中藥制造領域近紅外光譜技術的專利技術進展和趨勢
摘 要:中藥逐漸獲得了國際市場的認可,但還存在一些質量檢測方面的問題,阻礙了中藥的進一步發展。近紅外光譜技術是隨著計算機技術的發展而推廣出來的一種新分析技術,在中藥制造領域中越來越受到重視,被廣泛用于制藥領域的過程分析和鑒定。從申請量趨勢、專利技術構成、申請人類型、當前法律狀態、轉讓情況等角度分析了近紅外光譜技術在中藥制造領域的發明專利申請情況,梳理了近紅外光譜技術在在線檢測和質量控制、中藥鑒定中的研究與應用,以及近紅外檢測裝置的申請狀況,為國內創新主體的專利布局提供借鑒。
中藥制藥工業是我國醫藥行業中擁有自主知識產權的民族產業。我國中藥制藥水平整體不高,難以滿足現代化生產對質量控制提出的要求,一定程度上影響了中藥產業現代化進程和國際化腳步[1]。 《中藥現代化發展綱要》《中醫藥發展戰略規劃綱要(2016—2030年)》《中國制造2025》等指出要推進中藥工業數字化、網絡化、智能化建設,提高質量在線監測、在線控制。實現中藥制造的數字化、智能化是走向“制藥強國”的必經之路。中藥制劑過程控制是國家戰略需求的重要組成部分。然而,現階段我國中藥生產制造領域工藝較粗糙,2018年智造中藥高峰論壇上,張伯禮院士指出:“我國中藥現代化戰略實施20多年來,中藥工業總產值從不到300億元增長到9000余億元……我國中醫藥現代化還處于初級階段,中藥產業普遍存在生產工藝粗放、科技基礎薄弱、質控水平低、質量有待升級等問題”[2]。
近紅外光譜技術因其快速、無損等優勢,近年來被國內諸多研究團隊引入中藥制造的原料檢測、過程控制和成品質量快速無損檢測等中藥制造過程的多個環節,其應用特點主要在于不破壞樣品的情況下快速測定其中的有效成分,便于實現在線分析,是制造過程質量控制的關鍵技術之一[3]。浙江大學程翼宇教授和瞿海斌教授團隊以近紅外光譜為技術工具,分別對提取(水提、醇提和滲漉)、濃縮、醇沉、精制純化(硅膠柱色譜和大孔樹脂純化)、混合和包衣等關鍵工藝過程和制劑成品進行了快速分析,主要完成了復方苦參注射液、痰熱清注射液和丹參注射液等生產過程的快速質量評價[4-5]。羅國安教授團隊應用近紅外光譜技術,開展了提取、混合、柱色譜等生產過程在線質量分析,完成了安神口服液、丹參多酚酸鹽、清開靈注射液等生產過程快速質量控制體系[6-7]。北京中醫藥大學喬延江教授和吳志生教授智能制造創新團隊在國內較早提出基于光譜技術及信息技術的中藥生產過程分析技術研究思路,完成了安宮牛黃丸、清開靈注射液和乳塊消片近紅外光譜快速質量評價和過程控制體系[8-9]。
近20 年,國內學者采用近紅外光譜技術,建立了系列中藥制造質量控制方法,為中藥制造數字化、智能化發展提供了關鍵技術支撐。本文對中藥制造領域近紅外技術相關的專利進展進行分析,并進一步對近紅外光譜技術在中藥制造領域的發展趨勢進行展望,為中藥近紅外光譜技術發展提供重要數據支撐。
1研究方法
本文采用Incopat 科技創新情報平臺和patentics 系統,對涉及近紅外光譜技術在中藥制造應用中的發明專利申請(截至2020 年12 月)進行檢索,經人工瀏覽,手動篩選,對數據進行歸納整理。
2 專利技術申請概況
2.1 近紅外光譜技術在中藥制造領域的發明專利趨勢
2002 年至今,近紅外光譜技術在中藥制造領域發明專利的變化趨勢如圖1 所示,最早的一件申請是2002 年浙江大學提出的,涉及將近紅外光譜技術用于中藥生產工藝中產品質量指標的在線檢測。之后的近10 年這一領域的專利申請數量相對較少,每年平均申請量基本在5 件左右。至2011 年,申請數量相比之前增長2 倍以上,隨后的10 年,每年平均申請數量較前10 年增長2 倍以 上。就申請國家而言,公開專利申請絕大部分來自中國,其他國家的申請較少,這也符合中藥制造領域的研究現狀,大都集中在中國。雖然日本和韓國在中藥制造行業也有一些較為成熟的技術,但涉及近紅外光譜技術的應用領域并未以專利形式進入中國。
