柔性电子再迎颠覆性突破！台式无掩膜光刻机助力第六篇《Nature》正刊！
发布日期：2025-10-24
柔性电子再登Nature正刊！
斯坦福大学的鲍哲南院士和James C. Y. Dunn老师
利用台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3
创造性地将二维薄膜卷成直径堪比头发丝的一维纤维传感器
【引言】
在科研和临床应用中，对多模态传感与刺激的需求正日益增长。人们迫切需要能同时测量压力、化学信号、电活动的设备，还希望它们柔软、微小、能长期稳定地工作。然而，现有纤维传感器存在刚性高、组件布局精度低、功能有限以及活性组件密度低等问题。其根源在于，常规的微纳加工技术（比如光刻）并不适用于又细又长的曲面结构。如何在这种又细又长的曲面结构里“装下”成百上千个功能器件，成了全球科学家的难题。
近日，斯坦福大学研究团队通过螺旋神经线（S-NeuroString）有效地解决了这个问题，即采用 “螺旋转化” 技术，将包含微制造器件的二维薄膜像寿司一样“卷成”一维柔性纤维，这种方法能够制造高密度多模态柔性生物电子纤维传感器，同时可对功能组件的纵向、角度和径向定位及分布实现精确控制。
这项研究突破性制造出小型、柔软、多功能的电子纤维传感器！并在小鼠大脑和猪肠道中均表现出优异性能：可实现长达 4 个月的连续高密度单神经元记录，同时还在直径 230 微米的柔性纤维上集成了 1280 个通道，革命性地推动了微创植入式电子设备的发展！该成果以“High-density soft bioelectronic fibres for multimodal sensing and stimulation”为题发表在《Nature》上。
【精彩图文展示】
a. 示意图展示了带有微图案组件的二维薄膜向一维纤维的转化过程。该过程首先在二维薄膜上制造组件，然后将其转化为纤维，最后一步是对纤维进行处理以实现层间紧密结合。
b. 用于制备高密度细型S-NeuroString（如图c所示）的含微制造器件的二维薄膜照片。
c. 两段高密度S-NeuroString的照片（直径分别为250 µm和400 µm），每段均包含150个传感器（81个压力传感器和69个电化学传感器）。这些纤维分别由3厘米宽、1.5 µm厚或4.5 µm厚的基底制备而成。从二维到一维的转化显著提高了单位宽度内的器件密度，即从每30 mm宽度150个组件提升至每0.25 mm宽度150个组件（相当于缩减了120倍）。
d. 尖端直径为150 µm的S-NeuroString与人类头发的对比照片（以头发为参照）。
e. 展示该生物电子纤维柔软性和灵活性的照片，其可轻松缝合到织物中、打结、在软明胶上弯曲以及被拉伸。比例尺：1 cm（b、e（打结、弯曲、拉伸）），2 mm（c、d、e（缝合））。
研究人员首先利用台式无掩膜激光直写光刻机Microwriter ML3在3 cm宽、1.5 µm厚二维弹性薄膜上利用180 mm2/min的超高加工速度，适用于宽光谱、g 线、h 线及 i 线正性与负性光刻胶的385 nm长寿命半导体光源，稳定的且最小加工分辨率为400 nm的物镜图案化加工了150个组件，然后卷成一根柔性电子纤维，从二维到一维的转化显著提高了单位宽度内的器件密度，即从每30 mm宽度150个组件提升至每0.25 mm宽度150个组件（相当于缩减了120倍），直径堪比一根人类头发丝，并且非常柔软和灵活，可以轻易缝合到织物中、打结、在软明胶上弯曲以及被拉伸，创新性做到了把“高密度、多功能、柔软可弯”的电子元件真正做进了一根细丝里。
小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3
螺旋神经丝的诞生，不仅在工程领域将 “二维转化为一维” 的创新构想变为现实，更直观展现出柔性电子技术在临床诊疗与科研探索中的广阔应用前景。作为一款兼具微小、柔软、多功能的一维传感器，它既能深入脑部特定区域，实现对单个神经元的长期动态监测；也可精准植入肠道，同步完成实时生理信号感知与靶向干预操作；此外，其功能边界还可进一步拓展至光学成像、化学传感等多模态检测领域。
从应用潜力来看，这项技术未来有望催生一系列突破性场景：例如为婴幼儿肠道功能提供实时监护方案，为阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病的机制研究搭建新平台，甚至为 “脑 - 肠轴” 这一复杂生理网络的长期动态追踪提供关键工具。不仅如此，依托其独特的纤维状形态，螺旋神经丝还能向更多跨界领域延伸 —— 融入智能织物实现生理数据的无感采集，集成至可穿戴设备提升健康监测的精准度，或作为核心组件赋能软体机器人的柔性操控，为多领域技术升级提供新思路。
不难预见，这根“柔性电子丝”，正以其多元的功能与灵活的应用场景，悄然勾勒出医疗技术与智能科技深度融合的未来图景。
