專(zhuān)利數據洞察：新型冠狀病毒檢測診斷技術(shù)研發(fā)指引

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原標題：專(zhuān)利數據洞察：新型冠狀病毒檢測診斷技術(shù)研發(fā)指引

北京知識產(chǎn)權運營(yíng)管理有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“北京IP”）通過(guò)專(zhuān)利信息情報分析，識別出與新型冠狀病毒肺炎檢測診斷技術(shù)相關(guān)的北京企業(yè)與高校院所，并向企業(yè)和高校院所等研發(fā)主體定向、精準推送具有創(chuàng )新啟示的專(zhuān)利技術(shù)信息，幫助研發(fā)人員尋找技術(shù)突破點(diǎn)，加快研發(fā)進(jìn)程。

一、北京相關(guān)創(chuàng )新主體

基于專(zhuān)利申請情況，識別、篩選出開(kāi)展過(guò)冠狀病毒檢測診斷技術(shù)相關(guān)研究的北京企業(yè)及高校院所。專(zhuān)利數據樣本取自由中國專(zhuān)利信息中心與國家知識產(chǎn)權局專(zhuān)利審查協(xié)作北京中心共同開(kāi)發(fā)的新型冠狀病毒感染肺炎防疫專(zhuān)利信息共享平臺。

（一）北京企業(yè)

專(zhuān)利大數據分析結果顯示，在冠狀病毒檢測診斷技術(shù)方面，北京共有13家企業(yè)（詳見(jiàn)表一）向國家知識產(chǎn)權局提交過(guò)16件中國專(zhuān)利申請，其中博奧生物有限公司3件，北京科興生物制品有限公司2件，其余11家企業(yè)均有1件相關(guān)專(zhuān)利申請。

表 一：具有冠狀病毒檢測診斷技術(shù)相關(guān)中國專(zhuān)利申請的北京企業(yè)

注：排名不分先后

（二）北京高校院所

專(zhuān)利大數據分析結果顯示，北京共有25家高校院所（詳見(jiàn)表二）向國家知識產(chǎn)權局提交過(guò)冠狀病毒檢測診斷技術(shù)相關(guān)中國專(zhuān)利申請。

此外，中國人民解放軍第三0二醫院也提交過(guò)1件冠狀病毒檢測診斷技術(shù)相關(guān)中國專(zhuān)利申請。

表 二：具有冠狀病毒檢測診斷技術(shù)相關(guān)中國專(zhuān)利申請的北京高校院所

注：排名不分先后

二、技術(shù)研發(fā)啟示

根據國家知識產(chǎn)權局發(fā)布的《抗擊新型冠狀病毒肺炎專(zhuān)利信息研報》，北京IP摘出冠狀病毒免疫學(xué)檢測法、核酸檢測法以及檢測儀器相關(guān)的22篇重點(diǎn)專(zhuān)利文獻，通過(guò)人工逐篇解讀并翻譯美、日、韓等外文專(zhuān)利文獻，提煉出“要解決的技術(shù)問(wèn)題或有益效果”、“所采取的技術(shù)方案”、“技術(shù)用途或應用領(lǐng)域”等關(guān)鍵信息，以期為新型冠狀病毒檢測新技術(shù)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供創(chuàng )新啟示，幫助研發(fā)人員尋找技術(shù)突破口，加快研發(fā)進(jìn)程。

值得一提的是，從《抗擊新型冠狀病毒肺炎專(zhuān)利信息研報》中篩選出的22篇重點(diǎn)專(zhuān)利文獻，有部分是已失效或審中專(zhuān)利，但其對新冠病毒檢測技術(shù)研發(fā)仍具有參考價(jià)值，且失效專(zhuān)利技術(shù)還可無(wú)償使用。

（一） 免疫學(xué)檢測法

免疫學(xué)檢測法是借助抗原和抗體在體外特異結合后出現的各種現象，對樣品中的抗原或抗體進(jìn)行定性、定量、定位的檢測。

1.通過(guò)病毒抗原的固相化來(lái)檢測病毒抗體

專(zhuān)利文獻CN1177224C將 SARS 冠狀病毒全病毒裂解液作為包被抗原用于檢測，CN1483737A 重組表達了 SARS 病毒特有蛋白質(zhì)和多肽片段，但后者通過(guò)具有特定氨基酸序列的蛋白質(zhì)來(lái)測定抗體，相對于 CN1177224C，其特異性和靈敏度有了進(jìn)一步提升。通過(guò)抗原表位篩選、蛋白重組表達等手段可以有效提高血清免疫學(xué)檢測的特異性和靈敏度。

表 三：專(zhuān)利文獻CN1177224C重要信息解讀

表 四：專(zhuān)利文獻CN1483737A重要信息解讀

2.抗體的篩選制備方法的改進(jìn)

