正交實驗，又稱正交試驗設計、正交設計，是一種研究多因素、多水平問題的實驗設計方式。正交試驗設計能夠兼顧統(tǒng)計學嚴謹性和實驗的快速性、集約性，廣泛應用在科學研究、工業(yè)制造及健康科學領域 ^[1]。那么，正交實驗在實驗設計時有什么優(yōu)點及缺點，遇到“容易通過正交實驗獲得”的專利審查意見時應當如何答復呢？接下來，筆者將結(jié)合實例一一與大家分享。

想要了解正交實驗的含義，首先需要了解正交表。下面以一個實際問題為例，介紹正交實驗和正交表。

案例：為了獲得某種枸杞風味面包的最佳口感，需要確認面包發(fā)酵工藝中哪一些因素具有提升面包口感的效果，同時確認哪些因素是主要的，哪些因素是次要的。為此，選擇了面包發(fā)酵工藝中的三個有關因素進行條件實驗，分別為發(fā)酵微生物的用量（A），枸杞醬的用量（B）和發(fā)酵的環(huán)境濕度（C），并根據(jù)實驗的經(jīng)驗獲得三個因素的范圍，在范圍中取3個水平。

A：A1:0.4%；A2:0.5%；A3:0.6%。

B：B1:6%；B2:8%；B3:10%。

C：C1:65%；C2:75%；C3:85%。

1、采用全面實驗設計方法，平行實驗的組數(shù)為3×3×3=27組實驗

這種方法對上述問題的研究最為全面，可以做到不重復不遺漏。但平行實驗組數(shù)過多，實驗周期長、成本較高。

2、采用控制變量逐一對比的實驗設計方法

具體為：在確定B1、C1的情況下，改變A的水平（A1-A3），獲得該條件下的A的最佳效果水平（如A2）；再確定A2、C1，改變B的水平（B1-B3），獲得該條件下B的最佳效果水平（如B3）；最后確定A2、B3，改變C的水平（C1-C3），獲得該條件下C的最佳效果水平（如C1）。最終獲得的最佳效果實驗條件為A2B3C1。平行試驗的組數(shù)為3+3+3=9組實驗。

雖然上述方法能夠有效減少實驗的組數(shù)，但是也存在一些弊端，如數(shù)據(jù)代表性差（如C1的因素在整個實驗中的涉及次數(shù)遠大于C2和C3）等。

填寫正交實驗表格。每個因素作為一列，因素中每個水平以1、2、3表示填入表格。要求：每一列中不同數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù)相同，同時任兩列同一橫行中不同數(shù)對出現(xiàn)的次數(shù)相同。

本實例中，正交實驗表格如下：

該方法能夠有效減少實驗組數(shù)（9組平行實驗），同時可以確保實驗結(jié)果具有代表性和平衡性，使研究者能夠有效地分析各實驗因素對實驗結(jié)果的影響。

對于一些復雜的情況，如更多的試驗因素、更多的待測試水平以及不同因素測試水平數(shù)目不一致的復雜情況，人們總結(jié)了最低實驗組數(shù)的公式^[2]。

n=1+（5-1）+（5-1）+（5-1）+（3-1）+（2-1）=1+4+4+4+2+1=16組

正交實驗能夠有效減少篩選實驗的實驗組數(shù)。但從理論上而言正交實驗中研究的各因素均為互相獨立、互不影響的因素。如果實驗因素之間存在相互關聯(lián)和影響，則需要的實際實驗組數(shù)在正交實驗的基礎上將更多。

如前可見，正交實驗確實在一定程度上能夠有效降低實驗篩選的組數(shù)。在組合物發(fā)明的審查意見中，常常見到“調(diào)整處方比例是常規(guī)技術手段”的評述。正交實驗作為一種降低實驗組數(shù)的方法，也經(jīng)常被審查員拿來作為支撐“實驗組數(shù)是有限的”、“實驗效果容易得到”等觀點的理由之一。這時，申請人應結(jié)合申請文本，對審查員的審查意見進行有理有據(jù)的反駁。

