馬大為在實驗室(圖片由受訪者提供)
馬大為說自己愛打牌,橋牌、拖拉機、爭上游、摜蛋,什么牌都可以打。
事實上,他半年都難得打一次牌,平時最多的休閑活動是散步,更多時間扎進了文獻堆、實驗室。
這位1963年出生于中國河南的化學家,多數時候不按常理出牌。
他少年時代的英雄是數學家,也夢想成為一名數學家,然而高考發揮失常,讓他去到了化學系,成為一位化學家。
1994年,他從美國留學歸來,任職于中科院上海有機化學研究所,從事有機合成和藥物化學研究。這是由中國政府創辦、中國自然科學的最高學術機構,可他最早、最重要的科研成果,并非來自政府經費支持的科研項目,而是一個合作單位的100克活性化合物的制備需求。
2021年以前,他的全部科研生涯都在中科院上海有機化學研究所,58歲的時候忽然轉去深圳的南方科技大學建立了新實驗室。
“你們單位是不是還有另外一位‘馬’?”馬大為時不時會收到外國同行的好奇打聽。
這兩位“馬”,其實都是同一個馬大為,同時在做兩個領域的研究。
馬大為最為人稱道的成就,是突破了烏爾曼反應所需高溫、強堿、使用大劑量催化劑等苛刻條件和普適性差的局限,發展了氨基酸和草酰二胺兩代配體,在此基礎上發展的一系列催化偶聯反應已經得到數千次應用,被國際同行評價為“現代藥物發現最常用的方法之一”,“每天都要用的反應”。
德國化學家 Fritz Ullmann 在1901年發現烏爾曼反應,是形成芳基-雜原子鍵的最重要的方法之一,但是原來苛刻的條件限制了它的應用。馬大為和其他國際同行的努力大大改進了這個反應,使其在有機合成、醫藥、農產品、染料以及有機導體、半導體等方面有廣泛應用。
馬大為仍在繼續探尋更高效的第三代催化配體,而催化偶聯反應研究僅占到他全部研究工作的三分之一,他更多的時間用于天然產物全合成和藥物化學。他發展了以分子內氧化偶聯為代表的一系列合成策略,完成了六十余個復雜天然產物的合成;在藥物化學方面,他研發了具有治療神經退行性疾病作用的細胞壞死抑制劑、治療肺癌的新型EGFR抑制劑,都已進入臨床階段。
中國科學院的2019年度杰出科技成就獎,對馬大為的主要科技貢獻描述為:在合成方法學和生物活性分子的高效創制方面做出系統性和原創性的貢獻;為中國合成化學的發展做出了基礎性貢獻。
馬大為的科研成就很多源自、受益于產業端的需求。他算了算,過去二十多年里,自己的研究經費約有一半來自企業。他呼吁年輕研究人員多與產業互動,同時并不諱言目前基礎研究隊伍膨脹過快,有很多研究成果不可轉化。
盡管中國自2013年起連續成為全球第二大研發投入國,相比美國、日本等國家15%-20%的基礎研究投入占比,中國的基礎研究投入占比一直較少,2021年取得史上最高成績是6.5%,應用研究占比常年在11%左右,試驗發展則在82%以上——它們多數是由企業在投。
同時,越來越多的中國企業開始涉足基礎研究,政府也出臺了相應的鼓勵政策。2022年10月,中國財政部公布了一項關于企業投入基礎研究的稅收優惠政策,對企業出資給非營利性科研機構、高等學校和政府性自然科學基金用于基礎研究的支出,可按實際發生額按100%在稅前加計扣除。
馬大為的經歷,可能是中國科研故事的另一面。來自產業端的需求,能否推動中國在基礎研究和應用研究走得更遠?是否中國科創的未來潛能所在?
2022年10月末,南方周末記者采訪了中國科學院院士、中科院上海有機化學研究所研究員、南方科技大學化學系講席教授馬大為,以下是對話內容:
大部分成果不可轉化
南方周末:有人統計了你發表的論文,迄今為止超過300篇,這一數字是否準確?對這些論文報告的研究發現,你對它們的應用、轉化情況是否滿意?
