贾星航 宋如生

摘要：本文对李兰娟院士及其团队在人工肝相关装置、感染微生态学和传染病检测等领域取得的主要专利成果进行分析。通过对专利申请的申请趋势、审查结论及法律状态、主要申请人、主分类号和海外布局等情况进行了研究，对其专利申请中涉及的重点技术进行了分析。力图全面系统地反映该团队的专利技术的发展及现状，以期对我国相应产业研究、发展、成果运用提供借鉴和参考。

关键词：李兰娟;专利;人工肝;感染微生态学

中图分类号：R318 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）06-0050-08

1 引言

2020年春节前夕，新型冠状病毒肺炎在武汉集中爆发，为阻断疫情向全国蔓延，李兰娟院士率先提出武汉封城的建议。事实证明，封城建议对延缓和阻断疫情传播起到了极大地作用。

李兰娟，中国工程院院士，浙江大学教授、主任医师、博士生导师。现为传染病诊治国家重点实验室主任，感染性疾病诊治协同创新中心主任，兼任教育部科技委生物与医学学部主任，中华预防医学会副会长等。承担了国家“863”“973”“十五”攻关、国家自然科学基金重点项目等课题20余项，发表论文400余篇。获国家科技进步奖一等奖2项、国家科技进步奖（创新团队奖）1项、国家科技进步奖二等奖2项、浙江省科技进步奖一等奖6项。获“全国优秀科技工作者”和“全国杰出专业技术人才”称号、何梁何利基金科技进步奖、光华工程科技奖等[1]。

对李兰娟院士及其团队的主要科学技术成就和专利技术进行分析，有助于对我国应对各种突发公共卫生事件，并借此对我国相应产业未来的研究、发展、成果运用提供借鉴和参考。

2 李兰娟院士的主要科学技术成就

自1986年开始，李兰娟团队就开展了人工肝治疗肝衰竭的研究，并成功创建独特有效的李氏人工肝系统，该研究成果于1998年获得国家科技进步奖二等奖。经改进的非生物型人工肝系统，使急性、亚急性重型肝炎的病死率由88.1%显著降至21.1%，慢性重型肝炎的病死率由84.6%显著降至56.6%[2]，为普及人工肝技术，该团队成立人工肝培训中心、举办全国及国际性人工肝学术会议和继续教育学习班，毫无保留地向全国各省市医院进行推广李氏人工肝治疗方法。

1994年，建立感染微生态学，从微生态角度审视感染的发生、发展和结局，率先全面揭示肝病肠道微生态宏基因组变化规律，创立微生态干预防治重症肝病新策略;并发现了微生态失衡在重症肝病发生发展中的作用机制，成功培育当时国内唯一的无菌大鼠并通过国家鉴定，为肠道微生态-代谢-免疫-感染的互动关系研究提供高等级动物平台。揭示耐药规律，及时准确检测耐药菌，为合理应用抗菌药物提供感染微生态学依据。该技术成果荣获2007年国家科技进步二等奖。

近年来承担SARS、手足口病、地震灾后防疫、甲型H1N1等传染病诊治研究任务，尤其在防控人感染H7N9禽流感救治研究中取得众多原创性成果。首次揭示人感染H7N9禽流感病毒重症患者中的“细胞因子风暴”是疾病重症化的主要因素。采用人工肝血液净化系统（简称人工肝）能清除炎症因子，阻断“细胞因子风暴”，减轻炎症反应对机体的损伤。在救治人感染H7N9禽流感危重病人方面，创造性提出了“四抗二平衡”的救治策略，显著降低了病死率[3]。并且，“四抗二平衡”技术纳入《国家人感染H7N9禽流感防治指南》和世界卫生组织临床救治指南，“以防控人感染H7N9禽流感为代表的新发传染病防治体系重大创新和技术突破项目”荣获2017年度国家科学技术进步奖特等奖。

在此次抗击新冠疫情中，该团队不仅积极为国建言献策，更是深入临床一线红区救治重症患者，尤其是2019冠状病毒病诊疗浙江经验，通过多学科协作个性化治疗，以“四抗二平衡”为重点的综合治疗提高治愈率、降低病死率[4]。为我国成功应对2019冠状病毒病、保障社会稳定与经济发展做出了重大贡献。

