一、光觸媒技術
光觸媒也叫光催化劑,起源及發展於日本。上世紀80年代起,光觸媒風風火火的應用在各個建築上,從醫院的瓷磚,地板構成無菌室,大廈的玻璃牆面外表潔淨,一直到植物棚的降溫,光觸媒作為“金屬界的光合作用”享譽世界。
光觸媒之父—藤島昭,國際著名光化學科學家,光催化現象發現者,多次獲得諾貝爾獎提名。1942年3月10日出生於日本東京,光化學家,中國工程院外籍院士 、歐洲科學院院士,東京大學特別大學榮譽教授,東京理科大學第9任校長。藤島昭被譽為全球光催化之父,他最著名的貢獻是與他的博士導師本多健一共同發現和研究了二氧化鈦的光催化性質和超親水特性,此即"本多-藤島效應" 。
1966年藤島昭從橫濱國立大學工學部畢業後進入東京大學應用化學專業攻讀博士學位;1967年與導師本多健一共同發現二氧化鈦電極表面的水分子在紫外光照射下發生分解現象(即水的光解現象);1976年前往美國德克薩斯大學奧斯汀分校進行博士後研究;2003年從東京大學退休後擔任神奈川科學與技術研究院主席,同年當選為中國工程院外籍院士;2005年成為東京大學最初4名特別大學榮譽教授之一;2009年當選歐洲科學院院士;2010年擔任東京理科大學第9任校長。
藤島昭主要從事光催化基礎研究和應用,光誘導親水性,以及開發新材料,包括帶有光功能性質的奈米結構材料 。
由於民眾對可見光光觸媒的需求。光觸媒本身是利用紫外光來消毒、除臭、分解有害氣體,可見光技術則是將光催化的條件變得更加簡單普遍,光觸媒產品吸收室內光線即可發生作用。
事實上,這個技術並不簡單,光觸媒研究中心曾經嘗試單獨變化二氧化鈦的膠體大小,最終結果失敗,說明單獨的二氧化鈦配方是無法實現可見光光觸媒的。但是“以金屬強化金屬”的靈感現實之後,科學家將鐵、銀、銅等常見元素和硒、鎢、鉑等稀有元素參與實驗,儘管實驗還在繼續,但是人類已經可以控制很好的鐵、銀元素是目前在光觸媒新增劑中最為安全的元素。
但是,鐵與銀介質相比較,銀更佔據上風,因為從實際應用來看,適量的銀離子Ag+,具有消臭和殺菌的效果,也能幫助可見光光觸媒功效發揮的另一個重要成分。
從日本的光觸媒研發和生產行業中看來,光觸媒行業發展迅速,巨頭雲集,除日本大名鼎鼎的化工科研企業:東芝、TOTO、住友、PALCCOAT、太陽工業等,還有如keskin、Sagan株式會社、NANOWAVE、CATARISE、カタライズ等。
日本的株式會社研究光觸媒技術有20年,經歷的光觸媒的更新換代變化,從外牆工業裝到室內工業裝,再到人手一瓶的家庭裝,PALCCOAT擁有多項觸媒技術沉澱的結晶。值得一提的是,它們為東京JR地鐵、迪士尼樂園、東京大學、佐藤製藥廠、ANA全日空航空、保育園等重要公共場所提供噴塗施工,並且在日本高階酒店、樓盤都有應用。
相關資訊顯示,PALCCOAT的可見光技術已經透過實驗檢測證明有效,不僅可以消除甲醛、還能去除甲苯、乙醛,更是同時擁有除臭、抗菌、抗病毒(99.9%去除H1NI)的功效。日本標準甲醛、乙醛、苯去除率為0.17umol/h,PALCCOAT達到1.6umol/h。超出日本同類產品9.5倍效能。尤其是日本的家庭主婦對PALCCOAT的家庭裝也是愛不釋手,他們將Palccoat光觸媒家庭裝視為隨身旅行裝,無論是出行或是家用。
還有一家大名鼎鼎的東芝旗下產品,在日本的名稱叫做RENECAT,在中國叫做光蓓淨。二氧化鈦幾乎沒有不能吸收可見光。日本的光觸媒技術目前全球排名第一。
藤島昭最重要的發現——“本多-藤島效應”,但他曾經遭遇長時間的質疑,用藤島昭自己的話說,“直到現在,它在應用領域仍顯得‘超前’。”
藤島昭出生於1942年,早在1967年他在東京大學師從本多健一時,就發現了用紫外線照射二氧化鈦單晶表面的水時可分解出氧氣和氫氣的現象。儘管發現歷經很多波折,並且藤島昭一度為此興奮不已,但當他在學會上發表這個科學成果時,並沒有得到理解。“誰都不相信我,大家說電解一定是要加電的,透過電分解才叫電解,你沒有電壓就不能算電解。我反駁說,光也是能源,不一定要用電。但是,當時大多數人都沒有想到將來光作為能源使用,因為那個時候還沒有太陽能電池這種東西,這是人類第一次把光能轉化成了化學能。”
在5年的時間裡,藤島昭的發現一直遭到日本學界的批判,但藤島昭依然興奮,甚至看到綠葉他都能想到自己的研究,想到未來這一發現的應用價值,“因為這個實驗原理其實就是植物光合作用在金屬材料裡的另一個版本啊。試想,假如將來利用陽光就可以大量產生清潔的氫能,這是多麼有價值的技術!”
