1、1从田中耕一获诺贝尔奖看科技创新与成果转化摘 要：通过阐述生物大分子质谱仪的研发过程，分析了日本的科技创新和国家创新体系建设情况。 关键词：田中耕一 科技创新 国家创新体系 中图分类号： 文献标识码：A 据世界银行估算，中国的科技成果转化率平均只有 15%，专利转化率只有 25%，专利推广率则在 10%-15%上下浮动。另外，教育部组织清华、复旦等国内 20 所高校联合完成的一项调查显示，我国高校每年取得的科技成果在 6000 项至 8000 项之间，但真正实现成果转化与产业化的则不到 10%。这些数据表明，中国的成果转化率不仅低于美、日等发达国家，而且也低于新兴工业化国家。在这一方面，日本做
2、得非常好，虽然中国和日本的国情并不相同，但他们的经验依然值得借鉴。 1、 “死亡之谷”和“达尔文海”的问题 在科技成果转化问题上，学界一直有一个“死亡之谷”的说法，即科学研究和发明同完全产业化之间存在着一条鸿沟，许多科研成果无法越过这条沟。后来，美国学界认为“死亡之谷”的说法不够形象，提出了“达尔文海”的概念，认为只有基础研发的各项成果存在着互相竞争的关系，才能通过竞争，在不断地拼杀中变成发明和创新。所以，与其用“死亡之谷”形容科技成果的转化，还不如说隔着一个“达尔文海”更好，这意味着不仅是任何成果都可以通过去，实际上还有一个成果和2成果之间的竞争问题，所以，用“达尔文海”描述科技成果转化率低
3、的情况会更精准。 日本学界又进行了延伸，认为基础研究、发明同产品开发、创新之间存在着“达尔文海” ，新开发的产品，必须通过互相竞争的形式才能够形成产业化，即高新技术产品之间会在“达尔文海”进行竞争，有些产品脱颖而出，开始构建新的产业。实际上，要把一些基础研究的成果变成真正的产业化，过程是复杂的，既要通过“死亡之谷” ，又要越过“达尔文海” ，也就是说中间的问题和因素还是比较多的。 2、田中耕一做的工作 我们今天不展开学理上的讨论，只谈这么田中耕一这个人。最近，有关田中耕一的议论比较多，主要因为他的经历比较传奇，此人没有硕博士学位，没有留学经历，没有高级职称，属于“三无人员” ，但却在 43岁时
4、获得诺贝尔奖。我们知道，在中国，如果没有 SCI 论文或者核心成果的话，科学家基本不可能拿到研究经费，无法进行学术研究。但是，在日本，即使是像田中这样的人，也可以做出成就。 田中主要因为做了可以检测蛋白质的质谱仪而获得诺贝尔奖。下面我们简单介绍他的工作。 我们知道，氧气有 32 个分子量，但蛋白质的分子量在一万个以上。这样就给科学家提出了一个难题，因为只有知道物质的分子量，科学家才能区分不同的物质，然后进行科学研究。所以，只有设法获得单个分子，才能测出分子量，如果无法获取单个分子，能够拿到单个离子的话也可以，因为电子的质量可以忽略不计，这样就知道分子的质量，然后3可以区分蛋白质的类型。可科学家
5、面临的问题是，一万多个分子量像一个大线团一样裹在一起，人类怎样才能从中抽出一根来？如果不这样做，生命科学就不可能进一步发展，因为人体内主要是蛋白质问题，就是说蛋白质基因突破了之后，一定要研究蛋白质，蛋白质研究清楚之后才能真正揭开人的生命现象，不然的话，只知道结构，不知道功能，但是研究的第一步，需要把蛋白质的类型分清楚，分清楚首先要把量测出来，而要测分子量，就需要把单个分子整出来，这就是一个非常头疼的事情。那么，方法怎么解决？其实那年获奖的是两个人，另一个人是用电子枪轰击，相当于用质量冲击一大堆捏在一起的乒乓球，分离出单个的分子，还有一个办法是用激光，即利用光所产生的能量瞬间升温，解析出分子来。
