港中大传授破局纳米3D打印：速度跃升千倍成本骤

　　一个立方毫米，100纳米精度，成本仅需五六元——这是中文大学机械取从动化工程学系传授陈世祈及其团队正在纳米3D打印范畴创制的不成能数据。保守纳米3D打印手艺虽然精度可达100纳米，但速度极慢、成本昂扬。陈世祈团队的手艺冲破将速度提拔1000倍，成本降低95%，一举冲破了该范畴持久存正在的手艺瓶颈。2019年，这项手艺正在《科学》期刊颁发，但陈世祈没有止步于学术。工程科研人员的终极方针不是发文章，而是对社会做出贡献，发生实正的影响。陈世祈暗示。基于这一，正在2022年，他取他的博士生一同创立了超奈科技，将尝试室手艺推向财产化。纳米3D打印正在学术上被称为双光子聚合或双光子光刻，这项手艺早正在90年代初就已存正在。它就是用一束飞秒激光正在光刻胶里面用核心逐点扫描，速度很是慢，但精度能够到100个纳米。陈世祈注释道。恰是这种“逐点扫描”的工做体例，严沉限制了该手艺的现实使用。利用保守纳米3D打印手艺，若要制做一个尺寸为10毫米、精度达到100纳米的物体，凡是需要数周时间，成本高达5万至10万元人平易近币。因而，这类设备凡是只要高校采购——不只价钱高贵，并且缺乏适用性。“自2015年起，我们就正在思虑：若何实现从点扫描到一次完成一条线或一个面的改变，同时精度。”陈世祈暗示。颠末四年的潜心攻关，陈世祈及其团队终究开辟出飞秒投影双光子光刻系统，实现了这一手艺逾越。这项手艺的使用前景极为广漠。陈世祈引见，具体使用包罗光学衍射器件、定制化的特殊镜片镜甲等需要一两百纳米精度的产物。好比说内窥镜远端的一些特殊器件，或者是AR/VR器件里面的元器件等，这些保守工艺无法实现的，我们都能够做。2022年，依托这项手艺，陈世祈取他畴前正在麻省理工学院的同窗Charudatta Datar一同开办了超奈科技，努力于将纳米3D打印机贸易化。目前，超奈科技成功打制出纳米超快3D打印设备样机。该设备横向分辩率达30纳米，速度比现有贸易系统快1000倍，打破了分辩率取吞吐量的，同时将出产成本降低95%。由此，双光子光刻产物的使用能够拓展到大规模出产和工业之中。超奈科技正在2024年已完成万万级种子轮投资，由科大硅谷子基金领投，合肥种子基金跟投。陈世祈暗示，公司正从手艺验证阶段迈向规模化出产。“规模化订单凡是需经多轮小批量订单验证。若是小批量订单正在良率取精度等目标均达标，那么就可认为规模化订单。”陈世祈说。1999年正在中国大学本科结业后，陈世祈前去美国麻省理工学院深制，别离于2003年和2007年获得机械工程硕士和博士学位。其时，哈佛大学麻州总病院（MGH）取麻省理工学院（MIT）结合设立了“Translational Research Fellowship”项目，旨正在赞帮工程手艺正在医学范畴的使用。出于对光学的稠密乐趣，陈世祈正在获得了MGH-MIT Fellowship之后，插手了哈佛大学威尔曼光医学核心的一个生物光子学团队，努力于将显微镜手艺集成到内窥镜中。正在该项目竣事之后，2009年，陈世祈插手了一个更具挑和性的平台——由哈佛大学出名化学家George Whitesides传授创立的草创公司Nano Terra。陈世祈回忆道：“Whitesides传授其时的贸易模式颇具立异性，这家公司汇聚浩繁顶尖人才，为财产中的公司供给手艺处理方案。当这些大公司碰到本身无法霸占的手艺难题时，便委托我们这些专家团队进行攻关。问题处理后，两边配合享有学问产权（IP），并共享由此发生的贸易利润。”陈世祈从修机械工程，但正在Nano Terra时，因为工做需要，常常需要取分歧窗科的科研人员合做。这段履历让陈世祈收成了贵重的跨学科合做经验。“我博士期间的研究标的目的其实很窄。但正在草创公司时，经常要和材料、化学等分歧专业的研究员一路切磋处理方案。这个过程让我学会了整合使用分歧窗科的学问。因而，到我做传授后，课题组的研究标的目的就比力广，不受限于本专业了。”跟着草创公司的不竭成长，陈世祈的工做沉心从手艺开辟，逐步转移到办理、募资以及客户办理上。因为本身乐趣更多是正在科研范畴，因而正在2011年，陈世祈转投中文大学机械取从动化工程学系。近年来，特区持续强化科创范畴投入，2022年发布的《立异科技成长蓝图》明白提出，须持续完美当地创科生态圈，推进科研商品化。