復旦大學彭慧勝院士團隊最新成果登《Nature》，研發出高性能柔性 “纖維芯片”

2026年1月21日，復旦大學校長助理彭慧勝院士、陳培寧教授為論文共同通訊作者在全球頂級期刊《Nature》發表了題為“Fibre integrated circuits by multilayered spiral architecture”的研究論文。該研究成果有望為腦機接口、電子織物、虛擬現實等新興產業提供強有力的技術支撐。復旦大學為該論文的第一完成單位。復旦大學博士研究生王臻、陳珂和博士后施翔為共同第一作者。

纖維器件作為多學科交叉的新興領域，憑借可編織、柔軟透氣、輕量化等特性，被賦予發電、儲能、顯示、傳感等多元功能，有望催生“以人為中心”的全新人機交互范式，推動信息、能源、醫療等領域革命性變革。然而，與智能手機、計算機等電子設備類似，信息處理芯片是纖維器件升級為纖維電子系統、實現信息交互的核心，但傳統纖維系統依賴外接硬質塊狀芯片，與纖維柔性、可變形、可穿戴的應用需求存在根本矛盾，成為制約其規模化應用的關鍵瓶頸——不僅導致電路連接復雜不穩定，還嚴重影響穿戴舒適性與場景適配性，亟需開發與纖維一維結構適配的高效信息處理器。

為攻克這一難題，彭慧勝/陳培寧團隊跳出硅基芯片的傳統研究范式，創新性提出多層旋疊架構設計思想，在彈性高分子纖維內部構建螺旋式多層集成電路，最大化挖掘纖維內部空間潛力。實驗數據顯示，以實驗室級1微米光刻精度制備的“纖維芯片”，1毫米長度可集成1萬個晶體管，信息處理能力媲美植入式起搏器芯片；若將長度擴展至1米，晶體管集成量有望突破百萬級別，超越經典計算機中央處理器的集成水平，電子元件集成密度達10萬個/厘米。

“纖維芯片”概念圖

團隊同時攻克了彈性高分子基底直接光刻芯片電路的制備難題，建立了與現有成熟光刻工藝兼容的制備路線。針對彈性高分子表面不平整、易被光刻溶劑溶脹、電路耐受形變能力弱三大痛點，團隊采用等離子刻蝕技術將基底粗糙度降至1納米以下，滿足商業光刻精度要求；通過設計聚對二甲苯納米膜層，形成“硬-軟模量異質結構”，既抵御溶劑侵蝕，又顯著降低形變過程中電路層應變，保障電路結構與性能穩定。經測試，“纖維芯片”可耐受彎曲、拉伸、扭曲等復雜形變，即便經過水洗、高溫處理乃至卡車碾壓，仍能保持性能穩定，展現出極強的環境適應性。

“纖維芯片”顯示多層旋疊架構的三維重構熒光標記照片

目前，該“纖維芯片”已實現數字、模擬電路運算功能，可完成異或門、與非門、或非門等基礎邏輯運算，以及鎖存器時序邏輯控制、電脈沖調制等功能，性能對標典型心臟起搏器芯片。更重要的是，基于這一技術，團隊實現了單根纖維上供電、傳感、顯示、信號處理的多功能一體化集成，無需外接控制或供能模塊即可自主運行——觸摸纖維表面壓力傳感位點，芯片可通過邏輯運算調控發光模塊亮暗，實現實時圖案顯示，為纖維電子系統集成開辟了全新路徑。

成卷“纖維芯片”和局部細節照片

在應用場景中，“纖維芯片”展現出廣闊前景。在腦機接口領域，直徑僅50微米的超細纖維可集成1024通道/厘米的高密度傳感-刺激電極陣列與前置放大電路，兼具與腦組織匹配的柔性和良好生物安全性，采集的神經信號信噪比與商用設備相當，為腦科學研究及腦神經疾病診療提供新工具；在電子織物領域，可直接編織構建全柔性、透氣的電子織物系統，借助內置有源驅動電路實現動態像素顯示，推動可穿戴設備向終極形態升級；在虛擬現實領域，基于“纖維芯片”的智能觸覺手套，能精準模擬物體力學觸感，解決傳統觸覺接口貼合度不足的問題，適配遠程手術、虛擬交互等精細場景。彭慧勝院士團隊未來將通過研發先進半導體材料，進一步提升“纖維芯片”的集成密度與信息處理性能，適配更復雜應用需求。

團隊合影

編輯、審核：艾克旦

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