2025-06-07 09:00:10
【导语】6月6日，上海科研团队在《科学》期刊发表重磅研究，成功开发出全球首款超宽光谱视觉假体，覆盖可见光至近红外二区，使失明小鼠重获视觉并具备红外感知能力。这一突破性技术利用碲纳米线网络，不依赖电池或外部摄像头，为视网膜变性患者带来重见光明的希望，并开启了超越生理极限的视觉感知新篇章。科研团队经过七年跨学科合作，从材料物理到神经科学，实现了从理论到实践的重大飞跃。
6月6日，上海科研团队联合在《科学》(Science)期刊发表研究长文，合作开发出全球首款覆盖可见光至近红外二区（470–1550nm）的超宽光谱视觉假体，不仅让因视网膜退化而失明的小鼠重获可见光视觉，更赋予其感知红外图案、识别红外信号的能力。集成芯片与系统全国重点实验室、复旦大学集成电路与微纳电子创新学院周鹏、王水源，脑功能与脑疾病全国重点实验室、复旦大学脑科学研究院张嘉漪，红外科学与技术全国重点实验室、中国科学院上海技术物理研究所胡伟(wěi)达(dá)为(wèi)论(lùn)文共(gòng)同(tóng)通(tōng)讯(xùn)作(zuò)者(zhě)。王(wáng)水(shuǐ)源(yuán)和(hé)博(bó)士(shì)生(shēng)姜(jiāng)承(chéng)勇(yǒng)、余(yú)羿(yì)叶(yè)，南(nán)洋(yáng)理(lǐ)工(gōng)大(dà)学(xué)博(bó)士(shì)后(hòu)张(zhāng)振(zhèn)汉(hàn)，北(běi)京(jīng)邮(yóu)电(diàn)大(dà)学(xué)副(fù)教(jiào)授(shòu)屈(qū)贺(hè)如歌为论文共同第一作者。
“这种新一代超视觉假体技术能让失明者重新感受到视觉，在未来有望为人类打开一扇超越生理极限的感知之窗。”王水源说道。该研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、上海市科委、科学探索奖等项目的资助，以及教育部创新平台的支持。
小小纳米线如何带来大突破？
你有没有想过，失明动物也能恢(huī)复(fù)可(kě)见(jiàn)光(guāng)视(shì)觉(jué)能(néng)力(lì)，甚(shén)至(zhì)像(xiàng)电(diàn)影(yǐng)中(zhōng)的(de)超(chāo)级(jí)英(yīng)雄(xióng)一(yī)样(yàng)“看(kàn)见(jiàn)红(hóng)外(wài)线(xiàn)”？现(xiàn)在(zài)，这(zhè)个(gè)科(kē)幻(huàn)场(chǎng)景(jǐng)正(zhèng)在(zài)实(shí)验(yàn)室(shì)中(zhōng)真(zhēn)实(shí)上(shàng)演(yǎn)。而(ér)让(ràng)这(zhè)一(yī)幕(mù)成(chéng)真(zhēn)的(de)，是(shì)一(yī)枚(méi)不(bù)足(zú)指(zhǐ)甲(jiǎ)盖大小、像“乱发”般的碲纳米线网络。它不依赖电池、不需要外部摄像头，植入眼底，就能激活残存神经细胞，让视网膜变性患者重见光明，更可看见“人类从未看过的光”。
盲眼重见光明，这本就令人惊叹。但更神奇的是，这次的技术让眼睛看到了人类通常看不见的红外光。为什么这片神奇的纳米材料能做到这一点呢？
超视觉假体实物样品
这种材料的名字叫“碲纳米线网络”（TeNWNs）。你可以把它想象成一片由极细“头发丝”交织而成的微型丛林——这些纳米线直径仅约80纳米，彼此交错，构成一张看似杂乱但功能强大的网络。
当光线照射在这张纳米网时，纳米线会自行产生电流，完全不依赖电池或外部电源。更特别的是，它具备一种被称为“非对称效应”的独特物理属性——简单来说，就是能在受光刺激时，产生远高于普通材料的电流密度，从而更有效地激发视网膜上的神经细胞，让原本失去功能的眼(yǎn)睛(jing)重(zhòng)新(xīn)“点(diǎn)亮(liàng)”。
为(wèi)了(le)让(ràng)假(jiǎ)体(tǐ)足够小巧、便于植入，科研团队采用激光精密切割技术，将这片纳米材料加工成仅为指甲盖二十分之一大小的超薄贴片，犹如一层透明的“隐形膜”，贴附在眼底。
在实验中，研究人员在盲小鼠上进行了测试。植入假体后，小鼠不仅恢复了可见光感知，还能识别波长为940纳米和1550纳米的红外图形。通过训练，它学会了“三角形代表有奖励”，并主动走向那一束红外光。“这是第一次，我们看到失明动物不仅能重见光明，还具备了‘夜视’的能力。”
王水源称其为“脑机接口的另一种打开方式”：“它前端是器件，后端是神经元。这是一种硅基与碳基的融合，一个生物-物理的共同体。”
从材料到神经科学，医工交叉下的“未来之眼”
这项技术，背后并非灵光一现，而是一次长达七年的跨学科接力。从材料物理到神经科学，从微纳器件到动物模型，科研团队穿越多个领域，才能做出这片能“看见”红外光的纳米网贴片。
