鲍哲南院士最新Nature论文：细如头发丝的柔性电子纤维——神经弦，实现多模态感知与刺激

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

具有一维（1D）几何形状的生物医学设备，例如手术缝线、活检针、导丝、内窥镜、测压探头和脑深部刺激电极，几十年来已在患者身上得到广泛应用。与三维（3D）系统和二维（2D）薄膜相比，一维设备体积小巧，能够通过曲折路径，有利于通过微创植入程序深入组织和体内通道。此外，在完成诊断或治疗功能后，它们可以轻松取出和/或移除。

在众多一维器件中，电子纤维备受关注。随着材料、制造工艺、光学和电子学方面的最新进展，电子纤维已具备了许多新功能，包括传感、驱动、组织调节、能量收集和发光等。尽管其具有大量潜在优势，但由于电子纤维与最初为平面基板开发的传统微制造技术不兼容，其制造仍面临挑战。因此，目前可用的电子纤维器件存在密度低、功能有限以及组件定位不精确等问题。

2025 年 9 月 17 日，斯坦福大学鲍哲南院士团队在Nature期刊发表了题为：High-density soft bioelectronic fibres for multimodal sensing and stimulation 的研究论文。

该研究开发出了一种名为“NeuroString”（神经弦）的柔性生物电子纤维，其直径不到四分之一毫米（与头发丝粗细相当），能够承载数百至上千个独立的电子通道，可同时追踪数百种生物学事件，用于感知、刺激或监测人体的各个部位，有望在药物递送、神经刺激、智能织物等领域得到广泛应用。

对于多模态传感和刺激的生物电子纤维的研究和临床应用需求正在日益增长。然而，现有纤维存在刚性过高、组件布局精度不足、功能有限以及活性组件密度较低等问题。这些局限性源于将多个组件集成到一维（1D）纤维器件中的挑战，特别是由于传统微加工方法（例如光刻技术）与弯曲、细长纤维结构的不兼容性。因此，目前电子纤维能够实现的应用十分有限。

在这项最新研究中，研究团队采用“螺旋转换”（spiral transformation）技术，将包含微加工器件的二维薄膜转化为一维柔性纤维。该方法能够制造出高密度多模态柔性生物电子纤维，研究团队将其称为——螺旋神经弦（Spiral-NeuroString，S-NeuroString），同时实现对功能组件纵向、角度和径向定位与分布的精确控制。

研究团队利用这一柔性电子纤维与动态柔软的胃肠道系统的良好生物相容性，进一步证明了S-NeuroString在清醒的猪模型中用于术后多模态连续运动监测和组织刺激的可行性。研究团队还展示了其在小鼠大脑中进行长达 4 个月的多通道单单元电信号记录能力，以及可在直径 230 微米的柔性纤维中集成 1280 个通道的制造工艺。

该研究的亮点：

• NeuroString 是一种小型、柔性纤维，由类似皮肤的材料制成，可容纳数百至上千个电子通道；

• NeuroString 能够植入体内，用于检测化学物质、递送药物、刺激肌肉或神经以及监测身体活动；

• 在体外，NeuroString 能够催生新型智能织物、可穿戴设备和柔性机器人，它还能增强对实验室培养组织的研究。

• 研究团队已利用 NeuroString 监测了猪的肠道，并观察了小鼠大脑中的单个神经元。

总的来说，研究团队开发的柔性生物电子纤维为微创植入式电子设备提供了一个强大平台，能够有效整合多种传感与刺激功能。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09481-2