新型冠状病毒肺炎医用口罩的分类与防护

新型冠状病毒肺炎医用口罩的分类与防护

近年来，严重急性呼吸综合征（ss）、持续性高血压、中枢性呼吸综合征（mehs）等呼吸道传染病已成为一种高度传染性和死亡率的疾病之一。2020年3月3日，国家卫生健康委办公厅和国家中医药管理局办公室发布的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第七版）》目前，医用口罩根据防护性能不同分为医用防护口罩、医用颗粒物防护口罩、医用外科口罩、一次性使用医用普通口罩4类,防护级别依次降低。《新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第七版）》指出新型冠状病毒颗粒呈圆形或椭圆形，常为多形性，直径为60～140nm。医用防护口罩、医用颗粒物防护口罩、医用外科口罩等医用防护性口罩可起到较好的病毒防护作用，以医用防护口罩和医用颗粒物防护口罩的防护效果为最好本文主要以医用防护性口罩材料专利文献为研究样本，通过全球专利申请趋势、主要专利来源国、中国专利布局现状、专利技术布局特点等方面进行分析，揭示医用防护性口罩材料专利技术发展现状，为中国企业的专利布局提出意见和建议。1年—全球专利申请趋势虽然口罩应用于医学已有100多年的历史，但在很长一段时间里，口罩的主要原材料一直是纱布，防护性差。直到20世纪60年代，无纺布的出现催生了无纺布口罩，给医用防护性口罩的发展带来了新机遇。在无纺布口罩出现之初，主要使用的材料是静电纤维滤棉。从医用防护性口罩材料专利申请态势（图1）中可以看到，最初的近30年里，医用防护性口罩材料领域发展缓慢，年均申请量仅5件。美国公司率先进入该领域，在此期间，美国3M公司布局的专利数量相对较多，其于1961年申请的关于“无纺布成型品及其制造方法”（优先权号US04091367）的专利，为医用防护性口罩材料领域的发展奠定了良好的基础。除了3M公司，美国瑟吉科斯（Surgikos）、TwinRiversEngineering、陶氏（Dow）、奇科佩（Chicopee）也在该领域布局了专利。此外，德国卡尔·弗罗伊登伯格（FreudenbergCarl）等公司也加入了该领域的竞争。从图1可以看出，1989年起，医用防护性口罩材料领域申请量出现明显增长。在此期间，美国金伯利—克拉克（Kimberly—Clark）、美国3M公司、美国艾瑟莱泽（Isolyser）、英国史密斯集团（SmithsIndustries）、美国田纳西大学研究公司（UnivTennesseeRes）、德国MAP医药技术（MapMedizinTech）积极在该领域进行专利布局，尤其是美国Kimberly—Clark和3M公司，专利技术创新成果较多，上述6家企业中的4家为美国企业。由此可见，医用防护性口罩材料领域依然是美国企业领先。2003年，SARS的爆发使人们对口罩的需求变得强烈，这刺激了医用防护性口罩材料领域的发展，使2003年的专利申请数量达到第一个高峰。此后，虽然年专利申请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使人们对医用防护性口罩仍有较高的需求，口罩材料专利申请量仍然维持在高位，并从2014年开始进一步增加。在此期间，美国公司虽占据优势，但已不是一支独大，日本、中国、韩国等国的竞争力越来越强。德国布吕歇尔（Bluecher）脱颖而出，专利创新数量位居第1，但其专利申请主要集中在2010年前；美国3M公司仍活跃在医用防护性口罩材料领域，专利数量一直维持高位；美国Kimberly—Clark、韩国LG、爱尔兰O&M霍尔亚德（O&MHalyard）、美国杜邦（DuPont）、美国伊士曼（Eastman）、日本大和纺（Daiwabo）也布局了大量专利。