（1）抗體表位的選擇上以 S、NP 蛋白為主

專(zhuān)利文獻CN102690336A 將蝙蝠 SARS 樣冠狀病毒的刺突蛋白（S蛋白）切割成多段，免疫動(dòng)物后，利用完整 S 蛋白的單克隆抗體鑒定小鼠抗 S 單克隆抗體表位，并制備相應的檢測用抗體。CN100504391C 中利用基因工程重組抗原，獲得了 SARS冠狀病毒 S、N、M、E 蛋白，并制備了偶聯(lián)上述蛋白的抗體的免疫微球。JP2017145246A 以 MERS 冠狀病毒最為保守且明顯區別于其他冠狀病毒的 NP 蛋白肽作為免疫原制備檢測抗體。WO2019066389A1 將 MERS 冠狀病毒的 NP 蛋白的 N 端和 C端構建融合蛋白，免疫小鼠并篩選單克隆抗體，用于 MERS病毒感染的檢測。上述對血清抗原的檢測相對于血清抗體的檢測，能夠在檢測對象病毒感染初期即作出診斷，在病毒暴發(fā)高峰階段半定量地區分陽(yáng)性或陰性樣本。

表 五：專(zhuān)利文獻CN102690336A重要信息解讀

表 六：專(zhuān)利文獻CN100504391C重要信息解讀

表 七：專(zhuān)利文獻JP2017145246A重要信息解讀

表 八：專(zhuān)利文獻WO2019066389A1重要信息解讀

（2）采用新型冠狀病毒肺炎康復患者的 PBMC 構建抗體庫或計算機模擬病毒表位等

專(zhuān)利文獻US10421802B2將健康人PBMC構建噬菌體抗體庫，以S蛋白受體結構域（RBD）淘選富集單克隆抗體，但以康復病人的PBMC構建抗體庫，淘選效率會(huì )更高。US2010075300A1將接受病毒疫苗的人類(lèi)患者的接種前和接種后的血清樣品施加到包被有病毒樣顆粒（VLP）的生物傳感器芯片上進(jìn)行檢測。該專(zhuān)利申請的研究重點(diǎn)在于：對待測病毒樣顆粒進(jìn)行構建，以提高檢測的靈敏度同時(shí)降低生物風(fēng)險；對檢測平臺本身的改進(jìn)，同樣在于提高檢測靈敏度和檢測速度。

表 九：專(zhuān)利文獻US10421802B2重要信息解讀

表 十：專(zhuān)利文獻US20100075300A1重要信息解讀

（二）核酸檢測法

核酸檢測法是通過(guò)對生物樣品中病原物質(zhì)進(jìn)行基因測序，從而做出診斷結果的檢測方法。

核酸檢測法主要是改進(jìn) RT-PCR 的 靈 敏 度 和 特 異 性 ， 例 如US2018127836A1 鑒定了冠狀病毒在感染細胞中存在的高拷貝數的高度保守的若干短 RNA 序列，例如非翻譯區的前導序列，這些前導序列是 MERS 冠狀病毒基因組中表達最豐富的基因區域，可以引入鎖核酸探針對其進(jìn)行 RT-PCR LNA 擴增，可以考慮增加前到序列作為檢測靶標。US2019203280A1 公開(kāi)了一種增加核酸擴增靈敏度和特異性的方法，包括添加失活的 cas9 和結合于靶基因的引導 RNA（CRISPR 介導的生物敏感器）。US2011027862A1 公開(kāi)了在含有 SARS 等冠狀病毒 RNA的樣本中加入鹽酸胍和不超過(guò) 20mM 的金屬離子，能夠穩定RNA，可考慮用于檢測樣本的運送過(guò)程中。US10421802B2 使用蘇拉明、Sso7d、AluI 甲基化酶和/或 poly(rA)(dT)n 等物質(zhì)減少 RT-PCR 中的逆轉錄抑制。WO2013049891A1 通過(guò)將不同大小的珠粒子集標記不同的特異性核苷酸探針來(lái)實(shí)現呼吸道病原體的檢測，實(shí)現了菌體或病毒的高通量篩選，解決了目前 PCR 缺乏有效地處理大量含多個(gè)靶的樣品的高通量檢測能力的問(wèn)題。該專(zhuān)利技術(shù)明確指出了包含珠粒的 PCR 系統可能會(huì )成為 RT-PCR 的一個(gè)發(fā)展方向，也為大樣本、高通量檢測提供了技術(shù)啟示。

