港中大教授破局納米3D打印：速度躍升千倍，成本驟降95%
21世紀經濟報道記者 張偉澤 香港報道
一個立方毫米，100納米精度，成本僅需五六元——這是香港中文大學機械與自動化工程學系教授陳世祈及其團隊在納米3D打印領域創造的"不可能"數據。
傳統納米3D打印技術雖然精度可達100納米，但速度極慢、成本高昂。陳世祈團隊的技術突破將速度提升1000倍，成本降低95%，一舉突破了該領域長期存在的技術瓶頸。
2019年，這項技術在《科學》期刊發表，但陳世祈沒有止步於學術成果。"工程科研人員的終極目標不是發文章，而是對社會作出貢獻，產生真正的影響。"陳世祈表示。基於這一理念，在2022年，他與他的博士生一同創立了超奈科技，將實驗室技術推向產業化。
從"點掃描"到"面掃描"的技術革命
陳世祈的納米3D打印突破源於一個看似簡單但極具挑戰性的想法：如何將傳統的"點掃描"變成"面掃描"？
納米3D打印在學術上被稱爲雙光子聚合或雙光子光刻，這項技術早在90年代初就已存在。"它就是用一束飛秒激光在光刻膠裡面用焦點逐點掃描，速度非常慢，但精度可以到100個納米。"陳世祈解釋道。
正是這種“逐點掃描”的工作方式，嚴重製約了該技術的實際應用。使用傳統納米3D打印技術，若要製作一個尺寸爲10毫米、精度達到100納米的物體，通常需要數週時間，成本高達5萬至10萬元人民幣。因此，這類設備通常只有高校採購——不僅價格昂貴，而且缺乏實用性。
“自2015年起，我們就在思考：如何實現從點掃描到一次完成一條線或一個面的轉變，同時保證精度。”陳世祈表示。經過四年的潛心攻關，陳世祈及其團隊終於開發出飛秒投影雙光子光刻系統，實現了這一技術跨越。
這項技術的應用前景極爲廣闊。陳世祈介紹，具體應用包括光學衍射器件、定製化的特殊鏡片鏡頭等需要一兩百納米精度的產品。"比如說內窺鏡遠端的一些特殊器件，或者是AR/VR器件裡面的元器件等，這些傳統工藝無法實現的，我們都可以做。"
2022年，依靠這項技術，陳世祈與他從前在麻省理工學院的同學Charudatta Datar一同創辦了超奈科技，致力於將納米3D打印機商業化。
目前，超奈科技成功打造出納米超快3D打印設備樣機。該設備橫向分辨率達30納米，速度比現有商業系統快1000倍，打破了分辨率與吞吐量的限制，同時將生產成本降低95%。由此，雙光子光刻產品的應用可以拓展到大規模生產和工業之中。
超奈科技在2024年已完成千萬級種子輪投資，由科大硅谷子基金領投，合肥種子基金跟投。陳世祈表示，公司正從技術驗證階段邁向規模化生產。
“規模化訂單通常需經多輪小批量訂單驗證。如果小批量訂單在良率與精度等指標均達標，那麼就可以轉化爲規模化訂單。”陳世祈說。
從MIT到香港：跨學科創新之路
陳世祈並非傳統意義上的純學術研究者，他的成長軌跡始終與產業實踐緊密相連。
1999年在中國臺灣清華大學本科畢業後，陳世祈前往美國麻省理工學院深造，分別於2003年和2007年獲得機械工程碩士和博士學位。
博士畢業後的選擇，爲陳世祈打開了產業化應用的大門，也拓寬了他的學術視野。
當時，哈佛大學麻州總醫院（MGH）與麻省理工學院（MIT）聯合設立了“Translational Research Fellowship”項目，旨在資助工程技術在醫學領域的應用。出於對光學的濃厚興趣，陳世祈在獲得了MGH-MIT Fellowship之後，加入了哈佛大學威爾曼光醫學中心的一個生物光子學團隊，致力於將顯微鏡技術集成到內窺鏡中。
在該項目結束之後，2009年，陳世祈加入了一個更具挑戰性的平臺——由哈佛大學著名化學家George Whitesides教授創立的初創公司Nano Terra。
