新型冠狀病毒肺炎醫(yī)用口罩的分類與防護(hù)

新型冠狀病毒肺炎醫(yī)用口罩的分類與防護(hù)

近年來，嚴(yán)重急性呼吸綜合征（ss）、持續(xù)性高血壓、中樞性呼吸綜合征（mehs）等呼吸道傳染病已成為一種高度傳染性和死亡率的疾病之一。2020年3月3日，國家衛(wèi)生健康委辦公廳和國家中醫(yī)藥管理局辦公室發(fā)布的《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第七版）》目前，醫(yī)用口罩根據(jù)防護(hù)性能不同分為醫(yī)用防護(hù)口罩、醫(yī)用顆粒物防護(hù)口罩、醫(yī)用外科口罩、一次性使用醫(yī)用普通口罩4類,防護(hù)級(jí)別依次降低?！缎滦凸跔畈《痉窝自\療方案（試行第七版）》指出新型冠狀病毒顆粒呈圓形或橢圓形，常為多形性，直徑為60～140nm。醫(yī)用防護(hù)口罩、醫(yī)用顆粒物防護(hù)口罩、醫(yī)用外科口罩等醫(yī)用防護(hù)性口罩可起到較好的病毒防護(hù)作用，以醫(yī)用防護(hù)口罩和醫(yī)用顆粒物防護(hù)口罩的防護(hù)效果為最好本文主要以醫(yī)用防護(hù)性口罩材料專利文獻(xiàn)為研究樣本，通過全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢、主要專利來源國、中國專利布局現(xiàn)狀、專利技術(shù)布局特點(diǎn)等方面進(jìn)行分析，揭示醫(yī)用防護(hù)性口罩材料專利技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，為中國企業(yè)的專利布局提出意見和建議。1年—全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢雖然口罩應(yīng)用于醫(yī)學(xué)已有100多年的歷史，但在很長一段時(shí)間里，口罩的主要原材料一直是紗布，防護(hù)性差。直到20世紀(jì)60年代，無紡布的出現(xiàn)催生了無紡布口罩，給醫(yī)用防護(hù)性口罩的發(fā)展帶來了新機(jī)遇。在無紡布口罩出現(xiàn)之初，主要使用的材料是靜電纖維濾棉。從醫(yī)用防護(hù)性口罩材料專利申請(qǐng)態(tài)勢（圖1）中可以看到，最初的近30年里，醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域發(fā)展緩慢，年均申請(qǐng)量僅5件。美國公司率先進(jìn)入該領(lǐng)域，在此期間，美國3M公司布局的專利數(shù)量相對(duì)較多，其于1961年申請(qǐng)的關(guān)于“無紡布成型品及其制造方法”（優(yōu)先權(quán)號(hào)US04091367）的專利，為醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。除了3M公司，美國瑟吉科斯（Surgikos）、TwinRiversEngineering、陶氏（Dow）、奇科佩（Chicopee）也在該領(lǐng)域布局了專利。此外，德國卡爾·弗羅伊登伯格（FreudenbergCarl）等公司也加入了該領(lǐng)域的競爭。從圖1可以看出，1989年起，醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域申請(qǐng)量出現(xiàn)明顯增長。在此期間，美國金伯利—克拉克（Kimberly—Clark）、美國3M公司、美國艾瑟萊澤（Isolyser）、英國史密斯集團(tuán)（SmithsIndustries）、美國田納西大學(xué)研究公司（UnivTennesseeRes）、德國MAP醫(yī)藥技術(shù)（MapMedizinTech）積極在該領(lǐng)域進(jìn)行專利布局，尤其是美國Kimberly—Clark和3M公司，專利技術(shù)創(chuàng)新成果較多，上述6家企業(yè)中的4家為美國企業(yè)。由此可見，醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域依然是美國企業(yè)領(lǐng)先。