复旦大学发表最新Science论文：有望让盲人重获光明，还能解锁红外夜视超能力

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复旦大学发表最新Science论文：有望让盲人重获光明，还能解锁红外夜视超能力: I. c9 l+ ^& l, i3 A4 d/ s
来源：生物世界 2025-06-09 09:27
; Z+ s: d' y' F9 X# B! O3 e该研究开发出了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，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的“超视觉”功能。
; w& ^: V, a% `. l# n( J, T在自然界中，有一些动物（例如蛇类），通过感知红外辐射和可见光光谱来更准确地评估周围环境。而我们人类的眼睛缺乏对红外光谱响应的光感受器，只能感受可见光（光谱范围为380-780nm），波长更长、能量更低的红外光无法触发人类的视觉信号。3 u3 l7 G* E* K/ n0 N5 e2 o9 f
对于患有严重眼疾（例如黄斑变性）的患者而言，理论上来说，红外视觉有助于在弱光和黑暗环境中看清物体，开发出能够利用更广泛光谱（包括红外光）的技术可能会给这些患者带来显著益处。; Q! Y6 l  G. I9 ~: m0 V
2025 年 6 月 5 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、复旦大学脑科学研究院张嘉漪/颜彪团队及中国科学院上海技术物理研究所胡伟达团队合作，在国际顶尖学术期刊 Science 上发表了题为：Tellurium nanowire retinal nanoprosthesis improves vision in models of blindness 的研究论文。  l1 z* H2 l% }( i
该研究开发出了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，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的“超视觉”功能。, V1 A; J4 P& t* C
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目前，用于广谱视网膜假体的设计，采用纳米颗粒或光电二极管将红外光转换为可见光或热能，以刺激视网膜细胞。然而，它们需要注射到眼睛或依赖体积庞大的外在辅助设备，在应用于人类时存在安全性和实用性的问题。1 P/ q( i4 ]+ z% J
因此，开发一种安全且易于植入的视网膜假体，使其能够处理可见光和红外光，或许能够恢复视力损失并增强天然视力。# j9 ?" a; E- T* H: e
在这项最新研究中，研究团队设计了一种基于碲纳米线网络（Tellurium Nanowire Network，TeNWN）的下一代视网膜纳米假体，其本身能够将包括可见光到红外光在内的宽谱光高效地转换为光伏，从而在零电偏压下产生巨大的光电流，且无需额外的辅助设备。随后，研究团队在小鼠和食蟹猴的视网膜下腔实现了安全且简便的植入。
# N# g/ f7 X+ G8 ]/ M  \+ B理论计算显示，碲纳米线网络中自发产生的巨大且宽谱的光电流与纳米线晶格内部缺陷的不对称性以及外部界面效应有关。碲基光电子纳米器件通过窄带隙、强吸收以及工程化不对称性相结合的方式，展现出创纪录的高光电流密度，并且与已报道的恢复失明患者光敏感性的技术相比，其响应光敏感性的波长范围最广，涵盖了可见光到近红外II区。植入前测试证实了该视网膜纳米假体的光电性能稳定，并且其对光模式的反应十分精准。7 _* ~2 k6 g% O* e( Y4 j5 F+ Y/ D$ X
在失明小鼠体内，植入的视网膜纳米假体替代了受损的感光细胞来接受光信号，将其转换为电信号，直接激活视网膜上尚存活的神经细胞，在视神经和视觉皮层中引发了反应。与未接受植入的小鼠相比，植入的小鼠在光诱导的瞳孔反应方面表现得更好，并且在与光相关的学习行为方面也有所改善，而且，这些效果是在光强度仅为临床安全阈值近 1/80 的情况下实现的。, B5 @; z) p- D8 M. i
在非人灵长类动物（食蟹猴）身上进一步证明了该视网膜纳米假体的生物相容性和有效性，在其视网膜下腔中，视网膜纳米假体与视网膜紧密相连，并对可见光和红外光产生了强烈的视网膜源性反应，且没有损害正常视觉功能（112 天内视网膜结构完整，血管无异常）。* Z( B2 u) b9 f+ R% |" o/ k
此外，该视网膜纳米假体除了恢复可见光视觉，还能让使用者“看见”红外光，可精确定位 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，无需额外辅助设备，不仅能修复可见光视觉，还能将视觉感知拓展至红外波长范围。. W6 C4 }" m$ L/ x/ i: f
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恢复并增强视力的下一代纳米假体' f4 F4 K$ `, N
总的来说，这项成功的动物研究为未来的人体试验铺平了道路，展示了这种视网膜纳米假肢在恢复盲人可见光视力和增强红外光感知方面的潜力，且该技术比现有技术更安全、更有效、更广谱。
+ |& Q* ]1 U& S6 }0 T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，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。
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