基于科学的创新研究&以商业产品诺贝尔奖科研成果为例_科学论文

基于科学的创新研究——以诺贝尔奖科学成果到商业产品为例，本文主要内容关键词为：诺贝尔奖论文,科学论文,为例论文,成果论文,商业论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

       科学与创新的关系正在发生悄然变化。过去，技术创新主要是由企业完成，科学家主要负责科学理论和方法的研究。然而19世纪末，随着化学、生物等基础科学的崛起，尤其是医药产业的迅猛发展，打破了科学研究与应用研究界限[1]，科学对创新的推动使人们认识到了一类新的创新——基于科学的创新(science-based innovation)。这类创新的发生与实现强烈地依赖于基础科学的新发现，由基础科学所推动的，可能产生一个新的技术平台或开发出一系列的产品应用，并且极大地促进相关产业领域的发展。

       然而在现有的技术创新研究中，学者们往往将科学驱动的创新与技术驱动的创新看作一类，或者将科学驱动的创新包含在技术驱动的创新之内进行研究，对基于科学的创新研究和实践观察重视不够。现实中，一些新兴产业，如生物制药业、基础化学材料业、纳米技术产业、新能源、新材料等新兴产业，均是依赖于基于科学的创新而建立和发展起来的。这些产业往往是经济中最具活力的部分，他们形成和发展可能引发新的产业革命，甚至推动社会经济范式的转变。

       因此，本文对“基于科学的创新”进行专门系统的研究，以商业化的诺贝尔奖成果为案例，研究基于科学的创新特点、规律及模式，从而推动学界对此类创新的认识与理解，为我国调整基于科学的相关产业的科技政策提供理论依据。

       1 基于科学的创新相关研究回顾

       基于科学的创新思想最早源于Pavitt对创新的产业分类研究。Pavitt对英国4000多家企业进行问卷调查，发现不同类型的产业技术创新是不同的。有“供应商主导”的产业、“生产密集型”产业，及“基于科学”的产业[2]。随后Pavitt提出了“基于科学的技术”(science-based technology)这一概念[3][4]。

       此后，随着化学、生物、医药产业的迅猛发展，改变了人们对技术创新的认识[5～7]。Mansfield探讨了科学研究对企业的重要性，如果没有相应的基础科学研究，平均有11％的新产品和9％的新工艺将不会产生，这一比率在制药、化学、信息等领域更为显著[8]。Marsili对各个行业中科学研究的不同角色进行分析，归纳出一些与科学高度相关的行业，如生物、医药、航空航天、化学制品等，这些行业的创新强烈依赖基础科学的发展[9]。Meyer对科技驱动的创新进一步细分，将基于科学的创新从科技驱动的创新中分离，并对科学与技术之间的相互关系进行了深入探讨[10]。

       基于科学的创新逐渐得到了学界的认识和关注。Coriat等给出了此类创新的定义：基于科学的创新是指被科学研究直接推动、强烈依赖于科学研究的创新[11]。与之相对的基于技术的创新是指以工艺工程和技术开发为基础的创新，对科学研究的依赖性较弱[12]。Cardinal和Lei对此类创新的特点进行了总结：产品通常受到专利保护；创新过程通常是特有的且难以复制的；企业之间存在基于产品技术特征的激烈竞争；研发投入相对销售收入之比很高；研发部门是企业的核心，为生产等其他增值活动提供重要的知识输入[13]。Styhre以新药研发过程为对象，总结了基于科学的创新的特点：需要大量的研发投入，新产品开发周期长，涉及复杂的内部和外部的组织安排和管理实践[14]。Pisano进一步总结了基于科学的创新特征：长期投资风险较大；研发过程存在众多不确定因素；需要跨学科的知识整合能力；需要持续学习以及知识的积累[15]。