2.2近紅外光譜技術在中藥制造領域的發明專利申請人
2.2.1申請人及其類型如圖2 所示,相關專利的申請人以企業和大專院校為主,企業占57% ,大專院校占34% ,科研單位占5% ,個人占4% 。其中大專院校中申請數量排名前3 的分別是浙江大學、中山大學和北京中醫藥大學。可以看出,企業和高校是該領域最主要的創新主體,其根據需要收購了個人或企業的有關專利權。其中,浙江大學的程翼宇教授、劉雪松教授深耕中藥制造過程控制多年,也成功將近紅外光譜技術引入中藥生產過程質量控制當中。中山大學的葛發歡教授團隊與廣州中大南沙科技創新產業園有限公司合作,共同申請5 項專利,將近紅外光譜技術應用于涼茶和娑羅子中七葉皂苷的在線監測。北京中醫藥大學喬延江教授、吳志生教授團隊也針對中藥生產過程質量控制進行了多年的研究。企業申請人排名前3 的分別是江西匯仁藥業有限公司、廣州中大南沙科技創新產業園有限公司和天津天士力現代中藥資源有限公司。就數量而言,排名前3 的制藥公司和大專院校,申請數量相當,這表明近紅外光譜技術作為一個應用型技術,其研究正不斷實現從實驗室走向生產過程的應用,廣泛分布在企業當中,這也充分體現了其因快速、無損的特點適用于中藥制造過程質量檢測的優勢。
2.2.2申請人申請趨勢圖3 顯示的是2002 年至今排名前幾位的申請人的申請數量。包括申請數量排名前3 的江西匯仁藥業有限公司、天津天士力現代中藥資源有限公司等企業的申請時間主要集中在某個時間段,說明近紅外光譜技術在企業中的應用范圍較為單一,沒有技術上的突破和創新,僅是一種成熟技術應用于不同中藥的制造過程。而大專院校相對企業而言,申請分布的時間更長,如北京中醫藥大學在2014 、2016 、2018 、2019 年都有申請,相對更有連續性。這說明近紅外光譜技術尚存在很大發展空間,其作為一門過程分析技術,在中藥制造中的應用整體呈上升趨勢。
2.3發明專利申請的當前法律狀態及轉讓情況
如圖4 所示,相關專利授權42 件,授權率為47.7% ,駁回27 件,駁回率為30.7% ,撤回19 件,撤回率為21.6% 。失效專利數量為51 件,有效專利數量為42 件,即超過50% 的專利申請已失效。申請人江西匯仁藥業有限公司、浙江大學、上海市中藥研究所、上海雷允上科技發展有限公司的專利權轉讓基本都發生在相同申請人內部,江西匯仁藥業有限公司將7 件專利都變更為與其旗下公司上海中創醫藥科技有限公司共有。除此之外,還存在其他轉讓情況,見表1 。
3 近紅外光譜技術發明專利申請的技術內容
3.1中藥原料制造過程質量評價的近紅外光譜技術現狀分析
中藥原料是中藥制造的首關環節,直接影響中藥的產品質量和藥效。如何快速、準確地評價藥材質量是中藥制造需解決的首要問題。傳統的鑒定方法耗時較長、樣品處理繁瑣,存在不同程度的局限 性。將近紅外光譜技術與計算機軟硬件、化學計量方法等結合,可作為快速準確鑒別中藥材的新方法[10]。涉及中藥原料近紅外光譜技術的發明情況如圖5 所示。中藥制造原料質量評價包括真偽優劣、道地性、產地、加工炮制、種屬等。將近紅外光譜與聚類分析等方法相結合,建立假冒偽劣中藥材鑒別系統,能有效提升假藥的鑒別能力和速度。
3.2中藥制劑制造過程在線控制的近紅外光譜專利技術現狀分析