3 数据来源及分析工具

利用在incoPat数据库中，以发明人/申请人“李兰娟”为入口进行检索，日期截至2020年2月22日，经人工筛选去噪，获得167件专利申请。本文采用Excel为主要分析软件结合手工标引，对李兰娟院士及其团队的专利申请概况、专利技术分布及重点技术等方面进行分析。

4 李兰娟院士及其团队的专利申请概括分析

4.1 申请趋势分析

以时间为脉络，分析该团队所有专利申请的变化趋势。从图1可以看出，在2003年该团队就开始着手专利布局，提交了第一件人工肝支持装置的专利申请。由于人工肝治疗方法突出療效，该团队在2004—2018年期间共计申请44件涉及人工肝领域的专利申请，尤其是2009年专利申请数量高达10件。从申请类型来看，随着产品研发的成熟化，该团队的专利申请呈现出由实用新型向发明专利申请进行保护的变化，尤其是2015年以后，该团队全部专利申请的类型均是发明专利申请。

4.2 专利申请审查结论及法律状态

李兰娟院士及其团队提交的167件专利申请中，包括发明专利申请145件、实用新型专利申请21件（全部授权，目前有5件专利权有效）、外观设计专利申请1件（已失效），总授权率为61%。145件发明专利申请中，在审38件，已结案107件。在已审结的107件发明专利申请中，80件发明专利获得授权，授权率为75%。在已授权的发明专利中，75件维持专利权有效状态。

4.3 主要申请人分析

从申请人提出的专利申请数量入手，对李兰娟院士及其团队的主要专利申请人进行了分析，如图3所示，浙江大学和浙江大学医学院附属第一医院是该团队所在的机构，贡献了绝大多数的专利申请。威海威高生命科技有限公司隶属于威高集团，是该团队研发的血浆置换吸附过滤相关专利的转化基地。杭州华卓信息科技有限公司是该团队在开发智能人工智能医疗体系的转化基地。个人专利申请主要是以翁炳焕为主，分析发现处于有效状态的专利共计30件，有11件专利申请在授权后进行了专利权转让。其中，受让人为杭州同创医学检验实验室有限公司、浙江同创医疗科技有限公司和绍兴同创医学检验所有限公司均是隶属于由院士团队发起创办的树兰医疗集团，也是李兰娟院士及其团队的产学研转化基地。除此之外，该团队与杭州博赛基因诊断技术有限公司合作开发的SARS病毒的基因检测试剂盒。另外，该团队还与厦门大学进行合作开发了一种利用干细胞构建的人源化乙型肝炎鼠模型，对于慢性乙型肝炎药物的研发具有重大意义。

4.4 主分类号分析

对李兰娟院士及其团队的发明及实用新型专利申请的IPC主分类号所属小类进行统计，初步分析该团队专利技术所属的领域。由图5可知，A61M（涉及将介质输入人体内或输到人体上的器械;为转移人体介质或为从人体内取出介质的器械;用于产生或结束睡眠或昏迷的器械）、C12N（微生物或酶;其组合物;繁殖、保藏或维持微生物;变异或遗传工程;培养基）和C12Q（包含酶、核酸或微生物的测定或检验方法;其所用的组合物或试纸;这种组合物的制备方法;在微生物学方法或酶学方法中的条件反应控制）的专利申请占比超过60%。通过主分类号占比情况初步可以判定，该团队在仪器装置、微生物及其检测等领域投入了大量的研究精力，为疾病的早期诊断和后期治疗提供了强有力的科研保障。

4.5 海外专利布局情况

从表1可知，李兰娟院士及其团队有5件专利进行了海外专利布局。在技术方面，涉及人源化肝炎鼠模型、生物反应器和药剂领域的专利申请。除CN201610125231.4外，其余专利申请的同族申请均进入美国。

5 李兰娟院士及其团队的专利技术分析

除去外观设计，针对李兰娟院士及其团队在CNABS库中的166件发明及实用新型专利申请的技术、功效和审查状态进行人工标引，获得图6。由图6可知，用于个体防治的仪器设备和用于诊断检测的操作方法是该团队布局最多的专利技术，此外在科学研究和智能医疗领域，该团队也进行了大量研究和专利布局。针对此，下文仅针对用于个体防治的仪器设备和用于诊断检测的操作方法中的重点技术做详细的进一步分析。

