日本的全球连接器

这些研究人员因其国际合作网络的力量而脱颖而出。从工程新型材料，到解决家畜蜱虫的祸害，再到从建筑表面捕获太阳能，他们在创造人际联系以丰富日本科学方面处于领先地位:将全球研究带到日本日本，并将日本的研究推向世界。

YUSUKE YAMAUCHI:纳米建筑师

一位多产的化学工程师为日本科学家在国外开辟了一条道路。

对于加强日本的国际科学合作，国外的研究人员可以和国内的研究人员一样发挥关键作用。然而，它们相对稀少。在昆士兰大学在位于亚热带沿海城市布里斯班的一所澳大利亚顶尖大学中，材料工程师山内佑介(Yusuke Yamauchi)是该校6000多名教职人员中不到12名日本出生的人员之一。

山内说，正是他的研究成功使他免受孤立感。连续三年在Clarivate Analytics化学领域被高度引用的研究人员名单上，为我们打开了许多大门。山内自受聘在日本大学成立自己的研究小组以来，已发表了600多篇论文国家材料科学研究所(NIMS)在2007年获得博士学位后。

他是一个“热门”领域。通过将金属与有机物质结合，他创造了具有极大增强反应表面积的纳米晶体和纳米多孔材料。这种材料有许多潜在的应用，从电池和燃料电池，到光子器件和化学传感器。

山内于2017年搬到了布里斯班。他目前的研究经费达170万澳元(120万美元)，大部分来自澳大利亚研究理事会，但也有来自政府of韩国和一个澳大利亚由矿业巨头里约热内卢Tinto支持的美日合作计划。在2019年1月授予的该项目中，山内的团队正在与化学工程师Tatsuya Okubo和Toru Wakihara合作东京大学(东京大学)关于多孔纳米材料将二氧化碳和一氧化二氮转化为用于材料制造的高价值碳氢化合物。

山内在昆士兰大学与东京大学和NIMS之间建立合作协议方面发挥了重要作用，他仍然是NIMS的名誉组长。他还是澳大利亚其他大学的客座教授或荣誉教授，中国，沙特阿拉伯和日本。他与这些国家的密切联系反映在他的合作网络中。

山内指出，澳大利亚是一个安全、和平的国家，时区兼容，很有吸引力，但与其他亚洲国家相比，来自日本的学生数量非常低。2017年，约有2000名日本学生在澳大利亚接受高等教育，相比之下，来自中国的学生超过14万，来自澳大利亚的学生5.2万印度各有3万左右马来西亚而且新加坡．他相信，将日本的高科技工业实力与澳大利亚丰富的自然资源进行合作，可以产生巨大的成果。

山内说，另一个明显的诱惑是澳大利亚的融资机会。他希望那些由于日本缺乏学术研究职位而过早投身工业界的年轻研究人员转向澳大利亚。但他表示，许多人害怕移居海外，部分原因是英语能力不足。

山内说，国际合作和在海外生活和工作而建立的友谊对日本的科学未来至关重要，对日本的繁荣也至关重要。“作为教授，我们应该鼓励和帮助他们出国。”——凯瑟琳·阿米蒂奇

福泽博信:材料变压器

化学家用强大的激光束照射微小分子，研究甚至修改它们的结构。

福泽博信(Hironobu Fukuzawa)毕生致力于研究光子、原子和分子之间的相互作用。由于强大的x射线机的发展，可以照亮物质的详细结构，科学家们已经开始在原子水平上精确测量材料的行为。自由电子激光器(XFELs)可以产生短而强烈的x射线爆发，例如，可以在化学键形成的瞬间拍摄快照，时间以飞秒为单位——十亿分之一秒。“我们可以观察任何种类的粒子，”Fukuzawa说，从人体内的蛋白质分子到新材料的化学成分。

XFEL脉冲非常强大，通常会破坏它们所照亮的分子组合。然而，Fukuzawa最近的研究结果表明，它们也可以用于修饰和转化分子结构。这项研究开辟了几乎无限的可能性，从医疗方法和设备的发展，到人们还没有想到的材料。“这是令人兴奋的工作，”他说。

