Патентный анализ биоэлектронных устройств

Биоэлектроника — это междисциплинарная область, которая объединяет принципы и методы биологии и электроники для разработки передовых технологий и устройств для взаимодействия с биологическими системами. Это интеграция электронных компонентов, схем и систем с живыми организмами или биологическими материалами, позволяющая измерять, отслеживать, контролировать или манипулировать биологическими процессами на разных уровнях — от клеточного до уровня всего организма. Биоэлектронные технологии часто включают в себя датчики, исполнительные механизмы, микроэлектронику и инструменты биоинформатики, которые позволяют отслеживать, анализировать и вмешиваться в работу биологических систем в режиме реального времени. Эти технологии находят применение в различных областях, включая медицинскую диагностику, терапевтические вмешательства, нейроинженерию, биосенсорику, регенеративную медицину и персонализированное здравоохранение. О них мы сегодня и поговорим. 

Рынок биоэлектронных устройств

Растущая потребность ^[1] в персонализированном медицинском обслуживании, обусловленная такими факторами, как старение населения и распространённость хронических заболеваний, является важным стимулом ^[2] для развития рынка биоэлектроники. Биоэлектронные технологии открывают возможности для индивидуальной диагностики, мониторинга и лечения, что приводит к улучшению результатов лечения пациентов и повышению качества медицинского обслуживания.

Стремительное развитие носимой биоэлектроники открывает широкие возможности для рынка биоэлектроники. Носимые устройства, такие как биосенсоры, «умный» текстиль и имплантируемые устройства, обеспечивают неинвазивный и непрерывный мониторинг. Эти технологии способны произвести революцию в здравоохранении, позволяя отслеживать состояние здоровья в режиме реального времени, выявлять заболевания на ранних стадиях и проводить персонализированное лечение, что ведет к проактивному и профилактическому подходу в здравоохранении.

Рынок сегментирован на биоэлектронные устройства и биоэлектронную медицину. Биоэлектронные устройства используют принципы биоинженерии и электроники для взаимодействия с биологическими системами, обеспечивая расширенные функциональные возможности и сферы применения. В зависимости от сферы применения рынок делится на профилактику заболеваний, диагностику и лечение заболеваний, протезирование и терапию, а также биомедицинские исследования. 

В маркетинговом исследовании ^[3] BioElectronic Market Research Report: Information By Types (Bio-Electronic Devices, Bio-Electronic Medicine) к 2033 году объём рынка биоэлектроники достигнет 29,07 млрд долларов США. Ожидается, что совокупный годовой темп роста (CAGR) составит 16,8% в период по 2033 год. При этом рынок биоэлектроники сталкивается с проблемами в сфере регулирования из-за сложности объединения биологии и электроники. Для обеспечения безопасности, эффективности и соблюдения этических норм при использовании биоэлектронных устройств необходимо ориентироваться в нормативно-правовой базе, которая может не подходить для таких технологий. Это может создавать препятствия и приводить к задержкам в принятии и коммерциализации биоэлектронных решений.

В данной статье нас интересует только патентный аспект.

Патентный аспект

На портале Google.Patents поиск по запросу bioelectronic показывает более 87 000 документов. По международной патентной классификации лидируют следующие темы:

• диагностика; хирургия; опознание личности A61B ^[4] — 29,9%;

• исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств G01N ^[5] — 17,6%;

• электротерапия; магнитотерапия; лучевая терапия ^[6]; ультразвуковая терапия A61N ^[7] — 17,1%;

• способы измерения или испытания, использующие ферменты или микроорганизмы; составы или индикаторная бумага для них; способы получения подобных составов C12Q ^[8] — 7,1%;

• лекарства и медикаменты A61K ^[9] — 6,1%;

• терапевтическая активность химических соединений или лекарственных препаратов A61P ^[10] — 4,6%;

• высокомолекулярные соединения, получаемые иначе, чем реакциями с участием только ненасыщенных углерод-углеродных связей C08J ^[11] — 4,6%;

• Способы и устройства для стерилизации материалов и предметов вообще A61L ^[11] — 4,5%;

• сокращение выбросов парниковых газов Y02E ^[11] — 4,1%;

• устройства и приспособления для введения лекарств в организм или для нанесения их на кожный покров человека ; устройства для трансдукции или отбора различных сред из организма человека ; устройства для усыпления или прерывания сна ^[12] или состояния ступора A61M ^[11] — 4%;

• органические электрические твердотельные устройства H10K ^[11] — 3,9%.

