來源電子：中國新聞網
一根直徑僅50微米的纖維，比頭髮絲還細，卻能實現了訊號傳輸、感測感知、能量傳輸等多種功能電子。它柔軟如絲，可彎曲編織，既能織入衣物監測心率，也能植入體內調控神經。記者22日從西安電子科技大學獲悉，該校杭州研究院保宏教授、周贇磊副教授團隊在異質纖維電子器件製造領域取得突破，提出了一種可擴充套件的連續液相加工工藝，實現多種功能材料在單根纖維上的一體化整合。
據介紹，單根纖維電子器件，是一類將電子功能整合在微納尺度纖維材料上的新型電子技術電子。與傳統剛性電子器件相比，它具有柔軟、輕薄、可彎曲、可編織等特性，既可以與紡織品深度融合，也能應用於狹窄或複雜空間的感知與訊號採集。
通俗地說，它是一根比頭髮絲還細的線，但已不再只是用於織布的線——而是一個能夠感知環境、處理資訊並進行反饋的微型電子器件，進一步可以製造出能夠監測心率、體溫、運動狀態甚至環境變化的智慧服裝電子。
然而，在微納尺度的圓柱形纖維表面，如何構建導電層、惰性層等複雜異質功能結構並實現穩定的電子功能化，一直是該領域的一項挑戰電子。“你可以想象一下，要在頭髮絲上建一座功能齊全的高樓。”周贇磊打了個比方，“每一層材料都要均勻分佈，每一層之間還要緊密結合，而且這根頭髮絲還要能隨意彎曲、拉伸。”
針對這一難題，西電團隊設計了一種連續液相加工工藝，能夠在纖維表面按需構建液態金屬導電層與生物感知功能層，賦予纖維訊號傳輸、感測以及電刺激等多種功能電子。透過該方法制備的多功能電子纖維，直徑最小可達50微米，並實現了規模化連續製造——單次製備長度可達50米。
這項技術的核心創新，在於一種基於層層沉積的連續液相整合製造策略電子。研究團隊以彈性纖維為基底，透過介面工程構建穩定的材料結合層，實現液態金屬的均勻沉積，並同步完成惰性介面層的構築，使導電通路與生物互動介面在同軸結構中實現一體化整合。
單根纖維兼具高效訊號傳輸與穩定生物互動功能，材料間結合緻密、介面清晰，實現了結構連續性與功能協同性的“無縫整合”電子。團隊進一步透過多根纖維的扭轉組裝，構建了多通道感測系統，實現多點位、多引數的並行訊號採集。
研究系統揭示了這一製造平臺的綜合優勢：單纖維結構實現了多功能整合，在保持幾何緊湊性的同時兼顧了訊號傳輸效率與生物介面穩定性；在週期性機械載荷及複雜生理環境下展現出優異的電學穩定性與環境適應性；材料體系具有良好的生物相容性，滿足植入式器件的生物安全性要求；製造工藝具備良好的可擴充套件性，可實現從宏觀織物到微型器件的跨尺度構建電子。
基於這一平臺，研究團隊開展了從體外到體內、從訊號感知到能量傳輸的多層級驗證電子。無線能量傳輸方面，團隊利用整合纖維的柔韌性和導電性，透過刺繡工藝織入商用紡織品，製備柔性射頻天線和電感線圈。在反覆彎折、扭曲、拉伸等複雜機械變形下，織物電效能穩定，電阻變化遠低於傳統金屬導線。
“我們把它揉成一團再展開，電效能幾乎沒有變化電子。”周贇磊介紹，“在潮溼環境下測試，它依然能穩定驅動多組發光二極體。”
表皮生理監測方面，整合纖維電極貼附於人體前臂和手腕，進行心電和肌電訊號採集電子。結果顯示，該電極在靜態與動態條件下均具高訊號保真度：心電訊號特徵波形清晰，肌電訊號幅值與肌肉收縮強度呈良好線性關係。尤其在日常活動中，該電極抗運動偽跡能力明顯優於傳統凝膠電極。
進一步構建的四通道肌電採集系統結合機器學習演算法，可實現手勢分類識別，驗證了其在智慧人機互動、康復監測、運動分析及假肢控制等應用中的潛力電子。
“這就是未來智慧人機互動的雛形電子。”保宏說。
體內神經調控方面，整合纖維植入大鼠坐骨神經外周，開展電刺激實驗電子。結果顯示，器件可對外周神經進行精準、可控調節，在不同頻率和強度下誘發穩定、可重複的後肢肌肉收縮，刺激成功率接近100%。
基於所發展的無縫整合策略，研究團隊實現了功能材料在纖維尺度上的精準區域佈局，形成了“結構設計—製造工藝—應用驗證”三位一體的完整技術閉環電子。
該平臺當前已驗證其在外周神經調控中的可行性，未來有望拓展至腦機介面、脊髓刺激及可穿戴健康監測等生物電子醫學前沿領域，同時在智慧軟體系統等新興方向上也展現出廣闊的應用潛力電子。
