微流控专利分析 | 第1期：微流控芯片全球专利申请趋势及地域分布（原创）

微流控芯片技术是指把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，并且能够自动完成分析全过程的一项技术。微流控芯片是微流控技术平台的核心应用单元，是当前微流控系统领域发展的重点。通过微型电子机械系统（MEMS）技术，微流控芯片能够在固体芯片表面构建微型生物化学分析系统，快速、准确地实现对蛋白质、核酸以及其他特定目标对象的处理和检测，被业界誉为“芯片实验室”。

国家发改委在《“十四五”生物经济发展规划》中也明确了微流控芯片为重点发展的先进技术：发展微流控芯片、细胞制备自动化等先进技术，推动抗体药物、重组蛋白、多肽、细胞和基因治疗产品等生物药发展，鼓励推进慢性病、肿瘤、神经退行性疾病等重大疾病和罕见病的原创药物研发。

微流控芯片在医疗体外诊断（IVD）、生物医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂的检测等众多领域都具有极为广阔的发展前景。根据全球微流控领域行业研究公司的数据显示，2019年全球微流控产品市场规模达到了99.8亿美元，微流控设备市场达到了34.8亿美元，并预测2019 年到2024年期间，微流控产品市场复合年增长率高达11.7%，微流控设备市场复合年增长率为10.8%，到2024年微流控产品市场规模将达到173.8亿美元，微流控设备市场将达到58.1亿美元。

除非另有说明，本文数据所依赖完成的专利数据库为专业的第三方全球专利数据库，检索截止时间为2023年7月20日，能够检索得到的文献为检索数据库中截至上述时间入库公开的专利文献。需要指出的是，由于专利文献从申请到公开具有一定的时间跨度，且数据库收录专利也具有一定的滞后性，因而距离检索时间两年内数据得出的结论通常无法反映数据背后的真实情形。比如，根据中国专利法规定，发明专利申请通常自申请日起18个月后进行公开，实用新型专利申请需要在授权后才能公告；对于通过《专利合作条约》（PCT)途径进入相关国家的专利申请而言，其通常自申请日起18个月后进行国际公开，30~32个月后进入国家阶段后会以本国语言进行进一步公开。可见，即使根据检索结果呈现出某一技术领域的专利申请量在距离检索时间的两年内具有下降的趋势，其也并不完全意味着该技术领域的专利申请量进入衰减阶段，还需结合其他信息进行综合分析判断。

本文检索范围为包含微流控芯片本身以及微流控芯片上下游的专利。本文通过技术分解表制定、检索要素表制定、初步检索、优化检索式后，对检索结果进行了查全查准验证，查准查全验证通过对主要申请人进行抽样调查后得到，其中样本数不低于专利查询总量的5%。根据查全查准结果显示，检索式对中文专利的查全率>93%，查准率>95%；对外文专利的查全率>85%，查准率>88%。检索式的查全率与查准率均符合数据分析的基础条件。将查全查准时标记的噪音进行人工剔除后，得到本专利分析的专利基础数据。微流控芯片技术全球专利申请文本合并公开文本后共计109,720件，如无特殊说明，本文以该数据作为基础进行分析。

图1 微流控芯片全球专利申请趋势

截至2023年7月20日，全球微流控芯片相关专利申请共109,720件，全球微流控芯片的发展主要分为以下三个阶段：

第一阶段：1980年~1996年。自1980年诞生全球第一件微流控芯片专利申请后，全球微流控芯片处于技术萌芽期，1990年之前的年专利申请量均不足十件，直到1996年，年专利申请量也不足百件，仅为86件，此阶段微流控芯片一般仅被认为是一种分析化学平台。

第二阶段：1997年~2009年。此期间随着世界学术界对微流控芯片的认可，微流控芯片的研究进入了快速发展阶段，全球微流控芯片相关专利井喷，2000年的年专利申请量突破千件，达到1,466件，此后在2003年的年专利申请量突破3,000件，并一直维持着相对稳定的状态。此阶段内，微流控芯片在2003年被Forbes杂志列为“影响人类未来15件最重要的发明之一”、美国Business2.0杂志在2004年将芯片实验室列为“改变未来的七种技术之一”，让人清晰地意识到微流控芯片将成为一种未来极其重要的平台。

第三阶段：2010年至今。随着微流控芯片在国内的应用型研究开始火热，微流控芯片的专利申请进入了二次发展期，年专利申请量继续增长，到2019年达到了7,851件的高峰，由于近两年专利尚未完全公开，因此呈现下降趋势。至此，微流控芯片已经显示出战略性的意义，被更大范围内的产业界所认同。

从专利法律状态来看，目前全球微流控芯片的失效与PCT指定期满专利占据了一半以上比例，共占比52%；有效专利占比30%，还有17%的专利处于在审状态，有效与审中专利的占比共计也达到了47%，全球微流控芯片的专利保持着较高的创新活跃度。

