作者

江天1、徐哲平1、*、殷传浩2、陈雪娟1、朱学军1

1 中国科学院文献情报中心，北京

2 中国电子学会 北京

概括

[目的/意义]近年来，我国单细胞技术发展迅速，取得了诸多突破性创新。全面了解我国单电池技术的发展趋势，可以为国家在单电池技术领域的发展布局和战略规划提供参考。 [方法/过程]通过科学测算与资金分析相结合的方法，对2009年至2019年我国单细胞技术相关的研究论文、专利以及国家自然科学基金项目数据进行分析，系统呈现单细胞的发展情况我国的技术。现状和趋势。 [结果/结论]研究结果表明，我国单细胞技术论文和专利在数量上占有绝对优势，但质量有待提高。国家自然科学基金委对单细胞技术的研发给予了大力支持，中国企业在单细胞技术的研发中发挥着越来越重要的作用。单细胞技术具有广阔的应用前景，呈现出多学科、全领域的​​发展趋势。单细胞检测分析平台、单细胞测序、肿瘤诊断与治疗、单细胞基因表达调控等是单细胞技术研究的热点。

关键词

单细胞技术；文献计量分析；专利分析；国家自然科学基金委

介绍

细胞是生命活动的基本单位。随着精准医学的发展和测序水平的提高，人们越来越意识到细胞之间存在广泛的异质性，以往基于群体细胞水平的生命科学研究可能并不准确。单细胞技术可以揭示细胞间的异质性，从而更深层次地探索生命活动的本质和规律。近年来，基于高通量单细胞测序技术的课题研究广泛开展。 2013年，“单细胞测序技术”被《自然》杂志评为年度技术，2019年，“单细胞多组学”技术再次成为年度技术。单细胞技术为探索重大疾病的病因、发展和治疗提供了更加可靠的科学依据。单细胞技术广泛应用于肿瘤细胞异质性、肿瘤细胞转移机制、肿瘤干细胞研究。它有助于我们更好地了解肿瘤的发生、发展、转移和耐药机制，也为肿瘤的诊断提供依据。并提供新的治疗策略和分子靶点。单细胞技术为研究器官发生及相关先天性疾病提供了新思路。美国旧金山的 A. 和他的团队对心脏发生的三个重要阶段（E7.75、E8.25 和 E9.25）的 36,000 个细胞进行了测序，揭示了在正常和异常的心脏发生过程中，心脏祖细胞的特化和分化过程细胞。

我国对单细胞技术的发展足够重视。科技部印发的《“十三五”生物技术创新专项规划》将单细胞技术列为关键颠覆性技术，提出“发展单细胞分离、基因组扩增、转录组扩增和单细胞技术”。细胞基因组分析。”技术方面，生物医学工程和医疗器械方面，重点突破单细胞测序、分子诊断等技术。在生化产业核心技术装备方面，形成高通量筛选技术装备、单细胞分析装备等新型技术仪器装备，建立我国新一代生化技术和装备的核心技术装备体系。行业。”近年来，我国单细胞技术发展迅速，我国科学家在顶级期刊发表多项单细胞组学研究成果。 2009年，北京大学唐福筹教授在《》杂志上发表了第一篇真正的单细胞转录组测序文章，从此开启了单细胞技术的新时代。 2018年，浙江大学郭国基团队自主研发了完全国产的-seq高通量单细胞测序平台，对小鼠近50种器官组织的40万多个细胞进行了系统的单细胞转录组分析。分析并绘制了世界上第一个哺乳动物细胞图谱。 2020年，郭国基团队绘制了全球首张人体细胞图谱，实现了人体细胞的数字化。通过对60种人体组织样本和7种细胞培养样本进行-seq高通量单细胞测序分析，首次从单细胞水平全面分析胚胎和成体阶段的人类细胞类型。研究数据将作为探索细胞命运决定的基础。机制、研究方法的资源宝库将对人体正常和患病细胞状态的识别产生深远的影响。

除了单细胞基因水平的检测，中国科学家在单细胞低拷贝数蛋白检测方面也取得突破性进展。南京大学刘震教授团队将免疫识别与等离激元拉曼检测技术相结合，创新研发了等离激元免疫三明治法（PISA），成功实现了单个活细胞和活体动物的胞内检测。多种低拷贝数蛋白质的分析。 2020年春节前夕，新冠肺炎（-19）疫情爆发并迅速席卷全球。面对来势汹汹的疫情，我国十多个省市共39家医院、大学和科研机构自发成立了“-19单细胞技术中国联盟（Cell for -19 in，SC4）” ” 2020年5月，旨在合作建立-19单细胞转录组大数据。 SC4 对来自中国不同地区 196 名 -19 患者和对照的 284 个样本进行了单细胞 RNA 测序，创建了包含 146 万个细胞的全面免疫图景。研究证实，SARS-CoV-2 RNA 存在于各种免疫细胞类型中，包括中性粒细胞、巨噬细胞、血浆 B 细胞、T 细胞和 NK 细胞。巨核细胞和少数单核细胞亚群可能是-19-19疾病进展严重的患者中各种细胞因子水平高度升高的关键来源。该研究成果于2021年2月3日在线发表在《Cell》杂志上，为了解-19的发病机制和制定有效的治疗策略提供信息。资源丰富。