故事开始于一个朴素的问题：“我们发明了这么多新型的电子器件，有没有可能跳出传统用途，用来解决生命健康问题？”周鹏回忆道。这一次，他们决定跳出实验室的“舒适区”，将电子材料的应用场景推向更复杂、更脆弱的人体器官——眼睛。
与此同时，另一条科研路线也在悄然推进。张嘉漪拥有物理学与神经生物学的交叉学科背景，她敏锐地观察到(dào)物(wù)理学中光电元件的特性与生物的感光功能存在诸多相似之处，由此萌生了(le)一(yī)个(gè)关键问(wèn)题(tí)：“能(néng)否(fǒu)利(lì)用(yòng)人(rén)工(gōng)材(cái)料(liào)来(lái)实(shí)现(xiàn)生(shēng)物(wù)感(gǎn)光的作用？”2023年，她带领(lǐng)的(de)团(tuán)队(duì)在(zài)国(guó)际(jì)上(shàng)首(shǒu)次(cì)基(jī)于(yú)纳(nà)米(mǐ)材(cái)料(liào)成(chéng)功(gōng)开(kāi)发(fā)了(le)第(dì)一(yī)代(dài)人(rén)工(gōng)光(guāng)感(gǎn)受(shòu)器(qì)，这(zhè)也(yě)是(shì)本(běn)次(cì)研(yán)究(jiū)的(de)前(qián)身(shēn)。相(xiāng)关成(chéng)果(guǒ)发(fā)表(biǎo)于(yú)《自(zì)然(rán)-生(shēng)物(wù)医(yī)学(xué)工(gōng)程(chéng)》（Nature Biomedical Engineering），获(huò)批(pī)发(fā)明(míng)专(zhuān)利(lì)2项(xiàng)。
但(dàn)新(xīn)一(yī)代(dài)视(shì)觉(jué)假(jiǎ)体(tǐ)开(kāi)发(fā)这(zhè)条(tiáo)路从(cóng)来(lái)都(dōu)不(bù)简(jiǎn)单(dān)。“最(zuì)大(dà)的(de)问(wèn)题(tí)就(jiù)是(shì)我(wǒ)们(men)要(yào)精(jīng)准(zhǔn)定(dìng)位(wèi)，到(dào)底(dǐ)哪(nǎ)一(yī)种(zhǒng)材(cái)料(liào)适(shì)合(hé)解(jiě)决(jué)视(shì)觉(jué)修(xiū)复(fù)的(de)题(tí)。需(xū)要(yào)一(yī)种(zhǒng)特(tè)殊(shū)材(cái)料(liào)，既(jì)能(néng)在(zài)无(wú)外(wài)部(bù)电(diàn)源(yuán)的(de)情(qíng)况(kuàng)下(xià)将(jiāng)光(guāng)信号转化为电信号，又必须能高效激活眼底神经细胞。而这，偏偏是一对矛盾：如果材料的光吸收带宽太宽，光电转化效率往往偏低；如果能量转换不够强，刺激不到神经层，视觉信号的图形识别与光感恢复都将沦为空谈。”王水源补充道。
转机出现在一次老搭档之间的合作中。早在2014年，周鹏与中国科学院上海技术物理研究所的胡伟达团队就已开始在低维材料方面合作，积累了深厚的基础。此番，他们提供了一种新型材料——碲纳米线网络（TeNWNs）。“我们尝试了很多材料方案，最终在理论计算和实验验证后，确认碲纳米线最符合假体所需的性能。”
这项发现并非凭空得来。科(kē)研(yán)团队在理论计算上做了大量验证，才确认这种材料既满足感光需求，又具备生物兼容性，真正能“落地”进入眼底。
在本次合作中，张嘉漪团队将宽波段响应的光电材料应用于盲鼠和食蟹猴两个动物模型，完成了关键的生物验证工作。通过在食蟹猴眼底植入假体(tǐ)，张(zhāng)嘉(jiā)漪(yī)团(tuán)队(duì)验(yàn)证(zhèng)了(le)其(qí)在(zài)灵(líng)长(zhǎng)类(lèi)动(dòng)物(wù)中(zhōng)感(gǎn)知(zhī)可(kě)见(jiàn)光(guāng)和(hé)近(jìn)红(hóng)外(wài)光(guāng)的(de)能(néng)力(lì)，进(jìn)一(yī)步(bù)证(zhèng)实(shí)了(le)这(zhè)一(yī)技(jì)术(shù)在(zài)视(shì)觉(jué)重(zhòng)建(jiàn)与(yǔ)功(gōng)能(néng)拓(tà)展(zhǎn)上(shàng)的(de)应(yīng)用(yòng)潜(qián)力(lì)。而(ér)且(qiě)，它(tā)的(de)另(lìng)一(yī)个(gè)技(jì)术(shù)优(yōu)势(shì)也(yě)为(wèi)后(hòu)续(xù)应(yīng)用(yòng)留(liú)下(xià)了(le)安(ān)全余(yú)地：可逆性设计。万一临床中出现任何风险，假体可以通过手术完整取出。团队在食蟹猴模型中验证了这一点，六个月后，猴子无不良反应，状态良好。
这不仅仅是一项成果的诞生，也是一次“并行探索”转变为“深度融合”科研合作模式的案例。
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