从专利类型来看，全球微流控专利中发明专利占据94%的比例，共计102,789件；实用新型与外观专利分别为6,409件与522件，比例相对较低，全球微流控芯片的专利申请质量相对较高。

1、技术来源国分布

图2 微流控芯片技术来源国/地区申请趋势

技术来源国/地区是指一项技术的原始产出国/地区。从上图的全球微流控芯片技术来源国/地区分布来看，全球微流控芯片专利技术来源主要集中在以美国为代表的北美，以中国、日本与韩国为代表的东亚，以及以德国、英国与法国等为代表的西欧地区。其中，来自于美国的专利申请量达到44,183件，占比达到了40.27%，是全球微流控芯片专利技术最大的来源国；来自于中国的专利为30,139件，占比27.47%，仅次于美国，其中台湾省的相关专利为1,191件，占比中国相关专利总申请量的3.95%；排名第三至第五的技术来源国/地区分别为韩国、欧专局、日本，其中来源为韩国的相关专利为6636件，占比6.05%，来源于欧洲的相关专利为6566件，占比5.98%，来源于日本的专利为5514件，占比5.03%。除了上述排名前五的国家/地区外，技术来源于德国、英国与法国的专利数也分别有4392件、3241件与2384件，来源于其他国家/地区的相关专利共有6665件，占比仅为6.07%。相对来说，由于微流控芯片的研究门槛相对较高，全球微流控芯片的地区技术集中度也相对较高。

从全球微流控芯片技术来源国/地区趋势来看，技术来源国为美国的专利申请一直处于较为稳定增长的状态，近年来专利申请量稳定在2,500件左右；技术来源国为中国的专利申请在近二十年来则处于一个快速发展的状态，2004年，技术来源国为中国的年相关专利申请量仅为324件，是美国同年专利申请量的23.14%，但是此后中国的相关专利申请量开始不断攀升，并在2018年以2,916件的年专利申请量超过美国，此后也一直保持着年专利申请量第一的位置，2021年的年专利申请量达到3,984件，为美国同年专利申请量的1.81倍，中国微流控芯片技术发展速度可见一斑。

相比于美国与中国来说，欧洲专利局、韩国与日本的年专利申请量则一直处于较为平稳的状态，近年来技术来源国/地区为欧洲专利局与韩国的相关专利申请量一直维持在400件左右，来源于日本的相关专利申请量近年来则有所下降，从2004年的415件不断降至2021年的137件，日本的微流控芯片专利技术活跃度已经落后于韩国与欧洲专利局。

2、目标市场国分布

图3 微流控芯片目标市场国/地区申请趋势

目标市场国又称技术目标国，是指某项专利技术的布局国家，主要以各国家/地区专利受理局的相关专利受理量进行统计，能够反映市场的竞争情况。从上图的全球微流控芯片目标市场国/地区分布来看，目前中国已经成为了第一目标市场国，中国受理局的相关专利量共有34,889件，占比全球专利申请量的31.80%，可见有将近三分之一的微流控芯片专利将中国作为重要的目标市场，其中台湾省的相关专利申请量为1,402件，占比中国受理局专利量的4.02%，香港特别行政区的专利申请量为1,194件，占比中国受理局专利量的3.42%；美国为第二大目标市场国，共有21,250件相关专利，占比全球专利申请量的19.37%；其次为欧洲专利局、日本，分别受理了8,580件、7,001件相关专利，占比分别达到7.82%与6.38%；韩国、德国、澳大利亚、加拿大、奥地利也分别有5,103件、4,081件、3,112件、2,725件与1,930件相关专利，也是各微流控芯片专利申请人的较大目标市场；其他地区共有8305件相关专利，占比7.57%。值得一提的是，世界知识产权组织（WIPO）受理了12,744件相关专利，占比达到了11.62%，可见微流控芯片技术领域的专利，通过PCT途径进入世界各国的比例非常之高，也从侧面可以体现出微流控芯片技术的先进性，各申请人均希望通过全球专利布局抢占未来微流控芯片市场的先机。

从全球微流控芯片目标市场国/地区趋势来看，中国并非一直是第一目标市场国。2011年之前，以美国为目标市场国的年专利申请量为800件左右，位居第一，但是随着中国受理局专利量的迅速增长，2012年以中国为目标市场国的年专利申请量首次超过美国，达到了1,005件，此后也一直保持着快速增长的趋势，并且稳居年相关专利申请量的首位，2021年以中国为目标市场国的年专利申请量达到了3820件，是美国的3.95倍，已经成为了全球微流控芯片专利技术首选的目标市场国。

