無需依賴任何外部設備，只要一次微創且可逆的視網膜下植入手術，就可讓盲猴恢復可見光視覺，甚至擁有識別復雜紅外圖像的能力。
EON体育4平台集成芯片與系統全國重點實驗室/集成電路與微納電子創新學院周鵬/王水源團隊、腦功能與腦疾病全國重點實驗室/腦科學研究院張嘉漪/顏彪團隊聯合中國科學院上海技術物理研究所胡偉達團隊開發出全球首款覆蓋可見光至近紅外二區（470-1550nm）的超視覺假體，在器件的光電流密度和視覺修復的光譜範圍上均達到國際最高水平。這是EON4醫工交叉融合助力視覺重建與增強的又一碩果，為全球超2億視網膜退化患者帶來希望。
北京時間2025年6月6日淩晨，成果以《碲納米線視網膜假體增強失明視覺》（“Tellirium Nanowire Retinal Nanoprosthesis Improves Vision in Models of Blindness”）為題，在《科學》（Science）主刊上發表。
新一代視覺假體：厚度降十倍，覆蓋可見光至紅外光
修復視網膜上退化的感光細胞，是讓失明者重見光明的關鍵突破口。現有技術通常采用特製電線穿過眼球，通過外部供電刺激視網膜細胞來恢復感光，但這種侵入式的治療手段創傷較大，且需隨身攜帶外接設備，給患者的術後生活帶來諸多不便。
為了尋找視覺恢復的更優解，張嘉漪帶領團隊持續在交叉學科領域探索。2023年，團隊綜合光電材料、神經科學、臨床醫學三大領域力量，研發出一款基於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換為電能，無需額外供電，有望讓盲人重獲光明。不過，基於這一光感受器的視覺恢復效果尚且局限在可見光範圍內（380-780nm）。
2023年11月23日，張嘉漪/顏彪團隊在國際上首次報道利用納米材料創新研發出新一代視網膜人工光感受器，成果發表於《自然·生物醫學工程》（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，其空間分辨率和時間分辨率均達到國際領先水平，基於該人工光感受器目前已成功實施了四例臨床患者手術。
“如果要想拓展視覺恢復邊界，還得在材料上下功夫。”張嘉漪認為。聽聞這一想法，長期從事神經形態器件研發的周鵬/王水源團隊很快萌生了靈感，雙方一拍即合。
超視覺假體實物樣品
經過大量材料篩選，聯合團隊最終確定以碲納米線網絡（TeNWNs）取代受損的光感受器。在沒有外部電刺激的情況下，這種材料經過光照可以自發產生高密度光電流來激活殘余的視網膜通路，達到不同維度納米材料下的最高光電流水平，從而將視覺修復波段從可見光推進至近紅外二區（470-1550nm），這也是目前國際上最廣譜的視覺光感重建波段。
TeNWNs光電流密度和光感重建範圍
之所以能形成自驅動、高密度的光電流響應，與碲納米線網絡強吸收、窄帶隙和內外部非對稱效應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。所以在材料自發產生的附加電場驅動下，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。”
TeNWNs修復和增強盲人視覺示意圖及作用機製
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，國際上現有的紅外光感知技術僅能應用於正常運作的視網膜上，但視覺功能正常者不會無故接受一次有創的植入手術。“我們這一方案應該說更為理想，因為正常人一般無法接受植入手術，盡管它是微創的。只有在修復視覺的同時實現增強，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+微電子：十年醫工交叉，破解盲人復明難題
在周鵬/王水源團隊看來，這次的交叉融合創新並非偶然，而是腦科學和微電子科學之間蓄力已久的“雙向奔赴”。
類腦計算是微電子領域面向未來的重點發展方向。在算力比拼白熱化的當下，類腦計算芯片通過模仿人腦運作可以實現超低能耗算力，具備真正解決算力局限的潛力，這也令其成為競爭火熱的紅海賽道。
