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。近日，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（470-1550nm，从可见光延伸至近红外二区）的视觉假体。该假体无需依赖任何外部设备，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。
2025年6月6日（北京时间），相关成果以《碲纳米线视网膜假体增强失明视觉》（“Tellirium Nanowire Retinal Nanoprosthesis Improves Vision in Models of Blindness”）为题发表于《科学》（Science）杂志。
开发新一代超视觉假体：从可见光到红外光，打开“超越”生理极限的感知之窗
通常而言的“可见光”，指人类视网膜可感知的光谱范围（380-780nm）。而在全球，有超2亿的视网膜变性（感光细胞死亡）患者，连这有限的“光明”也被剥夺。
TeNWNs修复和增强盲人视觉示意图及作用机制
此次发表于《科学》的研究中，复旦科研团队另辟蹊径，研制出碲纳米线网络（TeNWNs）视网膜假体。该器件的光电流密度达到了当前已知体系的最高水平，并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。
TeNWNs光电流密度和光谱范围
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。这种完全自供电、无需外接设备的特性，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。
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。目前，团队已着手深入研究视觉假体与视网膜的高效耦合机制。
超视觉假体实物样品
除了恢复可见光视觉，TeNWNs视网膜假体还能让使用者“看见”红外光，能够精确定位940nm和1550nm的红外光源。仅需一次微创且可逆的视网膜下植入手术，该假体不仅能修复可见光视觉，更能将视觉感知拓展至红外波长范围。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，多年耕耘，复旦多学科团队点亮“复明之路”
在复旦大学与上海医学院提供的多学科交叉沃土上，一支汇聚材料科学、芯片科学、神经科学和临床医学等多领域的科研团队历经十年探索，成功研制出全球首款具有宽光谱感知能力的视觉假体，为失明患者带来复明的新希望。
转型：从基础研究到生命健康应用
早在2014年，周鹏/王水源团队便联合中国科学院上海技术物理研究所胡伟达团队在新型低维材料器件应用领域开展深度合作。2017年，团队战略转型聚焦医工交叉。“前期，我们发明了许多新的光电器件，更希望这些新的器件能在新的应用场景上焕发光彩。五年前，我们从主攻神经形态仿生器件，开始探索最具应用价值的落地场景——生物电子，希望服务于人类健康。”复旦大学集成电路与微纳电子创新学院教授周鹏介绍道。
周鹏/王水源团队正在进行实验（右一为王水源）
这一转型的关键突破出现在2021年。周鹏、胡伟达团队在国际上首次实现模仿视网膜完整架构的“感存算全在一”单器件集成，成果发表于《自然-纳米科技》（Nature Nanotechnology），为后续视觉假体研究奠定了核心技术基础。此后，团队将目标锁定在视觉功能重建与拓展上，其探索领域涵盖“盲视”、神经调控、功能恢复及脑机接口等前沿方向。
初心：跨学科融合照亮“复明之路”
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，拥有物理学与神经生物学的交叉学科背景。她敏锐地观察到物理学中光电元件的特性与生物的感光功能存在诸多相似之处，由此萌生了一个关键问题：“能否利用人工材料来实现生物感光的作用？”
带着这一科学构想，张嘉漪带领团队在“盲人复明”相关研究领域展开了长达十年的探索。
“尽可能帮助失明患者、为其提供更多复明可能，始终是我们团队研究的初心。”张嘉漪介绍，团队的研究策略是双轨并行：除了开发人工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。
张嘉漪指导团队学生
2023年，张嘉漪联合复旦大学附属眼耳鼻喉科医院教授姜春晖、附属中山医院教授袁源智以及先进材料实验室教授郑耿锋组成的跨学科研究团队，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》（Nature Biomedical Engineering），获批发明专利2项。
突破：医工交叉优势互补结硕果
复旦电子学团队在神经形态器件与材料上的突破，与上医脑科学团队在神经机制解析上的专长，通过综合性大学强大的多学科平台产生了奇妙的“化学反应”，在“脑机接口”领域取得了这一新突破。
自2017年周鹏、张嘉漪团队携手合作以来，双方优势互补，共同致力于将前沿电子学发现转化为守护人类健康的技术利器。最终，合作催生出全球领先的碲纳米线网络（TeNWNs）视网膜假体，为失明者“重见光明”提供了新的可能。
据悉，去年，复旦大学还成立了神经调控与脑机接口研究中心，集聚学校“机制—材料—芯片—算法—临床”全链条优势，为此类研究打造“临床需求牵引”+“技术创新策源”的双轮驱动医工结合发展新路径。
未来，学校将继续走好医工交叉之路，聚焦国家重大需求，以科技创新造福民生。
团队合影（从左至右：王水源、胡伟达、张嘉漪、周鹏）
复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室/集成电路与微纳电子创新学院周鹏、王水源，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张嘉漪，中国科学院上海技术物理研究所、红外科学与技术全国重点实验室胡伟达为论文共同通讯作者，王水源和博士生姜承勇、余羿叶，南洋理工大学博士后张振汉，北京邮电大学副教授屈贺如歌为论文共同第一作者。复旦大学附属眼耳鼻喉科医院姜春晖主任完成了非人灵长类的眼部植入手术，颜彪参与了视觉功能评估。研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、上海市科委、科学探索奖等项目的资助，以及教育部创新平台的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1126/science.adu2987
