第九篇Nature正刊，无掩膜光刻系统助力“纤维芯片”问世！

发布日期：2026-06-26

近日，复旦大学纤维电子材料与器件研究院、高分子科学系、先进材料实验室、聚合物分子工程全国重点实验室彭慧胜、陈培宁团队，突破传统芯片硅基研究范式，率先提出并制备“纤维芯片”在弹性的高分子纤维内实现大规模集成电路，成功将供电、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全新的集成路径。相关成果以“Fibre integrated circuits by a multilayered spiral architecture”为题登上《Nature》正刊。本文亦是小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3助力完成的第九篇Nature正刊工作。

【研究进展】

想象一下，一根细如发丝的纤维可以完成脑电信号的探测与处理；衣服能直接播放视频；手套能精准模拟触感，是不是感觉描述的是遥远的未来科技生活？复旦大学彭慧胜、陈培宁团队借鉴“卷寿司”的方法，先在弹性高分子表面完成高精度微纳加工，再把它“卷”成纤维形态，形成多层旋叠架构，最终成功制备出具有信息处理功能的“纤维芯片”，将这种不可能变成了现实！

集成电路、芯片等信息处理器是现代电子技术的基石，纤维电子器件同样如此。近几十年来，纤维电子器件完成了从传统纤维到多功能纤维器件的迭代发展，然而为了满足规模化应用下多样化的交互需求，未来也需要从分立工作的单体器件，逐步升级为智能纤维系统。目前的关键短板是尚未研发出具备柔韧、可拉伸、可扭转、轻量化乃至可编织等特性的纤维形态的高性能信息处理器。

传统芯片的制造工艺普遍依赖平整的硅晶圆衬底，而纤维不仅本身质地柔软、呈圆柱形结构，可用表面积有限；用于制备纤维器件的弹性高分子基底，也很难耐受光刻过程中的各类极性溶剂，同时还要保证在拉伸、扭转等变形中保持电路稳定。

复旦大学团队针对这些挑战，通过等离子刻蚀技术，成功将弹性高分子表面粗糙度降至1纳米以下；然后沉积聚对二甲苯的高分子材料，在弹性衬底表面形成致密膜层，形成“硬-软异质结构”，不仅能有效抵御溶剂侵蚀，还能减小电路层应变，确保结构稳定；再结合小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3稳定、高效、高质量的1 μm加工精度，可视化的虚拟掩膜版加工功能等技术优势，制备了基底上的顶栅型、底栅型晶体管、连接不同功能模块的电极等；最后再卷绕组装，制备出的“纤维芯片”可承受1 mm半径弯曲、20%拉伸形变，水洗、卡车碾压后性能依然稳定。

小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3

【精彩图文展示】

a. 纤维表面制备有电路的纤维集成电路实物图（比例尺：200 μm）及局部放大图（比例尺：40 μm）。图中 (1)(2)(3) 三处可体现器件内部电路的均一性。

b. 三维重构荧光显微图，展示纤维集成电路内部微器件的线路连接结构。电路可沿纤维周向实现 360° 全域排布。

c. 纤维集成电路内部有源驱动电路单元荧光显微图，证明该纤维结构可集成多种功能器件。比例尺：40 μm。

d. 规模化制备纤维集成电路现场实物图；局部放大图展示电路的连续性。左图标尺：1 cm；右图标尺：1 mm。

e. 缠绕成结并置于拇指上的纤维集成电路实物图，体现器件优异的柔韧性与结构完整性。比例尺：2 mm。

在脑机接口领域，研究团队将这个纤维集成电路植入小鼠大脑皮层下方 200 μm深度，随即开展电生理信号采集（如下图d），该纤维集成电路集成了高密度传感阵列、原位信号处理电路与刺激电极，下图e为直径 50 μm的纤维集成电路实物图，其集成了每厘米 1024 通道的传感电极阵列，表面传感 / 刺激电极局部放大图见下图f，随机选取三个通道采集到的神经信号波形，以及经原位信号放大电路处理后的神经信号局部放大波形图，实验证明，其柔性与脑组织相当，生物相容性良好，植入8周之后，系统仍然能够采集到信噪比高达7.5dB的神经信号，与商用设备持平。

【总结】

除了脑机接口领域，研究团队在电子织物和虚拟现实技术领域做了深入探索，通过将纤维电路直接编织入纺织品，创造了可独立像素控制、可编程触觉反馈的全柔性交互界面，在虚拟现实、远程操作等场景展现出应用潜力。本研究为纤维电子从功能器件迈向智能系统奠定了基础，有望推动可穿戴计算、医疗健康和人机交互等领域的技术变革。同时小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3凭借其优异的加工性能，成为了高分子科学领域微纳加工的核心助力，其在高精度、高稳定性、高适配性上的表现，也为脑机接口等柔性传感器领域的前沿研究提供了重要设备支撑。