藤島昭將論文最終寄給了頂尖學術刊物《自然》雜誌,1972年7月他的研究成果得以在《自然》雜誌上發表,這就是著名的“本多-藤島效應”。此後,這一研究成果被認為開創了光催化研究的新篇章。在藤島昭的學生、中科院院士劉忠範看來,藤島昭是“現代光電化學的奠基人”。據介紹,光電解水、光催化自清潔等多種新技術正是從藤島昭的研究中衍生出來的。中國國家大劇院的外立面中就含有二氧化鈦,在光線下有強氧化能力,在有水的條件下能去除汙染物,成為光催化自清潔技術的典型應用。
二、肝臟祖細胞技術
日本研究人員曾經發明瞭利用人體血管內皮細胞培養肝臟祖細胞的新技術。肝臟祖細胞能分化為肝細胞等,該新技術或可用於重症肝病患者的移植治療。尤其是來自九州大學、京都大學等機構的研究人員利用細胞直接重程式設計技術,曾經向人體血管內皮細胞匯入3個特殊轉錄因子,成功培養出了具有高增殖能力的肝臟祖細胞。
肝臟祖細胞具有分化為肝細胞和膽管上皮細胞的能力。在肝細胞移植實驗中,研究人員給罹患致死率較高的急性肝衰竭的實驗鼠植入由肝臟祖細胞分化而來的肝細胞,成功將實驗鼠的存活率從20%提高到80%。研究人員認為,將來有望利用該技術給重症肝病患者進行移植治療。值得一提的是,這一重要的研究成果已發表在英國《自然·通訊》雜誌上。
三、滴血測癌技術
國際癌症研究機構資料顯示,時至今日,癌症依然是人類健康的“頭號殺手”。資料統計,全球五分之一的男性和六分之一的女性將在其有生之年患上癌症,八分之一的男性和十分之一的女性將死於這種疾病。日本厚生勞動省的人口動態統計顯示,癌症早在2016年在日本人死因排名中位列第一, 因此,日本科研醫療一直致力於癌症的預防治療。
對於可怕的“人類殺手”,世界癌症防治先進國家——日本,曾經推出癌症早期檢查的新技術,尤其是開發出的一項“滴血測癌”的癌症檢查新技術。
比如日本東芝公司曾經宣佈,該公司研發了一種新技術,能以99%的準確度從1滴血中檢出13種癌症,將於2020年起啟動實證試驗。東京醫科大學及國立癌症研究中心也共同參與研究,力爭數年內投入正式使用。
據日本共同社訊息,該技術透過檢查分泌在血液中的名為“MicroRNA”(微小核糖核酸)的分子種類及濃度,能在極早階段發現乳腺癌、胰腺癌、食道癌、胃癌、大腸癌等13種癌症。一旦投入實際使用後,有望提高患者生存率。
日本東芝公司也成功研發出可在短時間內簡便檢測RNA的晶片和小型儀器。據稱,相關裝置能在2小時內測出結果,價格也控制在2萬日元(約合人民幣1294元)以內。
東芝公司基於東京醫科大學和國立癌症研究中心的MicroRNA醫學研究成果,而研發出了相關檢查技術。據之前報道,東麗集團等機構的研究人員也在研發此類技術。但東芝方面稱,自身技術“在精度、時間、成本方面均具備優勢”。研究的具體情況將在日本福岡召開的“第42屆日本分子生物學會年會”上發表。
事實上,超過八成的早期癌症都是可以治癒的,但是由於篩查專案相對繁瑣,讓忙碌的人類望而卻步。再加上癌症篩查價格相對昂貴,導致許多人並不知道自己的病情,直到拖延到了中晚期,從而錯過了最佳的治療時間,最終苦不堪言,人財兩空。
根據統計,在日本癌症高發的年齡段往往集中在40-50歲左右,雖然日本政府曾經為民眾提供五大癌症檢測,但是都有年齡限制,比如大腸癌是40歲以上,胃癌是50歲以上,因此,很大一部分年輕人都沒什麼機會進行檢查,兒童的檢查率就更加低了。
