无需依赖任何外部设备，只要一次微创且可逆的视网膜下植入手术，就可让盲猴恢复可见光视觉，甚至拥有识别复杂红外图像的能力。
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/王水源团队、脑功能与脑疾病全国重点实验室/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开发出全球首款覆盖可见光至近红外二区（470-1550nm）的超视觉假体，在器件的光电流密度和视觉修复的光谱范围上均达到国际最高水平。这是复旦医工交叉融合助力视觉重建与增强的又一硕果，为全球超2亿视网膜退化患者带来希望。
北京时间2025年6月6日凌晨，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，在《科学》（Science）主刊上发表。
新一代视觉假体：厚度降十倍，覆盖可见光至红外光
修复视网膜上退化的感光细胞，是让失明者重见光明的关键突破口。现有技术通常采用特制电线穿过眼球，通过外部供电刺激视网膜细胞来恢复感光，但这种侵入式的治疗手段创伤较大，且需随身携带外接设备，给患者的术后生活带来诸多不便。
为了寻找视觉恢复的更优解，张嘉漪带领团队持续在交叉学科领域探索。2023年，团队综合光电材料、神经科学、临床医学三大领域力量，研发出一款基于二氧化钛纳米线阵列的人工光感受器，可以在光线照射下直接将光能转换为电能，无需额外供电，有望让盲人重获光明。不过，基于这一光感受器的视觉恢复效果尚且局限在可见光范围内（380-780nm）。
2023年11月23日，张嘉漪/颜彪团队在国际上首次报道利用纳米材料创新研发出新一代视网膜人工光感受器，成果发表于《自然·生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）。这一无源人工光感受器无需外部供电，仅凭光线即可自主工作，其空间分辨率和时间分辨率均达到国际领先水平，基于该人工光感受器目前已成功实施了四例临床患者手术。
“如果要想拓展视觉恢复边界，还得在材料上下功夫。”张嘉漪认为。听闻这一想法，长期从事神经形态器件研发的周鹏/王水源团队很快萌生了灵感，双方一拍即合。
超视觉假体实物样品
经过大量材料筛选，联合团队最终确定以碲纳米线网络（TeNWNs）取代受损的光感受器。在没有外部电刺激的情况下，这种材料经过光照可以自发产生高密度光电流来激活残余的视网膜通路，达到不同维度纳米材料下的最高光电流水平，从而将视觉修复波段从可见光推进至近红外二区（470-1550nm），这也是目前国际上最广谱的视觉光感重建波段。
TeNWNs光电流密度和光感重建范围
之所以能形成自驱动、高密度的光电流响应，与碲纳米线网络强吸收、窄带隙和内外部非对称效应的材料特性密不可分。王水源将其形象比作电子“跨越峡谷的过程”：“这款材料能够高效吸收光能，而为了形成光电流，被光激发的电子所需跨越的峡谷（即能带带隙）也很窄。所以在材料自发产生的附加电场驱动下，电子可以很容易完成跃迁形成高密度光电流，才有了超宽光谱的视觉感知。”
TeNWNs修复和增强盲人视觉示意图及作用机制
张嘉漪介绍，这款视觉假体相较过去的人工光感受器薄了10倍以上，可谓“薄如蝉翼”。与此同时，国际上现有的红外光感知技术仅能应用于正常运作的视网膜上，但视觉功能正常者不会无故接受一次有创的植入手术。“我们这一方案应该说更为理想，因为正常人一般无法接受植入手术，尽管它是微创的。只有在修复视觉的同时实现增强，不仅能让失明者重获可见光感，还能让他们看到普通人感知不到的红外光。”王水源解释道。
脑科学+微电子：十年医工交叉，破解盲人复明难题
在周鹏/王水源团队看来，这次的交叉融合创新并非偶然，而是脑科学和微电子科学之间蓄力已久的“双向奔赴”。
类脑计算是微电子领域面向未来的重点发展方向。在算力比拼白热化的当下，类脑计算芯片通过模仿人脑运作可以实现超低能耗算力，具备真正解决算力局限的潜力，这也令其成为竞争火热的红海赛道。
2017年起，王水源师从周鹏攻读复旦微电子学与固体电子学博士，聚焦方向之一即为类脑神经形态器件。他们瞄准了视觉这一人类最重要、最具突破价值的感官，打造出适用于高效运动检测与识别的仿生视网膜器件，大幅降低了硬件的复杂度与能耗。
2021年，周鹏/王水源团队在国际上首次提出了单器件感存算功能的“全在一”集成，真实模仿了视网膜完整架构，成果发表于《自然-纳米科技》（Nature Nanotechnology），成为了本次工作开展的重要基础。
然而，生命体的神经信号与反应行为并非简单的一一对应关系，电子科学对于大脑运作机制还处于隔雾看花的阶段。“现有国际上的前沿神经形态计算研究，比如图像识别、语言识别，还是在模仿人类的神经活动，”周鹏表示，“我们想要探索的是基于真实的神经电信号而不只是仿生，给类脑器件找一条能够真正用起来的道路。”
周鹏/王水源团队
他们与张嘉漪长期积累的跨界交流为这一探索打开了思路。2017年，周鹏就曾邀请张嘉漪参加集成电路领域青年科学家交流会，在场学者对于张嘉漪会上分享的脑科学研究都饶有兴趣。事实上，自博士阶段起，张嘉漪就已开始将跨学科手段引入大脑信息编解码的研究之中，在“盲人复明”相关研究领域展开了长达十年的探索。
张嘉漪指导团队科研
互换想法后，双方团队开启了持续六年的紧密合作。其中，周鹏/王水源与胡伟达合作负责前期的材料筛选、理论计算和后期的器件性能验证，确保器件既能自发产生强大光电流，也能满足理想的生物相容性，避免材料毒性或易降解性。而器件在生物体上的一系列验证环节，则交由张嘉漪团队负责。
“能有如今这样的交叉融合成果，我想离不开复旦作为综合性大学的独特优势。”周鹏表示。
临床转化进行时，下一步要让电子器件真正理解大脑
在实验室验证环节，这款超视觉假体已“连过数关”。除了顺利通过细胞离体实验验证和盲小鼠动物模型验证外，团队还在非人灵长类（食蟹猴）实验中证实了其有效性，且在植入半年后无不良排异反应，为后续推进临床转化应用奠定了基础。目前，项目已进入非人灵长类动物的长期安全性评估阶段，团队也在继续探索碲纳米线阵列与视神经的高效耦合机制。
盲小鼠脑电波图
若临床转化成功，这款“中国智造”的视网膜假体将彻底改写游戏规则：患者不再需要笨重的眼镜和频繁充电，仅需一次微创且可逆的视网膜下植入，即可重获可见光视觉，并增强拓展至红外感知范围。
“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：除了开发生物假体材料（如人工光感受器）进行生物替代，也在同步探索针对失明的基因治疗手段。
多年医工交叉融合经验告诉张嘉漪，类脑器件的研发不能“自顾自地玩”，而是要和大脑接合、共同训练。她将此次合作的成果称为1.0版：“我们的器件不光要具备感知功能，更要学会理解大脑运作。”
在深化交叉合作的方向上，周鹏、张嘉漪团队又一次“共脑”：“如果说脑探针的方式还是在间接探索大脑，那我们未来的目标，就是让电子器件更直接地感知大脑，真正地理解大脑。”
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。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu2987