以下筆者提供一個實際應用案例，試破解該類審查意見。

發(fā)明名稱：一種含太子參的泡騰顆粒及其生產(chǎn)工藝。

本申請保護了一種含太子參的泡騰顆粒及其生產(chǎn)工藝。通過對太子參、茯苓、糊精、蜂蜜及黏合劑等11種成分的質(zhì)量份數(shù)進行合理搭配，得到一種氣味、色澤和口感更加宜人、顆粒度、溶出度檢測合格且輔助抗疲勞效果更好的泡騰顆粒制劑。

第一次審查意見中，審查員認為，對泡騰顆粒中各成分含量的限定屬于常規(guī)技術手段。“本領域技術人員根據(jù)臨床效果結(jié)合藥用輔料的性質(zhì)，可調(diào)整處方中各成分的比例，采用正交實驗或其他比較試驗篩選輔料的用量，通過有限的實驗就可以確定制劑處方中各輔料的使用比例?！睓嗬蟛痪邆鋭?chuàng)造性。

我方針對上述審查意見進行意見陳述：

根據(jù)本申請原始說明書的記載，實施例1-4與對比例1相比，區(qū)別僅在于所有組分的質(zhì)量份配比不同：

而根據(jù)本申請原始說明書，相較對比例1而言，實施例1-4能夠?qū)崿F(xiàn)“同時具有更好的氣味、色澤、口感，實現(xiàn)了60℃下存放后泡騰顆粒色澤均勻，板結(jié)、潮解、粉碎、軟化現(xiàn)象更少，粒度不合格率更低，溶出時間更短，溶出不合格更少，且有效提升小鼠爬桿能力和脾臟指數(shù)”的技術效果。這說明，即便是成分選擇相同，本申請權利要求1所達到的技術效果也不是任意選擇的各成分質(zhì)量份即可實現(xiàn)的。

退一萬步講，完全忽略成分之間的相互作用，即使按照審查意見中所述的正交實驗的方式進行篩選設計，以0.1作為篩選質(zhì)量份的刻度，以本申請實施例1-4的范圍進行篩選，根據(jù)上面介紹的正交實驗最低實驗組數(shù)的計算公式可以算出，總組數(shù)至少為：

L=[（5-2）÷0.1×3+（4-1）÷0.1×1+（16-14）÷0.1×2+（4-2）÷0.1×2+（0.2-0.1）÷0.1×1+（3-2.1）÷0.1×1+（3-1）÷0.1×1+（2-1）÷0.1×1]+1=241（組）

而實際上，由于篩選質(zhì)量份的刻度為0.1，即使進行了上述241組試驗，也不可能得出實施例1的配方（檸檬酸質(zhì)量份為2.65份）；更不用說在篩選的過程中，各組分之間在形成顆粒劑的時候?qū)嶋H上存在相互作用，而非獨立因素，其篩選組數(shù)遠大于241組。而且，由于不可能僅僅篩選實施例范圍的用量，在現(xiàn)有技術未提供對保護范圍和篩選方向存在啟示的記載的情況下，篩選的方向是未知的，故在篩選過程中，實際篩選組數(shù)是海量的。綜上，通過正交實驗的方法也難以獲得本申請各實施例中的提供的四個組合物配方。以下針對各區(qū)別特征進一步分析本申請具備非顯而易見性（下略）。

最終，該案件經(jīng)審查意見答復和主動修改后，獲得發(fā)明專利授權。

了解正交實驗設計的方法，不僅有助于集約研究設置的實驗數(shù)目，降低研究成本，還有助于相關審查意見的答復，進而利于專利授權。

參考文獻：

[1]Orthogonal Design: A Powerful Method for Comparative Effectiveness Research with Multiple Interventions，by Jelena Zurovac and Randy Brown，Center on Health Care Effectiveness，APRIL 2012.

[2]https://blog.csdn.net/sungeme/article/details/134713596