Российская Библиотека Интеллектуальной Собственности
 
 



Нанотехнологии: проблемы патентования и экспертизы. Часть I

ЧАСТЬ I

По мнению многих исследователей, XXI в. будет веком нанотехнологий. В настоящее время более 60 стран осознали их потенциальные возможности и начиная с 2001 – 2003 гг. стали финансировать работы в этой области за счет как госбюджета, так и частных инвестиций.

К наиболее крупным нанотехнологическим госпрограммам относятся национальная нанотехнологическая инициатива США, стратегия развития нанотехнологий в Европейском сообществе до 2013 г., государственная программа развития нанотехнологий в Японии. Национальная инициатива США в области нанотехнологий была запущена в 2001 г. Ежегодное финансирование, установленное первоначально в размере 422 млн. долл., достигло к 2005 г. 1,6 млрд. долл. С 2005 по 2008 г. выделяется дополнительное финансирование в размере 3,7 млрд. долл. Число участвующих в проекте федеральных агентств увеличилось с 6 до 22, а агентств, инвестирующих эту деятельность, – с 6 до 11. В 2003 г. принят акт об исследованиях и развитии нанотехнологий в XXI веке.

Если американцы делают ставку на фундаментальные исследования, то практичные японцы пошли традиционным для себя путем: они параллельно с проведением научно-исследовательских работ начали строительство предприятий по производству наноматериалов. В бюджете Японии по статье «научные исследования» нанотехнологии заявлены как одна из четырех приоритетных областей, наряду с биотехнологией, экологией, информационными технологиями и телекоммуникацией. Так, компании «Мицубиси кемикл корп.» и «Мицубиси корп.» совместно создали новую фирму «Фронтиер карбон корп.», которая призвана заниматься массовым производством фуллеренов, вначале с производительностью 400 кг, а к 2007 г. – до 1,5 т в год. Первоочередные потребители фуллеренов – фармакология и производство электрических батарей. Фирма «Мицубиси энд К°» строит завод по производству нанотрубок с ежегодным выходом продукции 120 т, рассчитывая продавать свой продукт в автомобильной отрасли (электрические батареи). В Японии в области нанотехнологий действует около 100 венчурных компаний.

Признавая нынешнее отставание ЕС от США и Японии, Еврокомиссия выделила из бюджета на развитие нанотехнологий 1,3 млрд. евро. При этом до 2010 г. рекомендуется утроить бюджетные ассигнования в этой сфере и привлечь крупные средства частных инвесторов.

Наблюдается бурное развитие нанотехнологий в Китае. По числу заявок на патенты Китай занимает третье место в мире после США и Японии. Сегодня в Китае несколько сотен предприятий занимаются освоением и производством нанопродукции. Лидером в этой области являются США: более 60 % выданных в мире патентов принадлежат патентовладельцам из этой страны.

Россия сравнительно недавно присоединилась к государствам, участвующим в этой гонке. Так, с 2003 по 2006 г. в рамках программы «Нанофаб» при поддержке мегапроекта, финансируемого правительством (400 млн. руб. из госбюджета и столько же из коммерческих источников), по теме «Разработка и освоение производства приборов и оборудования для нанотехнологии» были разработаны девять нанотехнологических комплексов, реализующих, в частности, метод молекулярно-пучковой эпитаксии, методы сканирующей зондовой микроскопии, использования фокусированных ионных пучков. Большинство этих комплексов оказались конкурентноспособными на мировом рынке и были проданы в 30 стран. На заложенные в них разработки получено 43 патента. В 2006 г. принята федеральная целевая программа «Развитие инфраструктуры нанотехнологий», создана государственная Российская корпорация нанотехнологий, выделено значительное финансирование: 130 млрд. руб. на 2007 – 2009 гг., в том числе 30 млрд. руб. – на приобретение оборудования.

Что такое нанотехнологии?

Чтобы проблемы патентования изобретений в области нанотехнологии были более понятными, приведем некоторые исходные понятия и определения, которые, естественно, не могут заменить многочисленной патентной литературы (около 100 тыс. патентов) и огромного числа публикаций в научно-технической литературе (более 300 тыс.). С позиции тематической характеристики нанотехнологии являются многоотраслевой или многодисциплинарной областью. Изобретения по нанотехнологиям могут быть рассеяны в различных традиционных областях техники, тематически связанных с нанотехнологиями, и соответственно находиться во всех разделах МПК. Например, лекарственные или диагностические препараты с наносвойствами могут классифицироваться в подклассе А61К, органические высокомолекулярные соединения – в С08, записывающие устройства с использованием наноматериалов – в G11B, углеродные нановолокна – в D01F, оптоволоконные устройства с наносвойствами – в G02B, F, магнитные нанопленки – в H01F, полупроводниковые устройства – в H01L и т.д.

