科学周刊|科幻穿戴走进现实：比头发还细的“神奇纤维” 能连身体、通外界记者专访西安电子科技大学杭州研究院副教授周赟磊

       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。它柔软如丝，可弯曲编织，既能织入衣物监测心率，也能植入体内调控神经。这项技术太像科幻电影里的情节了！一根细细的纤维，竟然能连通我们的身体和外部世界。近日，华商报大风新闻记者专访了西安电子科技大学杭州研究院副教授周赟磊，为大家一一揭秘。

　　科研成果

　　从“织布线”到“智能线”

　　成果发表在国际顶级期刊

　　近日，西安电子科技大学杭州研究院保宏教授、周赟磊副教授团队在异质纤维电子器件制造领域取得突破，提出了一种可扩展的连续液相加工工艺，实现多种功能材料在单根纤维上的一体化集成。相关成果发表在国际顶级期刊《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。

　　通俗地说，它是一根比头发丝还细的线，但已不再只是用于织布的线——而是一个能够感知环境、处理信息并进行反馈的微型电子器件，进一步可以制造出能够监测心率、体温、运动状态甚至环境变化的智能服装。

　　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，一直是该领域的一项挑战。

　　“你可以想象一下，要在头发丝上建一座功能齐全的高楼。”周赟磊打了个比方，“每一层材料都要均匀分布，每一层之间还要紧密结合，而且这根头发丝还要能随意弯曲、拉伸。”

　　针对这一难题，西电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。

　　“看到连续的、功能完整的纤维真的从设备制造出来的时候，整个实验室都备受鼓舞。”周赟磊介绍。

　　专访问答

　　一纤多能

　　采用“有线”工作模式

　　华商报：一根细细的纤维，竟然能连通我们的身体和外部世界。直径仅有50微米的纤维，比头发丝还细，我们肉眼能看见吗？它是怎么做到同时有传感、信号传输、能量传输这么多功能的？

　　周赟磊：首先，尽管该纤维直径仅约50微米，比头发丝还细，但它仍具有宏观可视性。实际上，头发丝本身肉眼就能清晰可见，因此这根纤维同样可以被肉眼直接观察。其次，需要澄清的是，它并非在同一时刻同时实现传感、信号传输与能量传输等多种功能，而是能够根据应用场景的不同，分别承担其中某一特定角色，展现出功能按需切换的灵活性与适应性。换句话说，这根纤维是一个多功能平台，在不同场合下可以“变身”为传感器、信号线或电源线，而非所有功能同时并发。

　　华商报：它是“有线”还是“无线”工作？需不需要接电池、接电线？

　　周赟磊：它采用的是有线工作模式。具体来说，我们研制的这根纤维本身就是“线”，承担信号或能量的传输功能。因此，在实际使用中，它需要连接外部电源或信号收发设备，并不需要额外再接入独立的电线。是否需要外接电池，取决于具体的应用场景：若作为无源传感或信号传输线路使用，则无需电池；若需要进行主动信号激励或能量驱动，则需通过这根纤维连接外部供能模块。

　　穿上“魔法战甲”

　　可感知身体多种状态

　　华商报：织进衣服后，具体能监测哪些身体数据？除了心率，还能测什么？穿上它，是不是就像穿上了“魔法战甲”？比如跑步时，能实时监测有没有心跳过快、有没有着凉等。

　　周赟磊：是的，您这个“魔法战甲”的比喻非常形象。穿上这件纤维集成的智能衣物，确实可以实时感知身体的多种状态。目前，我们的技术主要监测人体的电信号，比如心电、脑电、肌电等。也就是说，跑步时心率是否过快、肌肉是否过度疲劳，这些都可以被捕捉到。至于着凉这类与温度相关的变化，未来我们也可以进一步集成温度传感功能。目前我们正在推进更成熟的成品开发，届时可以实现真正意义上的实时、多参数健康监测。特别值得一提的是，我们认为在老龄化社会加速到来的背景下，为老年人群体提供这种无感、持续的生理监测非常重要，能够帮助及时发现异常，提升居家养老的安全感与健康管理水平。

