科幻电影中凭借红外视觉锁定目标的“超视觉”，已在实验室中照进现实。近日，复旦大学集成电路与微纳电子创新学院周鹏/王水源团队、脑科学研究院张嘉漪/颜彪团队联合中国科学院上海技术物理研究所胡伟达团队，合作开发出全球首款光谱覆盖范围极广（470-1550nm，从可见光延伸至近红外二区）的视觉假体。该假体无需依赖任何外部设备，可使失明动物模型恢复可见光视觉能力，还能赋予动物感知红外光、甚至识别红外图案的“超视觉”功能。北京时间今天（6月6日），相关成果以《碲纳米线视网膜假体增强失明视觉》为题发表于国际顶级学术期刊《科学》（Science）杂志。
通常而言的“可见光”，指人类视网膜可感知的光谱范围（380-780nm）。而在全球，有超2亿的视网膜变性（感光细胞死亡）患者，连这有限的“光明”也被剥夺。
此次发表于《科学》的研究中，复旦科研团队研制出碲纳米线网络（TeNWNs）视网膜假体。该器件的光电流密度达到了当前已知体系的最高水平，并首次实现了国际上光谱覆盖最宽的视觉重建与拓展，范围横跨可见光至近红外II区。
TeNWNs假体植入眼底后，可在视网膜中替代凋亡的感光细胞接收光信号，并将其转化为电信号。在光的照射下，它能高效产生微电流，直接激活视网膜上尚存活的神经细胞。这种完全自供电、无需外接设备的特性，直接激活视网膜上尚存活的神经细胞。这种完全自供电、无需外接设备的特性，成功让实验室里的失明小鼠重新获得了对可见光的感知能力。
更令人振奋的是，团队在非人灵长类动物（食蟹猴）模型上的实验也验证了该假体的有效性。植入半年后，动物模型均未观察到任何不良排异反应，这将为后续推进临床应用转化奠定了重要基础。目前，团队已着手进行非人灵长类动物的长期安全性评估，并深入研究视觉假体与视网膜的高效耦合机制。
除了恢复可见光视觉，TeNWNs 视网膜假体还能让使用者“看见”红外光，能够精确定位940nm和1550nm的红外光源。仅需一次微创且可逆的视网膜下植入手术，该假体不仅能修复可见光视觉，更能将视觉感知拓展至红外波长范围。这种融合了“仿生修复”与“功能拓展”的双重特性，既规避了侵入性脑部手术的风险，又突破了人类天然视觉的物理极限。复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室青年研究员王水源补充道：“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。”
复旦大学脑功能与脑疾病全国重点实验室/脑科学研究院/附属眼耳鼻喉科医院研究员张嘉漪，拥有物理学与神经生物学的交叉学科背景。她敏锐地观察到物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，由此萌生了一个关键问题：“能否利用人工材料来实现生物感光的作用？”带着这一科学构想，张嘉漪带领团队在“盲人复明”相关研究领域展开了长达十年的探索。
TeNWNs修复和增强盲人视觉示意图及作用机制
2023年，张嘉漪联合复旦大学附属眼耳鼻喉科医院教授姜春晖、附属中山医院教授袁源智以及先进材料实验室教授郑耿锋组成的跨学科研究团队，在国际上首次基于纳米材料成功开发了第一代人工光感受器，这也是本次研究的前身。
“尽可能帮助失明患者、为其提供更多复明可能，始终是我们团队研究的初心。”张嘉漪介绍，团队的研究策略是双轨并行：除了开发生物假体材料（如人工光感受器）进行生物替代，也在同步探索针对失明的基因治疗手段。“在疾病早期阶段，可以尝试基因治疗等生物干预；到了晚期，若感光细胞已凋亡且缺乏生物靶点，则可以采用假体进行替代。”她指出，这两种路径相辅相成，有望覆盖更多处于不同疾病阶段的失明患者。