比如日本人發病率最高的結腸癌來講,假如在早期發現、早期治療,5年的相對生存率能夠達到97.6%,,而到晚期則大幅下降至20.2%。如果這個簡單而又便宜的篩查方式一旦實現將無疑是全人類的福音。
日本人對於癌症預防的腳步絕不僅止於此,比如HIROTSU生物科學與福岡縣久留米市等合作開發出可以使用體長1毫米左右的「線蟲」從1滴尿中發現癌症。這項研究打算不久投入實際實施,而價格也相當便宜。
發現原理:器皿中在放入了癌症患者的尿液後,線蟲的動向就開始發生變化,它們開始逐步地向尿液聚集。接下來,在另外一個器皿中,放入了沒有患癌症健康的人的尿液,可以發現,線蟲並不會靠近這兩個點。這是因為日本的生物學家広津崇亮在研究線蟲的嗅覺時發現,在特定的環境下,線蟲可以“聞到”人類尿液裡癌症物質的氣味,並能高度精確地區分有沒有罹患癌症。因此,他把這個發現命名為“線蟲之鼻”(Nematobe NOSE),簡稱為N-NOSE。
這種線蟲沒有眼鏡眼鏡和耳朵,完全靠氣味生存,因此他們的嗅覺極為發達,全身擁有大約1200種不同的嗅覺基因,意味著這種線蟲可以分辨出1200種不同的氣味。
最終,利用這一檢測方法可檢測出0期至1期的極早期的包括胃癌,大腸癌,肺癌,乳癌,子宮癌,胰腺癌等這15種的癌症其中任何一種,並且檢出率高達87%。檢測費大約為9800日元(600多人民幣),值得一提的是,受檢者檢測時無任何痛苦,經濟負擔輕,容易實施推廣。
日本厚生勞動省早在2019年7月30日曾經發布報告認為,2018年日本男性平均壽命為81.25歲,女性平均壽命為87.32歲,均創新高。日本人長壽不僅因為有病能治好,還因為日本醫學會提倡預防醫學,鼓勵儘可能長期維護人們健康,並要求開展體檢規劃。
日本從1978年開始推行國民健康運動,尤其鼓勵老年人做長壽操、清淡飲食、定期體檢。高質量的空氣和科學合理膳食也降低了患病的風險。值得一提的是,日本政府每年都要為癌症、糖尿病、心腦血管疾病等患者支付鉅額的醫療費,為促進民眾健康生活,幫助中年人和老年人及早發現和預防疾病,減少政府財政負擔,日本幾乎每個城市都設有由政府出資建立的公立的健康管理中心,和當地公立醫院及大學附屬醫院等相互關聯,為當地民眾提供全面的健康管理服務。
日本的健康管理中心的主要工作是定期健康檢查。每個中心都配有很多先進的健康檢查儀器,比如核磁共振(測定腦和血管)、CT(肺癌的早期發現)、超音波(肝脾腎動脈等檢查)、體成分分析機(骨骼脂肪肌肉的檢查)等,為老百姓提供精密的健康體檢。體檢費用一般不高,並且主要是由自己的健康保險來承擔。
正因為日本政府和醫學會提倡的預防醫學理念,讓日本醫療不但在治療方面飛速發展,更使得日本在疾病篩查和預防方面遙遙領先世界。
值得一提的是,日本醫療也是全球公認的世界第一。日本不但除了乾淨的空氣,安全的食物,及健康的生活方式,關鍵是擁有很高的醫療水平。
比如WHO(世界衛生組織)之前曾經發表了一份最新的全球醫療評估報告,在報告中,日本再次蟬聯世界第一。近些年有越來越多的華人前往日本就醫。比如領跑全球醫療界的微創治療癌症、生物再造、重離子、質子治療等,而且也可以成為日本高階醫療裝置、新藥物的受益者。日本在癌症治療方面的領先技術主要有重離子治療、質子治療和託姆刀治療。其中重離子、質子放療是當今治療腫瘤最先進的放射治療方法,其臨床效果媲美手術刀。