“初到时，这里的产学研尚未成风气。其时不少人认为传授若凭本人的研究创业有严沉的好处冲突。”陈世祈回忆道。不外，他并不承认这一说法。他认为，若研究一直无法落地，最终只会藏匿于尝试室，这才是公共好处的丧失。特区于2023年10月推出“产学研1+”打算，以激励产学研协做，鞭策“从1到N”的科研和财产成长。该打算拨款100亿港元，以配对形式赞帮不少于100支有潜力成为成功草创企业的研发团队。这些研发团队来自8所受特区大学教育赞帮委员会赞帮的大学，每个获批项目可获1000万港元至1亿港元不等的赞帮。“我感觉更主要的是学校开了绿灯，答应传授能够如许做。”陈世祈说，跟着不雅念的改变，大学评价系统也正在改变。当前高校的评价系统已不再局限于要求教师颁发论文，转而将“影响力”——即对社会、经济等范畴的现实影响——纳入新的评价尺度。据领会，RAE是大学教育赞帮委员会对八大赞帮大学的评估机制。按照大学教育赞帮委员会的文件，RAE2026的评估要素分为三个维度，别离是研究65%（包罗论文、专利等），社会等非学术范畴的贡献），以及15%的研究。相较于RAE2020，RAE2026将研究影响力的权沉从15%提拔至20%。但陈世祈也指出，创科生态链仍有一块拼图亟待补上——科研从尝试室原型市场产物的过程中，仍存正在资金和人才缺口。一方面，产学研需要供给响应的资金支撑，另一方面，需引入具备市场洞察取贸易运营能力的复合型人才，需要经验丰硕的CEO率领草创公司走入正轨。我们公司严酷来说并非保守的师生创业模式，由于我们的CEO是我正在麻省理工学院（MIT）期间的同窗，他具有十余年的办理经验，已经正在分歧的草创企业任职。陈世祈说。对于创科将来的成长，陈世祈认为，草创企业正在将产物推向市场时，更易正在大湾区内地城市对接落地出产。这些城市具备显著的成本劣势，而的科研能力取大湾区内地城市的制制业劣势刚好构成互补。陈世祈：我成长于中国，本科结业于大学，之后前去美国麻省理工学院攻读机械工程硕士及博士学位。结业后正在工做四年，随后赴港，至今任职于中文大学。陈世祈！ 结业后，我碰到了一个贵重的机遇：哈佛大学麻省总病院取麻省理工学院（MIT）结合设立了“研究学者项目”（Translational Research Fellowship）。该两年期项目供给专项研究经费，旨正在支撑学生将工程手艺使用于医学范畴。 我博士期间的研究聚焦于微型扫描器件，特别是内窥式显微镜手艺，正在光学范畴堆集了深挚的研究乐趣取根本。若能入选该打算，我便能进入麻省总病院的选择课题组进行生物医学相关的研究，进而鞭策相关手艺实现取临床使用。 最终，我成功入选并参取了该项目。陈世祈！ 完成博士后研究后，我插手了哈佛大学乔治·怀特塞兹传授的草创公司。该公司的贸易模式并非开辟单一产物，而是取多家大型企业合做，特地霸占他们无决的手艺难题。做为处理方案供给方，我们取合做伙伴共享学问产权并实现贸易收益。不外我的布景是机械工程而非化学专业，正在这个过程中，我需要取身边的化学家们合做，配合开辟手艺。那段履历对我而言，有不小的帮帮。进入草创公司后，压力我们申请的小型企业立异研究打算（SBIR）。我们间接对接各企业高层，针对他们提出的现实问题，集结团队内机械、化学、材料等多范畴专家协同攻关。我博士阶段的研究标的目的其实相限，次要聚焦光学取微机电系统。但颠末那段时间的跨学科合做交换之后，当我后来回到中文大学处置研究时，我的研究课题就不再局限于单一范畴，而是能够取其他专业相连系。陈世祈！ 次要基于两个缘由：一是我但愿回到亚洲成长，二是我一直热衷于手艺立异及其使用推广。当草创公司成长到必然规模后，其焦点核心会从手艺研发转向运营办理、资金募集和客户。若想持续专注于原始立异，学术界能供给更抱负的。我感觉仍是从0到1的过程最为风趣。虽然回到学术范畴，但正在草创公司工做的4年时间，让我从公司的视角去对待手艺。当我现正在回到学术界之后，再向申请使用相关的手艺时，就会更无力。《21世纪》：你目前正在中文大学的次要研究标的目的是什么？可否用比力通俗易懂的言语为我们归纳综合一下？陈世祈：简单来说，我们是特地处置设备研发的团队，次要努力于光机电整合，也就是将光学、从动化和机械等范畴进行连系，研发各类设备。我们也会研发显微镜以及3D打印设备。