此外还有上海大学医学院陈亮教授、中国科学院生物物理研究所杨鹏远研究员、斯坦福大学Mark M.。该教授利用单细胞ATAC-seq技术和单细胞多组学Ti-ATAC-seq技术描绘了-19康复患者外周免疫细胞染色质可及性的多维图谱，并对单核细胞进行了分析， B细胞和T细胞免疫记忆形成的表观遗传机制揭示了个体在-19恢复期通过染色质可达性图谱的整体重建建立免疫记忆形成并训练免疫力。

科技论文和专利是科研成果的重要载体，国家自然科学基金项目是科技发展的标杆。为了全面了解我国单细胞技术的发展趋势，本文对我国单细胞技术相关的论文、专利和国家自然科学基金项目进行分析，揭示该技术领域的研究热点和热点，以期为国家单细胞技术领域的发展提供指导。为布局和战略规划提供参考。

数据和方法

2.1 数据来源

本文对2009年至2019年我国单细胞技术领域的科技论文、专利和国家自然科学基金项目进行检索和分析。本文论文数据来自科睿唯安核心合集Web。论文类型为同行评审文献，包括研究论文和评论文章。搜索公式为： TS=(("cell*") NOT (''fuel -cell*'' 或 ''-fuel-cell*'' 或 ''-fuel-cell*'' 或 ''--fuel -cell*'' 或 ''SOFC'' 或 ''---fuel-cell*'' 或 '''' 或 ''--fuel-cell*'' 或 ''--flow-*'' 或''-细胞*'' 或''--'' 或 '''' 或 '''' 或 ''--'' 或 ''--'' 或 ' ''' 或 '''' 或 '''' 或 ''-' ' 或 '''' 或 '''' 或 '''' 或 ''-'' 或 '''' 或 '''' 或 '' '' 或 ''--'' 或 '''' 或者 ''''））。专利数据来自德温特专利检索与分析平台（DI），利用主题词和国际分类号（IPC）设计检索策略。基金数据来源于科学网基金搜索平台。关键字搜索用于选择标题或关键字中包含“单个单元格”的项目类型。论文、基金和专利的检索日期分别为2021年3月4日。 18日和11月23日。

2.2 方法

本文利用软件对论文和专利进行主题识别，并利用数据库对基金数据进行统计分析。

结果与分析

我国单细胞技术文献定量分析

3.1.1 发表文章数与国际发表文章数年度变化趋势比较

2009年至2019年，全球累计发表单细胞技术文章数量。同期，我国共发表文章4096篇，每年发文数量持续上升，从2009年的124篇增加到2019年的838篇，年均增长率为21.05%，远高于全球平均年增长率为10.05%。 （图1）。

图1 单细胞技术论文数量年度变化趋势（2009-2019）

我国单细胞技术出版物排名全球第二，仅次于美国，但总引用频率排名第四，低于美国、英国和德国。从高被引论文来看，我国单细胞技术领域的高被引论文占比仅为1.55%，在发表数量排名前10的国家中排名第8，略高于日本和意大利，与北方相近。美国。与欧洲发达国家相比，仍有较大差距，这说明我国在单细胞技术领域虽然发表了大量论文，但论文质量还有待进一步提高（表1）。

表1 单细胞技术出版物最多的前10个国家分析（2009-2019）

我国单电池技术专利分析

3.2.1 国内外专利申请量年度变化趋势及对比分析

2009年至2019年，全球单细胞技术领域共申请专利4915件（按照DWPI专利族合并），其中我国申请专利3007件。从图2可以看出，全球专利申请量持续增长，2015年至2018年的增速高于2009年至2014年。由于专利申请到公布存在一定的时滞，数据显示， 2019年的数据可能会比实际数据略小。 。我国单细胞技术领域专利申请量年度变化趋势与全球趋势基本一致。

图2 单细胞技术领域专利申请年度趋势（2009-2019）

在单细胞技术领域专利申请数量最多的前10个国家/地区中，中国以3007件专利位居第一。其专利数量是排名第二的美国的2.74倍，占全球单细胞专利总量的61.18%。 %，表明中国是单细胞技术专利的主要技术来源国。但从专利的引用情况来看，中国专利的总引用次数约为美国的1/2。被引用次数超过100次的专利在中国仅有1项，美国有23项，欧洲专利局有3项。这表明，我国专利的国际影响力还有待进一步提升。

我国国家自然科学基金单细胞技术项目分析

国家自然科学基金委员会（NSFC，以下简称“NSFC”）是我国基础研究领域最具影响力的科学基金。它也是反映科研人员从事高水平研究的条件和能力的基准。以下汇总了2009年至2019年国家自然科学基金委资助的单细胞技术研究项目（3含已完成项目和在研项目），并从项目数量、资助金额、资助类型等方面进行分析以及学科分类、项目成果等。