Согласно нестрогому определению нанотехнологии представляют собой собирательное обозначение серии технологий, технических средств и процессов, в которых имеет место манипулирование материей (веществом) в масштабе от 1 до 100 нанометра (размер 1 нанометра (10-9 м) можно сравнить с размером атома, 100 нм – с 1/100 000 толщины человеческого волоса). В пределах этого масштаба при изменении атомарной структуры свойства материалов, такие как цвет, прочность, магнетизм, электропроводность и т.д., меняются самым неожиданным образом. Новые характеристики материи (сверхпрочность, сверхпроводимость, сверхмагнитизм и др.) являются основой производства новых продуктов. На бытовом уровне можно сказать, что нанотехнологии – это технологии производства продуктов с заданной атомарной структурой путем манипулирования атомами и молекулами.

Наноструктуры или наночастицы создаются, как правило, из материалов, существующих в объемном виде (например, углерода, кремния, металлов, органических и биологических материалов) путем изменения структуры или расположения атомов (молекул) в нанодиапазоне таким образом, что вследствие такого изменения:
   образуется особая структура, имеющая в одном, двух или во всех трех измерениях размеры от 1 до 100 нм;
   возникающие наночастицы имеют особые свойства (химические, физические и электрические), отличные от свойств исходного материала в его объемном виде.

Наиболее распространенным примером элементарных наноструктур с широким потенциалом применения являются углеродные нанотрубки. В природе углерод существует в двух формах: графит и алмаз. Нанотрубки представляют искусственно полученную атомарную структуру, представляющую собой совокупность атомов в виде полых трубок диаметром 1-2 нм и длиной до 100 нм. Углеродные трубки можно получить лазерным испарением, с помощью углеродной дуги или химическим осаждением паров. Прочность нового материала в 100 раз выше прочности стали, электропроводность намного превышает электропроводность меди, и, кроме того, он обладает биологической функциональностью.

Элементарные наноструктуры можно получить как из неорганических элементов (например, кремния, металлов и т.д.), так и из больших органических молекул разных типов, а также полимеров. Наноматериалы могут существовать в виде порошков, кристаллических структур, сверхтонких пленок и т.п.

Элементарные наноструктуры могут быть строительным материалом для элементарных наноустройств. В качестве таковых наиболее известны два типа переключателей: так называемые поперечные и молекулярные. Кроме того, существуют переключатели на основе биомолекул, клеток ДНК и т.д. Элементарные наноустройства, в свою очередь, используются в качестве элементной базы для более сложных устройств, например, при разработке элементной базы для нанокомпьютеров. На основе использования квантовых ям и квантовых проволок сконструировано множество наномасштабных лазеров.

Следующим уровнем сложности являются наноэлектромеханические системы (NEMS), обеспечивающие применение и взаимосвязь наноустройств с объектами макромира. Например, наноэлектромеханические системы обеспечивают взаимодействие наноустройств с электронными, оптическими и жидкостными системами. Это химические сенсоры на основе нанопроволоки, резонаторы, акселерометры, топливные микроячейки, микролинзы, оптические покрытия, а также применение NEMS в оптических и детекторных устройствах, жидкостных системах, датчиках и устройствах сбора данных в лабораторных системах на чипах. Одним из наиболее распространенных видов наноустройств являются актюаторы, преобразующие электрическую энергию в механическую и наоборот. Следует отметить, что большинство наномеханических машин и устройств находится на ранних этапах разработки, а многие – на стадии выработки концепции.

Наиболее актуальной является разработка промышленных способов получения наноматериалов и создание элементарных наноустройств. Одна из концепций создания наноструктур, получивших название «снизу-вверх», состоит в том, чтобы набрать, соединить и выстроить отдельные атомы и молекулы в упорядоченную структуру. Реализацией указанного способа является сканирующая туннельная микроскопия (STM), которая обычно используется для исследования электронной и атомно-молекулярной структуры поверхности проводящих материалов. Технология STM позволяет конструировать, хотя и очень медленно, требуемые наноструктуры, прибавляя поатомно, шаг за шагом необходимые атомы к собираемому объекту.

Однако в настоящее время большинство наноматериалов получают способами «сверху-вниз» (то есть путем удаления лишнего материала до тех пор, пока не будет получена соответствующая наноструктура). Широко используемый метод изготовления наноструктур – нанолитография, при котором для формирования заданных конфигураций на поверхности используется чувствительный к облучению слой с последующим его удалением.

В заключение приведем перечень наиболее важных областей, в которых предположительно будут подаваться заявки на изобретения российских заявителей, основанные на нанотехнологиях:
   технология получения новых нано- и композиционных покрытий, увеличивающих срок службы конструкционных материалов;
   технология получения новых нано- и композиционных покрытий, увеличивающих срок службы контехнология нанесения нанослоев и нанокристаллических покрытий для защиты конструкционных материалов плазмохимическими и комбинированными плазмоэлектрохимическими методами с целью повышения коррозионной стойкости материалов;
   технология производства легированных порошковых сталей и сплавов с наноструктурой для высокопрочных и теплостойких деталей машин и механизмов;
   технология получения наноструктурированных материалов на основе электронно-лучевой и газоплазменной обработки для металлургического оборудования;
   методы получения особо чистых порошков цветных и редких металлов;
   методы получения полупроводниковых материалов для солнечной энергетики и электронной техники;
   разработка нанокатализаторов для переработки вязких углеводородов;
разработки генной инженерии (выделение генов, повышающих устойчивость растений к вредителям, устойчивость к гербицидам и т.д.);
   методы транспортировки наночастиц различных лекарств в пораженные органы и ткани человеческого тела, не задевая здоровые;
   методы визуализации наночастиц и больных клеток;
   элементы наноэлектроники и нанофотоники (полупроводниковые транзисторы и лазеры, фотодетекторы, солнечные элементы, сенсоры);
   устройства сверхплотной записи информации и т.д.