       随着研究的深入，Coriat等将基于科学的创新分为“模式1”和“模式2”。模式1与“发达的科学”[16]以及Chandler[17]提出的观点大致相同，有三个关键的特征：学术组织与工业组织之间的劳动分工明确；研究经费遵循经典模式，公共资金资助学术研究，企业研发依靠自有经费；知识产权保护成为技术创新中的一个重要因素。“模式2”与“发展中的科学”模式相似，也有三个关键特征：公司内部的基础研究有着非常重要的作用；研究导向的中小企业大多数初期是亏损经营的，但依然被金融市场追捧，有极高的市场估值；“拜杜法”对知识产权的保护极大地刺激了这类创新，为公共机构的研究成果商业化打开了大门。林苞、雷家骕通过青霉素和晶体管这两个经典案例，对基于科学的创新模式与动态进行了研究，认为基于科学的创新显示出由科学发现驱动的线性模式，依赖科学与技术的互动[18]。陈劲等认为全球创新范式正在从“基于技术的创新”逐步走向“基于科学的创新”[19]。此外，林苞和雷家骕又对基于技术的创新和基于科学的创新进行了深入的比较研究[20]。

       随着经济社会的发展，“基于科学的创新”作为一种特殊的技术创新模式得到了学术界的认可和关注。但是相比其他创新领域而言，对基于科学的创新范式的研究还远远不够。现有文献对基于科学的创新的特点与模式以及科学成果如何商业化的过程研究还很缺乏。本文以商业化的诺奖成果为案例，从科学成果商业化过程切入，打开这类创新的黑箱，研究基于科学的创新的特点、规律及模式，加深学界对此类创新的认识，为我国制定相适应的科技政策提供理论依据。

       2 数据及案例选取

       本文选取1901～2014年的诺贝尔生理学或医学奖、诺贝尔化学奖和诺贝尔物理奖的获奖成果，从中筛选出已商业化的诺奖成果，作为本文研究的研究案例。之所以选择三大自然科学领域，有以下几个原因：

       (1)三大自然科学领域的诺奖成果大多源于基础科学研究。获奖者需要致力于最前沿的科学研究，从事未知领域的科学探索，并取得了基础科学领域的重大发现或开创性的发明才有可能获得诺奖。因此这些诺奖成果大都源于基础科学研究。

       (2)诺奖成果商业化可以称为最典型的“基于科学的创新”。首先这些创新源于基础科学研究并强烈依赖于基础科学研究。在创新过程中，面临众多不确定的因素，难以复制，研发风险与投入成本非常大，一旦取得突破后，将对相关领域产生极大的促进作用，并可能带动相关产业的技术革命，甚至催生出全新的产业。

       (3)诺奖成果商业化过程资料相对丰富。诺奖成果及获奖者的关注度较高，因此资料来源相对丰富，便于数据的搜集。

       在筛选商业化的诺奖成果案例时，本文遵循以下几点原则：

       (1)案例中的诺奖成果均有已上市的商业应用，不包括正在开发中的商业应用。

       (2)剔除了一些没有取得广泛应用的诺奖成果。如1908年物理诺奖成果是利用干涉现象使照片重现彩色的方法。由于这种方法很快被吸附原理的三色照相法取代了，并未取得广泛应用，因此没有包含在本文案例中。

       (3)剔除一些基于技术的创新。这里判断的标准主要取决于该创新是否源自于新的科学发现或新的科学理论。例如，1912年物理诺奖航标灯自动调节器的发明及应用，并没有源自新的科学发现或新的科学理论。因此，本文没有将其包含在案例中。

       通过细致梳理，本文最终得到59个已商业化的诺奖成果案例，其中物理案例16个(见表2)，化学案例19个(见表3)，生理医学案例24个(见表4)。本文统计了这些诺奖成果的基本信息，包括：年份、产品/技术、发现地点、参与商业的企业、经费来源、发现年份、应用年份。具体说明如表1：

      

