用于多模态感测与刺激的可规模化、可拉伸一维多功能纤维

倾听身体的柔软线缆

想象一下，医疗设备不再是刚硬的贴片或笨重的小器件，而是像T恤纤维一样柔软、细如发丝的线缆，能随着你的身体弯曲、拉伸并自由移动。本研究介绍了这样的“电子线缆”——细长且可拉伸的纤维，能够感测身体的电信号、刺激神经，甚至在缝入衣物时实现无线供能。它们有望带来更舒适的可穿戴设备、更温和的植入器件以及更智能、几乎与日常生活无缝融合的纺织品。

从平面贴片到柔性线缆

传统的生物电子贴片像贴纸一样贴在皮肤上，常在出汗时起翘、感到闷热，并且在身体运动时难以保持紧密接触。研究人员转而关注一维纤维，其细长、线状的形态天然贴合曲线、褶皱与运动中的组织。纤维透气、轻便，且易于编织入织物或绕在诸如神经等微小结构周围。然而，要让它们真正实用并不容易：内部导体必须在被拉伸、弯曲并长期浸泡于含盐体液中时仍然保持高导电性。

液态金属包裹在可拉伸芯内

为了解决这一问题，团队构建了一种新型纤维，将液态金属通道隐藏在可拉伸的塑料芯内。他们先从一根薄聚氨酯线开始，逐步涂覆粘性层、薄金属种子层，然后镀铜。当这种铜涂层纤维在温和酸性浴中遇到一滴镓基液态金属时，两种金属在表面发生反应并融合，形成光滑连续的液态金属外壳，紧密附着于纤维上。由于导体为液态，它能在变形时不发生开裂，即使纤维被拉伸到原长两倍以上或扭成环也能保持极高的导电性。

保护外壳与温和的皮肤接触

裸露的液态金属在汗液或血液等含水含盐环境中会迅速腐蚀，因此研究人员加入了一层薄弹性外套，既阻隔水分又允许电子沿内层通道传导。他们还可以在纤维的选定段落留出未封闭区，并在其上涂覆柔软的碳基导电层，外覆一种在潮湿条件下电学表现稳定的高分子。这些暴露区作为电极，直接接触皮肤或组织，同时屏蔽下方的液态金属。测试显示，涂层纤维在大幅拉伸与长期盐水浸泡下电阻保持稳定，电极表面在承受电荷时也不会发生击穿。

能供电、能监听、能驱动的线缆

由于这些纤维可以连续制备且细如人发，它们可用常规纺织技术绣入织物。在织物天线中，液态金属线圈高效传输无线电能，效率可与标准铜线媲美，同时能承受数百次弯曲循环而不破断——这是固体金属线往往无法做到的。直接佩戴在身体上时，纤维电极在运动或出汗时比商用凝胶贴片记录到更洁净的心电和肌电信号，同时因透气性好而保持舒适。通过将数根纤维编织在一起，团队能够同时记录多个肌肉通道，并借助机器学习软件几乎以完美的准确率识别手势。

温和控制神经并保护细胞

研究人员还在体内测试了这些纤维，将其松绕缠于大鼠的一条小腿神经周围。通过纤维电极施加短脉冲电压能在不同频率和电压范围内可控、可重复地使动物后肢屈伸；即便设备在模拟体液的盐溶液中浸泡数日后，刺激仍然有效。在细胞培养实验中，纤维上的对神经安全的涂层与标准实验条件相比未显示显著毒性，表明这些材料足够温和，可与活体组织长期接触。

这些智能线缆的重要性

通俗地说，这项工作将柔软、可拉伸的线缆变成微小的多合一导线、传感器和电极，可编入衣物或直接放置在甚至缠绕在身体的脆弱部位。它们在你运动、出汗或拉伸时保持导电，并且在早期测试中与神经和肌肉交互时未显示明显伤害。舒适性、耐用性与多功能性的结合，使这些多功能纤维成为下一代可穿戴设备与植入物的有前景基础——从更可靠的心脏监测与手势控制设备到微创的神经治疗方案。

引用: Yin, J., Zhu, J., Wang, S. et al. Scalable and stretchable 1D multifunctional fibers for multimodal sensing and stimulation. Nat Commun 17, 2496 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70178-9

关键词: 可拉伸生物电子学, 液态金属纤维, 可穿戴传感器, 电子纺织品, 神经刺激