随着新冠肺炎病毒的爆发，医用防护性口罩作为有效的防护手段，将会迎来进一步发展。2对医用防护性口罩材料专利产出情况的分析美国在医用防护性口罩材料领域不但起步早，技术创新能力和专利布局能力也最强。主要表现在以下几个方面：一是来自美国申请人的专利创新数量最多，截至2020年2月25日，美国申请人已申请522项医用防护性口罩材料领域专利（图2），位居全球第1；二是美国企业拥有的核心专利、基础专利较多，如3M公司的关于“双组份纤维”（优先权号US06540543）和“弹性保形纤维过滤口罩”（优先权号US06848757）的专利被大量专利引用，对医用防护性口罩材料领域的发展起了非常重要的促进作用；三是拥有3M公司、Kimberly—Clark、DuPont、Eastman等技术领先企业；四是海外专利布局能力强，除在美国本土布局了377件医用防护性口罩材料领域专利外，还在其他区域布局了1222件，涉及48个国家、地区和组织，布局专利数量和国家数量均最多，其中，世界知识产权组织、欧专局、日本、澳大利亚、加拿大为美国关注的重点国家/组织。从图2可以看出，中国在医用防护性口罩材料领域的起步较晚，但2003年后发展较快，尤其是2014年后，专利申请数量增加幅度较大，并于该年超过美国，成为年申请量最大的国家，并出现了东华大学、繁昌县倍思生产力促进中心有限公司、广州尊卓环保科技有限公司、杭州诺邦无纺股份有限公司等高校和企业。目前，中国在医用防护性口罩材料领域专利产出总量（391项）位居全球第2。虽然中国专利技术产出较多，但仍存在一定的问题：一是仅重视中国本土申请，海外专利布局数量较少；二是该领域企业主要为中小企业，缺乏能与美国3M、Kimberly—Clark等公司竞争的大型企业。日本申请人专利产出数量（293项）位居全球第3。日本最为重视本国专利申请，同时也积极拓展海外市场，目前，已在世界知识产权组织、美国、欧专局、中国、韩国等25个国家、地区和组织进行了专利布局。韩国仅次于日本，专利产出数量位居全球第4。韩国专利布局区域主要为韩国本土，虽然在海外也进行了专利布局，但仅涉及世界知识产权组织、美国、日本、德国、法国。3技术创新能力较强从医用防护性口罩材料全球主要专利申请人排名情况（图3）来看，全球前10位申请人中，有4家美国企业，3家日本企业，德国、韩国、爱尔兰企业各1家，全部为欧美日韩企业，中国不论是企业、高校还是科研机构都没有进入前10之列，这进一步说明了这些国家在医用防护性口罩材料领域具有较强的技术创新能力，尤其是美国和日本，而中国企业、高校、科研机构的技术创新能力仍需进一步提高。全球前10位申请人中，美国3M公司专利申请量最多，技术实力雄厚，且起步早，一直活跃在医用防护性口罩材料领域，是该领域当之无愧的老大。美国Kimberly—Clark起步虽然没有3M公司早，但发展较快，专利申请量已仅次于3M公司，位居全球第2。德国布吕歇尔（Bluecher）、韩国LG、美国杜邦（DuPont）专利申请数量分别位居第3～5位。4专利申请量分析自2003年开始，在实际需求和政策的推动下，我国开始加大在医用防护性口罩材料领域的研究力度，经过十多年的发展，专利布局数量已位居世界前列，但中国专利不只是中国本土申请人申请，还有部分是国外申请人的来华申请。从专利来源情况看（图4），中国本土申请人的专利约占86%，约有14%来源于国外申请人，主要为欧美日等发达国家。其中，日本、美国在华布局数量较高，美国DuPont和日本的Mitsui、Daiwabo、尤妮佳(UniCharm)相对突出，其次是英国、瑞士、法国。