       其中，经费来源，如果没有确切的资料显示这项研究受到来自外部的经费支持，如军方或政府的专项，则一般来源于获奖者所在的大学、企业或机构的研究经费；在确定科学发现年份时，遵循以下原则：首先追溯获奖者早期的研究，看是否由获奖者取得的科学新发现；如果不是，那么追溯到这一科学的发现者。如1909年的物理诺奖无线电技术，起源于电磁波的发现。海因利希·赫兹于1888年利用非闭合电路与一个感应线圈相连产生并发现了电磁波，马可尼基于赫兹电磁波的新发现，通过对赫兹实验的发展和改进，促成了无线电通讯。假如赫兹能活到20世纪，1909年物理诺奖中必将有他的伟大名字。因此，本文采用了赫兹1988年发现电磁波作为科学发现时间。其次，我们采用小领域内的科学发现时间，不过分追溯科学发现的源头。如，2007年物理诺奖巨磁阻效应，最早的磁阻效应是1857年英国物理学家威廉·汤姆森发现的。此后100多年关于磁阻效应的研究并无太大的突破。直到另一项技术的出现——分子束外延技术的出现，导致了费尔和格林贝格尔1988年发现了巨磁阻效应。因此，这里科学发现时间采用1988年的巨磁阻效应的发现时间。数据主要来源于诺贝尔官方网站、获奖人所在的大学、企业或研究机构网站、获奖人传记、发表的论文及专利等。

      

      

       3 数据统计分析

       3.1 商业化的诺奖成果分布

       本文按年代统计了这59个诺奖成果的分布，如图1。整体而言，商业化的诺奖成果随年代呈上升趋势。2000～2009年共有11个已商业化的诺奖成果。其中物理领域有3个，分别是2000年集成电路的发明与应用；2007年巨磁阻效应的发现和应用；2009年光学通信领域突破性成就。化学领域有5个，分别是2000年导电聚合物的发现；2001年手性催化氢化反应；2002年质谱分析方法；2003年水通道的发现；2008年绿色荧光蛋白的发现和改造。生理医学领域有3个，分别是2003年核磁共振成像；2005年幽门螺杆菌的发现及其作用机理；2008年发现了人类乳头瘤病毒引起宫颈癌。2010年后的诺奖成果也陆续实现了商业化，截至2014年年底，已有三项成果实现了商业应用，分别是2010年生理医学奖体外受精技术的发现与应用、2014年物理奖蓝光二极管的发明以及2014年化学奖超分辨率荧光显微镜技术的发明，此外还有多项成果处于商业化途中。

       2000年后商业化的诺奖成果增长较为显著，一方面是由于科学知识的积累加上技术的发展，使得一些应用成为可能；另一方面也体现了基础科学与商业应用的联系越来越紧密，科学研究既是对新知识的追求，也是对实际问题的解决，基础科学与商业应用的界限越来越模糊。

      

       图1 商业化的诺奖成果分布图

       3.2 科学发现的地点分布

       本文对科学发现的地点进行了统计，将获奖者所在的机构分为5类，分别是大学、公共研究机构、企业、大学与公共机构间的合作、大学或机构与企业的合作。其中公共研究机构包括非盈利的研究所、医院、国家实验室等。当然，大学也属于公共机构，这里由于大学占有较大比例，因此将其单独出来。结果显示，51.72％的科学发现诞生于大学，18.97％的科学发现诞生于公共研究机构，15.52％的科学发现诞生于企业，8.62％的科学发现诞生于大学和公共机构之间的合作，剩下的5.17％的科学发现由大学或公共机构和企业的合作产生的，如图2：

      

       图2 科学发现诞生的地点

       大学和公共研究机构共同占科学发现的70.69％，说明大部分的诺奖成果的科学发现诞生于大学及公共研究机构中。其中有9项科学发现独立诞生于企业当中的，如物理诺奖中1956年的晶体管诞生于贝尔实验室；1971年全息照相诞生与BTH公司；1973年的隧道二极管诞生于IBM公司；1981年的激光器诞生于贝尔实验室和休斯公司；1986年的扫描隧道显微镜诞生于IBM；2000年集成电路诞生于德克萨斯仪器；2009年光学通信诞生于英国标准电信实验室、英国邮局以及康宁玻璃公司；化学诺奖中，1991年核磁共振分光法诞生于Varian Associates公司；生理医学中，1979年的CT扫描机诞生于EMI公司。这些企业多有独立实验室及从事基础研究的科研人员。

