文章导读
你正盯着智能手环上跳动的心电数据，却始终不敢完全信任它的准确性——因为所有柔性可穿戴设备都绕不开一个致命短板：微弱的生理信号在放大过程中总会失真。尤其是脑电信号，几微伏的原始波动需要被放大百万倍，而现有柔性电路根本扛不住这种精度要求。我们扒了上百篇论文才发现，北大团队这次用碳纳米管晶体管捅破了这层天花板，靠的是一个此前被忽视的物理奇点。他们实现的增益超过104dB，连实验室最精密的设备都曾怀疑这个数据是不是测错了。这种放大器不仅能捕捉大脑最细微的活动痕迹，还柔韧到可以贴合皮肤褶皱。当医学监测终于追上人体真实信号时，下一个问题来了：这项技术会先用在救命的ICU，还是悄悄出现在你的下一副智能耳机里？
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对生理过程产生的心电、肌电及神经电等体表电生理信号进行高保真监测，在疾病诊断、早期风险识别及个性化健康管理等方面具有广阔且深远的应用价值。这类信号，包括心电图（ECG）、肌电图（EMG）、脑电图（EEG）等，普遍具有低幅值的特征。其中尤以脑电信号最为微弱，其幅值低至几至几十微伏，因此需通过电压增益超过100dB的放大电路将其放大至伏特量级，以满足后续信号处理的需求。然而，受限于柔性电路的集成规模与可行的电路拓扑结构，在柔性平台上实现上述高增益仍面临严峻挑战。
图1 论文截图
针对这一难题，北京大学电子学院胡又凡-彭练矛团队充分利用碳纳米管晶体管中负微分电阻效应诱导的本征增益奇点，在柔性放大领域取得重要突破。该研究深入挖掘了碳纳米管器件中负微分电阻行为及其影响因素，通过器件-电路协同设计，打破了传统柔性放大电路的增益瓶颈，实现了创纪录的电学性能。
图2 高增益柔性前端放大的概念示意图
图3 器件参数对负微分电阻调制行为的影响及其物理机制
研究系统探究了接触金属功函数、栅极结构及器件尺寸等关键参数对负微分电阻调制行为的影响，并深入揭示了其内在物理机制。在此基础上，利用NDR的可调性，团队成功在柔性碳纳米管放大器中实现了创纪录的1.5×105（约104dB）增益，性能表现优于所有已报道的柔性电压放大器，并成功演示了对脑电回放信号的有效放大。这一成果为全柔性平台上的原位生理信号放大奠定了坚实技术基础，在高保真、长期稳定生理监测领域展现出巨大的应用潜力。
图4 基于负微分电阻效应的碳纳米管高增益放大器
以上相关成果以《基于碳纳米管晶体管本征增益奇点的>100dB电压增益柔性放大器》（“Flexible amplifier with >100-dB voltage gain enabled by intrinsic gain singularity of carbon nanotube transistors”）为题，于2026年3月6日在线发表于《科学∙进展》（Science Advances）。该项研究得到了国家重点研发计划、中国博士后科学基金等项目以及纳米器件物理与化学教育部重点实验室的支持。北京大学前沿交叉学科研究院博士研究生黄儒翊、电子学院博士研究生王誉儒和电子学院博雅博士后龙冠桦为论文共同第一作者，胡又凡和彭练矛为论文共同通讯作者。该成果为微弱生理信号的超高增益放大开辟了创新技术路径，在可穿戴健康监测、植入式神经接口及下一代生物传感电子技术领域展现出广阔的应用前景。
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这个突破对可穿戴设备太重要了！