據(jù)復(fù)旦大學(xué)官微，無需依賴任何外部設(shè)備，只要一次微創(chuàng)且可逆的視網(wǎng)膜下植入手術(shù)，就可讓盲猴恢復(fù)可見光視覺，甚至擁有識(shí)別復(fù)雜紅外圖像的能力。

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/王水源團(tuán)隊(duì)、腦功能與腦疾病全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/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)開發(fā)出全球首款覆蓋可見光至近紅外二區(qū)（470-1550nm）的超視覺假體，在器件的光電流密度和視覺修復(fù)的光譜范圍上均達(dá)到國際最高水平。

這是復(fù)旦醫(yī)工交叉融合助力視覺重建與增強(qiáng)的又一碩果，為全球超2億視網(wǎng)膜退化患者帶來希望。

成果以《碲納米線視網(wǎng)膜假體增強(qiáng)失明視覺》（“Tellirium Nanowire Retinal Nanoprosthesis Improves Vision in Models of Blindness”）為題，于北京時(shí)間2025年6月6日凌晨在《科學(xué)》（Science）期刊上發(fā)表。

新一代視覺假體：

厚度降十倍，覆蓋可見光至紅外光

修復(fù)視網(wǎng)膜上退化的感光細(xì)胞，是讓失明者重見光明的關(guān)鍵突破口。現(xiàn)有技術(shù)通常采用特制電線穿過眼球，通過外部供電刺激視網(wǎng)膜細(xì)胞來恢復(fù)感光，但這種侵入式的治療手段創(chuàng)傷較大，且需隨身攜帶外接設(shè)備，給患者的術(shù)后生活帶來諸多不便。

為了尋找視覺恢復(fù)的更優(yōu)解，張嘉漪帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)持續(xù)在交叉學(xué)科領(lǐng)域探索。2023年，團(tuán)隊(duì)綜合光電材料、神經(jīng)科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)三大領(lǐng)域力量，研發(fā)出一款基于二氧化鈦納米線陣列的人工光感受器，可以在光線照射下直接將光能轉(zhuǎn)換為電能，無需額外供電，有望讓盲人重獲光明。不過，基于這一光感受器的視覺恢復(fù)效果尚且局限在可見光范圍內(nèi)（380-780nm）。

2023年11月23日，張嘉漪/顏彪團(tuán)隊(duì)在國際上首次報(bào)道利用納米材料創(chuàng)新研發(fā)出新一代視網(wǎng)膜人工光感受器，成果發(fā)表于《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》（Nature Biomedical Engineering）。這一無源人工光感受器無需外部供電，僅憑光線即可自主工作，其空間分辨率和時(shí)間分辨率均達(dá)到國際領(lǐng)先水平，基于該人工光感受器目前已成功實(shí)施了四例臨床患者手術(shù)。

“如果要想拓展視覺恢復(fù)邊界，還得在材料上下功夫。”張嘉漪認(rèn)為。聽聞這一想法，長(zhǎng)期從事神經(jīng)形態(tài)器件研發(fā)的周鵬/王水源團(tuán)隊(duì)很快萌生了靈感，雙方一拍即合。

經(jīng)過大量材料篩選，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)最終確定以碲納米線網(wǎng)絡(luò)（TeNWNs）取代受損的光感受器。在沒有外部電刺激的情況下，這種材料經(jīng)過光照可以自發(fā)產(chǎn)生高密度光電流來激活殘余的視網(wǎng)膜通路，達(dá)到不同維度納米材料下的最高光電流水平，從而將視覺修復(fù)波段從可見光推進(jìn)至近紅外二區(qū)（470-1550nm），這也是目前國際上最廣譜的視覺光感重建波段。

之所以能形成自驅(qū)動(dòng)、高密度的光電流響應(yīng)，與碲納米線網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)吸收、窄帶隙和內(nèi)外部非對(duì)稱效應(yīng)的材料特性密不可分。王水源將其形象比作電子“跨越峽谷的過程”：“這款材料能夠高效吸收光能，而為了形成光電流，被光激發(fā)的電子所需跨越的峽谷（即能帶帶隙）也很窄。所以在材料自發(fā)產(chǎn)生的附加電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，電子可以很容易完成躍遷形成高密度光電流，才有了超寬光譜的視覺感知。”

張嘉漪介紹，這款視覺假體相較過去的人工光感受器薄了10倍以上，可謂“薄如蟬翼”。與此同時(shí)，國際上現(xiàn)有的紅外光感知技術(shù)僅能應(yīng)用于正常運(yùn)作的視網(wǎng)膜上，但視覺功能正常者不會(huì)無故接受一次有創(chuàng)的植入手術(shù)。“我們這一方案應(yīng)該說更為理想，因?yàn)檎Ｈ艘话銦o法接受植入手術(shù)，盡管它是微創(chuàng)的。只有在修復(fù)視覺的同時(shí)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)，不僅能讓失明者重獲可見光感，還能讓他們看到普通人感知不到的紅外光。”王水源解釋道。

