复旦大学推出“纤维芯片”，或将革新电子织物与脑机接口

你能否想象，未来的衣服能直接播放视频，手套能精准模拟触感，甚至一根细如发丝的纤维就能完成脑电信号的探测与处理？复旦大学纤维电子材料与器件研究院等多个团队在1月22日凌晨，以《基于多层旋叠架构的纤维集成电路》为题，在《自然》期刊上发表了他们的最新研究成果“纤维芯片”。

这项突破性研究首次在弹性高分子纤维内实现了大规模集成电路，将供电、传感、显示、信号处理等多功能集成于一根纤维之内，为纤维电子系统开辟了全新的集成路径。这一创新有望为脑机接口、电子织物、虚拟现实等新兴产业提供强有力的技术支撑。

从单一器件到高密度集成电路

纤维材料的发展历程从蚕丝、金属导线到通信光纤，每一次进步都推动着人类文明的变革。复旦大学的团队早在十多年前就关注到可穿戴设备的巨大潜力，持续探索纤维器件的各种可能性。团队从纤维太阳能电池、纤维锂电池起步，逐步拓展出包括发光、显示、储能、生物传感等在内的30多种功能纤维器件。

然而，将不同功能的纤维器件形成完整的系统，具备信息交互功能，必须有自己的“大脑”——一个能够处理信息的核心芯片。长期以来，纤维系统的集成普遍依赖连接硬质芯片电路板，这与纤维本身柔软、透气、可编织的特点格格不入。

“传统芯片是硬质、片状的，能不能把它做成柔软的纤维？我们觉得这个想法很有趣。”——彭慧胜

在柔软纤维里“盖高楼”

“在弹性高分子上做高密度集成电路，好比在坑坑洼洼的软泥地上盖高楼，还要让高楼经得起拉伸扭曲。”陈培宁解释了研发过程中面临的两大核心挑战。

首先是表面平整度。传统硅基芯片的衬底粗糙度非常低，而常用弹性高分子的表面粗糙度一般在几十纳米。团队通过等离子刻蚀技术，将弹性高分子表面粗糙度降至1纳米以下，为后续的集成电路打下了坚实的基础。

其次是溶剂侵蚀和结构稳定。光刻过程中使用的多种极性溶剂会让弹性高分子材料发生溶胀变形。团队最终锁定了一类叫做聚对二甲苯的高分子材料，通过沉积工艺形成“硬-软异质结构”，有效抵御溶剂侵蚀，确保结构稳定。

“我们的制备方法可以与现有光刻工艺兼容，未来有望高效对接产业。”——陈培宁

“纤维芯片”的未来应用

“一根头发丝粗细的纤维，就能集成传感、处理、刺激反馈等闭环功能。”这项研究成果有望为脑机接口、电子织物、虚拟现实等多个领域提供有力支撑。

在脑机接口领域，“纤维芯片”有望破解传统设备瓶颈，为脑科学研究和脑神经疾病治疗提供新的工具。基于“纤维芯片”的超细纤维上，集成1024通道/厘米的高密度传感—刺激电极阵列与信号预处理电路，其柔性与脑组织相当，生物相容性良好。

在电子织物方面，“纤维芯片”能让普通衣物变身“交互屏”。过去的织物显示只能实现简单的图案，而“纤维芯片”则可实现动态视频、触控交互。未来，袖口或许就能显示导航，运动时衣服可实时显示生理健康数据。

在虚拟现实领域，“纤维芯片”也能发挥重要作用。基于“纤维芯片”的智能触觉手套兼具全柔性与透气性，能更精准地模拟不同物体的力学触感。

“医生戴着它做远程手术，能清晰感知脏器硬度；游戏玩家佩戴时，能逼真触摸虚拟道具。”——王臻

展望未来，团队希望通过材料与工艺的优化，提升芯片良率和集成度，推动“纤维芯片”在更多领域实现高质量应用。长远来看，基于“纤维芯片”的电子织物，或许能像手机、电脑一样进行高效的信息交互。