　　华商报：洗衣服、出汗、淋雨，会不会影响它工作、甚至漏电？

　　周赟磊：不会漏电，大家放心。我们在纤维表面进行了专门的封装处理，这一点在论文中也着重强调过。具体来说，我们采用了一种类似“滴灌”的工艺方法，在纤维表面均匀包覆了一层绝缘弹性体。这层封装层能够有效隔绝水分、汗液等外界环境因素，确保器件在洗涤、出汗或淋雨等潮湿条件下仍能稳定、安全地工作，不会发生漏电风险。

　　有望实现危险时刻的自动报警

　　华商报：如果这种纤维被做成床垫或者睡衣，能不能时刻监测人的身体状况，甚至在危险时刻自动报警？

　　周赟磊：这是一个非常好的应用设想。如果把这根纤维做成床垫或睡衣，它的功能侧重点将主要在于压力监测。具体来说，通过大面积集成这种纤维，我们可以构建一个柔性压力传感网络，实时感知人体不同部位的压力分布、体动姿态以及呼吸引起的微弱压力变化。这属于我们团队在柔性压力传感方向的另一项科研工作。

　　在此基础上，结合相应的算法分析，确实有望实现危险时刻的自动报警。例如，当监测到老人长时间无翻身动作、从床上跌落，或出现呼吸异常等突发情况时，系统可以主动发出警报，通知家人或护理人员。当然，这与前面提到的电信号监测（如心电、肌电）是不同维度的功能，未来我们也在探索将两者有机融合，实现更全面的健康监护。

　　植入过程不会引发明显疼痛感

　　华商报：纤维比头发丝还细，植入身体时会不会很疼、要不要开刀？与传统手术、植入器械比，有什么不一样？优势在哪？对身体伤害更小吗？

　　周赟磊：您由“细”联想到“疼”，实际上涉及接触面积与压强之间的物理关系。在相同作用力下，接触面积越小，所产生的压强越大。然而，我们的纤维器件在材料力学特性上与普通细丝存在本质区别。其关键优势在于极低的弹性模量，即材料在受力时易于发生弹性形变。该纤维虽直径仅约50微米，比头发丝更细，但其柔软度远超头发丝，弹性模量与生物软组织高度匹配。因此，在植入过程中，纤维不会对周围组织产生切割或挤压性损伤，也就不会引发明显的疼痛感。关于植入方式，目前的动物实验采用微创注射或微小切口完成纤维植入，无需传统意义上的开放手术。

　　与传统植入式器械相比，这个纤维器件的核心优势可概括为轻量化、超柔性、微尺度三个技术特征。从生物安全性角度而言，该器件对周围组织的物理损伤和长期机械刺激显著降低，具备更优的组织相容性和植入耐受性，为植入式生物电子医学器件提供了新的技术路径。

　　核心应用方向集中于脑机接口领域

　　华商报：它在体内调控神经，具体能帮我们解决哪些身体问题？比如疼痛、失眠、慢性病，有没有实际能用的场景？

　　周赟磊：这个纤维器件在体内的核心应用方向集中于脑机接口领域，同时具备实现靶向电刺激调控的能力。通过将纤维精准植入目标神经组织，可实现对神经电活动的实时监测与调节，从而为多种神经系统相关功能障碍的干预提供新型技术手段。在脑机接口架构下，纤维可采集皮层或外周神经信号，经解码后驱动外部执行设备（如假肢、外骨骼），助力因神经损伤导致的运动功能障碍的康复。通过实时识别异常神经放电模式并施加响应式电刺激，可实现对神经环路过度兴奋或节律紊乱的动态调控。在特定脑区施加温和的微电流刺激，有望调节神经振荡活动，改善与神经功能状态相关的生理节律。

　　上述应用目前多处于临床前研究阶段。然而，这个纤维器件所具备的低弹性模量、微米级直径、高柔顺性及良好的组织相容性，使其在微创植入、长期在体稳定性及靶点适配性等方面展现出显著优势，为上述临床场景的转化应用提供了可行技术路径。

