生物反应器相关专利分析

本 文 以 Derwent Innovation Index
克服了前两者的缺陷 ：细菌基因工程产 （DII） 数 据 库 为 基 础， 利 用 Thomson
物往往不具备生物活性，必须经过糖基 Data Analyzer 软件及 Aureka 专利检索
化、羟基化等一系列修饰加工后才能成 和 分 析 平 台 对 生 物 反 应 器 相 关 专 利 进
提供的生物反应器产品主要是实验室规模和中试规模的全自动 发酵装置系列 专注于生命科学、医药研究、动植物细胞培养、食品发酵和环
3.1 生物反应器的研发和生产企业 从区域分布上看，美国的优势
（Wheaton Science Products）⑥ GTC（Genzyme Transgenics
美国
境监测等领域，代表性产品有 Cell Optimizer System®（小型细胞 培养装置）和 Mini-Pilot Plant ™（大型细胞培养装置） 生产重组药物蛋白和单克隆抗体为主导产品
66 生物产业技术 2010.01 (1月).
技术 知识产权和投融资
专利技术也较集中。此外，藻类培 养与光合系统的专利技术数也达到 一定的规模，可见利用藻类开发可
表3 生物反应器的主要研发和生产企业
企业
国家
特点（产品）
N B S （ N e w B r u n s w i c 美国 经营各类生物反应器。较早开发出哺乳动物细胞填充床反应器，
C12Q-001/68
置 ；研究微生物或酶的特性，如所需要的生长因子的装置 ；
专门适于利用微生物或酶作为“反应物”或生物催化剂的
装置 ；实验室和工业规模的装置
504
组织、人类、动物或植物细胞或病毒培养装置
384
动物细胞或组织
353
为使用游离的、固定的或与载体结合的酶特殊设计的装
置，如含有固定化酶的流动床装置
C12M-001/34
262
以脱氧核糖基作为糖化物基团
255
以利用微生物为特征的
246
用气体导入方法
245
未分化的人类、动物或植物细胞，如细胞系 ；组织 ；它
们的培养或维持 ；其培养基（用组织培养技术再生植物）
238
用条件测量或信号传感方法测量或检验，如菌落计数器
CM12 大类中的 C12M-001/00 涉及的 专 利 最 多， 结 合 C12M-001/40 可 知
转基因动物家畜 基因药物生产
不会影响到转基因动物本身的生理代谢反应，且从转
乳腺，即动物乳腺
基因动物的乳汁中获取的基因产物，不但产量高、易提
生物反应器
纯，而且表达的蛋白质经过充分的修饰加工，具有稳定
的生物活性
64 生物产业技术 2010.01 (1月).
物或组合物或从外消旋混合物中分
离旋光异构体）、C02F（水、废水、
污水或污泥的处理）四大类的专利
2
共占专利（族）总数的 68.5%（参
3
见图 3），在所有的专利类别中居于
4
前列（参见图 4）：C12M 类专利（族）
数呈现不断增长的趋势 ；C12N 专利 5
C12M-003/00 C12N-005/06 C12M-001/40
再生能源研究也逐渐成为研究热点。
Scientific Co. Inc）③ 科尔帕默（Cole-Parmer）④
美国
在微生物发酵罐方面也有先进的技术 专业生产科尔帕默发酵罐、发酵系统及各种小型细胞培养系统
3 生物反应器相关专利的 专利权人分析
VWR（VWR International， 美国 Inc.）⑤ 美 国 惠 顿 生 命 科 学 公 司 美国
明显，拥有多家著名的、专业于生 Corporation）
物 反 应 器 研 发 和 制 造 的 跨 国 企 业， 如 NBS 公 司、 科 尔 帕 默、VWR 公 司、惠顿生命科学公司等。欧洲起 步较早，在生物反应器的研究水平 上 曾 经 一 度 领 先， 产 品 质 量 可 靠， 产业化规模比亚洲大，其生物反应
多孔 表面 材料
管道出入口
组织培养系统
表面材质层
中空膜
利用 Aureka 专利检索和分析平
台，对分类为 C12M-001/00 所涉及 的生物反应器专利进一步分析（参 见图 5），发现其中涉及酶或微生物 的专利技术较多，组织培养的相关
注：图中主要采用等高线图作为全图绘制的基准。被分析的数据样本中的专利文献在地图中用点来表示。内容相近的 文献在图中的距离也相近，最终形成山峰，图中不同山峰区域内表示某一特定技术主题中聚集的相应的专利群。同一区域的 文献数量与地图中山峰的高度相对应。文献内容越相似，文献点在图中的位置就越近；等高线表明了相关文献的密度；最高 峰的高点区域包含的文献最多，低点区域包含的文献相对较少；峰间距离越近，表明所包含的专利内容相似性越近；反之， 则越远。
