《Future Science OA》：Global technological trends in sustainable antimicrobial surface formulations: a patent-based review for cleaner healthcare environments
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摘要 引言 医疗保健相关感染（HAIs）是一个全球性挑战，由于多重耐药病原体而加剧。研究人员系统性地绘制了抗菌表面制剂（1995–2024）的图谱，分析了监管准备、毒理学验证和可持续性方面的差距。覆盖领域 使用Espacenet数据库和PRISMA指南，分析了
摘要 引言 医疗保健相关感染（HAIs）是一个全球性挑战，由于多重耐药病原体而加剧。研究人员系统性地绘制了抗菌表面制剂（1995–2024）的图谱，分析了监管准备、毒理学验证和可持续性方面的差距。覆盖领域 使用Espacenet数据库和PRISMA指南，分析了49项专利。创新自2015年后激增，主要由美国、加拿大和中国的私营企业（72.09%）引领（67.35%）。合成活性成分，主要是季铵化合物（QACs），占主导地位（71.43%），而天然（16.33%）和混合（10.20%）方法较少见。关键目标包括金黄色葡萄球菌（S. aureus）、肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）和大肠杆菌（E. coli）。尽管38.77%的专利声称具有可持续性（生物可降解性/低毒性），但只有40.82%公开了作用机制，34.69%提供了毒理学数据。专家意见 技术创新与监管/安全验证之间存在显著差距。未来的发展必须整合生命周期评估（LCA）和强有力的毒理学测试。协调的监管途径和公私合作伙伴关系对于将这些创新转化为可扩展、可持续且更安全的医疗环境消毒解决方案至关重要。
论文主体内容总结如下：
1. 引言
医疗保健相关感染（HAIs）是全球公共卫生的重大威胁，多重耐药病原体（如耳念珠菌（Candida auris）、肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）和鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii））加剧了这一挑战。医院环境消毒不足导致病原体在表面持续存在，增加了患者和医护人员风险。传统消毒剂（如季铵化合物（QACs）、氧化剂和卤代酚类）虽有效，但存在毒性、耐药性诱导和环境影响等问题。研究发现，QACs在废水中浓度范围为<1 μg/L至1200 μg/L，几乎100%样品中均检出，并可持续数周至数月，具有生物累积性，能通过外排泵激活等机制促进抗菌药物耐药性（AMR）。因此，亟需可持续的消毒创新，包括可生物降解成分、生物表面活性剂、植物源抗菌剂和混合系统，以降低环境毒性和微生物耐药性。这些策略符合可持续发展目标（SDGs），特别是SDG 3（良好健康与福祉）和SDG 12（负责任消费和生产）。本研究首次基于全球专利数据，系统回顾1995至2024年间49项国际专利，分析抗菌表面制剂的技术路线、活性化合物、作用机制和声称的效益，并识别监管合规、毒理学验证和全球可及性方面的差距。
2. 方法
本研究遵循PRISMA 2020指南，在Espacenet专利数据库中使用关键词“formulation”和“antimicrobial”进行检索，限制国际专利分类（IPC）代码为A01N33/12（季铵化合物）和A01P1/00（非治疗性抗微生物剂），语言为英语、西班牙语或葡萄牙语。纳入标准为明确描述用于医疗环境无生命表面消毒的制剂，并至少包含配方组成和一个目标微生物。排除仅用于内部使用、农业、兽医或工业处理的专利。初始检索获得124条记录，去重后120条，经标题与摘要筛选排除65条，55条进入全文评估，再排除6条（语言或技术数据不足），最终49条纳入定性综合。数据提取包括活性化合物类型、声称作用机制、毒理学和微生物测试存在性、可持续性属性（可生物降解性、低毒性、植物基来源等）、申请国家和申请人类型。采用描述性统计（绝对和相对频率、时间分布、地理分布）进行分析，使用R 4.3.2和Microsoft Excel 365。
3. 结果与讨论
3.1. 总体概况与时间趋势
49项专利显示，过去十年抗菌表面制剂的技术活动显著加速：1995至2014年仅19项（38.78%），2015至2024年达30项（61.22%），增幅超过50%。增长最陡峭的时期为2017至2021年，可能与COVID-19疫情和监管加强相关。但样本量较小（n=49），需谨慎解释。
