（通讯员 周赟磊）近日，西电杭州研究院保宏教授、周赟磊副教授团队提出了一种针对异质纤维电子器件的可扩展、连续液相制造策略，成功实现了多种功能材料在单根纤维上的一体化集成。这一突破为可植入生物电子器件、智能健康监测系统及人机交互设备等领域提供了全新的技术平台。相关成果发表在国际知名期刊Nature Communications。
突破异质集成难题，实现功能一体化纤维设计与制造
针对微尺度条件下异质功能层难以均匀构筑的技术挑战，研究团队提出了一种基于层层沉积的连续液相集成制造策略。该策略以弹性纤维为基底，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。单根纤维兼具高效信号传输与稳定生物交互功能，材料间结合致密、界面清晰，实现了结构连续性与功能协同性的“无缝集成”。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，为复杂生理信号的时空解析提供了新的技术路径。
研究系统揭示了该无缝集成制造平台的综合优势：单纤维结构实现了多功能集成，在保持几何紧凑性的同时兼顾了信号传输效率与生物界面稳定性；在周期性机械载荷及复杂生理环境下展现出优异的电学稳定性与环境适应性；材料体系具有良好的生物相容性，满足植入式器件的生物安全性要求；制造工艺具备良好的可扩展性，可实现从宏观织物到微型器件的跨尺度构建。
▲突破异质集成难题，实现功能一体化纤维设计与制造
从单纤维器件到多通道生理感知
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，充分展示了技术在生物医学与可穿戴电子领域的广泛应用潜力。
无线能量传输方面，团队利用集成纤维的柔韧性和导电性，通过刺绣工艺织入商用纺织品，制备柔性射频天线和电感线圈。在反复弯折、扭曲、拉伸等复杂机械变形下，织物电性能稳定，电阻变化远低于传统金属导线。实验显示，该织物天线可稳定实现无线能量传输，成功驱动多组发光二极管，即使在潮湿环境下性能仍保持稳定，为可穿戴能源系统、智能服装和柔性通信器件提供可靠技术支撑。
表皮生理监测方面，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。
▲表皮生理监测
体内神经调控方面，集成纤维植入大鼠坐骨神经外周，开展电刺激实验。结果显示，器件可对外周神经进行精准、可控调节，在不同频率和强度下诱发稳定、可重复的后肢肌肉收缩，刺激成功率接近100%，其精准性和稳定性符合植入式医疗器件的要求。
▲弹性电子纤维在体内场景的应用
基于所发展的无缝集成策略，研究团队实现了功能材料在纤维尺度上的精准区域布局，形成了“结构设计—制造工艺—应用验证”三位一体的完整技术闭环。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。