5.1 人工肝领域

人工肝是暂时替代肝脏部分功能的体外支持系统，按类型分为：非生物型人工肝、生物型人工肝和混合型人工肝。其中后两类是李兰娟院士的主要科研攻关方向。通过对该团队的专利申请分析，发现在该团队的166件发明及实用新型专利申请中，涉及人工肝的相关专利申请共计45件，占比约27%，其中31件获得授权，授权率高达68%。在这31件授权专利中，有17件处于专利权有效状态，其中涉及发明专利15件，实用新型2件。对上述17件有效专利作技术特征进一步的細分，得到图7。由图可知，李兰娟院士及其团队主要是围绕生物反应器、储液池等方面进行专利技术研发。

5.1.1 重点技术-生物反应器。在人工肝领域，生物反应器作为生物型和混合型人工肝治疗的核心装置，不仅为外源性肝细胞和患者血液或血浆提供物质交换的场所，又为肝细胞提供适宜的生长环境。因此，该在生物反应器方面的专利布局最为集中，在2007—2011年期间内共计布局了10件相关专利，可以划分为三个方向：细胞包裹/悬浮型生物反应器、灌流床式/支架型生物反应器和其他类型的生物反应器。

5.1.1.1 细胞包裹/悬浮型生物反应器。传统的微囊化肝细胞生物反应器经放大后会存在灌流死腔，导致大量微囊化的肝细胞低灌注状态，甚至无效灌流，并且灌流液的高剪切力也会损伤固定化的微囊化肝细胞。针对此，李兰娟院士及其团队对细胞包裹/悬浮型生物反应器的结构进行了改进，分别提出了微囊悬浮型流化床式生物反应器（CN200710070279.0）、微囊悬浮型搅拌池式生物反应器（CN200910155040.2）、集成式微囊悬浮型流化床式生物反应器（CN201110114838.X）。其中，微囊悬浮型流化床式生物反应器的特点是采用漏斗形状流化床式反应器，在漏斗型反应器两端有缓冲区，使其液流相对比较平稳，有利微囊做抛物线循环运动，更有利物质进行交换。然而，微囊悬浮型生物反应器微囊悬浮型生物反应器是需有一个泵以更大的泵速带动血浆形成充分的流速，因此，必须配备一储液池，在来自人体的低速血浆泵速与推动微囊灌流的高速泵速之间起到一定的缓冲作用。储液池的设置势必增加了体外流出的血浆量，对于治疗对象总的血浆容量的要求有所提高，从而限制了人工肝治疗的适用范围。基于此，该团队相继开发了微囊悬浮型搅拌池式生物反应器，该类生物反应器呈立体圆柱型，既借助气压平衡孔起到普通储液池的缓冲作用，减少了整个系统中储液池的配置，从而减少了体外流出的血浆容量，降低了治疗过程中治疗对象的血容量改变带来的危险，使得整个人工肝治疗过程中的安全性得到增加;又通过磁力搅拌作用使得反应器内微囊成悬浮流动状态，从而充分与重肝血浆相互作用，更加有效的发挥生物人工肝的治疗作用。在临床实践过程中，微囊悬浮型流化床式生物反应器组成的新生物人工肝系统还需要外设的储液池和氧合器以及更大的恒温箱来放置上述装置，使得操作繁琐、空间占用较大、不利于临床治疗的有效开展。针对此，该团队相继开发了一种集成式微囊悬浮型流化床式生物反应器，该类生物反应器保留了微囊悬浮型流化床式生物反应器的漏斗型空间结构，把储液池和氧合器设计整合在反应器当中。从而实现血浆（或液体）循环灌流于反应器，并且灌流速度不受从治疗对象体内引出的血浆的流速限制，推动微囊充分悬浮流化、物质充分地交换，还可向反应器内微囊化肝细胞适度供氧。