馬大為:完全是由我自己寫的、從頭到尾組織的應該不到300篇,大概260-270篇,和許多同行相比數量并不多。論文工作的應用分實驗室用途和商業化用途兩種,實驗室用的大約有50篇,應用量比較大,有幾千次。但是只有6篇論文的工作被用于真正商業化、進入工業化生產。目前我對這個結果還是滿意的。在我們這個領域,能有那么一個成果轉化、上生產,都很不容易。
南方周末:為什么轉化這么難?
馬大為:寫一篇科學論文,你可能只需要考慮一兩個指標,有特色,比前人的工作有進步,研究就結束了;但要把一個科學發現變成產品,可能要考慮幾十個指標,任何指標不能滿足就可能夭折,難度更大,要克服的問題更多。這也是科研和轉化之間落差大的一個重要原因。
我們不是不想做成果轉化,我在想,年輕學者也想。轉化可以帶來經濟上的好處,很多人都有沖動。按照我們現在的科技成果轉化獎勵政策,大部分的收益歸個人,稅收也有優待,我覺得很難找到比這更好的政策了。我們的問題在于,大部分研究成果是不可轉化的。
我們做科研,不單單要考慮自己的興趣、好奇,也要結合社會需求和用戶需求,把科研做到一定的高度,大家自然而然就會接受。如果能把你研究的東西做得像傻瓜相機一樣好用、大家都愿意用,商業化的可能就多了。
100克的制備需求
南方周末:烏爾曼反應,當初是如何進入你研究視野的?
馬大為:我們的合作伙伴,希望我們制備一個用于抗乳腺癌的活性化合物,需要100克。如果是做細胞實驗,只需要幾毫克,完全不用考慮成本,但數量大了,按照過去的技術路線來制備,成本會非常高,這逼著我們去想有沒有其他可能的路線。
這個更經濟的路線就是利用天然氨基酸和芳基鹵代物偶聯來制備關鍵中間體,為了實現這個轉化我們篩選了很多催化劑,最后發現用一個經典的烏爾曼反應的催化劑(也就是銅)就可以實現。在這個過程中,我們猜想氨基酸跟銅結合、加速了銅催化反應,這可能是我們反應不需要高溫、也不需要太多的銅催化劑的原因。這可以說是一個很偶然的發現。
基礎研究是沒辦法預測的,這也是它的魅力所在。有時候可能就是你因為有其他需求,很偶然地走到了那個地方,發現那邊有條新的道路。已經走到那個地方了,要是我們沒有發現它,倒是我們的失誤了。
南方周末:這個發現的由頭確實讓人意外。你們最早在1998年的論文中報告了這一發現,后來它是如何應用到產業的呢?
馬大為:我們本來就希望這樣一個反應能用于實踐,不單單我們可以用,其他人也可以用。1998-2003年,我們發表了一系列論文,也沒有刻意推廣,后來有人看到我們的論文并把部分工作用于工業生產,后來還發表了論文介紹他們使用我們催化體系發展的制藥工藝,一家荷蘭公司、一家愛爾蘭公司,在論文里向我們致謝。
我們申請了中國專利,但當時經費有限,沒有申請外國專利。后來一家日本公司有意使用這個方法,特意來詢問我專利情況,得知我們沒有國際專利時,就說可以放心使用了。
這也是基礎研究的一個特點吧,論文公開發表以后大家都可以使用,我們也經常使用國外科學家公開發表的成果來生產所需要的化合物。我也很高興,我們的成果也能夠讓其他科學家、企業使用,也算是我們對這個領域的貢獻吧。
南方周末:后來你們發現第二代的銅和草酰二胺的催化體系,也是以同樣的方式轉化嗎?