6、但是这两种方法都有缺陷，用质量冲击的，则会冲断分子；使用激光，如果升温慢的话，会导致分子断裂。对于当时的科学家来说，这是个难题。1985 年，田中耕一想到了一个瞬间升温办法，即使用纳米作材料。纳米的比表面积比较大，就是说越小的时候，面积越大，吸热更快，可以达到瞬间升温，引爆出单个分子。后来，另一个人也解决了这个难题，所以两人都获得了诺贝尔奖。 当然，不但要知道分子量，还要测出其空间结构。这个东西与大家都比较熟悉的一项研究成果比较相似，即人工合成牛胰岛素。大家知道一般合成的是怎么回事呢？要把这个东西的分子量搞明白，最好知道他的结构，就是三维结构，然后知道结构后就朝着他的方向进行合成。当然，人工合
7、成牛胰岛素是我们不知道结构的情况下合成出来的，之后回过头来再去琢磨它的结构。 43、田中耕一的成长经历与国家创新体系建设 现在的问题是，田中耕一怎么能做出检测分子的质谱仪来？这就不得不谈他的成长经历。在国家创新体系里，既有教育的问题，又有人才等等多种因素，当然也包括一个氛围很好的工作环境。 先简单介绍一下他的教育背景。1959 年，出生于一个普通的日本家庭，还没满月，母亲就去世了，由于家境贫穷，从小就被父亲托付给了叔叔抚养。他叔叔当时已有三个孩子，最大的 12 岁，最小的 8 岁，家境也不宽裕，所以田中从小养成了算小的习惯。需要指出的是，正式这种算小的习惯在未来的一个偶然机会中促成了他的成功。
8、在科学研究中，智力固然重要，但是非智力因素的影响也很大。由于与兄长的年龄差距比较大，因为田中又养成了喜欢独处的习惯，性格比较安静。这个性格对他的成功也起了非常重要的作用，在以后的重复试验过程中，他不会产生厌倦感。 日本的教育制度对他的影响也很大。在日本，中小学等教育资源没有明显的区域集中现象，因此，孩子可以就近上学。当没有升学压力的时候，孩子们会依照自己的兴趣学习。小学教师的素质也很好，除非是师范专科毕业，其他的均是本科以上学历。小学三年级就已开设科学课程，培养小孩子们养成观察自然的爱好，而不是在书本里找答案，这是一种求异的培养过程，不同于求同的教育模式。同时，政府持续投资，建设大量科技馆、图
9、书馆和儿童馆，并在城市设计中有意形成三公里之内有一所公共图书馆的格局，存有大量藏书。这样，孩子们从小就对大自然产生了浓厚的兴趣。我们知道，兴趣是从事科学研究的基本出发点，5有兴趣的话，再苦的事情都会做。所以，如果中国的教育不能像美国和日本那样有创新意识的话，即使我们在末端再作努力，也很难做出创新型成就。那么，田中就是这样的，从小就往科技馆跑，图书馆也经常去，这样一种训练的结果导致他进入东北大学后可以迅速进入学业。 日本的大学教育也很特别。日本的高校，实行宽口径教学，分为文科和理科，各自又分为三类。为什么分三类呢？比如说生物和化学分在一类，数学和物理分在一类，工程技术又是另外分类。在小的分类里，
10、不分专业，到三年级的时候，学校会根据学生前两年的成绩，让学生自己挑选专业，成绩好的可以优先挑选自己喜欢的专业。到三、四年级，学生开始进入教研室，跟着老师学习和研究。这样会有两个结果，一个是挑选专业的时候比较明确，可以选择自己满意的专业，第二个是学生们在大学的前两年会非常努力，不会放任自流。所以，中学和大学的过渡阶段很成功。这种管理方法的质量一定会非常高，学生知道自己的长处所在，而且是通过努力争取到自己想要学习的专业和知识，会非常珍惜这样的机会，对他未来的创造是有帮助的。 4、日本的企业科研模式 现在谈谈田中毕业后到企业里去会怎样。我们可以看到企业是如何选择课题的？众所周知，高等院校是做基础研究
11、的，可以自由选题，但是企业却不一样，需要追逐利润，因而课题的选择也大多比较灵活和实用。田中能获得诺贝尔奖，最主要的是他能够找到一个有价值的课题。在学术研究中，如果知道是有价值的课题，科学家们就愿意为之付出，如果所选课题在很长时间没有成就，会造成浪费，所以选题很重要。 6在日本和德国，我们会看到这样一种现象，科学家选择的课题往往都是做 10 年到 20 年，诺贝尔奖也一个一个来，所以如果在一个领域里能够做 10 年或者 20 年的话，就一定会有所专长。但是中国的情况却不同，现在所采用的课题制方式，导致研究项目不连贯，科研缺乏积累，很难出现重大的原始性创新。这又回到最近讨论比较多的一个话题，就是竞