四、再生醫療技術
所謂再生醫療技術包括:再生因子治療;促使組織、臟器機能恢復地理學療法;將具有正常機能、再生機能的細胞注入人體的細胞再生療法;利用沒有經過細胞重組的組織、器官進行移植再生療法;運用經過細胞重組的人工組織、器官進行移植治療的再生療法等。
值得一提的是,在眾多再生醫療技術中,幹細胞移植技術和誘導性多潛能幹細胞技術最引人注目,而多潛能幹細胞則被認為是再生醫療技術的革命性成果,受到再生醫療領域的高度重視。日本京都大學教授山中伸彌曾經於2006年發現併成功培育出誘導性多潛能幹細胞,並因此獲得了2012年諾貝爾生理學或醫學獎。
日本理化研究所和尖端醫療中心醫院的研究小組曾經宣佈,他們利用能夠發育成多種細胞的誘導性多潛能幹細胞製成視網膜細胞,併成功地移植到一名70多歲,患有滲出型老年黃斑變性眼疾的婦女右眼中,這成為世界上首次將誘導性多潛能幹細胞技術成功地應用到臨床醫療實踐中,意味著日本的再生醫療技術取得了全球領先的突破性進展。
日本在誘導性多潛能幹細胞的貢獻主要在幾個方面:1)該細胞具有不可思議的多潛能性質,只要有場地和資金,就可以在培養皿中無限地培養增值。而且,在不同的培養環境下,可以生長為有組織的神經、視網膜、心肌、血液、肝臟等身體器官的所有細胞。2)培養方法簡單易行,只需在微量的面板和血液細胞中注入不同的基因即可;3)隨著誘導性多潛能幹細胞的出現,過去胚胎幹細胞存在的破壞受精卵生命的倫理問題迎刃而解;4)這種新型幹細胞與以前研究成功的胚胎幹細胞不同,是利用從患者本人身上採集的細胞培養出來的,出現排斥反應的風險很小,更具有安全性和有利於臨床應用。
有關專家認為,誘導性多潛能幹細胞的醫療應用主要有兩大方面。一是從該幹細胞中培育出牙齒、神經、視網膜、心肌、血液、肝臟等人體所有細胞和組織,移植到患者的相關部位,使患者被損傷或病變的器官恢復健康。二是用於疑難病症治療藥物的研究開發。醫務人員可以採用該技術,從患者身上採集細胞培養成幹細胞,在試管中再現發病機制,並針對發病機制,在細胞級別層面有針對性地研發有效的治療藥物。這項技術的應用有望縮短新藥的研發時間以及降低難度和減少成本。
採用誘導性多潛能幹細胞進行的再生醫療技術雖然是最近才首次應用於臨床醫療實踐,但日本其他方式的再生醫療技術和研究已經取得了豐碩成果,為患者帶來了福音。日本之前已經投入臨床運用或試驗的再生醫療技術主要有:面板、軟骨和骨、牙齒及牙周組織、角膜、末梢性血管、心臟、肝臟、腎臟、神經(末梢和中樞)食道等。
在確保治療安全性方面,日本鳥取大學中山敏副教授利用乳腺癌患者本人的幹細胞,培養出乳房組織,並將其移植到手術切除的部位進行再生,成功地使患者的乳房基本恢復到手術前的狀態。以前恢復乳房形狀的主要方法是從患者的後背採集皮肉移植到被切除的乳房部位,風險很大,而透過移植幹細胞讓組織再生的方法可大幅降低手術風險。
橫濱市立大學透過模仿人體軟骨形成的過程,開發出了高效製作軟骨的新方法。研究小組採集了人耳郭的軟骨前體細胞,將其與源自人體臍帶的血管內皮細胞混合培養。約48小時後,軟骨前體細胞團塊中就形成了血管狀結構,並且生成直徑約3毫米的立體結構。這種軟骨培養新方法較為簡單,無需使用昂貴的生長激素,所形成的立體結構能用於移植實驗,在安全性方面具有很大優勢。