5.1.1.2 灌流床式/支架型生物反应器。李兰娟院士及其团队对灌流床式/支架型生物反应器也做了结构改进和专利布局。最初进行专利保护的是填充支架灌流型生物反应器（CN200710070817.6），该生物反应器中采用的肝细胞支架材料是壳聚糖或海藻酸壳聚糖以及改性的海藻酸半乳糖化壳聚糖肝素的天然物质，具有明显的好的生物相容性。该生物反应器还设计有交错排列结构的物理支架，类似肝脏的各个功能单元，有效防止肝细胞生物支架塌陷。然而，该团队发现灌流床式/支架型反应器存在缺乏免疫隔离的安全隐患、细胞的氧供不充分、整个反应器支架的中心地带及边缘地带易产生无效腔、死腔、通过大量支架的阻力大，所需的灌流强度大，导致细胞受剪切力大，难以放大等缺陷。针对此，该团队研发了多孔砖式填充支架型反应器（CN200910098123.2），该生物反应器是利用多孔砖式固定床中互不相通的细长孔柱分割反应器内部成微型独立单元，将反应器内腔化整为零，从而减小了无效腔、死腔，减小了液流阻力，使反应器内部液流均匀。利用网格的隔离板将氧合舱、填充支架舱与免疫阻隔舱连接成一个整体，是生物反应器兼具氧合、免疫隔离功能，解决了现有反应器缺乏免疫隔离、氧供不充分、细胞生长空间不足等问题。

5.1.1.3 其他类型生物反应器。模拟体内肝细胞生长微环境，最大化的展示体内成熟肝细胞功能是当今各种反应器设计的原则及趋势。遵循该原则，李兰娟院士及其团队又相继研发了多层膜片结构灌流型生物反应器（CN200810121352.7）、纳米纤维网片叠加式生物反应器（CN200910098406.7）、类肝小叶生物反应器（CN201110064200.X）。上述生物反应器均是以新型材料为基础，开发设计的模拟肝功能结构的生物反应器。现有反应器，如：平板型生物反应器、中空纤维生物反应器、支架灌流型生物反应器、微囊悬浮型生物反应器等，均缺乏真正意义上的血管网络，更是缺乏关键的胆汁排泄系统。类肝小叶生物反应器的研发，彻底克服了上述缺陷。该生物反应器主要是应用生物相容性良好的生物材料构建模拟肝内血管网供血液（血浆）或营养液进出反应器，利于提供反应器中肝细胞的营养以及进行物质交换;编制生物材料肝内毛细胆管网，胆管内皮细胞接种毛细胆管内定植，利于肝细胞分泌胆红素通过胆管内皮细胞排泌至毛细胆管，最后供胆汁经胆总管排出体外，以期经过胆红素的排泄减低肝衰竭动物或人的血液中胆红素的水平。构筑类肝小叶肝板样结构，肝细胞接种于生物纤维管道中进行培养形成条索状肝板，条索状肝板分布在毛细胆管周围，以此肝细胞进行解毒、物质代谢、合成以及胆红素等有害物质经过毛细胆管或肝内血管物质交换，设计中使肝内血管、肝内毛细胆管及肝板三者有机结合分布于生物反应器装置中，最大限度地模拟了肝脏的肝小叶结构。该生物反应器设计新颖，反应器胆汁排泄系统应用于生物反应器在国内外尚属首次，而且引用了纳米纤维支架网增加物质的传递效能，相信此类反应器在生物人工肝以及今后进一步在反应器设计发展上具有广阔的应用前景。

5.1.2 重点技术-储液池。生物人工肝的疗效除取决于生物反应器内肝细胞的数量和生物学功能外，患者血液（血浆）与体外培养细胞之间的物质交换效率也成为影响疗效的重要因素，设计合理的储液池在这一环节起着关键作用。现有储液池多为单腔结构，但无法避免无效循环。

针对此，李兰娟院士及其团队研发了生物人工肝支持系统用双腔储液池（CN200910155039.X）和组合式储液池（CN201010281676.4）。其中，雙腔储液池包括内腔和外腔;外腔顶部设有第一液体进口和第一气压平衡孔，内腔顶部设有第二液体进口和第二气压平衡孔，内腔底部设有第一液体出口，内腔侧壁靠近底部设有第二液体出口，该第二液体出口借助一管状通道途经外腔，由内腔直接通往双腔储液池外，该管状通道在外腔部分的侧壁上设置有若干个外腔侧孔。该双腔储液池借助于第二液体出口及外腔侧孔，在泵的带动下，可以同时吸取内外双腔的血浆，并可形成多次有效的生物人工肝治疗循环，使得重肝血浆多次流经生物反应器，形成高效循环通路，避免了重肝血浆未经生物反应器与肝细胞反应直接返回体内，从而更加高效地发挥生物人工肝治疗作用。