馬大為:我們原來是偶然走到了這個領域,后來發現這個領域這么重要,大家都喜歡用我們的催化體系做他們研究的工具,就想著如何把這個工具做得更好,提升催化活性、可用性,讓大家用起來更方便。
2005年開始繼續實驗,2015年我們才找到第二代催化劑。這次在發表論文之前,我們就申請了國際專利,同時也開放授權,也不指望這個催化劑能夠賺多少錢,而是希望大家能夠去用。如果產品利潤好,可以分我們一點專利費用,如果不好也沒關系,使用的時候能讓我們知道就好了。
催化劑,就像是做菜時用的味精一樣,經常要用到但量不大。有一些公司需要使用我們的催化劑,但自己不生產,于是2018年底我們成立了一個公司來生產催化劑,推廣它的工業化使用。同時我們也使用自己的催化劑開發藥物的創新生產工藝,現在已經做了好幾個上噸級的工業化生產了。這也是一個從基礎研究到產業化的例子,主動權在我們自己手里,推廣也更快一點,同時我們也可以從中獲得收益。
南方周末:烏爾曼反應的最早發現是在1901年,有機化學發展起來之后才有了產業應用,而從你這兩代催化體系的產業化情況來看,轉化速度越來越快。
馬大為:是的,有些科研成果,可能等到原創者去世了,才會進入產業應用、走進日常生活。現在這樣的循環越來越快了。除非你做的是很早期的研究,我們大部分人做的都是實驗科學,你用到的原材料、設備都是跟這個社會密切相關的,你只要了解社會需求,你的成果在某個方面有改進、對社會有幫助,就是一個很大的貢獻。
當然,這里面也有一個悖論。你一開始可能根本就不知道有什么樣的需求,你沒考慮這個,轉化就比較難了。
像我們第二代催化體系,第一篇論文發表在2015年,更多的論文是最近5年發表的,現在基于這些論文的結果已經有三個產品在進行工業化生產了,利用我們催化技術生產的藥片已經被患者服用。
把“問題”變成“課題”
南方周末:這樣的轉化速度,與你個人比較了解業界需求、與業界互動是否有關?
馬大為:現在全球有30%-40%的化學藥物在中國制造,將來可能還會有更多,在這個大背景下,如果沒有我們中國人在原創生產工藝和能夠工業化的反應方面做一些貢獻,也說不過去。
中國有這么好的產業場景,我們隨時隨地可以去企業看、了解他們的需求。企業可能會提10個甚至50個不同需求,我可能當時一個都解決不了,但是我知道了這個需求之后,過了一年甚至五年,忽然有了一個主意,可能解決他的一個問題。這不就是一個很好的循環嗎?
二十多年前我就開始這么做了。剛回國的時候,國家科研經費有限。過去這二十多年,我拿到的政府研究經費在行業平均數以下,但是并不感到缺錢,主要是我的研究經費大約有一半都是從企業來的。
在90年代,江浙一帶已經有很多外向型的制藥企業、產品出口到國外,技術方面要參與國際競爭,肯定有自己的獨到之處。現在發展得就更好了。我一直跟年輕人講,千萬不要想著自己做的就是高精尖的東西,很多企業早就在做了,早去跟這些企業接觸,就能了解很多東西。
南方周末:這和大多數人想象的不太一樣。
馬大為:可能在大眾眼里,我們這些做科研的,就是鉆在大學、研究所的象牙塔里,但其實我們做研究用的材料、設備、經費都來自社會,我們也應該給社會一些看得見、摸得著的貢獻。
和企業接觸時間長了以后,我們發現他們生產中遇到的很多問題,是完全可以上升到基礎科學的問題,需要花很多時間、精力來解決。
我在美國留學的時候,發現很多教授也是這么做的,經常去企業交流,知道了企業需求之后回來就變成自己的研究課題了,這些課題比你憑空想象的那些問題可能切合實際,也更重要。
馬大為和學生在實驗室(圖片由受訪者提供)
南方周末:那你最早是如何開啟和產業的互動呢?
馬大為:一開始是企業來找我們,后來我們也自己到很多企業去交流。再后來我自己也培養了很多學生,有幾十個在高校,大部分在企業做技術工作,我們經常有聚會,他們有問題也很樂意來問我,這對我來說也是一個很重要的循環,對我的科研很有啟發。
南方周末:科學家創業,是科研和應用結合起來的好方式嗎?
馬大為:這應該是一個很重要的出路吧。當然,科學家創業,不是說什么都自己來,還是要找職業經理人來運營。我自己也創立了公司,但是我可能一個月都不去一次公司,我主要負責它的發展戰略和技術方向,具體經營有專門的團隊負責,我不需要知道公司有多少產品、在哪里生產、具體客戶是誰。
人才去哪了?
南方周末:科研成果要更好地轉化為社會生產力,還可以從哪些方面優化?
