纤维比头发丝细，却能传信号、做传感中国科学报

一根直径仅50微米的纤维，比头发丝还细，却能实现了信号传输、传感感知、能量传输等多种功能。

近日，西安电子科技大学杭州研究院教授保宏、副教授周赟磊团队在异质纤维电子器件制造领域取得重要突破，提出了一种可扩展的连续液相加工工艺，成功实现多种功能材料在单根纤维上的一体化集成。相关成果发表在《自然·通讯》上。

单根纤维电子器件，是一类将电子功能集成在微纳尺度纤维材料上的新型电子技术。与传统刚性电子器件相比，它具有柔软、轻薄、可弯曲、可编织等特性，既可以与纺织品深度融合，也能应用于狭窄或复杂空间的感知与信号采集。

然而，在微纳尺度的圆柱形纤维表面，如何构建导电层、惰性层等复杂异质功能结构并实现稳定的电子功能化，一直是该领域的重要挑战。

针对这一难题，团队设计了一种连续液相加工工艺，能够在纤维表面按需构建液态金属导电层与生物感知功能层，赋予纤维信号传输、传感以及电刺激等多种功能。通过该方法制备的多功能电子纤维，直径最小可达50微米，并实现了规模化连续制造，单次制备长度可达50米。

这项技术的核心创新，在于一种基于层层沉积的连续液相集成制造策略。研究团队以弹性纤维为基底，通过界面工程构建稳定的材料结合层，实现液态金属的均匀沉积，并同步完成惰性界面层的构筑，使导电通路与生物交互界面在同轴结构中实现一体化集成。

团队合影。西安电子科技大学供图

团队进一步通过多根纤维的扭转组装，构建了多通道传感系统，实现多点位、多参数的并行信号采集。基于这一平台，研究团队开展了从体外到体内、从信号感知到能量传输的多层级验证。

“我们把它揉成一团再展开，电性能几乎没有变化。”周赟磊介绍，“在潮湿环境下测试，它依然能稳定驱动多组发光二极管。”

集成纤维电极贴附于人体前臂和手腕，进行心电和肌电信号采集。结果显示，该电极在静态与动态条件下均具高信号保真度：心电信号特征波形清晰，肌电信号幅值与肌肉收缩强度呈良好线性关系。尤其在日常活动中，该电极抗运动伪迹能力明显优于传统凝胶电极。

进一步构建的四通道肌电采集系统结合机器学习算法，可实现手势分类识别，验证了其在智能人机交互、康复监测、运动分析及假肢控制等应用中的潜力。

“这就是未来智能人机交互的雏形。”保宏表示。该平台当前已验证其在外周神经调控中的可行性，未来有望拓展至脑机接口、脊髓刺激及可穿戴健康监测等生物电子医学前沿领域，同时在智能软体系统等新兴方向上也展现出广阔的应用潜力。