摘要：DNA存储领域是一种融合DNA和存储介质的新兴技术，已引起各国家、企业和高校的关注与研究。本文以智慧芽专利库检索得到DNA存储领域专利作为研究基础，从专利视觉，对DNA存储领域的专利申请趋势、技术分布、技术主题以及申请人进行梳理分析，以期为相关企业和高校在DNA存储领域的专利布局提供借鉴。

关键词：DNA存储；存储介质；专利分析；专利3D地图

一、引言

近二十年来，随着移动互联网、人工智能等技术蓬勃发展，带来数据量指数级增长。国际数据公司统计，2018年全球数据总量已经达到了33ZB，2025年预测将达到163ZB[1]。然而，目前主流存储介质发展与生产速度明显滞后于数据量的增长[2]。海量数据的拷贝、传输和保存也面临巨大的挑战。因此，亟需一种新型存储介质以应对上述挑战。

脱氧核糖核酸DNA作为遗传信息存储载体[3]，利用腺嘌呤A、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C和鸟嘌呤G四个碱基组成代码进行存储，具备存储密度高、维护能耗低、保存寿命长等优势[3-6]。因此，DNA存储在数据存储领域成为一种极具吸引力的存储介质。

DNA存储是利用DNA作为介质，将数字信息在二进制码、四进制碱基序列和实际DNA片段之间的转化与流动[7-8]；DNA存储领域主要包括[9]：①编码：将数字信息通过编码映射成A/T/C/G碱基序列，包括压缩、纠错和转换3个流程。②合成：通过人工合成技术包括第一代化学合成法[10-11]、第二代微阵列DNA合成法[12]和第三代酶合成法[13]，按照顺序得到DNA片段。③存储：将DNA片段选择合适载体如体内或体外存储。④检索：利用特异性杂交技术如基于聚合酶链式反应PCR或磁珠分离技术，同特定引物序列提取DNA分子。⑤测序：利用基因测序技术包括第一代Sanger法[14]、第二代大规模平行测序法及第三代单分子测序法[15-16]，对提取的DNA分子测序得到DNA序列。⑥解码：将DNA序列信息解码转换回原始数字信息[17-18]。

基于上述背景，本文将以DNA存储作为研究对象，结合专利数据对全球范围内相关技术的发展趋势、技术分类、技术主题以及申请人分布等多方面，结合图表进行统计学分析，旨在为DNA存储领域方面的专利布局提供理论基础和数据支撑。

二、DNA存储领域的专利技术分析

（一）数据库的选择

智慧芽专利数据库收录了全球158个国家/地区，总数超过1.7亿余条专利数据，每天实时更新以及对原始数据进行全面深加工，能够协助用户完成各类专业分析动作，满足用户深度的专利分析需求。

（二）检索要素选择

本文基于智慧芽专利数据库，检索日期为2022年8月16日，由于DNA存储属于新型技术，数据量较小，直接采用中英文关键词，使用检索式：脱氧核糖核酸or DNA or Deoxyribonucleic Acid进行专利检索，利用PatSnap同族智能去重，手动去除无关、异常等数据，最终得到5476条检索结果。

（三）专利申请发展趋势

不同年份的专利申请量能够反映出该技术领域的技术发展趋势[19]。根据事物发展的普遍规律，专利技术数据同样可以分为四个阶段，即技术萌芽时期、技术成长时期、技术成熟时期、技术衰退时期[19-20]。发明专利保护期限为20年，专利数据从申请到公布最长存在18个月延迟，因此2021-2022年专利数据存在不完整，仅供参考。综上所述，本文将时间限定在2000-2022年进行检索，以便全面地获取此领域的专利数据。

图1是DNA存储领域专利申请趋势。可知，DNA存储领域的整体专利申请一直处于增长趋势。总体可以分为两个阶段，第一阶段在2000-2012年，属于缓慢增长阶段即技术萌芽时期，从最初的24件经过12年缓慢增长到154件，这与当时的DNA存储领域技术不成熟以及未引起政府和科学界的重视有关。第二阶段从2013年至今，属于快速增长阶段即技术成长期，从2013年的228件到2020年的691件只经历7年时间，专利申请量明显增多。其原因一方面是2012年哈佛大学Church课题组发表论文，介绍如何使用DNA来存储一本书[21]，2013年欧洲生物信息学研究所Goldman等发表论文，证实利用DNA存储多媒体文件同时引入纠错机制[22]，引发科学界对DNA存储领域巨大关注，另一方面是世界各国陆续开始实施多项促进DNA存储领域发展的政策手段。综上所述，可以预见，在技术与政策的驱动下，DNA存储研究已经进入快速发展期，在未来很长一段时间内，专利申请量会一直处于稳步上升，并最终推动进入技术成熟期。

