中新網西安3月22日電 (記者 阿琳娜)一根直徑僅50微米的纖維，比頭發絲還細，卻能實現了信號傳輸、傳感感知、能量傳輸等多種功能。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、周赟磊副教授團隊在異質纖維電子器件制造領域取得突破，提出了一種可擴展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集成。

　　據介紹，單根纖維電子器件，是一類將電子功能集成在微納尺度纖維材料上的新型電子技術。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，也能應用于狹窄或復雜空間的感知與信號采集。

　　通俗地說，它是一根比頭發絲還細的線，但已不再只是用于織布的線——而是一個能夠感知環境、處理信息并進行反饋的微型電子器件，進一步可以制造出能夠監測心率、體溫、運動狀態甚至環境變化的智能服裝。

　　然而，在微納尺度的圓柱形纖維表面，如何構建導電層、惰性層等復雜異質功能結構并實現穩定的電子功能化，一直是該領域的一項挑戰。“你可以想象一下，要在頭發絲上建一座功能齊全的高樓。”周赟磊打了個比方，“每一層材料都要均勻分布，每一層之間還要緊密結合，而且這根頭發絲還要能隨意彎曲、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，賦予纖維信號傳輸、傳感以及電刺激等多種功能。通過該方法制備的多功能電子纖維，直徑最小可達50微米，并實現了規模化連續制造——單次制備長度可達50米。

　　這項技術的核心創新，在于一種基于層層沉積的連續液相集成制造策略。研究團隊以彈性纖維為基底，通過界面工程構建穩定的材料結合層，實現液態金屬的均勻沉積，并同步完成惰性界面層的構筑，使導電通路與生物交互界面在同軸結構中實現一體化集成。

　　單根纖維兼具高效信號傳輸與穩定生物交互功能，材料間結合致密、界面清晰，實現了結構連續性與功能協同性的“無縫集成”。團隊進一步通過多根纖維的扭轉組裝，構建了多通道傳感系統，實現多點位、多參數的并行信號采集。

　　研究系統揭示了這一制造平臺的綜合優勢：單纖維結構實現了多功能集成，在保持幾何緊湊性的同時兼顧了信號傳輸效率與生物界面穩定性；在周期性機械載荷及復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；制造工藝具備良好的可擴展性，可實現從宏觀織物到微型器件的跨尺度構建。

　　基于這一平臺，研究團隊開展了從體外到體內、從信號感知到能量傳輸的多層級驗證。無線能量傳輸方面，團隊利用集成纖維的柔韌性和導電性，通過刺繡工藝織入商用紡織品，制備柔性射頻天線和電感線圈。在反復彎折、扭曲、拉伸等復雜機械變形下，織物電性能穩定，電阻變化遠低于傳統金屬導線。

　　“我們把它揉成一團再展開，電性能幾乎沒有變化。”周赟磊介紹，“在潮濕環境下測試，它依然能穩定驅動多組發光二極管。”

　　表皮生理監測方面，集成纖維電極貼附于人體前臂和手腕，進行心電和肌電信號采集。結果顯示，該電極在靜態與動態條件下均具高信號保真度：心電信號特征波形清晰，肌電信號幅值與肌肉收縮強度呈良好線性關系。尤其在日常活動中，該電極抗運動偽跡能力明顯優于傳統凝膠電極。

　　進一步構建的四通道肌電采集系統結合機器學習算法，可實現手勢分類識別，驗證了其在智能人機交互、康復監測、運動分析及假肢控制等應用中的潛力。

　　“這就是未來智能人機交互的雛形。”保宏說。

　　體內神經調控方面，集成纖維植入大鼠坐骨神經外周，開展電刺激實驗。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、可重復的后肢肌肉收縮，刺激成功率接近100%。

　　基于所發展的無縫集成策略，研究團隊實現了功能材料在纖維尺度上的精準區域布局，形成了“結構設計—制造工藝—應用驗證”三位一體的完整技術閉環。

　　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接口、脊髓刺激及可穿戴健康監測等生物電子醫學前沿領域，同時在智能軟體系統等新興方向上也展現出廣闊的應用潛力。(完)