陳世祈回憶道：“Whitesides教授當時的商業模式頗具創新性，這家公司匯聚衆多頂尖人才，爲產業中的公司提供技術解決方案。當這些大公司遇到自身無法攻克的技術難題時，便委託我們這些專家團隊進行攻關。問題解決後，雙方共同享有知識產權（IP），並共享由此產生的商業利潤。”
陳世祈主修機械工程，但在Nano Terra時，由於工作需要，常常需要與不同學科的科研人員合作。這段經歷讓陳世祈收穫了寶貴的跨學科合作經驗。
“我博士期間的研究方向其實很窄。但在初創公司時，經常要和材料、化學等不同專業的研究員一起探討解決方案。這個過程讓我學會了整合應用不同學科的知識。因此，到我做教授後，課題組的研究方向就比較廣，不受限於本專業了。”
隨着初創公司的不斷髮展，陳世祈的工作重心從技術開發，逐漸轉移到管理、募資以及客戶管理上。由於自身興趣更多是在科研領域，因此在2011年，陳世祈轉投香港中文大學機械與自動化工程學系。
香港產學研環境的積極變化
作爲2011年就來到香港的"老港漂"，陳世祈見證了香港產學研環境十多年來的顯著變化。
近年來，香港特區政府持續強化科創領域投入，2022年公佈的《香港創新科技發展藍圖》明確提出，香港須持續完善本地創科生態圈，促進科研成果商品化。
“初到香港時，這裡的產學研轉化尚未成風氣。當時不少人認爲教授若憑自己的研究成果創業有嚴重的利益衝突。”陳世祈回憶道。不過，他並不認可這一說法。他認爲，若研究成果始終無法轉化落地，最終只會埋沒於實驗室，這纔是公共利益的損失。
隨着香港創科生態持續優化，高校對於教授創業的限制逐步放開，且推出衆多鼓勵政策。
香港特區政府於2023年10月推出“產學研1+”計劃，以激勵產學研協作，推動“從1到N”的科研成果轉化和產業發展。該計劃撥款100億港元，以配對形式資助不少於100支有潛力成爲成功初創企業的研發團隊。這些研發團隊來自8所受香港特區大學教育資助委員會資助的大學，每個獲批項目可獲1000萬港元至1億港元不等的資助。
“我覺得更重要的是學校開了綠燈，允許教授可以這樣做。”陳世祈說，隨着觀念的轉變，大學評價體系也在轉變。當前香港高校的評價體系已不再侷限於要求教師發表論文，轉而將“影響力”——即對社會、經濟等領域的實際影響——納入新的評價標準。
據瞭解，RAE是香港大學教育資助委員會對香港八大資助大學的評估機制。根據香港大學教育資助委員會的文件，RAE2026的評估要素分爲三個維度，分別是研究成果65%（包括論文、專利等），研究影響力20%（對經濟、社會等非學術領域的貢獻），以及15%的研究環境。相較於RAE2020，RAE2026將研究影響力的權重從15%提升至20%。
但陳世祈也指出，香港創科生態鏈仍有一塊拼圖亟待補上——科研成果從實驗室原型走向市場產品的過程中，仍存在資金和人才缺口。一方面，產學研轉化需要政府提供相應的資金支持，另一方面，需引入具備市場洞察與商業運營能力的複合型人才，需要經驗豐富的CEO帶領初創公司走入正軌。
"我們公司嚴格來說並非傳統的師生創業模式，因爲我們的CEO是我在麻省理工學院（MIT）時期的同學，他擁有十餘年的管理經驗，曾經在不同的初創企業任職。"陳世祈說。
對於香港創科未來的發展，陳世祈認爲，香港初創企業在將產品推向市場時，更易在大灣區內地城市對接落地生產。這些城市具備顯著的成本優勢，而香港的科研能力與大灣區內地城市的製造業優勢恰好形成互補。
以下爲對話實錄：
跨學科經歷拓展視野
《21世紀》： 請你介紹一下早期的求學經歷。
陳世祈：我成長於中國臺灣，本科畢業於臺灣清華大學，之後前往美國麻省理工學院攻讀機械工程碩士及博士學位。畢業後在波士頓工作四年，隨後赴港，至今任職於香港中文大學。
《21世紀》: 在獲得麻省理工學院機械工程學位後，爲什麼會前往哈佛的醫學院呢？
