柔性纤维电子材料是智能纺织品、可穿戴设备和人机交互系统的重要基础，但机械强度与信号传输能力之间长期存在结构与功能的权衡：提高聚合物链取向和结晶度虽能增强力学性能，却往往抑制离子传输和光信号传播，而有利于传输的结构又难以保证机械稳定性。因此，如何在单一纤维体系中同时实现机械稳定和多功能性，一直是柔性电子领域面临的重要挑战。现有策略主要依赖化学改性、多材料复合或器件集成等策略实现多功能协同，但普遍存在加工复杂、界面稳定性不足以及长期可靠性受限等问题。

  受蚕天然纺丝过程中“流动-脱水-取向结晶”机制启发，复旦大学的凌盛杰团队与五邑大学马春平、王洋团队合作，提出一种仿生加工历史编程策略。该策略并不依赖材料组成的改变，而是通过调控材料形成过程中的加工路径，实现结构与功能的协同构筑。研究团队开发了一种湿度辅助拉伸（SMS）介导的后处理路径，在高湿环境下对再生丝纤维进行受控拉伸，使丝蛋白分子在保持链段运动能力的同时发生充分取向；随后通过持续脱水诱导β-折叠结构形成并冻结取向状态，从而实现层级结构的定向重构与功能集成（图1）。

  2026年5月29日，相关成果以“Processing-History-Programmed Silk Fibers Integrating Mechanical Robustness, Ionic Conduction, and Optical Waveguiding for Intelligent Wearables”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。五邑大学马春平、马星月和复旦大学杨云浩为共同第一作者，五邑大学王洋博士、池振国教授、盐城工学院叶超博士和复旦大学凌盛杰教授为通讯作者。

图1. 再生丝纤维的仿生加工历史编程策略

  在材料制备方面，研究团队以未脱胶蚕茧丝和氯化锂为原料，通过干法纺丝连续制备再生丝离子导体纤维，并进一步利用SMS策略对纤维进行加工历史编程。与传统后拉伸或热处理方法相比，该策略通过湿度、拉伸和脱水过程的协同耦合，实现了丝蛋白链段运动、分子取向和结构固化之间的精准调控，为构筑高性能多功能纤维提供了新的加工路径。为了揭示SMS处理的作用机制，研究人员利用同步辐射红外光谱、拉曼光谱、XRD以及SAXS/WAXS等多尺度表征手段，对纤维内部结构演化进行了系统研究（图2）。结果表明，SMS处理后再生丝纤维中的β-折叠结构含量由18%提高至36%，同时分子链沿纤维轴向实现高度取向，并形成具有明显径向梯度特征的层级结构。这种兼具高结晶取向和梯度组织的结构，为纤维力学增强与多功能传输提供了统一的结构基础。

图2. SMS策略诱导再生丝纤维结构重构及相关表征

  SMS处理后，再生丝纤维展现出显著提升的力学性能（图3），与处理前相比，其断裂强度、杨氏模量和韧性分别提高39倍、207倍和5倍，实现了数量级提升。实验中，一根质量仅约0.004 g的SMS纤维即可稳定悬挂200 g重物，负载比高达5×10?，展现出优异的承载能力和结构稳定性。值得注意的是，在力学性能大幅提升的同时，SMS纤维仍保持连续且稳定的离子传输能力（图4）。SMS纤维能够实现手指弯曲监测、关节运动识别等人体运动感知功能，展现出在柔性传感领域的应用潜力。

图3. SMS纤维的力学性能

图4. SMS纤维的导电和传感性能

  除了电学性能外，SMS纤维还表现出优异的光波导能力（图5）。可见光能够在纤维内部实现稳定传输，并对环境湿度和电解质浓度变化产生响应。研究团队进一步将SMS纤维植入猪皮组织中，验证了其在生物组织中的光信号传输能力，表明该纤维有望应用于植入式光电子器件和生物光子学领域。基于SMS纤维优异的机械、电学和光学性能，研究人员进一步构建了多模态智能腕带系统（图6）。该系统能够同步采集电学信号和光学信号，分别用于表征人体运动状态和汗液盐浓度变化，并结合机器学习算法实现实时数据分析与信息解码。结果表明，该系统对人体运动状态的识别准确率达到92%，汗液盐浓度预测模型的R2值达到0.921，展现出优异的智能感知与健康监测能力。

图5. SMS纤维的光波导性能

图6. 基于多模态信号融合的SMS纤维基智能腕带系统

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.76164