【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】2025年6月6日，中國科學院上海技術物理研究所胡偉達研究員團隊，聯(lián)合復旦大學集成電路與微納電子創(chuàng)新學院周鵬/王水源團隊、腦科學研究院張嘉漪/顏彪團隊，開發(fā)出全球首款光譜覆蓋范圍極廣的可植入視覺假體。該假體無需依賴任何外部設備，即可使失明動物模型恢復可見光視覺能力，并賦予其感知紅外光甚至識別紅外圖案的“超視覺”功能。相關成果以《碲納米線視網(wǎng)膜假體增強失明視覺》為題發(fā)表于國際頂刊《科學》(Science,2025,388,eadu2987)。
 

　　當前，全球有超過2億的視網(wǎng)膜變性(感光細胞死亡)患者，無法看到多彩的世界。近年來，學術界一直在探索通過人工的方法進行視覺修復，如利用光電二極管的技術路線制備可植入的視網(wǎng)膜假體。但該方法制備工藝十分復雜，且感知的光譜波段范圍有限。而引入紅外視覺，能夠使得人類擁有感知弱光信號的能力。
 

　　經(jīng)過反復的摸索和嘗試，研究團隊研制出能夠進行高效光電轉(zhuǎn)換、寬譜響應、安全植入的碲納米線網(wǎng)絡(TeNWNs)視網(wǎng)膜假體。該TeNWNs假體能夠在無需外接電源供應情況下，在生物視網(wǎng)膜中代替凋亡感光細胞，自發(fā)將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，進而直接激活視網(wǎng)膜上尚存活的神經(jīng)細胞。該TeNWNs假體融合了“仿生修復”與“功能拓展”的雙重特性，其光譜覆蓋范圍為470-1550納米，橫跨可見光至近紅外II區(qū)。通過一次微創(chuàng)且可逆的視網(wǎng)膜下植入手術，不僅可以修復可見光視覺，還能將視覺感知拓展至特定紅外波長范圍。在成功讓實驗室里的失明小鼠重新獲得對可見光感知能力的基礎上，研究團隊進一步在非人靈長類動物(食蟹猴)模型上進行了驗證。更令人矚目的是，同樣實現(xiàn)了無損可見視覺前提下的紅外視覺拓展。該工作有望突破現(xiàn)有視覺修復技術的局限，為人類拓展紅外視覺、探索新型視覺感知模態(tài)開辟臨床轉(zhuǎn)化路徑。
 

　　胡偉達研究員團隊長期專注于新型低維材料紅外探測器及其前沿應用領域。2000年起，該團隊相繼研究了基于碲材料的中紅外偏振探測器及其偏振成像應用(Nature Communications,2020,11,2308)；搭建用于生長低維碲等新型窄禁帶半導體材料的先進實驗平臺，深入探索了基于化學氣相沉積法的低維碲納米材料的生長熱力與動力學耦合機制，研制了具備黑體探測靈敏的高性能低維碲紅外光電探測器(Science Advances,2020,7 (16),eabf7358)；2024年，團隊基于碲的強光吸收和獨特對稱破缺特性，進一步開發(fā)了基于體光伏效應的低維碲光電探測器，在無需外界偏壓情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)從紫外到中波(390~3800納米)的寬光譜范圍及強紅外波段的體光伏響應，成功實現(xiàn)了涵蓋整個近紅外Ⅱ區(qū)域并具有深穿透性的廣譜神經(jīng)調(diào)節(jié)應用(Light: Science & Applications, 2024,13,277)。通過多年深耕，團隊累積了高晶體質(zhì)量碲納米材料的生長工藝和高性能紅外光電探測器的研究經(jīng)驗，其生物前沿交叉應用的探索也為今日優(yōu)秀醫(yī)工交叉工作奠定了良好的研究基石。
 

　　胡偉達團隊與周鵬團隊自2014年相識，在新型低維材料器件應用領域持續(xù)合作。雙方團隊圍繞新型二維材料的器件集成與智能感知應用展開深入合作，重點聚焦于視網(wǎng)膜仿生硬件設計、神經(jīng)晶體管邏輯運算以及紅外探測器構(gòu)建等方向。團隊聯(lián)合提出并實現(xiàn)了具備感知-記憶-計算功能融合的二維視網(wǎng)膜形態(tài)器件(Nature Nanotechnology,2022,17,27)、基于極性二維材料的神經(jīng)晶體管邏輯門與神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計(Nature Electronics,2021,4,357)，并開發(fā)出多種范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)下的單極勢壘紅外探測器(Nature Electronics,2021,4,399)，展示了新型材料體系在智能感知、邏輯計算和紅外探測領域的應用潛力。這些成果為合力構(gòu)建新一代低功耗、高集成度的智能光電子系統(tǒng)奠定了重要基礎。此次與張嘉漪團隊攜手，更充分發(fā)揮了綜合性大學多學科交叉優(yōu)勢，展示了紅外光電技術與醫(yī)工交叉領域研究的巨大潛力。
 

　　研究團隊將繼續(xù)深耕低維半導體紅外探測器與前沿醫(yī)工交叉應用領域，聚焦紅外光電與生命科學的深度融合，解析高維紅外光子與復雜生理狀態(tài)關聯(lián)性，開啟生物紅外光學診斷新篇章。
 

TeNWNs修復和增強盲人視覺示意圖及作用機制
 

TeNWNs光電流密度和光譜范圍
 

超視覺假體實物樣品