WO2019178188A1則提供了一種面向使用者的即時(shí)床旁診斷系統，用專(zhuān)門(mén)設計的引物組和探針進(jìn)行重組酶聚合酶測定（RPA），可實(shí)現包括 SARS 在內的多種病毒的即時(shí)床旁檢測。該專(zhuān)利申請實(shí)際上也提出了一種設想，即將便攜式的檢測設備設置在隔離空間，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將其與診斷中心相連；在檢測時(shí)，患者在隔離空間內自行提供樣品（例如鼻拭子、唾液或痰液），設備檢測出數據后傳送給診斷中心；再由診斷中心的醫師給出結論。這樣的設置可以極大地減輕醫護人員感染的風(fēng)險，為實(shí)現快速、即時(shí)和遠程檢測提供了一種思路。我國在 5G 技術(shù)方面具有世界領(lǐng)先的優(yōu)勢，實(shí)現該專(zhuān)利構想的技術(shù)基礎已經(jīng)存在，此項技術(shù)的實(shí)施無(wú)疑對提高現在的疫情防控能力以及今后的傳染性疾病檢測的生物安全性給出了很好的啟示。

表 十一：專(zhuān)利文獻US20180127836A1重要信息解讀

表 十二：專(zhuān)利文獻US20190203280A1重要信息解讀

表 十三：專(zhuān)利文獻US20110027862A1重要信息解讀

表 十四：專(zhuān)利文獻US10301675B2重要信息解讀

表 十五：專(zhuān)利文獻WO2013049891A1重要信息解讀

表 十六：專(zhuān)利文獻WO2019178188A1重要信息解讀

（三）冠狀病毒檢測儀器

本節選取了代表 PCR 檢測儀器前沿技術(shù)的三個(gè)技術(shù)分支，包括集成化小型 PCR 分析儀、微流控 PCR 分析儀以及自動(dòng)化 PCR 檢測系統，試圖通過(guò)分析為研發(fā)重點(diǎn)工作提供參考。

1、集成化小型 PCR 分析儀

集成化小型 PCR 分析儀的研發(fā)側重于裝置的全封閉、一體化，避免氣溶膠的產(chǎn)生。集成化小型 PCR 分析儀的定位是便于基層醫院和中小型實(shí)驗室的應用，因此，可以將分析儀設計成管式、卡式、盤(pán)式等，使得用戶(hù)通過(guò)簡(jiǎn)單的按壓、推拉、擰動(dòng)即可完成全程操作；簡(jiǎn)化信號讀取裝置，例如通過(guò)線(xiàn)、點(diǎn)、變色、濁度等變化反映目標核酸的存在?？梢岳脟鴥仍谥圃鞓I(yè)方面的優(yōu)勢，對集成化小型 PCR分析儀的各個(gè)模塊進(jìn)行合理設計和布置，使得儀器的體積進(jìn)一步縮小，例如通過(guò)巧妙設置各模塊的空間位置、合理優(yōu)化流體管路等使得裝置更加緊湊、小巧。

例如CN101970111B 和 CN103269787B9 另辟蹊徑，放棄了通常所采用的移液設備，而采用其他方式實(shí)現試劑或者樣品在不同模塊之間的傳遞，例如用不同的腔室或者區域代替傳統的反應容器，通過(guò)例如氣泵、磁場(chǎng)等實(shí)現試劑或者樣品在密閉環(huán)境下的轉移。如此設計的優(yōu)勢在于：（1）避免了氣溶膠的產(chǎn)生，減少了污染，保障了實(shí)驗室環(huán)境和檢測人員的生物安全；（2）由于不需要移液設備以及使液體在不同模塊之間轉移的傳動(dòng)系統，檢測儀器的體積大為縮??；（3）通過(guò)對各個(gè)反應模塊相互位置的優(yōu)化設計，而不局限傳統的線(xiàn)性或者模塊式排列，極大程度上實(shí)現集成化、小型化。

表 十七：專(zhuān)利文獻CN101970111B重要信息解讀

表 十八：專(zhuān)利文獻CN103269787B9重要信息解讀

2、微流控 PCR 分析儀

微流控PCR分析儀方面的改進(jìn)主要是實(shí)現整體微流控PCR分析儀的全封閉和緊湊化，適應POCT（即時(shí)檢測）的需要；提高檢測精度和檢測通量；進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。

例如，根據CN109072292A和CN110743637A所描述的，對微流控芯片進(jìn)行高度集成化和全封閉的設計，能夠將病毒的提取、分離、擴增以及在線(xiàn)檢測集成在微尺度的芯片上；除了取樣操作外，操作人員只需要將采集好樣本的微流控芯片插入配套檢測儀器中，利用卡扣結構等密封加樣孔，之后所有的樣品處理和反應過(guò)程均由檢測儀器自動(dòng)完成，不需要人為干預，就避免了人為操作帶來(lái)的交叉污染以及氣溶膠污染問(wèn)題。另外，通過(guò)在芯片的微流體通道中設置不同溫度區域，實(shí)現溫度調節，從而精確控制PCR分析儀的擴增環(huán)節；通過(guò)改進(jìn)流體驅動(dòng)控制技術(shù)，包括微通道、微閥、微泵等的精細加工，或采用離心力、擠壓囊泡、電驅動(dòng)等方式精確控制芯片內的液體流動(dòng)，從而定量控制核酸檢測中的流體體積；可以對芯片基底材料進(jìn)行進(jìn)一步的選擇和處理，例如對基底材料進(jìn)行化學(xué)處理，使其既能適用于微流控的流體操控又能降低生產(chǎn)成本。