由于美国、日本等国起步早、实力雄厚、基础核心专利较多等原因，导致中国企业的整体竞争力不如美国DuPont、日本Mitsui等国外领先企业。因此，国外申请人在中国布局的专利虽然较少，但仍对中国企业造成一定威胁，中国企业应予以重视。从图4可以看出，江苏、广东、山东、浙江、安徽5个省份在医用防护性口罩材料领域的专利申请量位居前5。江苏省的苏州、无锡2个地市的专利申请量较为突出，在城市排名中位居前5；山东省青岛市的专利申请数量也较高。此外，北京和上海的专利申请数量也较高，在中国城市排名中位居前2，与位居前5的江苏、广东、山东、浙江、安徽相比，北京仅少于江苏省，上海与山东省不相上下。来自江苏省的江苏康乃馨织造有限公司、常熟市立新无纺布织造有限公司，来自广东的广州尊卓环保科技有限公司、华南理工大学，来自山东的青岛阳光动力生物医药技术有限公司、山东俊富非织造材料有限公司，来自北京的清华大学、北京清正泰科技术有限公司，来自上海的东华大学、上海洁晟环保科技有限公司等申请人在医用防护性口罩材料领域积极探索并进行专利布局。目前，中国本土申请人中，虽然企业占据优势，但仍有不少专利掌握在高校、科研院所、个人手中，如专利申请量较多的东华大学、清华大学、河南工程学院、广西大学、中原工学院、林锦祥，中国企业可通过专利转让、许可等方式引进专利，将这些专利产业化。5其他材料的研究医用防护性口罩一般为3层结构，2侧为单层纺粘无纺布，中间为熔喷层或阻隔层，主要是单层或多层的熔喷无纺布。因为熔喷层纤维直径较小并附有静电，能以惯性碰撞、拦截、静电吸附和扩散作用等合作机制，阻隔空气中的颗粒或气溶胶，即飞沫和细菌等当前，市场上医用防护性口罩熔喷层材料大多为聚丙烯，在专利中，聚丙烯虽然也是最重要的材料，但其重要性不如市场中表现得那么明显，研发人员在对聚丙烯材料进行改进的同时，一直在探索其他材料，以达到更优的效果。例如，2013年，中材科技股份有限公司申请了层聚四氟乙烯为口罩过滤材料的专利[公开（公告）号CN203264448U]，该过滤材料的过滤效率在99.97%以上、透气率在8.0cm/s以上。2016年，北京化工大学提供了一种以生物基高分子大豆蛋白和聚乙烯醇为主体材料的过滤用纤维膜[公开（公告）号CN105597575B]，该膜具有制备方法简单、对设备要求不高、生产成本低、净化效果好、吸附力强、可降解回收等优点；同年，日本富士胶片株式会社发明了纤维素酰化物的纳米纤维（优先权号JP2016012717），该纤维直径的均匀性优异且制作出无纺布时的外观得到了改善；捷恩智株式会社和捷恩智纤维株式会社还合作发明了极细纤维层与亲水性短纤维层形成的层叠不织布片（优先权号JP2016226101），该不织布片使高的捕集性能与低的压力损失并存，肌肤的适合性与柔软性优异；2019年，生纳科技（上海）有限公司发明了一种耐水性优异的聚乙烯醇纳米纤维膜[公开（公告）号CN110735230A]，该材料作为口罩过滤层滤材，可高效吸附空气中的盐性和油性粒子，过滤性能基本无衰减。6提高技术创新能力，强化专利布局2003年SARS的爆发使人们意识到传统纱布口罩并不能对病毒起到有效的防护作用，中国开始积极投入到无纺布口罩的技术研发和专利布局中，经过十多年的发展，已储备大量专利，但由于3M公司、Kimberly—Clark、DuPont等国外企业起步早、技术实力雄厚，很多核心专利仍掌握在欧美日等知名企业手中，中国企业与其相比尚有一定差距。中国企业要想与这些国外企业竞争，应提高技术创新能力，同时强化专利布局。在技术创新方面，中国企业应加大医用防护性口罩材料领域尤其是熔喷层领域的研发投入，采取以自主创新、技术借鉴相结合的方式进行创新。在自主创新的基础上，跟踪3M公司、Kimberly—Clark、DuPont、M