近日，365英国上市官网在线柔性電子材料與器件團隊在國際期刊《Science Advances》（Science子刊，中科院一區Top期刊）發表題為“Hydrogel-Assisted Microfluidic Spinning of Stretchable Fibers via Fluidic and Interfacial Self-adaptations”的研究論文。

纖維在人體中廣泛存在，如神經纖維、肌纖維、浦肯野纖維等。研發具有仿生性能的人工合成纖維，有望應用于組織功能修複、生理信号監測、光電刺激幹預等場景，為解決衆多生物醫學問題提供有效工具。基于此，開發生物相容且與軟組織力學性質（柔軟且可拉伸）相仿的纖維成為關鍵。目前，研究者基于水凝膠開發了各種纖維以滿足上述需求，然而較差的穩定性限制了其應用。因此，研發生物相容、柔軟、可拉伸且性能穩定的人工合成纖維具有重要意義。

彈性體聚合物能夠被用來制備柔軟且穩定的可拉伸纖維，然而其制備過程依賴于聚合物的可紡性。對于一大類性能優異、應用廣泛的彈性體聚合物，如聚二甲基矽氧烷（PDMS）和Ecoflex等，并不具有直接可紡性，使得現有技術仍無法量産其高品質纖維。因此，開發普适于該類不可紡彈性體聚合物的紡絲技術，成為促進其纖維态開發和應用的關鍵。

該研究以PDMS為主要對象，基于自主開發的微流控技術建立了一種彈性體纖維制備新策略（圖1）：海藻酸水凝膠纖維充當保護性外殼，包裹PDMS的油相預聚物内核纖維，在内核交聯固化後除去外殼，得到彈性體聚合物纖維。深入研究了高黏度油相内核與水凝膠前體溶液間的多相流與界面現象，以及黏度、擠出速度、紡絲頭尺寸等因素對纖維形态的影響，并揭示了内壓力與水凝膠外殼回縮力間抗衡作用所介導的均勻、光滑且圓柱形内核纖維的形成機制。基于此，成功制備了直徑大範圍可控（0.04-3.70 mm）、長度數十米且形态優良的可拉伸纖維。該工作不僅開發了一種全新的紡絲策略，還将為微流控與紡絲技術相結合提供理論指導。

圖1. (a) 水凝膠輔助的紡絲技術示意圖；(b) 多種彈性體纖維照片；(c) 微米級矽膠纖維照片。

同時，該技術也能夠制備具有彈簧狀結構的螺旋纖維。剛紡絲得到的纖維中的預聚物内核仍處于未交聯狀态，且受水凝膠外殼保護，因此通過一體化纏繞塑形能夠制備彈性體螺旋纖維（圖2）。受益于水凝膠外殼間的濕态附着現象，纏繞過程極為簡便和可控，成功制備得到了尺寸大範圍可控、可拉伸性優異（斷裂伸長率數十至上百倍）且力學順應的彈性體螺旋纖維，極大拓展了纖維材料的性能極限。

圖2. (a) 彈性體螺旋纖維示意圖及照片；(b-c) PDMS螺旋纖維的照片和應力-應變曲線。

基于該技術，團隊成功制備了多種彈性體纖維并展示了其應用潛力：PDMS纖維可編織為不同結構的繩索和織物；導光性優異的PDMS纖維可用作可拉伸光纖，能夠以可穿戴式監測多種人體力學信号；平直和螺旋結構碳納米管（CNT）/PDMS導電纖維能夠分别用作可穿戴力學傳感器和力不敏感導體；磁性修飾的螺旋PDMS纖維能夠磁控進入血管樣管道内，有望用作血管内軟體機器人。上述應用證明了該技術及所制得纖維的巨大潛力，尤其在生物醫學領域中的獨特優勢。

圖3. (a) PDMS織物；(b) PDMS光纖的可穿戴力學傳感應用；(c) 平直和螺旋結構CNT/PDMS纖維的力電性質及可穿戴力學傳感應用；(d) 磁性修飾的PDMS螺旋纖維進入血管樣管道并磁控移動。

該研究解決了一大類不可紡聚合物的量産化紡絲難題，将極大地促進新型可拉伸纖維的研發和應用，有望作為一種基礎性制備技術和材料類型，廣泛應用于生物醫學工程等多個行業領域。

研究得到了國家自然科學基金、海南省重點研發項目、海南大學協同創新中心項目等資助。海南大學為第一完成單位，365英国上市官网在线趙國旭副教授為論文第一/通訊作者，365英国上市官网在线王東教授和西安交通大學生命科學與技術學院徐峰教授為論文共同通訊作者。

論文鍊接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj5407