33，说明该发明抗病毒组合物可明显抑制SARS病毒。
3.8 研究主题分析
对全球人冠状病毒相关技术研究热点主题进行聚类分析。国内外学者研究主要集中于人冠状病毒的检测、人冠状病毒抗体、人冠状病毒疫苗、治疗药物的研制、中医药抗病毒、人冠状病毒感染诊断技术、网络药理学、分子对接、数据挖掘等方法进行治疗药物的发现、远程医疗及互联网医药服务等[11]（图11）。
在人冠状病毒检测方面，新型冠状病毒感染的常规检测方法是通过实时荧光RT-PCR鉴定，核酸检测虽然具有特异性好、灵敏度高等优点，但也因通量低而无法达到多种病毒平行检测的要求[12]。芯片检测是近年来生命科学与微电子学等学科相互交叉发展起来的一门高新技术，主要包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片、微球体芯片、微流控芯片、生物传感器芯片等。其中，基因芯片和微流控芯片在病毒检测中获得了良好的应用，不仅敏感性高、特异性强、操作简单易行，还可实现同时对多种病原进行检测，减少外界因素的干扰，提高检测的准确性[13]。
在人冠状病毒抗体和疫苗研发方面，美国研究人员分别于2004年和2007年发现3种能够阻断SARS-CoV感染的单克隆抗体[14-15]；日本研究人员于2013年发现人源化的YS110单克隆抗体相关制剂，将成为对MERS-CoV治疗很有希望的候选药物[16]；研究人员发现S蛋白是冠状病毒与宿主细胞表面ACE2受体结合、进而介导病毒进入宿主细胞的关键表面蛋白，也是疫苗抗体研发的重要靶点[17]。首件专利于1993年由葛兰素史克公司申请，涉及基于嵌合冠状病毒S蛋白的疫苗。我国人冠状病毒疫苗研究起步较晚，2003年第1件专利被申请[18]。2020年8月16日，军事科学院军事医学研究院陈薇院士团队获得首个新冠疫苗专利，该发明专利申请享有优先审查政策[19]。2020年8月20日，国药集团旗下中国生物新冠灭活疫苗的临床试验在秘鲁启动（III期）。10月8日，中国同全球疫苗免疫联盟签署协议，正式加入“新冠肺炎疫苗实施计划”。美国食品药品监督管理局（FDA）在2020年12月11日紧急批准了由美国制药公司辉瑞（Pfizer）和德国BioNTech公司联合开发的新冠疫苗。2020年12月18日，美国食药监局（FDA）授予了莫德纳疫苗mRNA-1273紧急使用授权（EUA）。2020年12月31日，国务院联防联控机制发布，国药集团中国生物的新冠病毒灭活疫苗已获国家药监局批准附条件上市。
3.9 中美专利沙盘对抗分析
从全球人冠状病毒相关技术专利进行分析发现，中国和美国是专利研发和申请主要国家，因此对美国和中国的专利进行对抗分析（图11）。综合考虑专利数量、专利价值度、技术影响力、权利范围、运用经验值等因素，对中美专利进行综合对比分析。专利申请数量指的是对应数据样本中的专利申请数，专利价值度评估平均合享价值度，技术影响力参考引证信息，权利范围参考权利要求的数量，运用经验值根据许可、转让、质押等法律事件评估。
红方代表中国专利申请，蓝方代表美国专利申请，从图11中可以看出，美国在人冠状病毒相关技术专利综合得分为8.07分，中国得分为4.05分。具体来看，在专利价值度方面中方得分为6.71分，美方得分为8.06分；在技术影响力方面，中方得分为1分，美方得分为9.11分；在权利范围方面，中方得分为2.84分，美方得分为8.61分；在运用经验值方面，中方得分为1.74分，美方得分为9.15分。可见，中国专利在技术影响力、权利范围和运用经验值方面还有较大差距。
4 结语
自2003年SARS病毒暴发以来，冠状病毒的研究热度不断提升，尤其是人感染冠状病毒的研究成果显著。正是前期SARS和MERS的大量研究基础和经验成果，使全球科学家尤其是中国科学家可以对COVID-19做出迅速反应并展开有效研究，未来围绕COVID-19开展研究将出现高峰。
通过对全球人冠状病毒相关技术专利进行分析，该领域专利申请量呈不断上升趋势，特别是2020年专利申请量出现突增现象。从市场布局上来看，全球人冠状病毒相关技术在中国公开的专利申请最多，其次是美国。从创新能力方面来看，中国在该领域申请专利最多，其次是美国，中国和美国是人冠状病毒相关技术主要创新来源国；从研发机构来看，我国的复旦大学、中国人民解放军军事科学院军事医学研究院、清华大学、中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所等机构实力最强。从人冠状病毒研究核心专利来看，被引频次最高的四项专利都来自美国。综上，中国在人冠状病毒相关技术领域专利申请量领先全球，但专利技术先进性、技术影响力、运用经验值质量、专利的成果转化、应用推广方面有待进一步提高。
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通信作者：王磊，Email：wangleienjoy@sina.com
