科幻電影中憑借紅外視覺鎖定目標(biāo)的“超視覺”已在實(shí)驗(yàn)室中照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。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(fù)旦大學(xué)醫(yī)工交叉成果近日獲國際同行高度關(guān)注。

復(fù)旦大學(xué)傳出消息：該校集成電路與微納電子創(chuàng)新學(xué)院周鵬/王水源團(tuán)隊(duì)、腦科學(xué)研究院張嘉漪/顏彪團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所胡偉達(dá)團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)出全球首款光譜覆蓋范圍極廣（470-1550nm，從可見光延伸至近紅外二區(qū)）的視覺假體。假體無需依賴任何外部設(shè)備，即可使失明動(dòng)物模型恢復(fù)可見光視覺能力，還能賦予動(dòng)物感知紅外光、甚至識(shí)別紅外圖案的“超視覺”功能。北京時(shí)間今晨2點(diǎn)，相關(guān)成果以《碲納米線視網(wǎng)膜假體增強(qiáng)失明視覺》為題刊于全球頂刊《科學(xué)》。

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(wǎng)膜可感知的光譜范圍（380-780nm），全球有超2億的視網(wǎng)膜變性（感光細(xì)胞死亡）患者失去光明。如何為這些人群復(fù)明，始終是科學(xué)家們的研究重點(diǎn)。

復(fù)旦大學(xué)腦功能與腦疾病全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/腦科學(xué)研究院/附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院研究員張嘉漪介紹：針對復(fù)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(fā)生物假體材料（如人工光感受器）進(jìn)行生物替代也是關(guān)鍵。

此次發(fā)表于《科學(xué)》的成果中，復(fù)旦聯(lián)合技物所科研團(tuán)隊(duì)研制出碲納米線網(wǎng)絡(luò)（TeNWNs）視網(wǎng)膜假體。該器件光電流密度達(dá)到當(dāng)前已知體系的最高水平，并首次實(shí)現(xiàn)了國際上光譜覆蓋最寬的視覺重建與拓展，范圍橫跨可見光至近紅外II區(qū)。

假體能有什么用？周鵬言簡意賅解釋：TeNWNs假體植入眼底后，可在視網(wǎng)膜中替代凋亡的感光細(xì)胞接收光信號，并將其轉(zhuǎn)化為電信號。在光的照射下，它能高效產(chǎn)生微電流，直接激活視網(wǎng)膜上尚存活的神經(jīng)細(xì)胞。

TeNWNs修復(fù)和增強(qiáng)盲人視覺示意圖及作用機(jī)制

eNWNs光電流密度和光譜范圍

“完全自供電、無需外接設(shè)備”的特性，成功讓實(shí)驗(yàn)室里的失明小鼠重新獲得對可見光的感知能力。目前團(tuán)隊(duì)已在非人靈長類動(dòng)物（食蟹猴）模型上的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了假體的有效性，正在著手深入研究視覺假體與視網(wǎng)膜的高效耦合機(jī)制。

備受震撼的是，TeNWNs 視網(wǎng)膜假體除了恢復(fù)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(chuàng)且可逆的視網(wǎng)膜下植入手術(shù)，假體不僅能修復(fù)可見光視覺，更能將視覺感知拓展至紅外波長范圍。

復(fù)旦大學(xué)集成芯片與系統(tǒng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青年研究員王水源表示，這種融合仿生修復(fù)、功能拓展的雙重特性，規(guī)避了侵入性腦部手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，又突破了人類天然視覺的物理極限，未來有望為人類打開一扇超越生理極限的“感知之窗”。

生物電子將是醫(yī)工交叉最有價(jià)值的場景

此次醫(yī)工交叉成果是近十年來跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)共同努力而成。記者了解到，周鵬團(tuán)隊(duì)與胡偉達(dá)團(tuán)隊(duì)自2014年相識(shí)，在新型低維材料器件應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)合作，2017年起與張嘉漪團(tuán)隊(duì)攜手，充分發(fā)揮綜合性大學(xué)多學(xué)科交叉優(yōu)勢，致力于醫(yī)工交叉領(lǐng)域研究。

能否利用人工材料來實(shí)現(xiàn)生物感光的作用？張嘉漪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，開啟融合探索。

研究團(tuán)隊(duì)成員顏彪正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

張嘉漪指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)學(xué)生（右一為論文的共同一作 復(fù)旦上醫(yī)博士生姜承勇）

2021年，團(tuán)隊(duì)在國際上首次提出單器件感存算功能的“全在一”集成，真實(shí)模仿了視網(wǎng)膜完整架構(gòu)，成果發(fā)表于《自然-納米科技》。2023年，張嘉漪還聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院教授姜春暉、附屬中山醫(yī)院教授袁源智以及先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)室教授鄭耿鋒組成的跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)，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（即本次研究的前身）。相關(guān)成果發(fā)表于《自然-生物醫(yī)學(xué)工程》，獲批發(fā)明專利2項(xiàng)。2024年，胡偉達(dá)團(tuán)隊(duì)研制具備較高光電轉(zhuǎn)換效率、窄帶隙低維碲材料被驗(yàn)證能夠應(yīng)用于強(qiáng)紅外且廣譜的生物神經(jīng)調(diào)節(jié)領(lǐng)域，相關(guān)成果合作發(fā)表于《光：科學(xué)與應(yīng)用》，為該工作奠定良好的研究基石。

科學(xué)家們表示，復(fù)旦大學(xué)和上海醫(yī)學(xué)院提供了極佳的跨一級學(xué)科合作的平臺(tái)，通過在材料科學(xué)、芯片科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)等多領(lǐng)域的深度交叉融合，最終結(jié)出碩果。據(jù)透露，復(fù)旦大學(xué)醫(yī)工交叉跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)除了率先研究視覺功能外，還在積極探索神經(jīng)調(diào)控、功能恢復(fù)、腦機(jī)/腦脊接口等領(lǐng)域。“生物電子或是未來最具有應(yīng)用價(jià)值和潛力的場景”，周鵬說。

復(fù)旦大學(xué)集成芯片與系統(tǒng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/腦科學(xué)研究院/附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院張嘉漪，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、紅外科學(xué)與技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室胡偉達(dá)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。

復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院姜春暉主任完成了非人靈長類的眼部植入手術(shù)，顏彪?yún)⑴c了視覺功能評估。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(jiǎng)等項(xiàng)目的資助，以及教育部創(chuàng)新平臺(tái)的支持。