客观日本

开拓“分子技术”,创造终极物质

2019年11月26日 化学材料

在日本开创的新学科领域“分子技术”不断挑战的,是战略性创造研究推进事业团队型研究(CREST)中的“创造新功能的分子技术构筑(以下简称“分子技术”)”研究领域。在研究总监山本尚的带领下,15名充满锐气的研究人员相互切磋琢磨,取得了诸多成果。

开拓分子技术,创造终极物质

山本 尚
中部大学 分子性催化剂研究中心主任
2012年起担任CREST研究总监

树立世界各国永远追赶不上的民族自豪感

分子设计和合成是日本擅长的技术领域,但以前并无树立坚定的目标、创造出新分子的明确意识。分子技术是日本在2012年首次提出的新学术领域,指设计和合成带有目标功能的分子,从分子级别上彻底解决各种问题,实现科学技术的飞跃性进步。

引领“分子技术”领域的研究总监山本尚说:“(分子技术)能将无数的分子进行最佳组合来自由设计新物质,以极高的精度合成出具备目标功能的物质。由于可以在分子水平上彻底控制物质具有的新性质,有望开发出全新的药品,性能显著提高的光伏电池等真正具有产业竞争力的物质及材料。也就是说,‘分子技术’是所有物质及材料科学的‘通用语言’”。

“分子技术”的目标是创造出能为能源环境材料、电子材料以及药品和农药带来创新性的分子,让日本始终引领全球的科技发展。“为了创造出其他国家无论怎样追赶也绝对无法模仿的科学技术,并将其作为日本的民族自豪感向全世界传播”,于2012年开创了“分子技术”研究领域。

实现几十年未来梦想的场外本垒打

在选择研究课题时,提出了要以20~30年后的明确梦想和愿景为准则(而不是仅仅5年的短期梦想)根据是否描绘出了实现这个梦想的独创思路,最终选出15名有望为日本的分子技术奠定基础的研究人员。研究方向涉及医药、能源、材料、计算、测量等广泛研究领域,组成了能实现满足多样化社会需求的物质和材料开发、各领域充分取得平衡的最强研究阵容。

山本提出的研究方针是“打出场外本垒打”。无论数量有多少,球打到对方中场队员眼前都是没有用的。他期待团队成员勇敢挑战没有足够化学基础的新领域,克服最难目标,打出“场外本垒打”,从而在未来实现科技创新和研究范式的转变。

山本表示,要想打出场外本垒打,需要将现实且明确的目标作为研究的切入点。他强调说:“合成出新的分子后再来考虑有什么用的做法,是颠倒了出入口。首先要明确实现目标需要的分子是什么?首先指定创造出有用的分子这个目标是极其重要的”。

山本始终认为应用研究和纯粹研究是支撑大学研究的两大内容(图)。朝着对社会有用的目标努力的研究是应用研究,研究人员追求自己感兴趣的课题的研究为纯粹研究。这两种研究的基础都是基础研究。山本表示:“真正的基础研究不是已经成立的研究内容的后续,而是描绘划时代蓝图并实现蓝图所需的新的理论基础。所有的分子技术都确立了应用目标,从基础开始推进的课题追求型研究”。

开拓分子技术,创造终极物质

■图:山本认为,学术界的研究人员应该着眼于“应用基础”,即以未知的科学理论为基础,推进可用来解决社会课题的科学技术研究。(图解根据上田良二博士的模式图制作)。

通过破坏性创新让世界得到巨变

期待场外本垒打是因为这样有望带来破坏性创新,将日本的分子技术水平提高到其他国家无法企及的高度。破坏性创新否定默认的常识和传统,甚至会彻底“破坏”已有商品,具有全面改变世界的力量,而对以往的技术进行改良与改善则属于持续性创新。山本说:“虽然持续性创新取得突破的话也会变成破坏性创新,也能具有国际竞争力,但作为新学术领域的分子技术一开始瞄准的就是破坏性创新”。

从开辟研究领域开始,我们就在努力构筑一种机制,目的是创造出一种能让研究人员自由开展研究的环境,发展分子技术,实现破坏性创新。比如,为孕育出未来产业的萌芽,考虑到今后研究领域的扩大和满足社会需求的重要性,我们聘请的14位顾问中有9位来自产业界。山本表示:“在企业取得了成就的研究人员都是课题追求型的科研专家。作为领域顾问,虽然有时会发表严厉的言论,但确实是非常好的刺激”。

作为培养开发新一代分子技术的年轻科研人员的尝试,我们还设立了“新星奖”。该奖项旨在表彰加入CREST研究团队的14位助教级研究人员的独特创意,并提供研究经费方面的支援。山本回顾自己的留学经历时表示:“美国倾向于培养独奏者,而日本则倾向于培养乐队成员”。 “新星奖”的目的就是通过聚光优秀人员,让其拥有独奏者的意识,通过与不同领域的获奖者交流结成新的乐团。

深化思考,撰写竞争性论文

从事具有破坏性创新意义的研究并非易事。山本根据自己参加哈佛大学罗伯特·伍德沃德教授主持的研讨会的经历表示,需要花大量时间深化思考。他说:“研讨会于晚7点左右开始,首先由伍德沃德先生在黑板上写下化学方面的难题。研讨会的结束时间大都为深夜2点左右,大家的发言时间合计还不到10分钟,近50名研究生和博士研究员几个小时里始终都在思考答案。我从这里学到了为得到自己真正满意的答案而深入思考的态度”。

希望中心能够不拘泥于论文被引用次数和期刊被引率,对研究人员的创意独特性和创新性给予充分的评价。“评价论文时看重的不是论文在竞争中获胜,而是能够在全球范围引起竞争,能够让全球都开展新研究”。

山本说:“即使花上2~3年的时间来寻找研究目标也没关系”,保持怀疑态度对研究人员来说是必要的。山本表示:“未知令人不安,因此会让人想立即给出答案。其实没找到答案时的忍耐力也很重要。不能设定太近的目标。3天、3个月、3年,能否始终保持怀疑的态度至关重要。如果能遇到需要连续思考30年的问题,也许就是诺贝尔奖级别的科研了”。

设定目标时,“是否对他人有用,能否让人幸福”非常重要。山本回忆说:“如果满足这些条件,就绝对不会选题失败。‘分子技术’研究领域聚集起来的正是拥有这些目标的研究人员”。

挑战“未来分子”,开拓未知领域

“分子技术”项目迎来了最后一年,立项7年来取得的成果数不胜数。山本主编的分子技术解说图书《Molecular Technology全4卷》也已经出版,现在分子技术的概念已在全世界范围得到确立。

山本说:“从柏拉图和亚里士多德时代开始,解析(Analysis)和创造(Synthesis)就一直在支撑着科学的发展”。 山本强调,具备“解析”和“创造”这两大科学起源的分子技术今后需要进一步发展。“化学是从大宇宙通往小宇宙,是连接我们能感知到的可视世界和原子及分子等肉眼不可见世界的唯一桥梁”。要想让这座桥梁变得坚固无比,离不开既是“解析”分子结构的学问,也是“创造”化合物学问的分子技术。

山本说,分子技术的下一个目标是“从人类希望这样,到创造出让人类惊讶的‘这也能够’的创新,挑战未知的分子世界”。

为了以超低成本制造新一代药品,山本自身也在大力开发合成肽的路易斯酸催化剂,他的梦想是日本能制造全球所需的所有的肽。山本开拓未知领域的意愿没有止境。

日文原文

原文:JSTnews 2019年10月号
翻译·编辑:JST客观日本编辑部

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