面应用潜力大
其工程数量和处理规模得到快速增加与扩大②
微藻生物反应器 能源生产
微藻生长在水中，种类繁多且分布极广，能高效转化
光能为化学能
哺乳动物细胞 多种基因工程药物的生产，新基因的 组织工程对象是人体组织，细胞和组织块的体外培养
表达系统
发现、蛋白质的结构和功能研究
条件必须仿生地接近人体内环境
技术
知识产权 和投融资
生物反应器相关专利分析
游文娟 陈大明 （中国科学院上海生命科学信息中心，上海，200031）
doi:10.3969/j.issn.1674-0319. 2010.01.006
作者简介
游文娟，中国科学院上海生命科学信 息中心助理馆员，主要从事生命科学及其 相关学科领域情报研究。
E-mail：wjyou@
优先权（年）
300 250 200 150 100 50
0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 优先权（年）
美国 中国 日本
1 生物反应器相关专利的 发展总态势
统计结果来看，美国、中国和日本 名列前三，专利（族）申请量分别
不同，生物反应器可以简单分为 3 类 ： 应器最受关注，因其生产的外源蛋白种
微生物反应器和酶反应器、动植物细胞 类广泛 ：从小分子肽到大分子复杂蛋白
大规模培养生物反应器以及转基因动植 质，从生物活性酶到抗体、病毒抗原蛋
物细胞生物反应器①。
白均可利用动物乳腺生物反应器进行有
从技术发展历程上看，早期的生物 效生产。
生物反应器（bioreactor）是利用酶 细胞基因工程的生物反应器在规模生产
或生物体（如微生物）所具有的生物功 方面受到限制。此外，转基因动物生物
能而进行生化反应的装置系统，如发酵 反应器还具有产品质量高、容易提纯的
罐，在各种生物加工过程中占据中心位 特点。目前已有多种转基因动植物生物
置。从反应过程上看，根据培养对象的 反应器得到开发，其中动物乳腺生物反
350 300 250 200 150 100 50
0
C12M C12N B01D C12O
C12P B01J
C12F C07K
G01N A61K
优先权（年）
1997 1999 2001 2003 2005 2007 C02F C12P C12N C12M
2010.01 (1月). 生物产业技术 65
反应器的技术设计主要依赖于细菌基因
从应用领域上看，生物反应器已在
工程。之后，细胞生物学和糖基化要求 从污水处理到可再生能源开发，从组织
使动植物细胞生物反应器得到发展。20 工程到药物生产的各方面中发挥着越来
世纪末以来，转基因动物生物反应器的 越重要的作用（参见表 1）。
出现受到人们极大的关注，这是因为它
图5 C12M-001/00类生物反应器相关专利的主题分布
目前酶或微生物反应器研究应用较
多。其次是涉及动植物细胞培养的 动植物细胞生物反应器，如 C12N005/06、C12M-003/00、C12N-005/00 等。 结合 C02F 与 C02F-003/34 可知，利 用微生物来处理污水的相关研究应 用也较多。由表 2 可知，虽然转基 因动植物生物反应器相比其他类型 生物反应器更具发展前景，仅少数 专利涉及转基因动植物生物反应器 的研究（C12N-005/00），可见这一领 域技术研究还有待进一步加强，应 用范围还有待进一步拓宽。
2.2 主要类别分布
光照、光合作用与培养
罐与厌氧 气体流量与液体
温热控制 核酸溶液
沼气生产
藻类系统与工艺
样品设备系统
微生物产品生产 废弃有机物的厌氧发酵
微生物溶液与设备
发酵产品生产
液体微反应器试剂
旋转轴与流液 管表面液体
流体流动设备
酶产品制作工艺 材料生产方法
固体固化流化床
微生物与溶液 流体流量带
膜
知识产权 和投融资
其组合物；繁殖、保藏或维持微生物； 变 异 或 遗 传 工 程 ；培 养 基 ）、C12P （发酵或使用酶的方法合成目标化合
表2 优先权年为1979～2009年的生物反应器相关专利类别分析
排名 国际分类号(IPC) 专利(族)数
注释
1
C12M-001/00
902
酶学或微生物学装置，包括产生或分离微生物或酶的装
为有效的药物 ；由于哺乳动物细胞的培 行研究分析 ( 检索日期为 2009 年 11 月
养条件要求相当苛刻、成本太高，基于 16 日 )。
表1 生物反应器的应用举例
类型
应用领域
备注
膜生物反应器
在城市污水和工业废水处理和回用方 被视为“最佳实用技术（best available technology）”，