3、五局流向分布

图4 微流控芯片全球专利五局流向图

分析微流控芯片全球专利的中、美、欧、日、韩五大局的专利流向，可以展现出微流控芯片技术在五大局的技术发源情况和市场布局情况，了解微流控芯片技术被哪些国家的申请人所持有，而这些专利申请人除了将该技术布局在所属国，还布局到了哪些目标市场。

从上图的微流控芯片全球专利五局流向图中可见，中国申请人的本土专利布局量在五大局中排名第一，达到了26,659件，占比达到中国为技术来源国专利的88.45%，仅在美国、欧洲分别布局了454件、201件相关专利，在日本与韩国布局的专利量分别仅不足百件；美国申请人在本土布局了16,021件相关专利，仅占比其总专利的36.26%，在欧洲布局有4,081件相关专利，在中国、日本、韩国也分别布局有3,029件、2,632件、852件相关专利；欧洲申请人除了在欧专局布局有1457件相关专利外，也积极进行海外专利布局，在美国、中国、日本分别布局有937件、756件、402件相关专利；日本、韩国的专利布局也以本土为主，分别在本土布局了2774件、3823件相关专利，占比其专利总量的50.31%、57.61%，但是仍有接近一半的专利布局在其他国家与地区，其中日本、韩国申请人分别在中国布局有527件、317件相关专利。

从对比来看，中国申请人的海外专利布局意识远远不足，中国在美国、欧洲、日本、韩国布局的微流控芯片相关专利量，仅分别为这些国家/地区在中国布局相关专利量的14.99%、26.59%、16.70%、7.9%，中国申请人未来在向海外市场发展的过程中，将会面临来自国外申请人较高的专利风险。

1．微流控芯片具有战略性意义，相关专利技术处于高速发展阶段

微流控芯片的专利申请起始于1980年，至今全球微流控芯片相关专利申请已经达到109,720件。全球微流控芯片的发展经历了1980年~1996年的技术萌芽期后，已经逐渐被学术界与产业界所认可，尤其是微流控芯片在2003年被Forbes杂志列为“影响人类未来15件最重要的发明之一”、美国Business2.0杂志在2004年将芯片实验室列为“改变未来的七种技术之一”后，微流控芯片已经显示出战略性的意义，全球范围内掀起了微流控芯片技术研究的浪潮，微流控芯片的专利技术目前仍处于高速发展阶段，年专利申请量在2019年已经达到了7,851件的高峰。

2．美国仍为第一大技术来源国，我国有望在未来5年内实现超越

从技术来源国/地区的分布来看，全球微流控芯片专利技术来源主要集中在以美国为代表的北美，以中国、日本与韩国为代表的东亚，以及以德国、英国与法国等为代表的西欧地区。其中，来自于美国的专利申请量达到44,183件，占比达到了40.27%，是全球微流控芯片专利技术最大的来源国。来自于中国的专利申请量为30,139件，占比27.47%，仅次于美国，但是从申请趋势来看，中国的专利申请在近二十年来则处于一个快速发展的状态，如技术来源国为中国的年相关专利申请量，2004年仅为324件，是美国同年专利申请量的23.14%，但是2021年达到3,984件，为美国同年专利申请量的1.81倍，中国微流控芯片技术发展速度可见一斑。按照此趋势，预估中国申请人在微流控芯片技术领域的专利申请量将在未来5年左右对美国实现超越。

3．微流控芯片专利技术布局地域广泛，中国是首选的目标市场国

从全球微流控芯片目标市场国/地区分布来看，微流控芯片专利技术布局地域广泛，大多数受理局均有相关专利申请，目前中国已经成为了首选的目标市场国，中国受理局的相关专利量共有34,889件，占比全球专利申请量的31.80%。世界知识产权组织（WIPO）受理的相关专利，占比达到了11.62%，可见有很大一部分的微流控芯片技术领域的专利已经通过PCT途径进入世界各国，也从侧面可以体现出微流控芯片技术的先进性，各申请人均希望通过全球专利布局抢占未来微流控芯片市场的先机。

4．我国专利申请人注重本土专利布局，海外市场发展面临一定风险

从微流控芯片全球专利五局流向图中可见，我国申请人的本土专利布局量在五大局中排名第一，达到了26,659件，占比达到中国为技术来源国专利的88.45%，仅在美国、欧洲分别布局了454件、201件相关专利，在日本与韩国布局的专利量分别仅不足百件，相比较而言，美国专利申请人本土专利布局仅占比其专利总量的36.26%，日本、韩国该数据也仅为50.31%、57.61%，我国专利申请人注重本土专利布局，海外专利布局意识存在较大的不足。中国在美国、欧洲、日本、韩国布局的微流控芯片相关专利量，仅分别为这些国家/地区在中国布局相关专利量的14.99%、26.59%、16.70%、7.9%，中国申请人未来在向海外市场发展的过程中，将会面临来自国外申请人较高的专利风险。