腦科學(xué) 微電子：

十年醫(yī)工交叉，破解盲人復(fù)明難題

在周鵬/王水源團(tuán)隊(duì)看來，這次的交叉融合創(chuàng)新并非偶然，而是腦科學(xué)和微電子科學(xué)之間蓄力已久的“雙向奔赴”。

類腦計(jì)算是微電子領(lǐng)域面向未來的重點(diǎn)發(fā)展方向。在算力比拼白熱化的當(dāng)下，類腦計(jì)算芯片通過模仿人腦運(yùn)作可以實(shí)現(xiàn)超低能耗算力，具備真正解決算力局限的潛力，這也令其成為競(jìng)爭(zhēng)火熱的紅海賽道。

2017年起，王水源師從周鵬攻讀復(fù)旦微電子學(xué)與固體電子學(xué)博士，聚焦方向之一即為類腦神經(jīng)形態(tài)器件。他們瞄準(zhǔn)了視覺這一人類最重要、最具突破價(jià)值的感官，打造出適用于高效運(yùn)動(dòng)檢測(cè)與識(shí)別的仿生視網(wǎng)膜器件，大幅降低了硬件的復(fù)雜度與能耗。

然而，生命體的神經(jīng)信號(hào)與反應(yīng)行為并非簡(jiǎn)單的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，電子科學(xué)對(duì)于大腦運(yùn)作機(jī)制還處于隔霧看花的階段。“現(xiàn)有國際上的前沿神經(jīng)形態(tài)計(jì)算研究，比如圖像識(shí)別、語言識(shí)別，還是在模仿人類的神經(jīng)活動(dòng)，”周鵬表示，“我們想要探索的是基于真實(shí)的神經(jīng)電信號(hào)而不只是仿生，給類腦器件找一條能夠真正用起來的道路。”

他們與張嘉漪長(zhǎng)期積累的跨界交流為這一探索打開了思路。2017年，周鵬就曾邀請(qǐng)張嘉漪參加集成電路領(lǐng)域青年科學(xué)家交流會(huì)，在場(chǎng)學(xué)者對(duì)于張嘉漪會(huì)上分享的腦科學(xué)研究都饒有興趣。事實(shí)上，自博士階段起，張嘉漪就已開始將跨學(xué)科手段引入大腦信息編解碼的研究之中，在“盲人復(fù)明”相關(guān)研究領(lǐng)域展開了長(zhǎng)達(dá)十年的探索。

互換想法后，雙方團(tuán)隊(duì)開啟了持續(xù)六年的緊密合作。其中，周鵬/王水源與胡偉達(dá)合作負(fù)責(zé)前期的材料篩選、理論計(jì)算和后期的器件性能驗(yàn)證，確保器件既能自發(fā)產(chǎn)生強(qiáng)大光電流，也能滿足理想的生物相容性，避免材料毒性或易降解性。而器件在生物體上的一系列驗(yàn)證環(huán)節(jié)，則交由張嘉漪團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)。

“能有如今這樣的交叉融合成果，我想離不開復(fù)旦作為綜合性大學(xué)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。”周鵬表示。

臨床轉(zhuǎn)化進(jìn)行時(shí)，

下一步要讓電子器件真正理解大腦

在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證環(huán)節(jié)，這款超視覺假體已“連過數(shù)關(guān)”。除了順利通過細(xì)胞離體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和盲小鼠動(dòng)物模型驗(yàn)證外，團(tuán)隊(duì)還在非人靈長(zhǎng)類（食蟹猴）實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了其有效性，且在植入半年后無不良排異反應(yīng)，為后續(xù)推進(jìn)臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。目前，項(xiàng)目已進(jìn)入非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物的長(zhǎng)期安全性評(píng)估階段，團(tuán)隊(duì)也在繼續(xù)探索碲納米線陣列與視神經(jīng)的高效耦合機(jī)制。

若臨床轉(zhuǎn)化成功，這款“中國智造”的視網(wǎng)膜假體將徹底改寫游戲規(guī)則：患者不再需要笨重的眼鏡和頻繁充電，僅需一次微創(chuàng)且可逆的視網(wǎng)膜下植入，即可重獲可見光視覺，并增強(qiáng)拓展至紅外感知范圍。

“盡可能幫助失明患者、為其提供更多復(fù)明可能，始終是我們團(tuán)隊(duì)研究的初心。”張嘉漪介紹，團(tuán)隊(duì)的研究策略是雙軌并行：除了開發(fā)生物假體材料（如人工光感受器）進(jìn)行生物替代，也在同步探索針對(duì)失明的基因治療手段。

多年醫(yī)工交叉融合經(jīng)驗(yàn)告訴張嘉漪，類腦器件的研發(fā)不能“自顧自地玩”，而是要和大腦接合、共同訓(xùn)練。她將此次合作的成果稱為1.0版：“我們的器件不光要具備感知功能，更要學(xué)會(huì)理解大腦運(yùn)作。”

在深化交叉合作的方向上，周鵬、張嘉漪團(tuán)隊(duì)又一次“共腦”：“如果說腦探針的方式還是在間接探索大腦，那我們未來的目標(biāo)，就是讓電子器件更直接地感知大腦，真正地理解大腦。”

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(zhǎng)類的眼部植入手術(shù)，顏彪?yún)⑴c了視覺功能評(píng)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。

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