Динамика по годам представлена на рис.1 ниже: 

Рисунок 1: Динамика мирового патентования изобретений на тему биоэлектроники (bioelectronics) в 1992-2025 гг.

Видно, что в 1998-2019 гг. патентование изобретений имело плато образный характер. Последние 5 лет темпы патентования изобретений по биоэлектронике резко выросли, более чем в 3 раза (2025 год ещё не кончился). Этот факт на основе статистически значимых количеств патентов указывает на особую актуальность данной темы.

Рейтинг патентовладельцев следующий:

• The Regents Of The University Of California ^[13] — 1,8%;

• Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University ^[14] — 1,4%;

• Massachusetts Institute Of Technology ^[15] — 1,2%;

• Northwestern University ^[11] — 1,1%;

• Orthogonal, Inc. ^[11] — 1,1%;

• Zhejiang University — 1%;

• Institute for Basic Science — 1%;

• Nanogen, Inc. ^[11] — 0,9%;

• William Marsh Rice University ^[11] — 0,8%;

• Georgia Tech Research Corporation ^[11] — 0,8%.

Из подсчетов видно подавляющее лидерство ^[16] университетов и биотехнологических компаний из США и частично из КНР в патентах по теме биоэлектроники. Особенно показательна первая тройка лидеров. Названия вузов говорят сами за себя. 

А что в России? 

В базе ФИПС в рефератах на изобретения РФ 20.07.2025 по запросу биоэлектроника только один патент №2649369 ^[17] (2018) Способ получения рН-чувствительных разветвленных узлов ДНК-наноконструкций. Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства (Москва). Изобретение относится к области наноконструирования и может быть использовано для получения новых систем доставки терапевтических и тераностических средств, для создания диагностикумов, рН-чувствительных биогелей, 3D элементов биоэлектроники. 

Заявок на изобретения нет.

В базе ФИПС ноль патентов РФ на полезные модели по теме «биоэлектроника». 

Баз данных нет.

Имеется всего одна программа для ЭВМ по запросу «биоэлектроника». Это №2024669521 ^[18] Комплекс для моделирования и проектирования биоэлектронных устройств. Правообладатель Купин Кирилл Германович. Программа для ЭВМ предоставляет пользователям возможность создавать высокоточные модели биоэлектронных устройств. Поддерживает автоматизированное проектирование, что значительно упрощает процесс разработки. Пользователи могут проводить симуляции в реальном времени, что позволяет оценивать характеристики проектируемых устройств. 

Яндекс.Патент выдает 12 документов по запросу биоэлектроника за период с 1984 по 2017 гг. Преимущество поисковой машины Яндекса заключается в том, что в отличие от ФИПС, отбор ведётся по всему телу патентных документов, а не только по реферату. Примеры:

Авторское свидетельство СССР №1564190 (1990) Способ получения препарата фотосинтетических реакционных центров, содержащих фотоактивные цитохромы. МГУ им. М. В. Ломоносова. Изобретение относится к биохимии и биофизике и может быть использовано в биоэлектротехнике и биотехнологии, а также для исследования фундаментальных проблем фотосинтеза. 

Патент №2317100 (2008) Способ формирования белковых пленок на твердых подложках. Институт кристаллографии имени А.В. Шубникова РАН. Изобретение относится к таким областям как биохимия, биофизика, медицинская диагностика и может быть использовано в качестве модели клеточной мембраны при исследовании механизма действия лекарственных мембранопротекторных препаратов, а также для создания активных элементов биосенсорных устройств.