从细密设备的角度来看，我们也会自从研发挪动平台，或者用于病院的快速振动切片机等设备。因而，大大都环境下，我们的合做模式是：医学院或其他范畴的同仁有一些特定需求，但正在市道上找不到合适的设备。这些设备一方面无法间接采办，另一方面又具有较强的立异性和手艺难度，我们就会为他们特地开辟响应的设备。之后，我们会以这个设备为焦点申请专利、颁发学术论文，而我们的合做方则将这些设备投入现实使用。《21世纪》！ 你正在中文大学任职期间为何选择再次开办草创企业？这一决策背后的考量是什么？陈世祈！ 做为工程范畴的研究者，我们最终的并非仅是颁发论文，而是创制具有社会影响力的现实价值。若是我们研发出来的手艺没有人能推广到市场的话，我们就该当本人来做这个事。《21世纪》！ 据悉纳米3D打印是你的主要研究范畴之一，可否阐述纳米3D打印取保守3D打印的手艺差别？陈世祈！ 纳米3D打印正在学术范畴称为双光子聚合或双光子光刻手艺，这项手艺并非我们的初创，而是正在20世纪90年代就已呈现。该手艺操纵飞秒激光正在光刻胶中进行核心逐点扫描，虽然加工速度较慢，但精度可达100纳米级别。纳米3D打印若要打印一个手持尺寸的物件，凡是需要数周时间，成本约5万至10万元人平易近币。因而，此类设备次要供学术界采购，缺乏贸易适用性。自2015年起，我们团队就起头摸索手艺改革方案——若何将点扫描模式升级为线扫描或面扫描，同时连结高精度。2019年，我们成功冲破这一手艺瓶颈，正在《科学》期刊颁发了论文。我们将3D纳米打印的加工速度提拔3个数量级，同时进一步优化了精度。这项已获得专利授权，并成为后续公司成立的手艺根本。相较于保守双光子打印手艺，我们的方案可降低约95%的成本。目前每立方毫米的打印成本约为5-6元人平易近币，而该立方毫米体积内可实现100纳米精度的细密布局。《21世纪》！ 之前跟一些传授进行交换，他们暗示很多项目都极具科研前景，但无法做为传授，正在手艺推广方面存正在坚苦，导致不少手艺可能被弃捐长达十余年才无机会。我们才决定自从将手艺推向市场。当前，的产学研虽已显著改善，例如特区推出了“产学研1+”打算等专项支撑，但从科研出第一代原型到最终构成商品成品之间，仍存正在显著鸿沟。草创企业凡是正在晚期阶段能获取数百万资金，或是正在规模扩张后获得大额融资，但两头阶段往往面对资金支撑的断层。对此，可自创美国经验。美国凡是通过“小企业立异研究赞帮”（Small Business Innovation Research Grant， SBIR）来填补从科研（论文+原型机）迈向可贸易化产物之间的断层。我晓得的很多美国的成功企业当初都是依托此类赞帮逐渐完美手艺，最终成功实现市场化。《21世纪》！ 你自2011年赴港至今已逾十年，期间持续推进产学研。从你的亲身体味来看，产学研空气发生了哪些显著变化？陈世祈！ 我晚期到的时候，其时并没有产学研的概念。可是正在比来几年，很较着这个工作遭到社会的注沉。具体而言，特区设立了专项赞帮打算，支撑草创企业成长。主要的是高校立场发生底子改变——答应并激励传授参取科技。持久以来，包罗正在内的很多地域认为传授操纵公共科研经费创业存正在好处冲突。但现实是，若科研人员不参取，这些手艺往往难以实正落地使用，也就无法创制社会效益。陈世祈！ 草创企业面对的首要挑和正在于组建一支成熟不变的团队。但常见的师生结合创业团队的最大短板正在于两边均缺乏现实创业经验。 不外，我们正在开办公司时则相对成功——公司的CEO是我正在麻省理工学院的同窗，具有逾十年行业经验。正在如许经验丰硕的掌舵人率领下，企业才能从起步就步入正轨。《21世纪》！ 那你感觉，当前财产界取学术界之间存正在哪些次要隔膜？你认为该当若何消弭这些隔膜？陈世祈！ 财产界和学术界之间的隔膜一直存正在，但特区的立异科技基金（ITF）轨制能够拉近两边的距离。针对ITF的项目申请，需要找到企业进行赞帮配套。也就是说，你的研发需要获得企业的承认，才可以或许获得资金、所以若是我们需要申请较大的基金，第一件工作就是结识企业，向他们推销本人的设法，或是领会他们的痛点和难点，如许天然加深了两边的互相领会。值得关心的是，特区近年奉行的研究评审工做（RAE）也做出严沉：理工科评估尺度越来越关心研究的社会影响力，沉点调查专利数量、手艺转移成效及草创企业培育等现实产出。这是过去4到5年的一个主要改变。