人類視覺物理邊界有望拓展！復旦醫工交叉誕生新一代視覺假體，成果刊《科學》

科幻電影中憑藉紅外視覺鎖定目標的“超視覺”已在實驗室中照進現實。裝入視覺假體，可以感知紅外光，甚至擁有“超功能”，來自上海復旦大學醫工交叉成果近日獲國際同行高度關注。

復旦大學傳出消息：該校集成電路與微納電子創新學院周鵬/王水源團隊、腦科學研究院張嘉漪/顏彪團隊，聯合中國科學院上海技術物理研究所胡偉達團隊合作，開發出全球首款光譜覆蓋範圍極廣（470-1550nm，從可見光延伸至近紅外二區）的視覺假體。假體無需依賴任何外部設備，即可使失明動物模型恢復可見光視覺能力，還能賦予動物感知紅外光、甚至識別紅外圖案的“超視覺”功能。北京時間今晨2點，相關成果以《碲納米線視網膜假體增強失明視覺》爲題刊於全球頂刊《科學》。

除了可見光，還將突破人類視覺物理極限

人類“可見光”是指視網膜可感知的光譜範圍（380-780nm），全球有超2億的視網膜變性（感光細胞死亡）患者失去光明。如何爲這些人羣復明，始終是科學家們的研究重點。

復旦大學腦功能與腦疾病全國重點實驗室/腦科學研究院/附屬眼耳鼻喉科醫院研究員張嘉漪介紹：針對復明的研究策略中分兩條路徑，除了研究基因治療手段外，開發生物假體材料（如人工光感受器）進行生物替代也是關鍵。

此次發表於《科學》的成果中，復旦聯合技物所科研團隊研製出碲納米線網絡（TeNWNs）視網膜假體。該器件光電流密度達到當前已知體系的最高水平，並首次實現了國際上光譜覆蓋最寬的視覺重建與拓展，範圍橫跨可見光至近紅外II區。

假體能有什麼用？周鵬言簡意賅解釋：TeNWNs假體植入眼底後，可在視網膜中替代凋亡的感光細胞接收光信號，並將其轉化爲電信號。在光的照射下，它能高效產生微電流，直接激活視網膜上尚存活的神經細胞。

TeNWNs修復和增強盲人視覺示意圖及作用機制

eNWNs光電流密度和光譜範圍

“完全自供電、無需外接設備”的特性，成功讓實驗室裡的失明小鼠重新獲得對可見光的感知能力。目前團隊已在非人靈長類動物（食蟹猴）模型上的實驗驗證了假體的有效性，正在着手深入研究視覺假體與視網膜的高效耦合機制。

備受震撼的是，TeNWNs 視網膜假體除了恢復可見光視覺，還能讓使用者“看見”紅外光，可精確定位940nm和1550nm的紅外光源。僅需一次微創且可逆的視網膜下植入手術，假體不僅能修復可見光視覺，更能將視覺感知拓展至紅外波長範圍。

復旦大學集成芯片與系統全國重點實驗室青年研究員王水源表示，這種融合仿生修復、功能拓展的雙重特性，規避了侵入性腦部手術的風險，又突破了人類天然視覺的物理極限，未來有望爲人類打開一扇超越生理極限的“感知之窗”。

生物電子將是醫工交叉最有價值的場景

此次醫工交叉成果是近十年來跨學科團隊共同努力而成。記者瞭解到，周鵬團隊與胡偉達團隊自2014年相識，在新型低維材料器件應用領域持續合作，2017年起與張嘉漪團隊攜手，充分發揮綜合性大學多學科交叉優勢，致力於醫工交叉領域研究。

能否利用人工材料來實現生物感光的作用？張嘉漪敏銳地觀察到物理學中光電元件的特性與生物的感光功能存在諸多相似之處，開啓融合探索。

研究團隊成員顏彪正在進行實驗

張嘉漪指導團隊學生（右一爲論文的共同一作 復旦上醫博士生薑承勇）

2021年，團隊在國際上首次提出單器件感存算功能的“全在一”集成，真實模仿了視網膜完整架構，成果發表於《自然-納米科技》。2023年，張嘉漪還聯合復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院教授姜春暉、附屬中山醫院教授袁源智以及先進材料實驗室教授鄭耿鋒組成的跨學科研究團隊，在國際上首次基於納米材料成功開發了第一代人工光感受器（即本次研究的前身）。相關成果發表於《自然-生物醫學工程》，獲批發明專利2項。2024年，胡偉達團隊研製具備較高光電轉換效率、窄帶隙低維碲材料被驗證能夠應用於強紅外且廣譜的生物神經調節領域，相關成果合作發表於《光：科學與應用》，爲該工作奠定良好的研究基石。

科學家們表示，復旦大學和上海醫學院提供了極佳的跨一級學科合作的平臺，通過在材料科學、芯片科學、神經科學和臨牀醫學等多領域的深度交叉融合，最終結出碩果。據透露，復旦大學醫工交叉跨學科團隊除了率先研究視覺功能外，還在積極探索神經調控、功能恢復、腦機/腦脊接口等領域。“生物電子或是未來最具有應用價值和潛力的場景”，周鵬說。

復旦大學集成芯片與系統全國重點實驗室/集成電路與微納電子創新學院周鵬、王水源，腦功能與腦疾病全國重點實驗室/腦科學研究院/附屬眼耳鼻喉科醫院張嘉漪，中國科學院上海技術物理研究所、紅外科學與技術全國重點實驗室胡偉達爲論文共同通訊作者，王水源和博士生薑承勇、餘羿葉，南洋理工大學博士後張振漢，北京郵電大學副教授屈賀如歌爲論文共同第一作者。

復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院姜春暉主任完成了非人靈長類的眼部植入手術，顏彪參與了視覺功能評估。研究工作得到了科技部、國家自然科學基金委、上海市科委、科學探索獎等項目的資助，以及教育部創新平臺的支持。

原標題：《人類視覺物理邊界有望拓展！復旦醫工交叉誕生新一代視覺假體，成果刊《科學》》

題圖來源：溫叢健 攝

來源：作者：解放日報 顧泳 通訊員 孫芯芸