馬大為:我一直鼓勵年輕人要跟不同行業交流,去產業界交流,了解社會、行業需求,了解的多了以后可能你對自己的研究就有不同看法了。否則,大家都在一個自己領域的小胡同里轉來轉去,不知道外邊的天地有多大。
按個人興趣,可做的研究非常多,一輩子也做不完。如果能按照產業需求來做些有導向的研究,它的影響、重要性會更大一些。
此外,立課題的時候,你要考慮時機,如果不考慮時機,轉化的可能性有限。
我覺得現在的科研體系有一個很大的誤區。基礎研究,只能是少量的人做,如果讓這部分人不用為經費和生活發愁,他們的科研品位會更高一些,不去做過多跟風的事情。而我們現在做基礎研究的科研隊伍膨脹得太快。我們辦了很多研究型大學,每個研究型大學又招了很多博士,大家都覺得當大學老師體面、是鐵飯碗。
我對很多年輕人講,這可能是個坑,假如自己的研究發展不起來,你這輩子可能就陷在那里了。你有現在的聰明才智,早點去一個成長性好的公司,將來你對這個社會的貢獻、你的待遇都會好很多。
這些年,我們誕生了很多高技術的企業,需要大量碩士、博士人才,去發揮更好的作用,把高技術研發帶起來。國外大公司里也有很多厲害的碩士、博士,從事的研究,難度一點都不亞于我們大學的研究,現在中國很多科研型公司也發展到這個程度了。
但高新技術企業招不到心儀的人才,即使你給的工資比大學老師高幾倍,但是很多人還是想到有鐵飯碗的地方去。我還是想多呼吁,讓更多人能醒悟過來。
我自己也在經營公司,我們現在用同樣的甚至比美國更高的工資,招不來和美國同樣水平的研發人員。看起來我們培養了很多人,但是人才不知道到哪里去了。有些去考公務員了,還有些博士去中學當老師了。
南方周末:可在企業做研發也有另外的問題,南方周末科創力研究中心最近統計了A股上市公司研發人員的數據,就發現40歲以上的研發人員數量,在企業斷層式減少。
馬大為:那些有成長性、有追求的企業,還是希望能夠招到合適的研發人員,也希望在公司發展過程中把人才培養起來。
假如人到中年還沒有進入管理層、沒有發揮很大的作用、你的認知水平和能力經過十年還沒有很大的提高,公司可能會考慮人員的去留問題,這在一個競爭性社會、在任何職場都會出現。
這可能也是大家更愿意找鐵飯碗的重要原因吧,他感到穩定。
但是,這輩子都能夠看到天花板的事,我還是建議千萬不要再做了,因為這沒什么意思。
現在社會發展很快,信息化時代知識更新也很快,任何人、任何時候,你不努力,就會被拋棄。我現在也花很多時間看各種文獻,去學習新技術,否則也是會落伍的。
馬大為在南方科技大學校園(圖片由受訪者提供)
南方周末:你在中科院上海研究所工作了二十多年,2021年初加入南方科技大學,是為了尋找研究新靈感?
馬大為:有這個考慮,在一個地方待久了,可能思想、思路、研究模式會固化,深圳給我提供一個新的機會,南方科技大學有一批不同專業的同行,也許能碰撞出新的火花。
在我自己的科研生涯里,在催化反應方面花的時間可能不到三分之一,我感到自己很幸運,我還想繼續做更高效的第三代的催化劑,使我們的偶聯反應得到更多的產業化應用。另外,我還在做天然產物合成,這是一個更燒腦的事兒。
我們已經發現了一個天然抗腫瘤藥物的創新生產工藝,以目前最便宜、方便的生產方式做到產業化。同時,我們也在與人合作一些化學生物和新藥發現,當然這是一個很漫長的過程,偶然性也很大。這對我來說是一個挑戰,我也很喜歡挑戰。
南方周末:對比你剛回國時候,現在中國的科研環境,有哪些機會和挑戰?
馬大為:90年代,中國的科研有些青黃不接,我們那時候的年輕人,目標就是能夠把老先生們的工作繼承下來就不錯了,當然能夠稍微發揚光大就更好了。
沒想到,二十多年后我們能夠真正站到世界舞臺上參與競爭,這讓我們很自豪。當然,接下來我們的基礎研究和高技術發展要全面達到國際一流,還有很長的路要走,我們需要找準方向、找更好的工作方法,不可能像過去那樣粗放式發展,需要有很好的頂層設計、不同學科的共同合作和研究人員深入持久的探索,因為別人也都是這么走過來的,想實現跳躍式發展的可能性很小。
(本次采訪得到香港未來科學大獎基金會、香港科學院的支持,在此特別致謝!)
黃金萍