复旦大学彭慧胜院士团队最新成果登《Nature》，研发出高性能柔性 “纤维芯片”|Nature|复旦大学|彭慧胜|高分子|高性能柔性

2026年1月21日，复旦大学校长助理彭慧胜院士、陈培宁教授为论文共同通讯作者在全球顶级期刊《Nature》发表了题为“Fibre integrated circuits by multilayered spiral architecture”的研究论文。该研究成果有望为脑机接口、电子织物、虚拟现实等新兴产业提供强有力的技术支撑。复旦大学为该论文的第一完成单位。复旦大学博士研究生王臻、陈珂和博士后施翔为共同第一作者。

纤维器件作为多学科交叉的新兴领域，凭借可编织、柔软透气、轻量化等特性，被赋予发电、储能、显示、传感等多元功能，有望催生“以人为中心”的全新人机交互范式，推动信息、能源、医疗等领域革命性变革。然而，与智能手机、计算机等电子设备类似，信息处理芯片是纤维器件升级为纤维电子系统、实现信息交互的核心，但传统纤维系统依赖外接硬质块状芯片，与纤维柔性、可变形、可穿戴的应用需求存在根本矛盾，成为制约其规模化应用的关键瓶颈——不仅导致电路连接复杂不稳定，还严重影响穿戴舒适性与场景适配性，亟需开发与纤维一维结构适配的高效信息处理器。

为攻克这一难题，彭慧胜/陈培宁团队跳出硅基芯片的传统研究范式，创新性提出多层旋叠架构设计思想，在弹性高分子纤维内部构建螺旋式多层集成电路，最大化挖掘纤维内部空间潜力。实验数据显示，以实验室级1微米光刻精度制备的“纤维芯片”，1毫米长度可集成1万个晶体管，信息处理能力媲美植入式起搏器芯片；若将长度扩展至1米，晶体管集成量有望突破百万级别，超越经典计算机中央处理器的集成水平，电子元件集成密度达10万个/厘米。

“纤维芯片”概念图

团队同时攻克了弹性高分子基底直接光刻芯片电路的制备难题，建立了与现有成熟光刻工艺兼容的制备路线。针对弹性高分子表面不平整、易被光刻溶剂溶胀、电路耐受形变能力弱三大痛点，团队采用等离子刻蚀技术将基底粗糙度降至1纳米以下，满足商业光刻精度要求；通过设计聚对二甲苯纳米膜层，形成“硬-软模量异质结构”，既抵御溶剂侵蚀，又显著降低形变过程中电路层应变，保障电路结构与性能稳定。经测试，“纤维芯片”可耐受弯曲、拉伸、扭曲等复杂形变，即便经过水洗、高温处理乃至卡车碾压，仍能保持性能稳定，展现出极强的环境适应性。

“纤维芯片”显示多层旋叠架构的三维重构荧光标记照片

目前，该“纤维芯片”已实现数字、模拟电路运算功能，可完成异或门、与非门、或非门等基础逻辑运算，以及锁存器时序逻辑控制、电脉冲调制等功能，性能对标典型心脏起搏器芯片。更重要的是，基于这一技术，团队实现了单根纤维上供电、传感、显示、信号处理的多功能一体化集成，无需外接控制或供能模块即可自主运行——触摸纤维表面压力传感位点，芯片可通过逻辑运算调控发光模块亮暗，实现实时图案显示，为纤维电子系统集成开辟了全新路径。

成卷“纤维芯片”和局部细节照片

在应用场景中，“纤维芯片”展现出广阔前景。在脑机接口领域，直径仅50微米的超细纤维可集成1024通道/厘米的高密度传感-刺激电极阵列与前置放大电路，兼具与脑组织匹配的柔性和良好生物安全性，采集的神经信号信噪比与商用设备相当，为脑科学研究及脑神经疾病诊疗提供新工具；在电子织物领域，可直接编织构建全柔性、透气的电子织物系统，借助内置有源驱动电路实现动态像素显示，推动可穿戴设备向终极形态升级；在虚拟现实领域，基于“纤维芯片”的智能触觉手套，能精准模拟物体力学触感，解决传统触觉接口贴合度不足的问题，适配远程手术、虚拟交互等精细场景。彭慧胜院士团队未来将通过研发先进半导体材料，进一步提升“纤维芯片”的集成密度与信息处理性能，适配更复杂应用需求。