陳世祈: 畢業後，我遇到了一個寶貴的機會：哈佛大學麻省總醫院與麻省理工學院（MIT）聯合設立了“轉化研究學者項目”（Translational Research Fellowship）。該兩年期項目提供專項研究經費，旨在支持學生將工程技術應用於醫學領域。 我博士期間的研究聚焦於微型掃描器件，尤其是內窺式顯微鏡技術，在光學領域積累了深厚的研究興趣與基礎。若能入選該計劃，我便能進入麻省總醫院自由的選擇課題組進行生物醫學相關的研究，進而推動相關技術實現轉化與臨牀應用。 最終，我成功入選並參與了該項目。
《21世紀》: 你在博士畢業後加入了當地的初創企業，能否簡要談談這段經歷？
陳世祈: 完成博士後研究後，我加入了哈佛大學喬治·懷特塞茲教授的初創公司。該公司的商業模式並非開發單一產品，而是與多家大型企業合作，專門攻克他們無法解決的技術難題。作爲解決方案提供方，我們與合作伙伴共享知識產權並實現商業收益。不過我的背景是機械工程而非化學專業，在這個過程中，我需要與身邊的化學家們合作，共同開發技術。
那段經歷對我而言，有不小的幫助。進入初創公司後，生存壓力迫使我們申請政府的小型企業創新研究計劃（SBIR）。我們直接對接各企業高層，針對他們提出的實際問題，集結團隊內機械、化學、材料等多領域專家協同攻關。我博士階段的研究方向其實相當侷限，主要聚焦光學與微機電系統。但經過那段時間的跨學科合作交流之後，當我後來回到香港中文大學從事研究時，我的研究課題就不再侷限於單一領域，而是可以與其他專業相結合。
"從0到1"的過程最有趣
《21世紀》: 從初創企業轉向學術界，這似乎是兩條截然不同的路徑，當初是出於怎樣的考慮？
陳世祈: 主要基於兩個原因：一是我希望回到亞洲發展，二是我始終熱衷於技術創新及其應用推廣。當初創公司發展到一定規模後，其核心焦點會從技術研發轉向運營管理、資金募集和客戶維護。若想持續專注於原始創新，學術界能提供更理想的環境。我覺得還是"從0到1"的過程最爲有趣。
雖然回到學術領域，但在初創公司工作的4年時間，讓我從公司的視角去看待技術。當我現在回到學術界之後，再向政府申請應用相關的技術時，就會更有說服力。
《21世紀》：你目前在香港中文大學的主要研究方向是什麼？能否用比較通俗易懂的語言爲我們概括一下？
陳世祈：簡單來說，我們是專門從事設備研發的團隊，主要致力於光機電整合，也就是將光學、自動化和機械等領域進行結合，研發各類設備。我們也會研發顯微鏡以及3D打印設備。從精密設備的角度來看，我們也會自主研發移動平臺，或者用於醫院的快速振動切片機等設備。
因此，大多數情況下，我們的合作模式是：醫學院或其他領域的同仁有一些特定需求，但在市面上找不到合適的設備。如果我們評估之後發現，這些設備一方面無法直接購買，另一方面又具有較強的創新性和技術難度，我們就會爲他們專門開發相應的設備。之後，我們會以這個設備爲核心申請專利、發表學術論文，而我們的合作方則將這些設備投入實際應用。
《21世紀》: 所以你當前的研究方向更側重於應用型研究而非基礎理論研究？
陳世祈: 確實如此，我們團隊始終致力於先進設備的開發工作。
成本降低95%
《21世紀》: 你在香港中文大學任職期間爲何選擇再次創辦初創企業？這一決策背後的考量是什麼？
陳世祈: 作爲工程領域的研究者，我們最終的使命並非僅是發表論文，而是創造具有社會影響力的實際價值。如果我們研發出來的技術沒有人能推廣到市場的話，我們就應該自己來做這個事。
《21世紀》: 據悉納米3D打印是你的重要研究領域之一，能否闡述納米3D打印與傳統3D打印的技術差異？