2003年，SARS的爆發(fā)使人們對(duì)口罩的需求變得強(qiáng)烈，這刺激了醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域的發(fā)展，使2003年的專利申請(qǐng)數(shù)量達(dá)到第一個(gè)高峰。此后，雖然年專利申請(qǐng)量有一定程度的下降，但2004年的高致病性禽流感(HPAI)、2009年甲型H1N1禽流感、2014年的MERS使人們對(duì)醫(yī)用防護(hù)性口罩仍有較高的需求，口罩材料專利申請(qǐng)量仍然維持在高位，并從2014年開始進(jìn)一步增加。在此期間，美國公司雖占據(jù)優(yōu)勢，但已不是一支獨(dú)大，日本、中國、韓國等國的競爭力越來越強(qiáng)。德國布呂歇爾（Bluecher）脫穎而出，專利創(chuàng)新數(shù)量位居第1，但其專利申請(qǐng)主要集中在2010年前；美國3M公司仍活躍在醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域，專利數(shù)量一直維持高位；美國Kimberly—Clark、韓國LG、愛爾蘭O&M霍爾亞德（O&MHalyard）、美國杜邦（DuPont）、美國伊士曼（Eastman）、日本大和紡（Daiwabo）也布局了大量專利。隨著新冠肺炎病毒的爆發(fā)，醫(yī)用防護(hù)性口罩作為有效的防護(hù)手段，將會(huì)迎來進(jìn)一步發(fā)展。2對(duì)醫(yī)用防護(hù)性口罩材料專利產(chǎn)出情況的分析美國在醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域不但起步早，技術(shù)創(chuàng)新能力和專利布局能力也最強(qiáng)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是來自美國申請(qǐng)人的專利創(chuàng)新數(shù)量最多，截至2020年2月25日，美國申請(qǐng)人已申請(qǐng)522項(xiàng)醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域?qū)＠▓D2），位居全球第1；二是美國企業(yè)擁有的核心專利、基礎(chǔ)專利較多，如3M公司的關(guān)于“雙組份纖維”（優(yōu)先權(quán)號(hào)US06540543）和“彈性保形纖維過濾口罩”（優(yōu)先權(quán)號(hào)US06848757）的專利被大量專利引用，對(duì)醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域的發(fā)展起了非常重要的促進(jìn)作用；三是擁有3M公司、Kimberly—Clark、DuPont、Eastman等技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)；四是海外專利布局能力強(qiáng)，除在美國本土布局了377件醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域?qū)＠?，還在其他區(qū)域布局了1222件，涉及48個(gè)國家、地區(qū)和組織，布局專利數(shù)量和國家數(shù)量均最多，其中，世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織、歐專局、日本、澳大利亞、加拿大為美國關(guān)注的重點(diǎn)國家/組織。從圖2可以看出，中國在醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域的起步較晚，但2003年后發(fā)展較快，尤其是2014年后，專利申請(qǐng)數(shù)量增加幅度較大，并于該年超過美國，成為年申請(qǐng)量最大的國家，并出現(xiàn)了東華大學(xué)、繁昌縣倍思生產(chǎn)力促進(jìn)中心有限公司、廣州尊卓環(huán)?？萍加邢薰?、杭州諾邦無紡股份有限公司等高校和企業(yè)。目前，中國在醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域?qū)＠a(chǎn)出總量（391項(xiàng)）位居全球第2。