客觀日本

開拓「分子技術」,創造終極物質

2019年11月26日 化學材料

在日本開創的新學科領域「分子技術」不斷挑戰的,是戰略性創造研究推進事業團隊型研究(CREST)中的「創造新功能的分子技術構築(以下簡稱「分子技術」)」研究領域。在研究總監山本尚的帶領下,15名充滿銳氣的研究人員相互切磋琢磨,取得了諸多成果。

開拓分子技術,創造終極物質

山本 尚
中部大學 分子性觸媒研究中心主任
2012年起擔任CREST研究總監

樹立世界各國永遠追趕不上的民族自豪感

分子設計和合成是日本擅長的技術領域,但以前並無樹立堅定的目標、創造出新分子的明確意識。分子技術是日本在2012年首次提出的新學術領域,指設計和合成帶有目標功能的分子,從分子級別上徹底解決各種問題,實施科學技術的飛躍性進步。

引領「分子技術」領域的研究總監山本尚說:「(分子技術)能將無數的分子進行最佳組合來自由設計新物質,以極高的精度合成出具備目標功能的物質。由於可以在分子水平上徹底控制物質具有的新性質,有望開發出全新的藥物,性能顯著提高的光伏電池等真正具有產業競爭力的物質及材料。也就是說,‘分子技術’是所有物質及材料科學的‘通用的語言’」。

「分子技術」的目標是創造出能爲能源生態材料、電子材料以及藥物和農藥帶來創新性的分子,讓日本始終引領全球的科技隊形變換。「爲了創造出其他國家無論怎樣追趕也絕對無法模仿的科學技術,並將其作爲日本的民族自豪感向全世界傳播」,於2012年開創了「分子技術」研究領域。

實施幾十年未來夢想的場外本壘打

在選擇研究課題時,提出了要以20~30年後的明確夢想和願景爲準則(而不是僅僅5年的短期夢想)根據是否描繪出了實施這個夢想的獨創思路,最終選出15名有望爲日本的分子技術奠定基礎的研究人員。研究方向涉及醫藥、能源、材料、計算、測量等廣泛研究領域,組成了能實施滿足雜異化社會需求的物質和材料開發、各領域充分取得平衡的最強研究陣容。

山本提出的研究方針是「打出場外本壘打」。無論數量有多少,球打到對方中場隊員眼前都是沒有用的。他期待團隊成員勇敢挑戰沒有足夠化學基礎的新領域,克服最難目標,打出「場外本壘打」,從而在未來實施科技創新和研究範式的轉變。

山本表示,要想打出場外本壘打,需要將現實且明確的目標作爲研究的切入點。他強調說:「合成出新的分子後再來考慮有什麼用的做法,是顛倒了出入開口。首先要明確實施目標需要的分子是什麼?首先指定創造出有用的分子這個目標是極其重要的」。

山本始終認爲應用研究和純粹研究是支撐大學研究的兩大内容(圖)。朝着對社會有用的目標努力的研究是應用研究,研究人員追求自己感興趣的課題的研究爲純粹研究。這兩種研究的基礎都是基礎研究。山本表示:「真正的基礎研究不是已經成立的研究内容的後續,而是描繪劃時代藍圖並實施藍圖所需的新的理論基礎。所有的分子技術都確立了應用目標,從基礎開始推進的課題追求型研究」。

開拓分子技術,創造終極物質

■圖:山本認爲,學術界的研究人員應該着眼於「應用基礎」,即以未知的科學理論爲基礎,推進可用來解決社會課題的科學技術研究。(圖解根據上田良二博士的模式圖製作)。

透過破壞性創新讓世界得到鉅變

期待場外本壘打是因爲這樣有望帶來破壞性創新,將日本的分子技術水平提高到其他國家無法企及的高度。破壞性創新否定預設的常識和傳統,甚至會徹底「破壞」已有商品,具有全面改變世界的力量,而對以往的技術進行改良與改善則屬於持續性創新。山本說:「雖然持續性創新取得突破的話也會變成破壞性創新,也能具有國際競爭力,但作爲新學術領域的分子技術一開始瞄準的就是破壞性創新」。

