孙芯芸 科技日报记者 王春
生活在黑暗中的盲人所忍受的痛苦，正常人无法体会。新一代视觉假体的诞生有望让后期致盲的人群“看”到了复明的希望。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。
经过7年攻关，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—1550纳米，从可见光延伸至近红外Ⅱ区）的视觉假体。该假体无须依赖任何外部设备，即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。6月6日，相关成果发表于《科学》杂志。
打开“超越”生理极限的感知之窗
人类视觉受限于视网膜感光细胞的天然光谱范围（380—780纳米）。而全球超2亿的视网膜变性患者，连这有限的“光明”也被剥夺。
此次发表于《科学》的研究中，复旦联合技物所科研团队另辟蹊径，研制出碲纳米线网络（TeNWNs）视网膜假体。从原理上讲，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。
“国际上有些类似的视觉修复的研究，采用光电二极管的技术路径，植入之后在脑部还需要安装额外的互连线以及供电模块和摄像头等，技术路线比较繁杂。同时，还会受制于光电转化的限制。”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介绍说。TeNWNs突破了这些传统的技术局限，这种完全自供电、无须外接设备的特性，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。该器件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。
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。
除了恢复可见光的视觉，TeNWNs视网膜假体还能让使用者“看见”更长波长的红外光，能够精确定位940纳米和1550纳米的红外光源。“红外光晚上是全天候的，这意味着失明小鼠装了这个材料后，晚上也能看见东西。这是一项开放性的研究。”周鹏说。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。
医工交叉照亮“复明之路”
“我们前期主要聚焦高能效的神经形态仿生器件和电路研究，在5年前开始逐渐转型，来探索其真正可以落地的应用，而医工交叉的生物电子正是我们认为最具应用希望和价值的场景。”王水源说。
记者在现场看到密布碲纳米线网络的样品。王水源解释说，“我们会用激光把它切割成尺寸合适的块状，然后由医院合作团队进行视网膜下眼底植入”。
成果临床转化还有很长的路要走。其原因在于眼球、大脑视皮层等处的结构十分精细，且实施手术的区域非常有限。后续开展动物相关的实验、伦理验证都在探索中。目前团队依托复旦大学附属眼耳鼻喉科医院，已着手深入研究视觉假体与视网膜的高效耦合机制。
“能否做个器械植入到动物的眼睛，利用人工材料来实现生物感光的作用？”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带着这一科学构想，带领团队在“盲人复明”相关研究领域展开了长达10年的探索。
2023年，张嘉漪跨学科合作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。相关成果发表于《自然—生物医学工程》，获批发明专利2项。
张嘉漪介绍，团队的研究策略是双轨并行：除了开发人工光感受器等生物假体材料进行生物替代，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。
新成果将有望改写“人造视觉”技术规则。未来，患者不再需要笨重的VR眼镜和平台充电，仅需一次微创且可逆的视网膜下眼底植入，即可重获可见光视觉，并增强扩展至红外感知范围。新一代视觉假体技术不仅让失明者重见光明，更是为人类打开了一扇超越生命极限的感知之窗。