Патент №2657835 (2018) Способ получения системы для доставки противоопухолевого препарата в клетки опухоли. Национальный исследовательский технологический университет “МИСиС” (Москва). Для доставки противоопухолевого препарата в клетки опухоли используют модифицированные полимером наночастицы магнетита, эпитаксиально выращенных на наночастицах золота, с органическим соединением, химически связывающимся с наночастицами и обеспечивающим селективное проникновение наночастиц внутрь клеток опухоли.

К нашей теме имеют отношения несколько патентов РФ периода 2003-2020, принадлежащих иностранным патентообладателям, например: ОКСФОРД ЮНИВЕРСИТИ ИННОВЕЙШН ЛИМИТЕД (GB), УНИВЕРСИДАД ЭСТАДУАЛ ПАУЛИСТА “ХУЛИО ДЕ МЕСКИТА ФИЛЬО” – УНЕСП (BR), ЭНСЭРМ (ЭНСТИТЮ НАСЬОНАЛЬ ДЕ ЛЯ САНТЕ Э ДЕ ЛЯ РЕШЕРШ МЕДИКАЛЬ) (FR), ТАРТУ ЮЛИКООЛ (ЮНИВЕРСИТИ ОФ ТАРТУ) (EE).

НИОКТР

По запросу биоэлектроника ГИС «Наука и инновации» выдаёт 72 документа. 

Нас привлекли начинаемые работы. Так, НИР «Выяснение механизмов магнитного упорядочения и спинового транспорта в природных и синтетических меланинах с целью создания биодеградируемых и биосовместимых устройств спинтроники» осуществляет в 2025-2027 гг. за грант от РНФ в 21 млн руб. МФТИ. Актуальность проекта определяется огромным интересом ^[19] к материалам на основе меланина и его ближайшего структурного родственника полидопамина со стороны как медицинского сообщества, так и индустриальных драйверов устойчивого развития. 

Другой пример, в 2024-2026 гг. Сеченовский Университет на грант 25,4 млн руб. от Минздрава России осуществляет разработку гибких биоэлектронных систем для сенсорики и стимуляции в медицине. В рамках данного проекта предлагается создать технологическую платформу и семейство гибких биосовместимых мультиэлектродных структур, предназначенных для имплатации в тело животного и головной мозг ^[20] для биосенсорики и стимуляции. Результатом Проекта станут электродные матрицы нескольких видов, которые будут предназначены для проведения медицинских и научных исследований, а также войдут в состав инновационных медицинских изделий.

Биоинтегрированная электроника на основе углеродных нанотрубок и графена является объектом изучения в 2024-2026 гг. за 104,3 млн руб. из федерального бюджета. Исполнитель — Московский Институт Электронной Техники. Цель исследования: Поиск новых наноструктур на основе углеродных нанотрубок и графена с управляемыми электрофизическими, оптическими и механическими свойствами для гибкой нательной и имплантируемой биоэлектроники.

Заключение

Очевидно, что за рубежом, в первую очередь в вузах США и КНР проводятся широчайшие исследования в области биоэлектроники. Они уже дают не только существенные изобретения, но и принципиально важные практические внедрения в области онлайн-контроля биологического состояния здоровья людей. 

Патентная ситуация в РФ формально неудовлетворительная. Однако, зная изнутри патентную кухню России, эксперты Онлайн патента не драматизируют ситуацию. Многие существенные исследования, НИР, ОКР, производства не патентуются и не отсвечиваются в открытом информационном поле. Так было, например, в области радиационной биологии и изотопной медицины в 1940-1970-х годах при разработке ядерный, атомных и термоядерных вооружений; многие, но не все работы рассекречены только в последние годы.

Авторские свидетельства СССР указывают, что уже с начала 1980-х в Союзе проводились исследования в области биоэлектроники, бионики, электробиологии и электромагнитобиологии. Тем не менее санкции и запреты на совместные исследования с теми же американскими вузами могут сильно навредить процессу обмена научной информацией. Есть коллеги из КНР, но станут ли они помогать специалистам из МГУ или Сеченовки — вопрос открытый.