这样的洞见并不便宜，因此合作势在必行。的欧洲x射线自由电子激光器由11个国家组成的财团建造，于2017年在德国汉堡揭幕，耗资超过10亿欧元。地球上仍然只有少数几个自由电子激光器:日本的日本由主要研究机构组成的网络开始操作SACLA自由电子激光器樱花之后心爱的，但短暂的樱花)2011年。研究人员在全球范围内工作，共享硬件。福泽说，他必须“走遍全世界”，只要有激光存在的地方。

近十年来，福泽一直在与一个由实验研究人员和理论家组成的国际小组共同撰写论文。

最近，他和他的同事们使用x射线激光首次观察到纳米等离子体的产生，这是一种在纳米尺度上发生的离子气体。

一个关键框架是由日本和德国的六所合作大学组成的联盟，其中包括海德堡大学和卡尔斯鲁厄理工学院．参与机构交换研究人员，共同使用SACLA和其他设施。

这个网络是福泽工作中至关重要且不断增长的一部分，但资金经常紧张。fuzawa认为，应该有一个系统，允许科学家定期在大学之间往返，而不是现在存在的零零碎落的资助。“我们应该更多地走出国门，”他说，“把更多的研究人员带到日本。”他说，这次旅行让他可以比较其他地方的情况，看到年轻学者享受的相对自由。

越来越多地外国学者将前往他在仙台的研究所，从东京乘坐新干线火车需要90分钟。但他承认，合作可能很棘手。语言总是让人头疼。“在日本，技术人员不会说英语，所以我必须翻译。我的速度不够快，还会犯错，这就减慢了研究的速度。”一个新的同步辐射设备日本东北大学将于2023年完工的新校园将给福泽的工作注入一剂强心针。——大卫·麦克尼尔

DANIEL KEN INAOKA:切断电源

一位巴西生物化学家回到他的祖籍，研究寄生虫病。

Daniel Ken Inaoka在巴西港口城市长大，那里寄生虫感染很常见。他记得儿时的朋友死于疟疾，他还染上了肠道蛔虫。

生物化学家关注的是寄生虫。2000年，猪冈搬到他父母的祖国日本，在东京大学(UTokyo)完成研究生学位，在那里他研究了引起南美锥虫病的原生动物。现在在长崎大学在美国，稻冈正想方设法驱逐尸体的危险房客。

他和他的合作者最近发现了致命的疟疾致病物种的潜在药物靶点恶性疟原虫．他们对寄生虫的研究甚至发现了抑制肿瘤的新线索。Inaoka直接研究了细胞的能量来源:线粒体。在人体中，这些微小的能量发电机以氧气为燃料。但许多寄生虫生活在无氧环境中，这意味着它们依赖完全不同的化学相互作用级联来产生能量。一种对生存至关重要的酶恶性疟原虫，但在人体中没有发现，是醌氧化还原酶。

Inaoka和他的团队进行了基因改造大肠杆菌大批量生产这种酶。然后，他们与生物技术中心的Endah Dwi Hartuti一起工作技术评估和应用机构他们从印度尼西亚的许多岛屿上收集了土壤微生物库，寻找那些可能阻碍酶活性的微生物。Inaoka说，这个国家的生物多样性使它拥有丰富的有价值的化合物。研究发现了一种叫做阿魏烯醇的化合物——从巨大的茴香植物中分离出来的——它可以抑制疟原虫的生长。

Inaoka说，几个因素促成了这次跨国合作的成功，包括联合拨款和定期沟通。Inaoka说:“一个好的合作者应该和你有共同的愿景。但他说，为了维持这种伙伴关系，双方都需要平等受益。

他的团队已经尝到了苦头，为合作实验室提供技术却没有回报。他们现在要求所有潜在合作者在签约前签署材料转移和保密协议，或研究合作协议。“这并不令人愉快，”他说，但“从一开始就知道谁会做什么是很重要的。”