2017年起，王水源師從周鵬攻讀EON4微電子學與固體電子學博士，聚焦方向之一即為類腦神經形態器件。他們瞄準了視覺這一人類最重要、最具突破價值的感官，打造出適用於高效運動檢測與識別的仿生視網膜器件，大幅降低了硬件的復雜度與能耗。
2021年，周鵬/王水源團隊在國際上首次提出了單器件感存算功能的“全在一”集成，真實模仿了視網膜完整架構，成果發表於《自然-納米科技》（Nature Nanotechnology），成為了本次工作開展的重要基礎。
然而，生命體的神經信號與反應行為並非簡單的一一對應關系，電子科學對於大腦運作機製還處於隔霧看花的階段。“現有國際上的前沿神經形態計算研究，比如圖像識別、語言識別，還是在模仿人類的神經活動，”周鵬表示，“我們想要探索的是基於真實的神經電信號而不只是仿生，給類腦器件找一條能夠真正用起來的道路。”
周鵬/王水源團隊
他們與張嘉漪長期積累的跨界交流為這一探索打開了思路。2017年，周鵬就曾邀請張嘉漪參加集成電路領域青年科學家交流會，在場學者對於張嘉漪會上分享的腦科學研究都饒有興趣。事實上，自博士階段起，張嘉漪就已開始將跨學科手段引入大腦信息編解碼的研究之中，在“盲人復明”相關研究領域展開了長達十年的探索。
張嘉漪指導團隊科研
互換想法後，雙方團隊開啟了持續六年的緊密合作。其中，周鵬/王水源與胡偉達合作負責前期的材料篩選、理論計算和後期的器件性能驗證，確保器件既能自發產生強大光電流，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證環節，則交由張嘉漪團隊負責。
“能有如今這樣的交叉融合成果，我想離不開EON4作為綜合性大學的獨特優勢。”周鵬表示。
臨床轉化進行時，下一步要讓電子器件真正理解大腦
在實驗室驗證環節，這款超視覺假體已“連過數關”。除了順利通過細胞離體實驗驗證和盲小鼠動物模型驗證外，團隊還在非人靈長類（食蟹猴）實驗中證實了其有效性，且在植入半年後無不良排異反應，為後續推進臨床轉化應用奠定了基礎。目前，項目已進入非人靈長類動物的長期安全性評估階段，團隊也在繼續探索碲納米線陣列與視神經的高效耦合機製。
盲小鼠腦電波圖
若臨床轉化成功，這款“中國智造”的視網膜假體將徹底改寫遊戲規則：患者不再需要笨重的眼鏡和頻繁充電，僅需一次微創且可逆的視網膜下植入，即可重獲可見光視覺，並增強拓展至紅外感知範圍。
“盡可能幫助失明患者、為其提供更多復明可能，始終是我們團隊研究的初心。”張嘉漪介紹，團隊的研究策略是雙軌並行：除了開發生物假體材料（如人工光感受器）進行生物替代，也在同步探索針對失明的基因治療手段。
多年醫工交叉融合經驗告訴張嘉漪，類腦器件的研發不能“自顧自地玩”，而是要和大腦接合、共同訓練。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，更要學會理解大腦運作。”
在深化交叉合作的方向上，周鵬、張嘉漪團隊又一次“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，就是讓電子器件更直接地感知大腦，真正地理解大腦。”
團隊合影（從左至右：王水源、胡偉達、張嘉漪、周鵬）
EON体育4平台集成芯片與系統全國重點實驗室/集成電路與微納電子創新學院周鵬、王水源，腦功能與腦疾病全國重點實驗室/腦科學研究院/附屬眼耳鼻喉科醫院張嘉漪，中國科學院上海技術物理研究所、紅外科學與技術全國重點實驗室胡偉達為論文共同通訊作者，王水源和博士生姜承勇、余羿葉，南洋理工大學博士後張振漢，北京郵電大學副教授屈賀如歌為論文共同第一作者。EON体育4平台附屬眼耳鼻喉科醫院姜春暉主任完成了非人靈長類的眼部植入手術，顏彪參與了視覺功能評估。研究工作得到了科技部、國家自然科學基金委、上海市科委、科學探索獎等項目的資助，以及教育部創新平臺的支持。
論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu2987