雖然中國專利技術(shù)產(chǎn)出較多，但仍存在一定的問題：一是僅重視中國本土申請(qǐng)，海外專利布局?jǐn)?shù)量較少；二是該領(lǐng)域企業(yè)主要為中小企業(yè)，缺乏能與美國3M、Kimberly—Clark等公司競爭的大型企業(yè)。日本申請(qǐng)人專利產(chǎn)出數(shù)量（293項(xiàng)）位居全球第3。日本最為重視本國專利申請(qǐng)，同時(shí)也積極拓展海外市場，目前，已在世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織、美國、歐專局、中國、韓國等25個(gè)國家、地區(qū)和組織進(jìn)行了專利布局。韓國僅次于日本，專利產(chǎn)出數(shù)量位居全球第4。韓國專利布局區(qū)域主要為韓國本土，雖然在海外也進(jìn)行了專利布局，但僅涉及世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織、美國、日本、德國、法國。3技術(shù)創(chuàng)新能力較強(qiáng)從醫(yī)用防護(hù)性口罩材料全球主要專利申請(qǐng)人排名情況（圖3）來看，全球前10位申請(qǐng)人中，有4家美國企業(yè)，3家日本企業(yè)，德國、韓國、愛爾蘭企業(yè)各1家，全部為歐美日韓企業(yè)，中國不論是企業(yè)、高校還是科研機(jī)構(gòu)都沒有進(jìn)入前10之列，這進(jìn)一步說明了這些國家在醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域具有較強(qiáng)的技術(shù)創(chuàng)新能力，尤其是美國和日本，而中國企業(yè)、高校、科研機(jī)構(gòu)的技術(shù)創(chuàng)新能力仍需進(jìn)一步提高。全球前10位申請(qǐng)人中，美國3M公司專利申請(qǐng)量最多，技術(shù)實(shí)力雄厚，且起步早，一直活躍在醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域，是該領(lǐng)域當(dāng)之無愧的老大。美國Kimberly—Clark起步雖然沒有3M公司早，但發(fā)展較快，專利申請(qǐng)量已僅次于3M公司，位居全球第2。德國布呂歇爾（Bluecher）、韓國LG、美國杜邦（DuPont）專利申請(qǐng)數(shù)量分別位居第3～5位。4專利申請(qǐng)量分析自2003年開始，在實(shí)際需求和政策的推動(dòng)下，我國開始加大在醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域的研究力度，經(jīng)過十多年的發(fā)展，專利布局?jǐn)?shù)量已位居世界前列，但中國專利不只是中國本土申請(qǐng)人申請(qǐng)，還有部分是國外申請(qǐng)人的來華申請(qǐng)。從專利來源情況看（圖4），中國本土申請(qǐng)人的專利約占86%，約有14%來源于國外申請(qǐng)人，主要為歐美日等發(fā)達(dá)國家。其中，日本、美國在華布局?jǐn)?shù)量較高，美國DuPont和日本的Mitsui、Daiwabo、尤妮佳(UniCharm)相對(duì)突出，其次是英國、瑞士、法國。由于美國、日本等國起步早、實(shí)力雄厚、基礎(chǔ)核心專利較多等原因，導(dǎo)致中國企業(yè)的整體競爭力不如美國DuPont、日本Mitsui等國外領(lǐng)先企業(yè)。因此，國外申請(qǐng)人在中國布局的專利雖然較少，但仍對(duì)中國企業(yè)造成一定威脅，中國企業(yè)應(yīng)予以重視。從圖4可以看出，江蘇、廣東、山東、浙江、安徽5個(gè)省份在醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量位居前5。江蘇省的蘇州、無錫2個(gè)地市的專利申請(qǐng)量較為突出，在城市排名中位居前5；山東省青島市的專利申請(qǐng)數(shù)量也較高。此外，北京和上海的專利申請(qǐng)數(shù)量也較高，在中國城市排名中位居前2，與位居前5的江蘇、廣東、山東、浙江、安徽相比，北京僅少于江蘇省，上海與山東省不相上下。來自江蘇省的江蘇康乃馨織造有限公司、常熟市立新無紡布織造有限公司，來自廣東的廣州尊卓環(huán)?？