       3.3 科学发现到商业产品的时间间隔

       本文统计了从科学发现到商业应用的间隔。平均而言，从科学发现到商业应用的间隔为17.61年，见表5。其中，物理成果平均间隔为17.06年。物理成果商业化周期最短的是1956年的晶体管，从1947年巴丁提出了表面态理论到1951年西方电器公司开始生产商用的锗接点电晶体只用了短短4年时间。

       化学成果平均间隔为13.68年。其中1965年的天然有机化合物合成，从1942年提出伍德沃德准则，到1945年Sterling Winthrop公司合成氯奎宁只用了短短3年的时间。

       生理医学成果平均间隔为21.08年。生理医学成果商业化周期相对较长，由于其主要成果涉及药物、疫苗研发或诊断治疗方法，其研发周期较长。据美国FDA统计，一种新药从实验室发现到最后投入市场，一般至少需要12～15年，期间需要经历临床前试验、新药临床研究申请、临床试验(一期、二期、三期)、新药申请最后才能批准上市。本文案例中除了1901年白喉疫苗、1939年磺胺、1952年链霉素以及1954年小儿麻痹疫苗成果转化周期在10年以下，其余均在10年以上。

      

       4 基于科学的创新三种模式

       进一步将59个案例分为三类：第一类，企业主导的创新；第二类，企业与大学或公共机构合作的创新；第三类，新创企业转化成果的创新。

       4.1 模式1：企业主导的创新模式

       企业主导的创新，其创新的源泉——科学发现是在企业中产生的，而不是在大学或公共机构。企业主导基础科学研究，然后将科学发现通过技术研发转化为市场应用。案例中共有9项创新成果独立诞生于企业当中，分别为1956年、1971年、1973年1981年、1986年、2000年、2009年物理诺奖；1991年、2001年化学诺奖以及1979年生理医学诺奖。

       这类创新主要产生于20世纪50～70年代，参与的企业多为有独立实验室的大企业，例如AT&T的贝尔实验室，IBM、德克萨斯仪器等。这些工业实验室的研究人员与同行的学术研究者一样，从事纯科学研究并发表他们的研究成果[21][22]，企业主导的创新一般仅限于这些巨头公司，并且最初的科学研究导向就是为了实际应用。在科学研究取得突破后，产生应用价值，基于此形成相关专利进而取得商业应用。专利直接归属于早期参与研发的企业，或通过专利授权给其他企业，共同应用研发，形成商业应用。创新模式如图3。

      

       图3 企业主导的创新模式

       4.2 模式2：企业与大学或公共机构合作的创新模式

       企业与大学或公共机构合作的创新模式是最常见的创新模式。这里企业有两种参与方式：一种是早期参与，即企业在基础科学研究阶段参与或资助科学家的研究，之后产生了专利并获得授权进行应用研发，开发商业产品。案例中共有10项创新成果是企业早期参与创新的，分别为1970年、2014年物理诺奖；1931年、1937年、1939年、1965年、1973年化学诺奖；以及1948年、1952年、1985年生理医学诺奖。

       另一种是企业后期参与，即大学或公共研究机构产生了应用性较强的科学研究成果并申请了专利之后，企业获得专利授权，进行应用研发，开发商业产品。案例中共有25项创新成果是企业后期参与到创新中的，分别为1901年、1953年、1981年、1986年、2007年物理诺奖；1905年、1928年、1938年、1950年、1963年、1984年、2003年、2014年化学诺奖以及1901年、1923年、1924年、1939年、1945年、1950年、1976年、1977年、1982年、1984年、1998年以及2008年生理医学诺奖。本文判断企业早期参与还是后期参与，主要基于专利的申请，如果企业是在相应的专利产生之前参与了研究，则认为是早期参与；企业在相应的专利产生之后参与研发，则认为是后期参与。