12、争性经费和非竞争性经费怎么解决。在日本，每个科研人员都有一笔稳定的科研经费，数额并不大，相当于一个人的年收入的十二分之一，由科研人员自己负责支配，因而，如果科学家想做自己感兴趣的研究，即使没有立项，也可以暂用这笔经费开展研究，这样会形成诱导性的种子，三五年之后，搞出一定眉目后，就可以做出一个大的项目，然后申请大量科研成果经费。而我们却不同，现在的竞争性经费支出太厉害了。当然，这与以前中国贫穷有很大关系，当时国家财政比较困难，科研经费不足，如果撒胡椒粉，人人都有稳定支持，必然造成个体研究经费均不足，无法集中力量开展大规模研究。但是现在我们经济条件好了，却依然沿袭当年的分配模式，就必然导致资源利用
13、率低。所以，这些问题怎么解决？一个国家的创新体系如果没有整体设计的话，没法办成。 那么，日本的企业是怎么选题的呢？1980 年代，日本处于前泡沫经济时代，财政宽裕，科研经费不成问题，但问题是做什么样子的研究？1965 年，激光技术发明了，大家都想着向军事方面开发，岛津制造所就想将其应用到民用产业。问题是一开始大家都不知道激光能做成什么产品，那就给企业一些钱试试。做什么东西呢？首先做的是激光手术刀，但之后到以色列、德国等国家考察，发现激光刀 10 年之内不可能变成产7品。作为企业，持续投资 10 年是可以的，但是周期太长便不愿意干，他们就撤退。那么做了一个什么东西呢？当时就做了塑料切割，但是因为
14、塑料加工成本太大，没有赚到钱，于是就把它变成医疗器械，用激光冲击血液或者小便中的葡萄糖，进行测试，在当时的情况下没有做成功，最后，改成测试半导体加工时候的表面物质测量。当然，这些仪器设备探索了很久，但是没有形成一个非常好的产业。其实开发一个产品，对于他们公司，同样，即使像他们这样敏锐的公司，也只有一条路，坚持。1981 年，日本人截获情报，发现德国人 1979 年开始用激光测蛋白质。今天大家看来不稀罕，上网就可以知道哪个公司在研究什么课题，那时候搜集情报很不容易。这说明，日本在这方面做得非常好。可以这么说，西方的任何发明专利，都被翻译成了日文，而且给全社会所有企业享用。反观中国，各个企业要想用
15、这些资源的话，都要付钱。后来，搜集到信息后，他们就开始这项研究。当时，德国人已经做了两年，日本人为什么敢模仿？这与他们当时判断有关，岛津制造所分析自己有优势，1981年，德国人的计算机工业很落后，但日本在这方面却做得很好，可以进行数据叠加，他们认为，只要我们把计算机做好，我们就能把德国打败。当时他们要搞个什么东西呢？就是把激光打进去，用电子计算机进行数据叠加，而非使用传统的模拟信号，测出来蛋白质的波。那么现在就是看大家的努力，看谁能把分子量解析，这是个最重要的问题，看谁的本事大，更何况在末端，在记录仪方面，日本一定会赢过德国。 此时，岛津制造所需要组织一个团队。1983 年课题刚开始一年的，8
16、田中开始加入这个团队。那么他们怎么选择这个留级生呢？后来，当时的科研部部长做了如下解释：当时田中来实习的时候，他问过田中，你是学电子的，怎么要到我们这里来？田中说，我原本是想学医的，因为我考上大学的时候拿到户口本，知道了自己的身世，但当时大学的大类都已经报好了，报的是理工类，没报医疗类，又无法更改，但真的想要好好学医，以挽救更多母亲的生命；读大学的时候，因为打工，两年内没有把规定学分修满，就留了一级。但是，我有一个强烈的愿望，真的想要在医疗器械方面的研究有所发展，以为没有机会了，没想到学了电子后还可以搞医疗器械，某种程度可以遂了自己的心愿。科研部长认为这个孩子有这份心，就把他留下来了。之后就分