Общие проблемы патентования

По сравнению с другими прорывными направлениями, которые появились раньше (компьютерная техника, Интернет, биотехнология), патентование основных идей и изобретений в области нанотехнологии началось практически с момента ее развития. Первые патенты выданы на углеродные нанотрубки, полупроводниковые нанокристаллы, светоизлучаюшие нанокристаллы, наностержни из окислов металлов, атомно-силовые микроскопы, способы изготовления самообразующегося нанослоя и нанотрубок путем химического осаждения паров. Лишь немногие базовые идеи остались незапатентованными, например, структура фуллерена, и то потому, что она была открыта как продукт, который встречается в природных условиях. Что касается использования фуллеренов, то по состоянию на 2004 г. выдано более 100 патентов.

К середине 2004 г. число патентов и поданных заявок достигло 20 тыс. Наиболее активными областями патентования являются:
   использование наночастиц;
   способы использования углеродных нанотрубок, их производства или очистки;
   использование нанотрубок для производства электродов;
   биологические и химические методы обнаружения и диагностики, основанные на нанотехнологиях;
   способы направленной доставки лекарств.

На начало 2006 г. патентный фонд ЕПВ содержал уже 68 тыс. патентов (или примерно 20 тыс. семейств патентов-аналогов). Наибольшее число патентов по наноизобретениям относится к обработке, хранению и передаче данных (35%), использованию наноматериалов (24%) и явлений наномагнетизма (17%). Всего в мире опубликовано около 100 тыс. патентов по этой тематике.

Динамика подачи заявок в ЕПВ различными странами на конец 2004 г. была следующей: США – 49%, Япония – 25, страны ЕПО – 18 (Германия – 8, Франция – 4, Великобритания – 3), Корея – 2, прочие страны – 6%. Число патентов, полученных отечественными заявителями в России, около 300.

Высокая активность патентования в данной области имеет несколько причин. Во-первых, по сравнению с другими областями наблюдается упреждающее патентование базовых идей, реализованных в основном в лабораторных условиях. Особенно это характерно для применения наноматериалов. Во-вторых, особенности патентования в области нанотехнологий связаны с их ярко выраженным межотраслевым характером. В отличие от других новых областей техники, в которых патентование осуществлялось производителями преимущественно в своей области, патентообладатели нанотехнологий часто получают исключительные права не только в отношении своей основной отрасли промышленности, но также и многих других, исходя из потенциальных или предполагаемых сфер применения. Например, возможна выдача патента на базовое изобретение, касающееся наноструктуры полупроводника, которое может применяться в биотехнологии, телекоммуникации, текстильной промышленности и т.д. В-третьих, в связи с тем, что ряд стран, осуществляющих государственное финансирование исследований в области нанотехнологий, проводимых университетами или другими государственными учреждениями, предоставляет им право получать патенты на свое имя и заключать лицензионные соглашения (например, в США в соответствии с законом Бэя-Доуля), у них появился коммерческий интерес активно заниматься патентованием и лицензированием.

С другой стороны, есть основания предполагать, что имеет место и обратная тенденция, когда частные фирмы, учитывая специфический характер наноизобретений, сохраняют их в качестве коммерческих или производственных секретов. Дело в том, что большинство нанопродуктов практически не поддается обратному реинжинирингу (то есть декомпиляции или разложению на составляющие компоненты и последующему воссозданию объекта).

Сдерживающим фактором патентования в области нанотехнологий являются патенты на пионерские изобретения или патенты с широкими притязаниями, препятствующими разработке изобретений на усовершенствования. Известно, что отрасль развивается бурно, если есть возможность патентовать изобретения на усовершенствования. В этой связи показательна жалоба исполнительного директора альянса «Нанобизнес», который заявил, что блок первых патентов по нанотехнологиям был выдан с такими широкими притязаниями, что наноиндустрии грозит замедление развития из-за правовых барьеров.

Препятствием для дальнейшего развития отрасли может быть и наличие большого числа частных решений, запатентованных на имя различных фирм из разных стран. Компаниям, желающим создать или использовать более сложные наноустройства, приходится получать лицензии на множество частных решений. Преодоление указанных проблем возможно на основе предоставления открытых или принудительных лицензий, а также перекрестных лицензий (когда базовые патенты распределяются между заинтересованными фирмами, которые обмениваются перекрестными лицензиями, не являясь прямыми конкурентами).

Окончание