日本尖端醫療振興財團與神戶大學醫院合作,曾經開發出一種利用患者自身細胞實現膝蓋軟骨再生的新療法。研究人員從一名膝蓋軟骨損傷的青年女性膝蓋處採集了微量軟骨組織,然後將其所含的軟骨細胞在果凍一樣的凝膠中培養增殖,大約兩個星期後,將軟骨細胞連同凝膠移植回這名女性的膝蓋處,受損軟骨獲得再生。患者接受1個月左右的康復治療後出院。
在降低醫療成本方面,日本理化學研究所和尼康公司共同開發出了利用誘導性多潛能幹細胞,低成本批次生產移植用細胞膜技術。這項技術就是將京都大學教授山中等人所儲存的誘導性多潛能幹細胞大量生產出細胞膜片,可以快速、且低成本地將細胞膜片運用到患者身上。假如細胞膜片實現量產,醫療費可降低至100萬日元以下,大約為當前的十分之一。
值得一提的是,京都大學及理化學研究所研究人員從小白鼠骨髓細胞中成功培養出腦神經細胞。經過一個星期的試驗後,幾乎所有的細胞都變成了神經細胞,且其中約1/3的細胞具有神經傳遞物質。研究人員認為,假如該技術得到實際應用,根治腦神經頑症之一的帕金森症將成為可能,預計3年內便可應用到醫療實踐中。
事實上,早在2013年7月19日,日本厚生勞動省正式批准利用誘導性多潛能幹細胞開展視網膜再生醫療研究。日本政府已將再生醫療等尖端醫療技術作為“新經濟成長戰略”的重要支柱,期待透過發展和應用再生醫療技術,促進日本經濟增長。
日本有關方面已加大了在癌症、心腦血管疾病、誘導性多潛能幹細胞、人工面板、臟器、軟骨等再生醫療領域以及護理用機器人等尖端醫療技術領域的研發力度。日本政府並且期待透過促進醫療技術領域的進步,在世界上率先實現尖端醫療技術的實用化,創造出新的財富和就業機會。
日本運用誘導性多潛能幹細胞技術的再生醫療前景十分廣泛,比如腦梗塞、脊髓損傷、帕金森病、急性肝炎、糖尿病、乾眼症等病症都在其應用範圍內。一旦正式投入大規模應用,該技術將大大提高療效、減輕患者負擔,成為再生醫療方面的主力。
在日本,誘導性多潛能幹細胞應用方面已經出現商業化趨勢,並且相關風險企業如雨後春筍般大量湧現,日本人已經在角膜再生、改善心衰的心肌細胞、帕金森氏症和脊髓損傷的治療等方面展開進一步的研究試驗,日本政府打算準備在5~7年內轉入臨床應用,再生醫療商業化悄然開始。日本市場調查公司預測,到2020年,全世界再生醫療產品的市場規模將接近1萬億日元,且是2010年的30倍。
調查該公司對截至2020年的市場預測認為,利用誘導性多潛能幹細胞的產品規模還很小,帶動再生醫療市場實現快速發展的動力是癌免疫細胞醫療,以及利用原本就存在於人體內、能夠分化成其他細胞的“成體幹細胞”的技術。誘導性多潛能幹細胞的再生醫療市場預計至少等到本世紀20年代以後才能全面建立起來。據日本經濟產業省預計,到2030 年屆時將增加到17.2萬億日元。
五、化妝品製造技術
日本的化妝品製造技術可謂是精益求精,也成為何日本的化妝品如此受到全球追捧的原因。值得一提的是,日本極為堅持“健康無新增”理念,成為愛美的人士可以放心的護膚品。