17、配到这个部门，搞医疗器械的开发。我们可以看到，选题、选人和用人就是这么个结果。 在这个题目上，日本人激光有优势，计算机有优势，大家后来发现他们的纳米技术也有优势，1985 年之前只有日本在搞，日本早期干这个事情，是把优势结合起来形成一个产品，这样就容易成功。 那么，这个单位的情况怎样呢？他这个团队当时的核心成员有五人，从学历和年龄构成看，博士一人，硕士两人，本科两人；平均年龄不超过 30 岁，最大的博士生也不超过 35 岁。诺贝尔奖大家研究的很多，最近有人做了统计，25-45 岁是最高峰的年龄，一般来说 37 岁是顶峰的年龄。 我们可以发现，这个团队中没有院士，仅有一个 35 岁的博士作负责人
18、。再看这个学科专业，你会发现北京大学做不到，中科院也做不到，这就反映科研的模式问题。真正的开发一个新的产品，问题导向是各种各样的专业，科研是根据问题来的。这个团队就是各种各样的人9放在一起，干一件事情，可以互相弥补。在技术发明过程中，是讲究将更多的技术叠加应用，需要多学科的交叉协同的研究方式。日本不一定要把问题扎的很深，不需要有大的突破，但是他可以把你知道的东西、他知道的东西去集合成一个适合的产品来，把团队拧成一起的优势。 另外，日本人是长一岁加一份工资，这样的话，大家不需要躲躲藏藏，手上有活的话，不需要藏着掖着。不像中国，大家有点绝活的时候，实际上是不教的，甚至不教自己的学生，至于项目怎么申
19、请的，设计的具体情况是不会告诉学生的。而在日本没有这个事情，就是共同合作，干出事情来光荣，干不出事情来，我也得不着什么东西。这种合作方式比我们现在这种模式要好一点。当然，美国这种重点实验室，往纵深方向推，科学研究可能会好一些，但是市场拉动型的东西，未必比日本强。要制作产品的原理是这样的，用激光冲击蛋白质，等到其挥发，挥发的过程中会带上电子，重的跑得慢，轻的跑得快，根据速度可以知道质量大小，用激光解析，撞击的时候把电子信号记录下来。但是难题就是，激光照到分子后，分子就会碎片化，当时田中也不知道怎么办。此时，应用物理专业的那个同事告诉他，可以试试纳米材料，结果数据果然上去了，但也只是到 1500，
20、当时，如果要在 Science 或者 Nature 上发一篇论文已经不成问题，因为他发现了一个新的试验方法。但是再往下做也做不下去了，怎么办呢？他看到一个英国人提出加上液体，效果也上来一点点，但是添加什么液体呢？在经过长时间的反复试验后，有一天田中错将甘油倒进了纳米材料里，按理说应该倒掉，但是田中有算小10的习惯，不舍得倒掉昂贵的纳米粉，他认为甘油是挥发性的，等它挥发干了就可以重新做实验，同时，为了加速甘油的挥发，他使用激光加温。这次偶然的失误，让田中团队发现了里边的重大秘密，于是得出一个基本结论，纳米粉是需要的，同时还需要一种可以急速挥发的这么一种气体，这就是甘油。沿着这个技术路线走下去，这
21、个数据就不断攀升，但是达到 4000 多的时候却又无法升高。这时，大家发现一定是实验仪器设备不行，分辨率太低，意味着需要重新调整实验装置。 这个时候又回到一个问题上来，在北京大学，我们不做仪器设备，科学家的仪器设备大都是购买的。但是，实验做到这种程度，其他人也没有这种设备，于是他们就通过公司自己搭建了一台非常好的设备。这台设备解决之后，很快就将数值撞到一万以上，我们知道蛋白质的分子量是一万以上，所以就做出来了，技术问题解决了，仪器设备的问题也已经解决了，实际上创新成果已经出现了。发明已经解决了，问题是怎么把它变成仪器卖出去。 5、从领跑到跟跑 这个东西如果让别人知道，显然是不成的，企业一定会申请专利，岛津所申请了专利，课题组也就散伙了，由于语言问题，最后在美国申请了一部分专利，在日本把能申请的全部申请到了，这样一个题目就结题了。 原理已经明白，样机也出来了，现在就不是科研部门的事情，需要开发产品了。岛津制造所就把田中分配到生产厂，让他做技术指导。现在就回到我们经常讨论的，要把样机变成一个产品并不那么简单，因为