但是，在遭遇意外停泵等机械故障和操作错误时，双腔储液池中腔内血浆的单向流动会受到干扰。针对此，该团队开发了组合式储液池，该组合式储液池包括位于同一水平面上的封闭式入液池和封闭式返液池，入液池的顶部设有第一液体入口和第一气压平衡孔，入液池的底部设有第一液体出口和第二液体入口;返液池的顶部设有第三液体入口和第二气压平衡孔，返液池的底部设有第二液体出口和第三液体出口;第二液体出口通过第一连通管与第二液体入口连通，第一连通管上安装有方向及流量控制装置。将组合式储液池应用到生物人工肝支持系统时，其返液池内仅容纳已经生物反应器作用的净化血浆，可绝对避免未经生物反应器作用的肝衰竭血浆直接返回患者体内，从而避免了无效循环，提高了物质交换效率。而且已经生物反应器作用的净化血浆与未经生物反应器作用的肝衰竭血浆之间的单向流动是利用第一连通管作为媒介通过重力势能差和单向活瓣实现的，而不是依赖泵的抽吸作用，不受机械故障和人为操作失误等的干扰，结构简单、运行稳定，有利于提高生物人工肝支持系统的疗效。

5.2 感染微生态学领域

感染微生态学是李兰娟院士首次提出的理论，理论核心是“杀菌”的同时需要“促菌”，即维护宿主微生态的平衡，该理论也是李兰娟院士及其团队提出的以抗病毒、抗休克、抗低氧血症、抗继发感染、维持水电解质酸碱平衡、维持微生态平衡的“四抗二平衡”救治策略的重要组成部分。在2013—2019年期间，该团队涉及与疾病相关的人体肠道微生态平衡的专利有5件，涵盖了肠道微生态失衡的快速评估方法（CN201310006985.4）、戊糖片球菌（CN201310449033.X）、肝硬化的标志物（CN201410334287.1、CN201410333927.7）以及益生菌微胶囊（CN201910143802.0）。

肠道微生物通过宿主与自身的调节机制在宿主肠道内维持相对的动态平衡，一旦平衡失调就会影响宿主的健康状态。为准确评判肠道微生态平衡与否，该团队研发了通过采用荧光定量技术中的扩增曲线的Ct值比较法，计算人体肠道内双歧杆菌、肠杆菌菌群的比值，评估肠道微生态失衡的状况。随后，该团队又发现了肝硬化的肠道微生物标志物，为实现肝硬化的早期检测和后续的治疗提供便利。

在感染微生态学的“促菌”理论指导下，为维持肠道微生态的平衡，该团队开发了一种戊糖片球菌PediococcuspentosaceusLI05和靶向肠道的益生菌微胶囊。前者是作为益生菌来调节肠道微生态，但是其稳定性较差，影响产品的保质期。因此，该团队采用肠溶性壁材构建了一种在胃液和肠液中保持很好的稳定性益生菌微胶囊，该微胶囊包括益生菌和作为第一壁材的海藻酸钠，以及第二壁材、缓冲盐和益生元，并由位于外层的海藻酸钠与二价金属离子钙交联形成稳定胶球，提高益生菌的生存率。

另外，在此次应对2019冠状病毒病的浙江诊疗经验中，该团队发现2019冠状病毒病患者由于病毒直接侵犯肠道黏膜、抗病毒抗感染等治疗药物影响，部分患者合并腹痛、腹泻等消化道症状，经检测2019冠状病毒病患者存在肠道微生态失衡，肠道乳酸杆菌、双歧杆菌等有益菌明显减少[4]。基于此，该团队基于前期“四抗二平衡”在H7N9禽流感患者救治过程中的经验，在COVID-19患者的临床救治同样适用该救治策略，通过营养支持和补充大剂量肠道微生态调节剂，纠正肠道微生态失衡，有效减少细菌移位和继发感染风险。