表 十九：專(zhuān)利文獻CN109072292A重要信息解讀

表 二十：專(zhuān)利文獻CN110743637A重要信息解讀

3、自動(dòng)化 PCR 檢測系統

自動(dòng)化PCR檢測系統研發(fā)的重點(diǎn)主要是以移液平臺為基礎，通過(guò)集成、擴展的方式滿(mǎn)足自動(dòng)化核酸檢測中的自動(dòng)移液需求；通過(guò)空氣過(guò)濾、分隔空間、改進(jìn)移液系統等方式防止氣溶膠污染；通過(guò)不同模塊之間的傳送系統、機械臂、計算機處理系統等來(lái)實(shí)現自動(dòng)化控制，使得各個(gè)模塊集成化、自動(dòng)化以形成大型的工作站或者操作平臺，最大限度地減少手工操作。

例如CN102141572B中不同的模塊設置不同的、具有壓差的氣流系統，實(shí)現各個(gè)模塊間的空氣隔絕，避免了交叉污染和氣溶膠的泄漏。CN105188938B和CN103119451B的目的均是為了實(shí)現高通量檢測，尤其是CN103119451B通過(guò)優(yōu)化自動(dòng)化系統的內部結構和自動(dòng)化檢測流程，提高了單位時(shí)間內的檢測通量，其發(fā)明構思類(lèi)似于現有技術(shù)中同時(shí)檢測血常規和C反應蛋白（CRP）的生化分析儀，它們的目的都是為了提高檢測效率，可以在單位時(shí)間內對若干個(gè)樣品進(jìn)行順序處理，提高檢測通量。另外，考慮到核酸檢測中使用的樣品、試劑通常以微升計，需要對液滴的體積進(jìn)行精確控制，因此，對于移液操作所涉及的部件例如反應容器、支架、吸液泵、吸液頭等的結構都可以進(jìn)行優(yōu)化，以避免由于試劑殘留、液體飛濺或滲漏等產(chǎn)生的交叉污染。這些都是國內科研人員可以加大科研投入的方向。

表 二十一：專(zhuān)利文獻CN102141572B重要信息解讀

表 二十二：專(zhuān)利文獻CN105188938B重要信息解讀

表 二十三：專(zhuān)利文獻CN103119451B重要信息解讀

三、小結

與以往發(fā)現的冠狀病毒不同，2019-nCoV 是以前從未在人體中發(fā)現的冠狀病毒新毒株。隨著(zhù)疫情的發(fā)展，科研人員不斷探索檢測該病毒的方法，而且國家藥品監督管理局已批準多個(gè)新型冠狀病毒核酸檢測試劑盒產(chǎn)品，并將其用于臨床診斷。在常規的病毒檢測方法中，免疫檢測和核酸檢測，以其高效的檢測速度和準確性被普遍采用。通過(guò)對選取的254項專(zhuān)利或專(zhuān)利申請進(jìn)行技術(shù)熱點(diǎn)的分析，同樣發(fā)現，快速檢測病毒抗體或抗原的免疫學(xué)診斷方法仍然是病毒檢測研究的重點(diǎn)，這與免疫學(xué)診斷方法相對于其他方法更為快捷方便有關(guān)；而核酸檢測法由于其極高的準確度，同樣也是研究的重點(diǎn)。分析結果還發(fā)現，各檢測方法中的基本原理并沒(méi)有太大變化，但在提高檢測效率、精度以及擴展檢測適用條件方面進(jìn)行了不斷改進(jìn)。

針對新型冠狀病毒檢測方法的研究，應廣泛搜集現有的高靈敏度檢測平臺，利用檢測靶點(diǎn)的替換研究其與新型冠狀病毒檢測的結合可能，提高病原體檢測的靈敏度。關(guān)注研發(fā)新型載體，例如微珠等，并基于微珠 PCR 的高通量檢測技術(shù)開(kāi)發(fā)。積極開(kāi)發(fā)等溫或常溫PCR 體系以及配套的樣品自動(dòng)處理儀器，以降低對檢測條件的要求，使得檢測儀器能夠結合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。集成化小型 PCR分析儀的研發(fā)應側重于裝置的全封閉、一體化，避免氣溶膠的產(chǎn)生，全封閉和緊湊化是微流控技術(shù)的研究方向。

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編輯：IPRdaily王穎          校對：IPRdaily縱橫君

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