從開闢研究領域開始,我們就在努力構築一種機制,目的是創造出一種能讓研究人員自由開展研究的環境,隊形變換分子技術,實施破壞性創新。比如,爲孕育出未來產業的萌芽,考慮到今後研究領域的擴大和滿足社會需求的重要性,我們聘請的14位顧問中有9位來自產業界。山本表示:「在企業取得了成就的研究人員都是課題追求型的科研專家。作爲領域顧問,雖然有時會發表嚴厲的言論,但確實是非常好的刺激」。

作爲培養開發新一代分子技術的年輕科研人員的嘗試,我們還設立了「新星獎」。該獎項旨在表彰加入CREST研究團隊的14位助教級研究人員的獨特創意,並提供研究經費方面的支援。山本回顧自己的留學經歷時表示:「美國傾向於培養獨奏者,而日本則傾向於培養樂隊成員」。 「新星獎」的目的就是透過聚光優秀人員,讓其擁有獨奏者的意識,透過與不同領域的獲獎者交流結成新的樂團。

深化思考,撰寫競爭性論文

從事具有破壞性創新意義的研究並非易事。山本根據自己參加哈佛大學羅伯特·伍德沃德教授主持的研討會的經歷表示,需要花大量時間深化思考。他說:「研討會於晚7點左右開始,首先由伍德沃德先生在黑板上寫下化學方面的難題。研討會的結束時間大都爲深夜2點左右,大家的發言時間合計還不到10分鐘,近50名研究生和博士研究員幾個小時裏始終都在思考答案。我從這裏學到了爲得到自己真正滿意的答案而深入思考的態度」。

希望中心能夠不拘泥於論文被引用次數和期刊被引率,對研究人員的創意獨特性和創新性給予充分的評價。「評價論文時看重的不是論文在競爭中獲勝,而是能夠在全球範圍引起競爭,能夠讓全球都開展新研究」。

山本說:「即使花上2~3年的時間來尋找研究目標也沒關係」,保持懷疑態度對研究人員來說是必要的。山本表示:「未知令人不安,因此會讓人想立即給出答案。其實沒找到答案時的忍耐力也很重要。不能設定太近的目標。3天、3個月、3年,能否始終保持懷疑的態度至關重要。如果能遇到需要連續思考30年的問題,也許就是諾貝爾獎級別的科研了」。

設定目標時,「是否對他人有用,能否讓人幸福」非常重要。山本回憶說:「如果滿足這些條件,就絕對不會選題失敗。‘分子技術’研究領域聚集起來的正是擁有這些目標的研究人員」。

挑戰「未來分子」,開拓未知領域

「分子技術」專案迎來了最後一年,立項7年來取得的成果數不勝數。山本主編的分子技術解說圖書《Molecular Technology全4卷》也已經出版,現在分子技術的概念已在全世界範圍得到確立。

山本說:「從柏拉圖和亞里斯多德時代開始,解析(Analysis)和創造(Synthesis)就一直在支撐着科學的隊形變換」。 山本強調,具備「解析」和「創造」這兩大科學起源的分子技術今後需要進一步隊形變換。「化學是從大宇宙通往小宇宙,是連接我們能感知到的可視世界和原子及分子等肉眼不可見世界的唯一橋樑」。要想讓這座橋樑變得堅固無比,離不開既是「解析」分子結構的學問,也是「創造」化合物學問的分子技術。

山本說,分子技術的下一個目標是「從人類希望這樣,到創造出讓人類驚訝的‘這也能夠’的創新,挑戰未知的分子世界」。

爲了以超低成本製造新一代藥物,山本自身也在大力開發合成肽的路易斯酸觸媒,他的夢想是日本能製造全球所需的所有的肽。山本開拓未知領域的意願沒有止境。

日文原文

原文:JSTnews 2019年10月號
翻譯·編輯:JST客觀日本編輯部