电化学葡萄糖传感器专利分析

糖尿病是由遗传和环境因素共同作用而引起的一组以糖代谢紊乱为主要表现的临床综合征，已成为一种新的流行性疾病。血液葡萄糖浓度是临床上诊断糖尿病的有效指标，同时也可作为糖尿病日常控制、代谢综合症进展预测的依据。根据相关报告显示，长期将血糖控制在一个良好的水平，可以减缓甚至防止糖尿病并发症的发生。而要达到血糖水平长期良好的控制，连续血糖监测是必须的，葡萄糖传感器则是现今实现血糖连续检测的重要手段之一，也是目前检测技术研发的核心。

本文从电化学葡萄糖传感器的全球专利申请情况入手，从全球申请趋势、原创国/地区、全球申请人状况以及专利技术演进等对该领域的专利申请进行了梳理统计及技术分析，帮助相关企业了解该领域目前国内外的行业发展状态和前景。由于2018年的部分专利申请尚未公开，相关统计不完全。

专利技术发展现状

电化学葡萄糖传感技术在上世纪90年代之前处于起步阶段，20世纪90年代，随着生物检测技术的飞速发展，其进入了快速发展时期。总体而言，电化学葡萄糖传感器专利技术申请萌芽-缓慢增长-迅速增长-趋向顶峰的整体发展脉络，这种整体发展趋势与生物传感器技术发展的时代特点是相吻合的。全球该领域专利申请中，美国居首位，日本排名次席。

与之相比，中国相关专利申请量保持在较低水平，但在2004至2016年间也有较为明显的增长，该趋势与全球专利分布相一致，这说明虽然该项技术进入中国市场较晚，发展速度较慢，但随着近年来技术的完善与成熟，以及中国企业和科研院校逐渐增强专利转化和保护意识，中国该领域专利布局在逐步形成。

德温特世界专利索引数据库（DWPI）中电化学葡萄糖生物传感器专利技术申请量排名前10位的申请人及其所在国家中，日本申请人占40%，其凭借综合性的研发和生产能力在电化学葡萄糖生物传感器专利研发上占据优势。美国申请人大部分致力于糖尿病血糖监测、胰岛素泵的科研与开发，如罗氏、德克斯康公司、雅培糖尿病护理公司、拜耳医药保健有限公司、美敦力迷你迈德公司等，这些公司的产品在全球血糖分析仪市场上都占有较大的份额，引领着血糖仪研发的技术前沿。

中国专利文摘数据库（CNABS）中电化学葡萄糖生物传感器专利主要申请人中排名较前的是浙江大学，其相关专利申请主要集中在2000年之后，但其专利内容主要涉及传感器电极制备、表面修饰、表面改性方面，申请技术点较为单一，没有形成完整的技术研发和市场转化体系，多数仅限于实验室检测。

专利技术发展演进

1962年，Clark和Lyons在纽约自然科学学会的论文集中首次提出了“在化学电极的敏感膜中加入酶以实现对目标物质进行选择性分析”的设想。1967年Updike和Hicks把葡萄糖氧化酶固定化膜和氧电极组装在一起，制成了第一代生物传感器。

电化学葡萄糖传感器的发展,按照酶的催化的性质,可以分为三个阶段:以氧气为电子受体的第一代传感器,以非生理介体为电子受体的第二代传感器和直接电子传递的第三代传感器。第一代葡萄糖酶生物传感器通过氧来传递电子，过氧化氢浓度的增加或氧浓度的降低都与葡萄糖浓度成正比，通过检测酶反应过程中氧的消耗和过氧化氢的产生，可以确定葡萄糖的含量；第二代葡萄糖酶生物传感器以电子媒介体等替代作为电子受体的氧，这些电子媒介体能够从酶的氧化还原中心迅速传送电子到工作电极的表面，并往复传递电子加强了酶与电极间的直接电极传输，起到酶与电极间的电子开闭器作用，加速了电极反应，降低了环境干扰，有效克服了第一代电流型传感器的缺陷；第三代电化学葡萄糖生物传感器中酶与电极之间电子交换不经过动态媒介体参与，而直接进行酶与电极之间的电子传递，其电子交换的速率依赖于酶蛋白性质、电极材料和电极/电解质界面状态，其具有媒介体传感器的所有优点，在制备过程中没有可溶或部分溶解的化合物，具有用于在体检测的天然优势。

电化学葡萄糖传感器相关的生物传感器检测领域已经发展了近40年，但其技术创新仍然没有停止，大量新型的检测仪器不断出现，从大型到袖珍，从体外到在体，从血液到无创体液，从医院检测到家庭。全球人口老龄化、生活水平的提高和偏远地区对医疗服务需求的增加，正促进传统医疗方式的变革，移动性和便携性成为影响电子医疗产业，特别是生物传感器检测领域的关键。此外，半导体技术的发展也推动医疗创新步伐以前所未有的速度向前迈进，在快速处理计算、高精度模数转换和无线网络技术进步的带动下，生物传感器产品走向便携式和小型化成为现实，并且传感器材料、电子信息技术等方面的发展给电化学葡萄糖传感器的发展带来了新的契机，创造了更为广阔的空间。国际市场中以罗氏、强生、拜耳、雅培为代表的国际巨头飞速发展，竞争环境日趋激烈，连续化、无创化、电子化成为电化学葡萄糖传感器发展的趋势。目前国内以血糖仪为代表的电化学葡萄糖传感器市场相对比较成熟，众多厂家的介入使得竞争日趋激烈，但国内市场的利润大多源于血糖仪耗材试条的生产和销售，对于传感器相关电子器件等高新尖技术核心的获利较小。近期内，传统血糖仪仍是市场主体，这值得国内企业反思，我们只有充分认识到自身的优缺点、紧随世界技术发展趋势、抓住国内市场优势、不断开拓创新，才能将中国自主研发的电化学葡萄糖传感器产品发扬光大。