（四）专利技术分类排名

IPC分类号是根据专利申请涉及的技术方案所属的领域来确定的，通过分类号可以粗略地确定专利申请内容，大致反映专利所涉及技术主题。因此，分析某领域内专利涉及的所有IPC分类号以及这些IPC分类号下专利申请量，就能得出该领域的技术构成以及该领域内申请人关注的技术方向[23]。

图2是DNA存储领域IPC前10大类。DNA存储领域，专利申请主要集中在C12即生物化学、啤酒、烈性酒、果汁酒、醋、微生物学、酶学、突变或遗传工程，G06即计算，推算或计数这2个大类，这2个领域的专利申请量占比高达64%。其余包括G01即测量、测试；G16即特别适用于特定应用领域的信息通信技术[ICT]；A61即医学或兽医学、卫生学等。

（五）专利技术主题分布图

利用智慧芽专利数据库的专利聚类和3D专利地图分析功能，结合NBER标签，对DNA存储领域做进一步智能分析。在3D专利地图中，按粉红色、深灰色、浅灰色、白色代表该技术区域内专利申请数量逐级递减。粉红色表明专利数量最密集，涉及该技术主题的專利申请量最多，是技术研发的热点[24]。白色表明专利数量最稀少，涉及该技术主题的专利申请量最少，是研发技术的空白点[24]。

图3是DNA存储领域的3D专利地图。可知，DNA存储领域的3D专利地图有多达10处粉红色，其中有8处都涉及生物技术、有4处涉及计算机硬件&软件，这与之前IPC大类主要分布在C12和G06相吻合；技术主题具体包括化学、核技术、测量&测试、信息存储等，这也与之前分类号G01、A61以及G16的分布情况也是一致的。

这说明目前DNA存储领域发展呈多样化，触及的6个技术环节即编码、合成、存储、检索、测序和解码均在齐头并进的快速发展布局，这也说明DNA存储领域已引起各方持续关注，呈现出创新活跃度增高、创新能力加强的现象。

（六）专利申请人专利量排名

专利申请人拥有专利申请量的多少，某种程度上反映其在此技术领域的创新水平[20]。图4是DNA存储领域的主要申请人。从申请量排名来看，排名前10的申请人，有4位中国申请人，值得注意，第1位是深圳华大基因，这表示中国企业已在DNA存储领域开始布局，目前发展趋势良好。从申请人类型来看，企业与高校申请人平分秋色。国外主要以企业为主包括美国生物科技公司亿明达，而国内主要集中在高校如中国科学院深圳先进技术研究院，由此可以判断出国内外申请人在DNA存储领域侧重方向不同，国外申请人更重视将其尽可能商业化，以获得经济价值，而中国申请人技术主要集中在理论研究与实验阶段。

（五）专利申请国家排名

专利申请国家的排名可以反映该国家/地区的发展前景。专利申请量越多，意味着该技术在该国家的发展前景越广阔，也在一定程度代表该技术在该国家的重视创新程度越高。

图5是DNA存储领域专利申请国家排名趋势。可知，中国以绝对优势列为第一，美国紧随其后。申请人在专利布局时，将中国和美国作为重点国家，欧洲例如荷兰、德国、英国等国家由于其知识产权发展相对成熟，也是申请人专利申请的重点区域。

根据图5的数据量计算，可知中国专利申请量远超其他地区的申请量总和。这表明，中国专利申请量主要是依靠中国申请人来实现，具体而言，中国申请人主要是在中国进行专利申请，并未在海外国家/地区进行专利布局。这可能跟中国申请人主要是高校研究院有关，高校研究院一般选择国内专利申请作为其研究成果，而其海外研究成果则主要选择在海外期刊发表期刊，并无进行国外专利申请的意识。

三、结束语

本文通过2000-2022年DNA存储领域专利申请趋势、技术分类排名、技术分类分布图、申请人排名以及申请国家/地区排名进行研究分析，得出如下结论：

抓住机遇：从专利申请趋势来看，目前DNA存储领域属于一种新型技术，不同于传统技术，该领域发展还处在技术成长期，将来会有源源不断的蓝海领域被发现。因此，中国申请人应当抓住一切可能的机遇，提高技术研发实力，争取成为全球技术发展的领头羊。

加强布局：从专利申请国家排名来看，DNA存储领域，中国和美国是全球最大的目标市场，然而中国申请人很少在海外市场布局。因此，中国申请人要提高专利布局意识，积极在海外国家进行专利申请，借此发展和提升在海外国家的竞争力和市场潜力。

提高效益：从专利申请人类型来看，DNA存储领域，中国专利权人主要是高校，目前各大高校普遍存在大量专利申请闲置，没有投入商业用途，无法带来经济效益。而企业则存在研发能力一般，缺乏基础性实验数据的问题。因此，促进企业与高校合作，实现强强联合，将专利技术尽可能转变成经济力量，让专利发挥其应有的经济作用。

作者单位：吴琼乐 国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心

参  考  文  献

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吴琼乐（1988-），女，硕士，国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，专利审查员，研究方向：数据存储领域。