3.3.1 基金项目数及资助金额年度趋势

2009年至2019年，单细胞相关国家自然项目数量呈现波动上升趋势。 2013年至2015年数量持平，2016年至2017年有明显增长，2018年出现短期下降，较2017年减少27个项目（图3）。对各学科国家自然科学基金项目受理总数的年度统计数据对比分析，结合单细胞相关项目的学科构成分析（图4）可以看出， 2018年单细胞相关项目数量的减少与国家自然科学基金项目总体批准数量的趋势基本一致。 。 2009年至2019年，项目经费总额、科研项目经费金额、装备研发项目经费金额变化趋势基本一致。均在2013年达到最高，然后在2018年经历了短暂的下降。2013年单细胞相关国家自然项目的资助金额明显高于其他年份。对当年资助项目的分析显示，2013年资助金额在1000万元以上的项目有3个，均由南京大学陈洪元教授主持。国家重大科研仪器研制项目“单细胞时空分辨率分子动力学分析系统”（6400万元）、清华大学张新荣教授主持的重大项目“单细胞多组分时空分析”（2000万元）元），以及北京大学黄炎毅教授主持的重大研究计划项目“用于信号转导研究的新型小分子探针检测方法”（1110万元），累计经费这三个项目的资助金额为9510万元，占2013年资助总额的65.08%。2013年是全球单细胞研究最热门的一年。 《自然》杂志预测，2013年的生物研究热点中，单细胞测序技术将位居第一。 《自然》认为这项技术将被用来促进癌症。产前诊断等临床诊断技术的发展。

图3 单细胞相关国家自然科学基金项目年度统计分析（2009-2019）

图4 2009-2019年国家自然科学基金各部门项目年度统计分析及单细胞相关项目学科构成分析

注：1.国家自然科学基金各部门项目年度统计分析，2.单细胞相关项目学科构成分析。

研究结论

本文根据2009年至2019年我国单细胞技术领域的论文、专利和国家自然科学基金数据，对我国单细胞技术的现状和发展趋势进行分析，得出以下结论。

我国拥有大量单细胞技术论文和专利，但质量有待提高。

2009年至2019年，我国单细胞技术领域的出版物数量持续增长，年均增速约为全球的两倍。论文总数位居世界第二，仅次于美国，但高被引论文比例仅为1.55%。相比之下，美国、德国和英国均在3%以上，瑞士高达4.69%。我国是单细胞专利技术的主要来源地。专利申请量占全球单细胞专利总数的61.18%，是美国的2.74倍。但专利引用总数仅为美国的1/2，专利申请数量却超过100件，专利只有1件，远低于美国（23件） 。研究表明，我国论文和专利质量与欧美发达国家相比仍存在较大差距。在数量占据绝对优势的同时，我们还要进一步注重提高质量。

国家自然科学基金委为单细胞技术的研发提供了大力支持。

2009年至2019年，国家自然科学基金委共资助单细胞项目589项，累计资助金额5200元。其中，一般项目数量最多，占项目总数的44.65%。国家重大科研仪器开发项目资助金额最高，共计7500元，占资助总额的28.30%，平均资助强度为每个项目1079.18万元。共有189家支持单位获得资助，包括高等院校、中国科学院研究所、中国农业科学院研究所、中国医学科学院研究所、军队科研机构等。平均每个项目发表SCI论文8.45篇，总被引频次为24.14次。

单细胞技术在各领域呈现多学科交叉发展趋势

论文、专利和国家自然科学基金综合专题分析，从技术子领域来看，我国单细胞技术重点关注单细胞测序技术、单细胞分离技术、单细胞捕获、检测、及分析相关仪器和平台的研发，涉及生物信息学、物理、力学、化学等多个学科。从单细胞技术的应用方向来看，我国单细胞技术主要应用于基因表达调控、免疫、肿瘤诊疗、干细胞研究等领域。从近年来单细胞论文和专利的热门关键词可以看出，单细胞测序自2018年以来持续成为最热门的单细胞技术。除了单细胞数据的标准化，单细胞测序细胞技术已广泛应用于免疫、细胞景观图构建、细胞命运决定等研究中的应用将是未来单细胞技术的热点。单细胞相关国家自然科学基金项目的研究方向和学科广泛，包括生命科学、化学、医学、信息科学、数学科学、地球科学、工程和材料科学等。

中国企业在单细胞技术研发中发挥着越来越重要的作用

我国单细胞技术专利前10名专利权人中，云南中烟公司、深圳华大基因、广州赛莱拉干细胞科技有限公司3家企业共申请专利109件，占比10%的专利权。占专利总量的21.08%。深圳华大基因生命科学研究所（原“深圳华大基因研究院”）已申请国家自然科学基金项目4项，资助金额合计133万元，充分体现了中国企业正在发挥着越来越重要的作用从事单细胞技术的研究和开发。重要作用。