3.2. 地理与机构分布
专利集中在美国（36.73%，n=18）、加拿大（16.33%，n=8）和中国（14.29%，n=7），合计占67.35%。拉丁美洲和非洲严重缺乏，仅墨西哥有1项，非洲无专利。私人企业主导（72.09%，n=35），包括BASF SE、Ecolab Inc.和Procter & Gamble；学术界（6.98%）和独立发明人（6.98%）贡献较少，但后者常引入生物技术和植物基创新。
3.3. 来源与组成
大多数专利（71.43%）依赖合成活性成分，以季铵化合物（QACs）为主，其次是双胍类、卤代酚类和过氧化物。天然活性成分仅占16.33%，混合系统（合成+天然）占10.20%，包括生物表面活性剂、精油和壳聚糖衍生物。40.82%的专利未描述作用机制，已报道的机制主要为蛋白质变性和膜失稳。
3.4. 微生物频率与作用机制
目标微生物频率依次为：金黄色葡萄球菌（S. aureus）（22.2%）、肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）（20.2%）、大肠杆菌（E. coli）（16.2%）、沙门氏菌属（Salmonella spp.）（13.1%）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）（8.1%）、白色念珠菌（Candida albicans）（7.1%）和黑曲霉（Aspergillus niger）（5.1%）。但缺乏对新兴耐药微生物（如耳念珠菌）的关注，长期消毒剂暴露可能促进适应性、耐受性和耐药基因转移。
3.5. 毒理学与微生物学数据缺口
仅34.69%的专利包含毒理学测试数据，59.18%报告微生物学测试（主要针对细菌，抗真菌/抗病毒证据有限）。测试方法缺乏标准化（如AOAC Use-Dilution或EN ISO 846 A），阻碍监管批准和产品比较。
3.6. 可持续性属性与环境问题
38.77%的专利声称可持续性：可生物降解性（24.49%）、植物基来源（20.41%）、低毒性（16.32%）和绿色合成方法（14.28%）。但所有专利均未采用定量环境指标（如碳足迹、生态毒性指数），可持续性声称主要为定性描述，存在“漂绿”风险。
3.7. 技术类别与应用多样性
专利涵盖多种产品类型：残余表面消毒剂（24.49%）、传统表面消毒剂（20.41%）、聚合物涂层（18.36%）、混合清洁湿巾（14.28%）和局部抗菌剂（12.24%）。但少有专利考虑包装可回收或循环供应链。
3.8. 政策、监管与工业启示
高收入国家和企业主导表明市场驱动创新不足以应对全球HAIs负担。政策应支持中低收入国家（LMICs）的研发、协调监管框架和公私合作伙伴关系。企业需采用绿色化学原则并透明报告毒理学与环境数据。
3.9. 综合与未来方向
当前创新格局以合成化学为主，天然和混合替代品发展不足，可持续性评估和毒理学验证存在显著缺口。未来需在专利文件中整合定量环境指标、扩大微生物测试范围（包括真菌和病毒），并促进国际合作以减少地理不平等。
3.10. 超越传统消毒剂的新兴抗菌系统
由于IPC代码限制，本研究未捕获基于镓（gallium）和银-镓（silver-gallium）等新兴材料系统，它们通过干扰铁代谢等机制发挥作用，具有抗耐药性和低生态毒性潜力。未来专利回顾应扩展IPC覆盖范围（如C22C、B82Y）。
4. 专家意见
医疗环境消毒策略需兼顾病原体杀灭效果、职业安全与环境可持续性。专利显示创新加速但以合成化学为主，存在“锁定”效应。低频率报道作用机制和毒理学数据是转化瓶颈。天然和混合活性成分虽具潜力，但需严格毒理学和实际使用测试。未来5-10年，竞争优势将从引入新活性成分转向提供集成产品档案：验证的抗微生物性能、清晰机制、全面毒理学和生命周期评估（LCA）。协调监管指南和公开-私营伙伴关系可加速更安全替代品的采用。
5. 结论
本研究基于专利数据绘制全球抗菌表面消毒剂格局，显示处于活跃发展阶段，合成化学（QACs）仍占主导，但向天然和混合替代品转变。行业在高收入国家的主导地位反映市场优先权，而新兴经济体代表不足需国际合作。毒理学和机理数据稀缺，且所有专利缺乏定量环境指标（如LCA、碳足迹），构成关键差距。未来需扩展专利搜索（多语言、多IPC代码）、开发标准化可持续性指标、在专利中纳入系统毒理学和机理数据，并促进LMICs中的公私伙伴关系以将学术创新转化为可扩展产品。
5.1. 未来展望
未来5-10年，竞争将从合成杀菌剂的增量改进转向“安全设计”平台，如镓和银-镓混合材料。定量可持续性指标（LCA、碳足迹）将成为医疗采购的强制性标准。全球标准化测试协议（AOAC/ISO）对于可持续消毒剂至关重要，以减少专利与临床实施之间的转化瓶颈。
