利用不同材料作 3D 納米打印一直是納米技術領域中最大的挑戰之一，也是開發光子、電子和生物醫學設備等新技術的關鍵。香港中文大學（中大）機械與自動化工程學系、電子工程學系與卡內基梅隆大學（卡大）生物科學系組成的團隊，研發出一種具有材料普適性的 3D 納米製造平台，首次實現包括金屬、合金、半導體、聚合物、陶瓷、生物材料等多種材料納米結構製造。研究成果亦發表在國際權威期刊《科學》，證明納米級 3D 打印進入新時代。
是次研究利用不同材料打印小至 20 納米的結構，同時達到每小時 300 立方毫米的光圖案化速度，比目前商業用的傳統串行製造系統快三個數量級別。
帶領是項研究的中大機械與自動化工程學系陳世祈教授表示：「納米技術的一個主要挑戰是用聚合物和貴金屬以外的材料製造複雜的 3D 結構，其中受到光引發化學反應的限制。研發團隊發現，飛秒光片狀水凝膠的獨特表面特性和微結構特徵，提出一種由納米反應動力學控制的自組裝過程來替代傳統的光反應。由於該策略主要依賴於目標材料的內在特性，例如尺寸或親水性，因此可以完全克服傳統方法中被化學性質限制的材料選擇。然後，通過在酸中收縮帶圖案的凝膠基底，可以輕鬆打破衍射極限。這也是納米合成化學和 3D 微納加工領域的首次交叉。」
繼而團隊開發一種通用策略，可用於製造任意的 3D 納米結構，材料包括金屬、金屬合金、 2D 材料、氧化物、金剛石、上轉換材料、半導體、聚合物、生物材料、分子晶體和墨水。研究利用由飛秒光片圖案化的水凝膠作為模板，允許直接組裝材料以形成預先設計的納米結構。通過微調曝光策略、圖案化凝膠的特徵和兩種動力學控制因素，實現 20 至 200 納米的 2D 和 3D 結構。
為展示新方法的潛力，團隊製造了各種納米器件，包括加密光存儲設備、衍射光學元件和微電極，以呈現其精確度和設計功能。團隊製造的光存儲設備刷新了存儲密度的記錄（每立方厘米 1.14 petabit，比之前的記錄高出約三個數量級），由於飛秒投影方法的高速特性，同時亦刷新了數據寫入速度的記錄（每秒 84Mbit）。結果表明，新方法為跨類別材料的納米製造提供了系統性解決方案，並為複雜納米器件的設計開闢更多可能性。
陳教授強調：「新方法不僅可以用於製造以前不可能的微型和納米設備，由於其高產量和低成本的優點，亦可應用於光子學、健康、汽車甚至航天領域。」
研究團隊未來的目標是使用多種材料構建功能性納米設備，例如納米電路、納米生物傳感器，甚至發光二極管或激光器，適合不同用途。