       这类创新中，企业被大学或公共研究机构的基础科学研究或应用成果吸引，通过合作获得专利授权，实现将新的科学发现转化为产品或工艺的过程。一般专利获得还伴随着聘请科学家担任研发顾问的过程，尤其是一些距离市场应用有一定距离的专利，这样可以有效地保证研发的持续性与质量。创新模式如图4所示。

      

       图4 企业与大学或公共机构合作的创新模式

       4.3 模式3：新创企业转化成果的创新模式

       20世纪80年代，随着生物技术的发展，一大批基于科学的新创企业不断涌现，在创新中承担着着重要作用。案例中有8项创新成果通过新创企业将成果转化，分别为1909年、1992年物理诺奖；2000年、2002年、2008年化学诺奖；以及2003年、2005年、2010年生理医学诺奖。除了1909年和1992年物理之外，其余均为2000年后的诺奖成果。

       这类创新中，新创企业承担着着重要作用。这类企业不单纯是科学的使用者，同时也是科学的创造者。企业的基础知识主要来自大学或公共研究机构，通过获得专利授权，开发科学成果，形成商业产品。企业的资金主要依靠风险投资、股票融资以及专利授权与转让等途径。与其它企业不同的是，这类企业的创业团队多来自大学或研究机构的科学家们，创新模式如图5。

      

       图5 新创企业转化成果的创新模式

       4.4 三种创新模式的比较

       从研发特征来看，模式1中一般限于有独立研究部门的大企业，从事应用性较强的基础科学研究；模式2中一般由大学及公共研究机构以基础科学研究为主，产生应用前景后，由企业以市场导向的应用研发为主；模式3中的新创企业积极参与基础科学研究，通过科学家创业或聘请科学家来保持其基础研究的领先地位。从知识产权来看，模式1中的大企业内部研发部门取得应用研发成果的突破后，申请企业所有的专利；模式2中企业通过与大学或公共研究机构合作，获得大学或公共研究机构的专利授权，致力于应用研发。模式3中的新创企业一方面获得大学或公共研究机构的专利授权；另一方面自身从事基础研究并申请自己的专利。从资金来源来看，模式1中的企业研发资金主要靠企业私有资金，也可能源于国家某种特殊需求(如军方需求)获得公共研发资金；模式2中早期基础研究资金主要来源公共资金，应用研发资金主要来源企业私有资金；模式3中早期基础研究资金主要来源公共资金，后期主要依靠风险投资和上市融资及专利授权转让等途径。这三类创新模式的比较见表6：

      

       5 结论

       本文以商业化的诺奖成果来研究基于科学的创新。首先对三大自然领域的获奖成果进行梳理；其次，筛选出基于科学的创新案例并对其进行数据化分析；最后基于案例提炼出基于科学的三种创新模式。得出了以下主要结论：

       (1)商业化的诺奖成果随年代呈上升趋势。2000年后已有14个商业化的诺奖成果。除了科学知识的积累加上技术的发展，使得一些应用成为可能之外，也体现了基础科学与商业应用的联系越来越紧密。

       (2)大学和公共研究机构共同占科学发现的70.69％，说明大部分的诺奖成果的科学发现诞生于大学及公共研究机构中。平均而言，从科学发现到商业产品的时间间隔为17.61年。

       (3)基于科学的创新有三种基本模式，分别为“企业主导的创新模式”、“企业与大学或机构合作的创新模式”、“新创企业转化成果的创新模式”。

       本文将基于科学的创新独立出来研究，有助于推动学界对此类创新的认识与理解。今后可以从以下几个方面继续拓展本文的研究：分析基于科学的创新过程中的背景环境，探讨科学成果商业化过程中的影响因素；研究政府在基于科学的创新过程中的作用和影响；研究资金来源在基于科学的创新过程中的流动等。

标签：科学论文;  商业产品论文;  诺贝尔论文;  专利管理论文;  企业创新论文;  生物技术论文;  诺贝尔奖论文;