在線檢測的應用為中藥制劑生產過程的動態監控和工藝優化提供了依據,改變了傳統檢驗滯后的模式,真正實現了藥品質量的在線控制。檢測前,對預先采集的數據進行處理,建立模型,無需進行樣品處理,可同時測定樣品中的多個分子結構,液體、固體等均可直接檢測,減少了樣品處理時間,縮短了檢測時間,提高了檢測效率,為中藥制劑生產過程控制提供數據支持。中藥制劑制造工藝較為復雜,最終產品的品質穩定性與生產過程多項工藝參數息息相關。因此,中藥制劑生產的過程監控非常重要。近紅外光譜在線檢測技術可以全面監控中藥生產過程中的微生物、含水量、水不溶物、混合過程中藥物分布的均勻性等,同時對多項參數進行有效控制,可在很大程度上提高制藥工藝的自動化水平及藥物自身的穩定性與均一性。
3.2.1近紅外光譜技術應用的中藥制劑劑型發明專利申請中有78 件涉及中藥制劑在線檢測和過程質量控制,近紅外光譜技術在中藥制劑領域的應用最為廣泛。涉及中藥制劑的劑型有藥酒、膠囊、口服液、濃縮丸、合劑、顆粒和注射劑,如棗仁安神膠囊、腎寶合劑、貞芪扶正顆粒、金玄痔科熏洗散、一清顆粒、復方杜仲膠囊、增健口服液。
3.2.3近紅外光譜技術應用的中藥制劑生產環節近紅外光譜檢測手段被應用于中藥制劑生產的提取、濃縮、混合[12]、純化、干燥[13]等多個環節。
3.3 中藥制造近紅外光譜技術一體化裝備專利技術現狀分析
4存在問題及建議
4.1 存在問題
中醫藥發展“十三五”規劃要求發揮中醫藥特色優勢,利用現代科學技術,推進中醫藥現代化與國際發展,引領中醫藥自主創新國際主導權。而近紅外光譜技術在中藥制造業中的應用,可解決中藥真偽鑒別、分類和分級靠人工經驗的落后面貌,同時可實現中藥制造過程在線質量監控,該技術的推廣應用對我國中藥提升產品質量產生了巨大影響。通過對近紅外光譜技術在中藥制造領域的專利技術分析,發現如下問題。
4.1.1申請數量少,后勁不足近紅外光譜技術在中藥制造應用領域的專利總量還較少,從2002 年至今發展較為緩慢,申請量最多的一年也僅有17 件,申請量最大的申請人也僅有7 件申請,申請時間主要集中在某個時間段,沒有針對某項技術的持續性改進,技術方向重點有所轉移。
4.1.2 專利申請涉及的適用范圍有限重點申請人的申請基本都是涉及提取過程的質量控制,申請方向較為單一。在產業實踐中,近紅外光譜技術被廣泛應用于藥品檢測,基本涵蓋了從原材料供應到生產全過程乃至上市后的監督檢驗,但是在專利申請中還未見有藥品非法添加的相關檢測,對假劣藥品的鑒別也非常少。相關專利中近紅外光譜技術局限于藥材的鑒定,且進行綜合評價的藥材基本都是根、莖和根莖類藥材,其中參類藥材較多,藥材品種少而分散。
4.2建議
基于以上問題,筆者提出以下建議。
4.2.1開展廣泛的產學研一體化合作在中藥制造業創新發展的過程中,高校、科研機構、中藥制造企業應當充分利用近紅外光譜技術和中藥的優勢,發揮各自的特點和特長,走產學研一體化的創新之路,對該領域的專利信息數據進行跟蹤,有針對性地進行改進創新,推動近紅外光譜技術在中藥制造領域的產業化發展,進一步提高專利技術的實際應用價值。
4.2.2 拓展適用范圍近紅外光譜技術可以應用于中藥原料和中藥制劑的質量控制,涉及中藥的種屬、真偽、優劣、產地、道地性、非法添加等,生產過程中微生物、含水量、水不溶物等多種指標,炮制、提取、濃縮、混合、純化、干燥等多個環節,中藥品種成千上萬,藥用部位包括花、果實、種子、根及根莖等,除了植物藥,還包括動物藥、礦物藥,申請人可以針對某種或某類藥材或制劑從多個角度拓展應用,或聯合其他檢測技術以增強或改善檢測結果或效果。
4.2.3 提升專利質量,擴展海外布局,加強專利運營“十四五”規劃綱要的指標中專門為知識產權設置了一項關鍵性指標,即每萬人高價值發明專利擁有量達到12 件。國家知識產權局出臺了一系列知識產權政策,顯示了政府努力提高專利質量的決心,專利質量的提升是未來參與全球競爭的關鍵所在。申請人在研究和申請前應充分了解相關領域的現有技術和在線申請情況,圍繞核心專利進行全面、持續性改進研究并進行海外專利布局。重視高價值專利的運營,加強校企合作,強化市場意識和應用導向,提高專利的轉化率,實現專利價值的最大化。