【TiPLab IVD类医疗器械之分子诊断】基于PCR仪器的技术与专利分析之Thermo Fisher篇（下）

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医疗器械专利研究系列之#分子诊断系列#
<hr/>文章摘要（全文链接在下方）：
一、PCR产品技术与专利分析

聚合酶链反应（PCR）是一种用来将目标DNA序列扩增至百万拷贝数的常用分子生物学实验技术。Thermo Fisher借助Life Technologies公司提供PCR耗材、PCR反应相关的酶和试剂、PCR热循环仪、实时荧光定量PCR系统、数字PCR系统等。
1.1 实时PCR系统
所谓实时荧光定量PCR技术（即qPCR），是指在PCR反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程，最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。Thermo Fisher旗下生产的多款实时PCR系统具有强大的分析算法和直观的数据分析软件，用户可以通过丰富多样的应用程序进行PCR 。
其中，较为有代表性的是Thermo Fisher旗下所开发的Quant Studio 12K Flex实时PCR系统，该系统包括OpenArray板、加样机：QuantStudio 12K Flex Accufill System、分析仪：QuantStudio 12K Flex Instrument、热循环仪，其实现实时PCR扩增反应的过程如下。


1.1.1 OpenArray技术与专利
QuantStudio 12K Flex实时PCR系统的主要特点是采用OpenArray技术的OpenArray板，以及对应产生的各个仪器。OpenArray技术采用具有3072直通孔的微孔板，每个板就有48个子阵列，每个阵列具有64个通孔，每个通孔的直径和深度均为300μm并在孔内涂覆亲水层和疏水层。试剂通过表面张力保留在孔内。


这一独特的技术最大程度地减少了试剂用量并极大地降低了单位数据点的价格，从而可以相同的预算费用分析更多的样品，不仅可以应用在荧光定量PCR领域，也可应用在数字PCR领域。
OpenArray技术最初是基因技术组学公司BioTrove的核心技术，在被Life Technologies收购之后自然将其OpenArray技术上布局的专利也转移给了Life Technologies。BioTrove转移给Life Technologies的相关于OpenArray技术的代表专利举例如下：


以专利US7682565B2为例，该专利文件中公开了用于进行样品测定的微流体阵列及测定方法、热循环装置、成像装置等。微流体阵列具有密封透明壳体和条形码，将微流体阵列放置在热循环仪中进行PCR反应，并由扫描仪提供使用分析软件分析的数据。注意，US7682565B2可是具有175项授权权利要求的专利，如果想挑战这件专利，应该具有相当难度。


基于该核心技术，Life Technologies在收购BioTrove之后持续创新并积极申请专利，比如以下代表专利：

公开号为US9428800B2的专利涉及应用微阵列板的热循环装置；
公开号为CN111670072A的专利涉及分子分析系统，其基于微阵列板上的RFID标签进行各个qPCR反应的分析；
公开号为US20200074303A1的专利涉及基于微阵列板的PCR系统的控制和分析方法。

基于这些核心专利技术，Thermo Fisher为客户提供OpenArray微阵列板的定制服务，以及相适配的QuantStudio 12K Flex实时PCR系统。
1.2 数字PCR系统
数字PCR是一种核酸检测和定量分析的新方法，可以作为传统实时定量PCR的替代方法，以实现绝对定量及稀有等位基因的检测。
Thermo Fisher旗下所开发的QuantStudio 3D数字PCR系统是一款基于密封微纳流控芯片技术的经济型数字PCR，该数字PCR系统具有更高的精度、灵敏度和绝对性。Quant Studio 3D数字PCR系统是一款基于芯片的仪器，该系统包括3D数字PCR芯片、3D数字分析仪、芯片加样机、热循环仪，其实现实时PCR扩增反应的过程如下图所示：


1.2.1 密封微纳流控芯片技术与专利
Quant Studio 3D数字PCR系统的主要特点是采用微纳流控芯片技术，微纳流控芯片上刻蚀有微池阵列，每个孔通过进样孔加入样品、扩增混合物和TaqMan测定试剂的混合物后进行封装，故而微纳流控芯片可以平行运行上千个反应，然后进行单独分析以检测存在（阳性）或不存在（阴性）终点信号。
Thermo Fisher具有两款微纳流控芯片，分别为QuantStudio™ 3D Digital PCR Chip和QuantStudio™ 3D Digital PCR Chip v2，应用于QuantStudio 3D 数字PCR系统中进行PCR反应和分析。具体地，通过从微纳流控芯片的进样孔连续注入液体，可以在微池顶部形成脂膜，封装形成一个个反应室。


对应的，Thermo Fisher在密封微纳流控芯片上进行了全球专利布局，包括涉及数字PCR反应系统的专利家族以及数字PCR软件分析的专利家族。
其中，数字PCR反应系统的专利家族包括：

AU2013231910A1、CN104411408B、CN104302400B、EP2825314A1、EP2825310A2、IN8135DELNP2014A、JP2015516802A、JP2015511015A5、KR1020140140080A、KR1020150003738A、RU2014140837A、RU2014141637A、SG11201406039WA、SG11201405785WA、US20150080247A1、US20150044686A1、US20190381502A1等。

数字PCR软件分析的专利家族包括：

CN108140072A、EP3326095A1、US20180225415A1、US10777303B2、WO2017015133A1等。

以数字PCR反应系统中的US20190381502A1为例，该专利文件中公开了数字PCR系统包括微流控芯片、控制系统、以及检测系统，其中微流控芯片包括基材以及设置于基材中的至少20000个反应位点，各种反应液通过加样机加载至反应位点并且被封装。
二、小结
总的来说，Thermo Fisher在PCR领域主要是通过并购的方式获取核心技术，Life Technologies作为Thermo Fisher PCR领域代言人，主要围绕VeriFlex温度控制技术、OpenArray技术、密封微纳流控芯片这三个核心技术开发PCR领域的上下游产品，以获得更多的市场份额。
相应的，其专利战略与公司在PCR领域的发展方式也是相一致的，Life Technologies在PCR领域布局的专利绝大部分都是基于VeriFlex温度控制技术、OpenArray技术、密封微纳流控芯片这三个核心技术，并且直至今日还基于这些核心技术进行后续专利申请，范围涉及美国、中国、日本、韩国、欧洲等全球重点国家，这也奠定了ThermoFisher在全球的市场地位，这种通过专利将技术优势放大，以加强商业竞争优势的做法是有效且务实的。
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