稻冈喜欢工作与自己互补的合作伙伴。植物生理学家Anthony Moore在苏塞克斯大学在联合王国是一位长期的合作者，也是Inaoka论文的第11位合著者。他们的合作可以追溯到稻冈在东京大学的时候，在那里他仍然保持着客座研究员的职位。

这个日本研究小组发现了一种自然存在的真菌化合物，可以抑制人体中一种关键的线粒体酶的活性锥虫属brucei这种寄生虫会导致昏睡病。摩尔熟悉这种酶，这种酶在植物中很常见。碰巧，同样的酶也存在于实体肿瘤缺氧环境下的癌细胞中。通过合作，研究小组最近发现这种真菌化合物可以杀死实体肿瘤细胞。——作者:Smriti Mallapaty

YOAN CHERASSE:睡眠科学家

一位神经科学家正在寻找一夜好眠的答案。

在日本，睡眠不足造成的损失占该国年GDP的近3%。然而，神经科学家Yoan Cherasse说，这个问题是全球性的。他是该研究所的一组科学家之一国际综合睡眠医学研究所试图解释为什么我们需要睡眠，以及睡眠时我们的大脑会发生什么。

通过确定调节睡眠和清醒的精确机制，研究人员希望找到治疗失眠等疾病的方法，甚至是治愈方法。“这背后的科学原理非常复杂，”切拉斯说。“如果你问专家为什么你需要睡觉，没有一个人会给你相同的答案。”

2015年，Cherasse发现了锌和睡眠调节之间的联系。在夜间服用锌的小鼠模型睡眠时间更长。这一发现建立在其他研究小组研究锌补充剂对人类睡眠影响的基础上。他解释说:“如果你给老鼠喂锌，你会增加睡眠时间，而对人类来说，你会提高睡眠质量。”

Cherasse正在利用锌链来识别与促进睡眠有关的特定神经元。他和他的同事们已经找到了一个大脑区域，该区域充满了产生gaba的神经元(γ氨基丁酸-抑制其他细胞的神经递质)，这些神经元对这种元素有反应。“只有一小部分神经元在反应，”他说。

日本在睡眠研究方面投入了大量资金。筑波研究所已被日本文部科学省指定为世界顶级国际研究中心。这意味着额外的薪水和与国外科学家的合作资金:每年大约7亿日元(640万美元)。这些钱用来支付切拉斯的职位。作为回报，该学院必须是国际性的。法国人切拉斯说，一切都用英语完成。“英语可以让你与世界各地的顶级睡眠研究机构建立联系，交换数据和方法。”

该中心的负责人柳泽正志(Masashi Yanagisawa)的大部分职业生涯都在该中心度过德克萨斯大学西南医学中心在被劝说回到日本之前副教授迈克尔·拉扎勒斯在哈佛医学院．该研究所建立的网络包括来自复旦大学在中国和其他地方。切拉斯说，这不是一个大的学术世界。“我们彼此都认识。”

在搬到筑波之前，Cherasse在大阪做了一个博士后。他说，福岛核灾难对日本与世界其他国家的联系产生了负面影响，日本在灾难发生后又开始向外看。然而，在日本生活也带来了文化冲击。他笑着说，学者们睡眠不足。“他们在工作上花了太多时间，在家的时间却不够。”——大卫·麦克尼尔

SATORU KONNAI:免疫细胞刺激剂

一位兽医科学家使用免疫疗法来对抗难治性癌症和病毒感染。

Satoru Konnai在日本北部岛屿北海道长大。北海道占日本耕地的四分之一，生产了该国很大一部分的红豆、荞麦和土豆，一半的牛奶和所有的甜菜。

现在是兽医科学家北海道大学在美国，康奈希望他的家乡仍然是农业国。同时，他也在尽自己的一份力量，为折磨牲畜的顽固害虫和疾病开发治疗方法和疫苗。

康奈的工作让他菲律宾而且巴西．最近，他和巴西的一组研究人员确定了一种与蜱虫繁殖有关的重要受体的序列肯尼亚并以北海道实验室的兔子和巴西小牛饲养的另一种品种为食。蜱遍布全球，以一系列宿主为食。