日本化妝品在軟硬體上一直以來都是站在全球技術和時尚潮流的最前沿。比如在日本,化妝品產業是集知識、技術之精華的一個高科技產業。尤其在化妝品的研究上,日本人甚至可以深入到生物細胞的層面。日本在設計、成分運用、醫藥學、生物學等方面都擁有十分先進的技術。日本不但硬體過硬,軟體也十分先進,日本化妝品在設計上,更是下了很大的功夫。
日式淡雅風格,簡約大氣,化妝品的設計逐漸演化成時尚產品,甚至無法被簡單模仿。而且日本式的化妝品販賣方式以熱情著稱,近年來更被歐美效仿,並以此為基本推出品牌,在銷往海外時,其販賣方式也被學習參考。
日本在硬體及軟體兩方面,就是和化妝品大國——法國或美國比起來也都有超強的競爭力。
日本化妝品商品價值非常高,日本消費者對於產品的眼光十分尖銳獨到,那些品質不良的化妝品會隨時隨地被淘汰出市場,品質欠缺的、打擦邊球化妝品註定不會在日本市場獲得成功。因此,在日本市場的激烈競爭下存活下來的化妝品,無疑都具有其他國家與地區無法比擬的高水準。
日本擁有很多世界級的化妝品品牌,比如資生堂的,其實這個牌子一向很低調的,不怎麼推廣及不炒作。黛珂AQ,屬於高絲旗下的頂級品牌。Pola品牌,比較出名的是抗糖化,是日本頂級的化妝品牌之一,之前一直是皇室御用的產品。還有之前連續4年獲得過化妝品界IFSCC的最高獎項,目前還沒有其他化妝品牌超越過,BA算是最貴最頂級的。植村秀家最出名的卸妝油和眉筆。同時還有SK-II,歐珀萊、Lunasol、奧爾濱、ORBIS、three之類。
六、冶金技術
日本“最拿手”的看家技術就是鋼鐵冶金術,有訊息稱這項技術直接“甩開”美俄半條街,之前德國業內專家稱譽日本的鋼鐵冶金術才能真正算得上全球一流水平,且至少領先全球30年。
日本的這項技術到底有多強呢?論世界科技強國,很多人首先想到的是美國,因為作為世界頭號強國,不論在高新技術方面還是軍工製造領域,美國都是當之無愧的全球第一,其次的俄羅斯,也由於繼承了前蘇聯大部分的遺產,其工業實力也十分強大,尤其在軍工業上更是不容小覷,但在鋼鐵冶金方面,兩大國卻不敢說自己是世界第一。
事實上,日本尤其在鋼鐵冶金方面無疑是世界的翹楚,在三十年前,日本的鋼鐵冶金技術獲得快速發展,即使其它國家要想建造高爐還必須得到日本的許可證,因為在該技術領域,日本不僅擁有底吹技術、濺渣護爐、爐外精煉等技術專利外,即使連最具權威的鋼鐵冶金雜誌也在日本,所以放眼世界,全球最頂級的冶金專家裡,日本人佔據了絕大多數。
鋼鐵業是重工業的核心,幾乎各行各業都離不開它,尤其在軍事領域,無論一顆子彈還是戰鬥機,航母,潛艇的建造都與其密切相關。最能體現日本鋼鐵冶金技術的是XF91渦輪風扇發動機,其重達11噸的推力,即使連美國的F119向量發動機都無法企及。
由於鋼鐵冶金技術在該發動機上的運用,不僅提高了發動機的效能和質量,還減少發動機出故障的次數,從而使它的壽命得以延長,相應地也就降低了維修成本。如此先進的技術,必令各國都為之羨慕,日本由於具備這項重要的技術,讓日本獲得了更多的合作機會和潛在的利潤空間,假如其它國家想要使用日本的這項技術,就必須要花費重金請日本相關技術人員來進行操作,比如我們的寶鋼和韓國的浦項都採用到日本的技術。
無疑日本的鋼鐵冶金技術在全球是首屈一指,不僅打破了美國技術第一的神話,還可利用該技術為國家賺取收益,即使在全球鋼鐵企業虧本的情況下,日本依然能夠憑藉其無法代替的技術優勢從中獲利。