陳世祈: 納米3D打印在學術領域稱爲雙光子聚合或雙光子光刻技術，這項技術並非我們的首創，而是在20世紀90年代就已出現。該技術利用飛秒激光在光刻膠中進行焦點逐點掃描，雖然加工速度較慢，但精度可達100納米級別。納米3D打印若要打印一個手持尺寸的物件，通常需要數週時間，成本約5萬至10萬元人民幣。因此，此類設備主要供學術界採購，缺乏商業實用性。
自2015年起，我們團隊就開始探索技術革新方案——如何將點掃描模式升級爲線掃描或面掃描，同時保持高精度。
2019年，我們成功突破這一技術瓶頸，在《科學》期刊發表了論文。我們將3D納米打印的加工速度提升3個數量級，同時進一步優化了精度。這項成果已獲得專利授權，併成爲後續公司成立的技術基礎。
相較於傳統雙光子打印技術，我們的方案可降低約95%的成本。目前每立方毫米的打印成本約爲5-6元人民幣，而該立方毫米體積內可實現100納米精度的精密結構。
商業化落地面臨融資斷層
《21世紀》: 之前跟一些教授進行交流，他們表示許多項目都極具科研前景，但無奈作爲教授，在技術推廣方面存在困難，導致不少技術可能被擱置長達十餘年纔有機會轉化。
陳世祈: 正因如此，我們才決定自主將技術推向市場。當前，香港的產學研轉化環境雖已顯著改善，例如香港特區政府推出了“產學研1+”計劃等專項支持，但從科研成果轉化出第一代原型到最終形成商品成品之間，仍存在顯著鴻溝。初創企業通常在早期階段能獲取數百萬政府資金，或是在規模擴張後獲得大額融資，但中間階段往往面臨資金支持的斷層。
對此，香港可借鑑美國經驗。美國通常通過“小企業創新研究資助”（Small Business Innovation Research Grant, SBIR）來填補從科研成果（論文+原型機）邁向可商業化產品之間的斷層。我知道的許多美國的成功企業當初都是依託此類資助逐步完善技術，最終成功實現市場化。
香港產學研環境持續優化
《21世紀》: 你自2011年赴港至今已逾十年，期間香港持續推進產學研轉化。從你的切身體會來看，香港產學研氛圍發生了哪些顯著變化？
陳世祈: 我早期到香港的時候，當時並沒有產學研轉化的概念。但是在最近幾年，很明顯這個事情受到社會的重視。具體而言，特區政府設立了專項資助計劃，支持初創企業發展。重要的是高校態度發生根本轉變——允許並鼓勵教授參與科技成果轉化。長期以來，包括香港在內的許多地區認爲教授利用公共科研經費成果創業存在利益衝突。但現實是，若科研人員不參與轉化，這些技術往往難以真正落地應用，也就無法創造社會效益。
《21世紀》: 在推動產學研轉化過程中，你認爲面臨的核心挑戰是什麼？
陳世祈: 初創企業面臨的首要挑戰在於組建一支成熟穩定的團隊。但常見的師生聯合創業團隊的最大短板在於雙方均缺乏實際創業經驗。 不過，我們在創辦公司時則相對順利——公司的CEO是我在麻省理工學院的同學，擁有逾十年行業經驗。在這樣經驗豐富的掌舵人帶領下，企業才能從起步就步入正軌。
《21世紀》: 那你覺得，當前產業界與學術界之間存在哪些主要隔閡？你認爲應當如何消除這些隔閡？
陳世祈: 產業界和學術界之間的隔閡始終存在，但香港特區政府的創新科技基金（ITF）制度可以拉近雙方的距離。針對ITF的項目申請，需要找到企業進行贊助配套。也就是說，你的研發需要獲得企業的認可，才能夠獲得資金、進一步推進。所以如果我們需要申請較大的基金，第一件事情就是結識企業，向他們推銷自己的想法，或是瞭解他們的痛點和難點，這樣自然加深了雙方的互相瞭解。
值得關注的是，香港特區政府近年推行的研究評審工作（RAE）也作出重大改革：理工科評估標準越來越關注研究的社會影響力，重點考察專利數量、技術轉移成效及初創企業培育等實際產出。這是過去4到5年的一個重要轉變。
（實習生顧欣宇、王藝之對本文亦有幫助）
策劃：趙海建
記者：張偉澤
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