　　短期治疗需在一定时间后从身体取出

　　华商报：纤维植入体内，对人体安全吗？会不会排异、发炎、有副作用？

　　周赟磊：这是植入式器件临床应用前必须回答的核心问题。我们的研究对此给予了高度重视。解决上述安全性问题的关键策略之一是采用具有良好生物相容性的材料对纤维进行封装。通过选择合适的封装层材料，可以有效隔离纤维本体与周围组织，降低免疫识别与炎症反应的风险。

　　华商报：它在身体里能待多久？是一直留在体内，还是用一段时间就可以取出来？方便移除吗？

　　周赟磊：这主要取决于具体的应用场景和临床需求。在某些场景下，可能需要纤维器件长期留在体内，用于持续监测或慢性调控；而在另一些场景下，如术后康复监测或短期治疗，则希望它在一定时间后能够取出。

　　至于具体能待多久，目前我们仍处于研究阶段，距离明确的临床方案还有一段距离。现阶段的工作重点是验证器件的功能性和生物相容性，关于长期植入的稳定性、降解行为以及是否便于移除等问题，还需要通过系统的动物实验和长期随访研究来逐步回答。

　　总体而言，纤维器件“轻、软、细”的特性使其在微创植入方面具备优势，这也为未来设计可取出或可降解的器件方案提供了良好的技术基础。但就目前阶段而言，距离明确的临床应用和取出方案还有较长的路要走。

　　产业化进程已启动

　　正从实验室走向市场

　　华商报：目前这项技术处于什么阶段？距离实际应用还需要多远？

　　周赟磊：这篇论文主要呈现的是我们在基础研究层面取得的阶段性成果，重点解决了异质纤维电子器件在导电稳定性、界面工程与连续化制备等方面的核心科学问题。可以理解为，我们是在为这一类器件的未来发展“打地基”，弄清楚在纤维尺度上如何实现稳定、可靠、可扩展的功能集成。

　　好消息是，我们的产业化进程已经同步启动。我们的公司马上就要成立了，落地在西安电子科技大学杭州研究院。这意味着这项技术正在快速从实验室走向市场。依托西电杭州研究院的平台支撑和区位优势，我们将加速推进纤维电子器件的工程化、产品化进程。

　　那么，距离实际应用还需要多远？我认为能够实现复杂电子功能的微纳尺度纤维电子器件，距离我们并不遥远。随着公司的成立和产业化工作的全面展开，在可穿戴健康监测、智能织物等相对容易落地的场景中，一到两年内就有望看到初步的应用演示甚至原型产品。即使是在要求更高的植入式医疗领域，我们也持谨慎乐观的态度，这个进程可能会比传统医疗器械的开发周期快得多。

　　总体而言，这项技术正处于从“基础突破”向“应用探索”乃至“产业落地”加速迈进的关键阶段，未来可期。

　　》》专家简介

　　周赟磊，男，西安电子科技大学杭州研究院菁英副教授。博士毕业于南京大学现代工学院，随后在华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室从事博士后研究，2023年加入西电杭州研究院/机电工程学院，主要开展柔性电子材料与器件方面的研究。自独立工作以来，以一作或通讯在Nature Communications, Advanced Materials，ACS Nano， Research等顶刊期刊上发表论文多篇，近五年主持国家自然科学基金面上项目和青年项目、江淮追梦基金、智能制造装备与技术全国重点实验室开放基金，重大企业横向等多个项目。目前担任Rare Metals学术副主编，Green Technologies and Sustainability副主编，Soft Science编委，International Journal of Extreme Manufacturing优秀青年编委、。

　　主要研究方向：聚焦于可穿戴及可植入电子材料与器件的前沿科学研究，涵盖材料创新、器件设计与系统集成，并致力于相关关键技术的产业转化与应用。

　　华商报大风新闻记者 王昊 任婷

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