这种受体为控制蜱虫的传播提供了一个潜在的目标，蜱虫传播的寄生虫会导致价值数百万美元的牲畜损失。

康奈最近的研究重点是免疫疗法。在这方面，他的工作目标是PD-1，一种T细胞表面的蛋白质，它可以限制免疫细胞的活动。通过抑制PD-1的活性，他清除了T细胞继续巡逻。这种方法在治疗牛的细菌和病毒感染以及狗的恶性癌症方面显示出了前景。

日本超过三分之一的牛感染了牛白血病病毒，这种逆转录病毒会减少产奶量，并阻止牛销往国外市场。这种病毒在美洲和亚洲流行。康奈发现，感染了该病毒的动物表达出高水平的与PD-1结合的蛋白质，即PD-L1。

Konnai与Yasuhiko Suzuki合作，他专门大规模生产候选药物，也位于北海道，创造了可以针对这种配对的单克隆抗体。他们在实验室中发现，阻断这种相互作用使患病牛细胞的免疫反应恢复活力，并迅速增加患病牛体内针对病毒的T细胞的数量。

Konnai仔细选择他的研究合作者，偏爱那些能把他的基础研究带到临床的人。“基础科学很重要，”他说。“但临床研究对患者更重要。”

他对犬类癌症的研究可能是康奈的努力中最有临床前景的。

2017年年中，Konnai和Suzuki发表了使用单克隆抗体阻断口腔癌(一种罕见但恶性的恶性肿瘤)狗狗PD-L1的实验结果。在研究的9只狗中，每两周注射一剂抗体，可以减少其中两只狗的肿瘤大小。- by Smriti Mallapaty

松井泰辅:动力稳定器

一位太阳能电池科学家为钙钛矿光伏研究带来了一致性。

松井泰介在高楼窗户的耀眼光芒和汽车引擎盖的闪烁中看到了机会。这些表面是捕获太阳能量的宝贵空间。松井是一名太阳能电池科学家松下他相信自己有技术做到这一点。

Matsui的研究重点是一类被称为钙钛矿的材料，其特点是具有独特的晶体结构。由钙钛矿制成的太阳能电池可以喷涂、涂漆或打印成卷，其价格是当今大多数光伏设备中使用的硅的一半。

太阳能行业几年来一直在为钙钛矿收购做准备。在实验室中，研究人员已经实现了20%以上的功率转换效率——与商用硅电池相当——但性能一直不可靠，寿命很短。

2016年，松井和研究人员在瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)发表了一篇论文，描述了一种生产高效且稳定的钙钛矿电池的方法。他们的技术现在被世界各地的研究人员使用。

松井一夫大胆地开创了这种跨国联系。2014年，他从日本旅行到瑞士在EPFL工作两年他刚刚将注意力从有机发光二极管转移开。松井说:“一开始我很紧张，因为我不擅长说英语，对太阳能电池也不太了解。”

他说:“由于语言障碍，日本人往往不愿出国，但国际合作是非常有益和高效的。”“我会鼓励更多的研究人员积极主动。”

当时，EPFL的研究人员正在使用一种不太知名的钙钛矿成分，该成分显示出创纪录的能量转换效率。松井只有这样才能研究这些材料。

松井与EPFL的研究人员Michael Graetzel和Michael Saliba密切合作，很快就想出了一种提高材料稳定性的方法。他将相对较小的碱金属铷和铯加入到混合物中，从而生产出在高温下连续保持近21天性能的太阳能电池。他们反复取得了类似的结果，克服了困扰钙钛矿太阳能电池科学的可重复性问题。

松井松井后来回到了松下在大阪的总部，在那里他受益于国内合作伙伴的专业知识，包括光学测量技术大阪大学，计算方法由东京工业大学．

松井说，工业界基础科学家数量的下降迫使日本公司更多地依赖学术合作来填补知识缺口。“我们不能全部靠自己。”——作者:Smriti Mallapaty