6月6日，上海科研團隊聯(lián)合在《科學(xué)》(Science)期刊發(fā)表研究長文，合作開發(fā)出全球首款覆蓋可見光至近紅外二區(qū)（470–1550nm）的超寬光譜視覺假體，不僅讓因視網(wǎng)膜退化而失明的小鼠重獲可見光視覺，更賦予其感知紅外圖案、識別紅外信號的能力。集成芯片與系統(tǒng)全國重點實驗室、復(fù)旦大學(xué)集成電路與微納電子創(chuàng)新學(xué)院周鵬、王水源，腦功能與腦疾病全國重點實驗室、復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院張嘉漪，紅外科學(xué)與技術(shù)全國重點實驗室、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所胡偉達為論文共同通訊作者。王水源和博士生姜承勇、余羿葉，南洋理工大學(xué)博士后張振漢，北京郵電大學(xué)副教授屈賀如歌為論文共同第一作者。

“這種新一代超視覺假體技術(shù)能讓失明者重新感受到視覺，在未來有望為人類打開一扇超越生理極限的感知之窗?！蓖跛凑f道。該研究工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、上海市科委、科學(xué)探索獎等項目的資助，以及教育部創(chuàng)新平臺的支持。

小小納米線如何帶來大突破？

你有沒有想過，失明動物也能恢復(fù)可見光視覺能力，甚至像電影中的超級英雄一樣“看見紅外線”？現(xiàn)在，這個科幻場景正在實驗室中真實上演。而讓這一幕成真的，是一枚不足指甲蓋大小、像“亂發(fā)”般的碲納米線網(wǎng)絡(luò)。它不依賴電池、不需要外部攝像頭，植入眼底，就能激活殘存神經(jīng)細胞，讓視網(wǎng)膜變性患者重見光明，更可看見“人類從未看過的光”。

盲眼重見光明，這本就令人驚嘆。但更神奇的是，這次的技術(shù)讓眼睛看到了人類通?？床灰姷募t外光。為什么這片神奇的納米材料能做到這一點呢？

超視覺假體實物樣品

這種材料的名字叫“碲納米線網(wǎng)絡(luò)”（TeNWNs）。你可以把它想象成一片由極細“頭發(fā)絲”交織而成的微型叢林——這些納米線直徑僅約80納米，彼此交錯，構(gòu)成一張看似雜亂但功能強大的網(wǎng)絡(luò)。

當光線照射在這張納米網(wǎng)時，納米線會自行產(chǎn)生電流，完全不依賴電池或外部電源。更特別的是，它具備一種被稱為“非對稱效應(yīng)”的獨特物理屬性——簡單來說，就是能在受光刺激時，產(chǎn)生遠高于普通材料的電流密度，從而更有效地激發(fā)視網(wǎng)膜上的神經(jīng)細胞，讓原本失去功能的眼睛重新“點亮”。

為了讓假體足夠小巧、便于植入，科研團隊采用激光精密切割技術(shù)，將這片納米材料加工成僅為指甲蓋二十分之一大小的超薄貼片，猶如一層透明的“隱形膜”，貼附在眼底。

在實驗中，研究人員在盲小鼠上進行了測試。植入假體后，小鼠不僅恢復(fù)了可見光感知，還能識別波長為940納米和1550納米的紅外圖形。通過訓(xùn)練，它學(xué)會了“三角形代表有獎勵”，并主動走向那一束紅外光。“這是第一次，我們看到失明動物不僅能重見光明，還具備了‘夜視’的能力。”

王水源稱其為“腦機接口的另一種打開方式”：“它前端是器件，后端是神經(jīng)元。這是一種硅基與碳基的融合，一個生物-物理的共同體?！?/p>

從材料到神經(jīng)科學(xué)，醫(yī)工交叉下的“未來之眼”

這項技術(shù)，背后并非靈光一現(xiàn)，而是一次長達七年的跨學(xué)科接力。從材料物理到神經(jīng)科學(xué)，從微納器件到動物模型，科研團隊穿越多個領(lǐng)域，才能做出這片能“看見”紅外光的納米網(wǎng)貼片。

故事開始于一個樸素的問題：“我們發(fā)明了這么多新型的電子器件，有沒有可能跳出傳統(tǒng)用途，用來解決生命健康問題？”周鵬回憶道。這一次，他們決定跳出實驗室的“舒適區(qū)”，將電子材料的應(yīng)用場景推向更復(fù)雜、更脆弱的人體器官——眼睛。

與此同時，另一條科研路線也在悄然推進。張嘉漪擁有物理學(xué)與神經(jīng)生物學(xué)的交叉學(xué)科背景，她敏銳地觀察到物理學(xué)中光電元件的特性與生物的感光功能存在諸多相似之處，由此萌生了一個關(guān)鍵問題：“能否利用人工材料來實現(xiàn)生物感光的作用？”2023年，她帶領(lǐng)的團隊在國際上首次基于納米材料成功開發(fā)了第一代人工光感受器，這也是本次研究的前身。相關(guān)成果發(fā)表于《自然-生物醫(yī)學(xué)工程》（Nature Biomedical Engineering），獲批發(fā)明專利2項。

但新一代視覺假體開發(fā)這條路從來都不簡單。“最大的問題就是我們要精準定位，到底哪一種材料適合解決視覺修復(fù)的題。需要一種特殊材料，既能在無外部電源的情況下將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，又必須能高效激活眼底神經(jīng)細胞。而這，偏偏是一對矛盾：如果材料的光吸收帶寬太寬，光電轉(zhuǎn)化效率往往偏低；如果能量轉(zhuǎn)換不夠強，刺激不到神經(jīng)層，視覺信號的圖形識別與光感恢復(fù)都將淪為空談?！蓖跛囱a充道。

轉(zhuǎn)機出現(xiàn)在一次老搭檔之間的合作中。早在2014年，周鵬與中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所的胡偉達團隊就已開始在低維材料方面合作，積累了深厚的基礎(chǔ)。此番，他們提供了一種新型材料——碲納米線網(wǎng)絡(luò)（TeNWNs）。“我們嘗試了很多材料方案，最終在理論計算和實驗驗證后，確認碲納米線最符合假體所需的性能?！?/p>

這項發(fā)現(xiàn)并非憑空得來?？蒲袌F隊在理論計算上做了大量驗證，才確認這種材料既滿足感光需求，又具備生物兼容性，真正能“落地”進入眼底。

在本次合作中，張嘉漪團隊將寬波段響應(yīng)的光電材料應(yīng)用于盲鼠和食蟹猴兩個動物模型，完成了關(guān)鍵的生物驗證工作。通過在食蟹猴眼底植入假體，張嘉漪團隊驗證了其在靈長類動物中感知可見光和近紅外光的能力，進一步證實了這一技術(shù)在視覺重建與功能拓展上的應(yīng)用潛力。而且，它的另一個技術(shù)優(yōu)勢也為后續(xù)應(yīng)用留下了安全余地：可逆性設(shè)計。萬一臨床中出現(xiàn)任何風(fēng)險，假體可以通過手術(shù)完整取出。團隊在食蟹猴模型中驗證了這一點，六個月后，猴子無不良反應(yīng)，狀態(tài)良好。

這不僅僅是一項成果的誕生，也是一次“并行探索”轉(zhuǎn)變?yōu)椤吧疃热诤稀笨蒲泻献髂Ｊ降陌咐?/p>