萍加邢薰?、華南理工大學(xué)，來自山東的青島陽光動(dòng)力生物醫(yī)藥技術(shù)有限公司、山東俊富非織造材料有限公司，來自北京的清華大學(xué)、北京清正泰科技術(shù)有限公司，來自上海的東華大學(xué)、上海潔晟環(huán)?？萍加邢薰镜壬暾?qǐng)人在醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域積極探索并進(jìn)行專利布局。目前，中國本土申請(qǐng)人中，雖然企業(yè)占據(jù)優(yōu)勢，但仍有不少專利掌握在高校、科研院所、個(gè)人手中，如專利申請(qǐng)量較多的東華大學(xué)、清華大學(xué)、河南工程學(xué)院、廣西大學(xué)、中原工學(xué)院、林錦祥，中國企業(yè)可通過專利轉(zhuǎn)讓、許可等方式引進(jìn)專利，將這些專利產(chǎn)業(yè)化。5其他材料的研究醫(yī)用防護(hù)性口罩一般為3層結(jié)構(gòu)，2側(cè)為單層紡粘無紡布，中間為熔噴層或阻隔層，主要是單層或多層的熔噴無紡布。因?yàn)槿蹏妼永w維直徑較小并附有靜電，能以慣性碰撞、攔截、靜電吸附和擴(kuò)散作用等合作機(jī)制，阻隔空氣中的顆粒或氣溶膠，即飛沫和細(xì)菌等當(dāng)前，市場上醫(yī)用防護(hù)性口罩熔噴層材料大多為聚丙烯，在專利中，聚丙烯雖然也是最重要的材料，但其重要性不如市場中表現(xiàn)得那么明顯，研發(fā)人員在對(duì)聚丙烯材料進(jìn)行改進(jìn)的同時(shí)，一直在探索其他材料，以達(dá)到更優(yōu)的效果。例如，2013年，中材科技股份有限公司申請(qǐng)了層聚四氟乙烯為口罩過濾材料的專利[公開（公告）號(hào)CN203264448U]，該過濾材料的過濾效率在99.97%以上、透氣率在8.0cm/s以上。2016年，北京化工大學(xué)提供了一種以生物基高分子大豆蛋白和聚乙烯醇為主體材料的過濾用纖維膜[公開（公告）號(hào)CN105597575B]，該膜具有制備方法簡單、對(duì)設(shè)備要求不高、生產(chǎn)成本低、凈化效果好、吸附力強(qiáng)、可降解回收等優(yōu)點(diǎn)；同年，日本富士膠片株式會(huì)社發(fā)明了纖維素?；锏募{米纖維（優(yōu)先權(quán)號(hào)JP2016012717），該纖維直徑的均勻性優(yōu)異且制作出無紡布時(shí)的外觀得到了改善；捷恩智株式會(huì)社和捷恩智纖維株式會(huì)社還合作發(fā)明了極細(xì)纖維層與親水性短纖維層形成的層疊不織布片（優(yōu)先權(quán)號(hào)JP2016226101），該不織布片使高的捕集性能與低的壓力損失并存，肌膚的適合性與柔軟性優(yōu)異；2019年，生納科技（上海）有限公司發(fā)明了一種耐水性優(yōu)異的聚乙烯醇納米纖維膜[公開（公告）號(hào)CN110735230A]，該材料作為口罩過濾層濾材，可高效吸附空氣中的鹽性和油性粒子，過濾性能基本無衰減。6提高技術(shù)創(chuàng)新能力，強(qiáng)化專利布局2003年SARS的爆發(fā)使人們意識(shí)到傳統(tǒng)紗布口罩并不能對(duì)病毒起到有效的防護(hù)作用，中國開始積極投入到無紡布口罩的技術(shù)研發(fā)和專利布局中，經(jīng)過十多年的發(fā)展，已儲(chǔ)備大量專利，但由于3M公司、Kimberly—Clark、DuPont等國外企業(yè)起步早、技術(shù)實(shí)力雄厚，很多核心專利仍掌握在歐美日等知名企業(yè)手中，中國企業(yè)與其相比尚有一定差距。中國企業(yè)要想與這些國外企業(yè)競爭，應(yīng)提高技術(shù)創(chuàng)新能力，同時(shí)強(qiáng)化專利布局。在技術(shù)創(chuàng)新方面，中國企業(yè)應(yīng)加大醫(yī)用防護(hù)性口罩材料領(lǐng)域尤其是熔噴層領(lǐng)域的研發(fā)投入，采取以自主創(chuàng)新、技術(shù)借鑒相結(jié)合的方式進(jìn)行創(chuàng)新。在自主創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，跟蹤3M公司、Kimberly—Clark、DuPont、M