全球有超過2億的視網膜變性患者，他們長期生活在黑暗中，無法享受多彩的世界。想象一下，有一項技術不僅能使視覺障礙者重見光明、恢復視力，還能使其擁有紅外“夜視”能力——這聽起來像科幻電影的情節(jié)，如今正在變?yōu)楝F實。

中國科學院上海技術物理研究所聯(lián)合復旦大學的研究團隊，成功開發(fā)出基于碲納米線網絡的新一代視覺假體，不僅幫助失明動物模型恢復了可見光視覺，還賦予了它們感知紅外光的“超視覺”功能。這項發(fā)表在《科學》雜志上的突破性研究，為全球范圍內的視網膜變性患者帶來了新的希望。

正常人視野（左）與視網膜色素變性患者的視野對比（右）

（圖片來源：維基百科）

師法自然：當碲納米線網絡遇上蛇類的紅外天賦

視網膜變性疾病是全球視力不可逆喪失的主要原因之一。在正常情況下，視網膜中的感光細胞（視桿細胞和視錐細胞）負責將光信號轉化為電信號，傳遞給大腦形成視覺。然而，當這些感光細胞因疾病而逐漸死亡時，患者就會失去視覺能力。

人類右眼的橫切面示意圖（不同動物的眼睛構造會有所差異）

（圖片來源：維基百科）

那么，讓視覺障礙者恢復視力的同時，還額外獲得紅外“夜視”能力，這一重大技術突破，科學家們究竟是怎么做到的呢？

他們首先從大自然中獲取靈感。大自然中的一些動物，如蛇類，能夠同時感知可見光和紅外輻射，從而更準確地評估周圍環(huán)境。由于紅外光波長較長、能量較低，人類的眼睛缺乏對紅外光譜敏感的感光細胞，無法形成視覺信號。但對于患有嚴重眼疾的患者來說，理論上可以通過技術手段（如紅外成像設備）將紅外光轉換為可見信號，從而在弱光和黑暗環(huán)境中提供視覺輔助。

研究團隊正是受到這種自然現象的啟發(fā)，設計出了能夠處理更寬光譜的視覺假體。碲納米線網絡是一種由碲元素制成的納米線相互連接而形成的網絡狀材料，它的獨特之處在于其內在的光電轉換能力。通過理論計算，研究人員發(fā)現，碲納米線網絡產生的巨大寬光譜光電流與納米線晶格內部缺陷的不對稱性和外部界面效應（是指碲納米線與周圍環(huán)境，如基底材料、電解質溶液或生物組織之間界面處產生的物理化學效應）密切相關。

通過巧妙結合窄帶隙、強吸收和工程化不對稱性，碲光電納米器件展現出了創(chuàng)紀錄的高光電流和最寬的響應光敏感波長范圍。與現有的視覺修復技術相比，TeNWNs假體在零電偏壓下就能產生巨大的光電流，無需額外的輔助設備，這在技術上是一個重大突破。

下一代視覺假體：修復并增強視覺功能

（圖片來源：參考文獻[2]）

如上圖所示，碲具有從可見光到紅外光的寬光譜光學吸收特性（左上），植入視網膜下的碲納米假體可替代退化的感光細胞，產生光電流來激活殘存的視網膜回路（左下）和枕葉皮質（大腦最后端的視覺信息處理中樞，右上）。通過不對稱工程和納米線網絡形態(tài)學設計，碲納米線網絡（TeNWNs）實現了巨大的、自發(fā)的、零偏壓光電流和微創(chuàng)簡易植入（右下）。這些特性使其成為下一代視覺假體技術的理想候選。

TeNWNs假體：告別笨重裝備，拓展出“超視覺”能力

傳統(tǒng)的視網膜假體主要依賴光電二極管技術，通過人工刺激殘存的視網膜神經元來恢復部分視覺功能。但這些技術面臨著諸多挑戰(zhàn)：制備工藝復雜、需要外部電源供應、感知光譜范圍有限，以及需要笨重的輔助設備等。并且，現有技術只能在有限的可見光范圍內工作，無法拓展到紅外光譜。

碲納米線網絡（TeNWNs）視網膜假體的出現徹底改變了這一局面。這種革命性的裝置具有三個顯著優(yōu)勢：

首先，TeNWNs假體的光譜覆蓋范圍突破性擴展。傳統(tǒng)的視網膜假體通常只能響應可見光，而它的響應范圍從470納米延伸到1550納米，橫跨可見光到近紅外II區(qū)，這意味著使用者不僅能恢復正常視覺，還能獲得紅外“夜視”能力。

其次，該假體能夠自主將光信號轉化為電信號，這意味著它可以通過簡單的微創(chuàng)手術植入視網膜下空間，避免了復雜的外部設備，實現了技術的簡潔性。傳統(tǒng)假體往往需要復雜的外部電源和控制系統(tǒng)，而TeNWNs假體能夠在零電偏壓下自主工作，極大地簡化了系統(tǒng)設計和植入手術的復雜性。這種自供電的特性不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，也減少了患者身心需要承受的負擔。

最后，TeNWNs假體在生物相容性方面表現優(yōu)越。實驗結果表明，該假體植入后不會引起實驗動物明顯的炎癥反應或組織排斥，這為長期使用提供了保障。

科研人員用鑷子夾起TeNWNs假體實物樣品

（圖片來源：參考文獻[1]）

技術驗證：小鼠與食蟹猴重見光明記

為了驗證這一技術的有效性和安全性，研究團隊進行了初步的動物實驗。在植入前的測試中，納米假體顯示出穩(wěn)定的光電特性和對光照模式的精確響應，為后續(xù)的生物實驗奠定了堅實基礎。

在失明小鼠光感復現的實驗中，植入的納米假體成功替代了受損的感光細胞，觸發(fā)了視神經和視覺皮層的響應。更令人振奮的是，植入假體的小鼠在光照強度僅為臨床安全閾值（此處指對視網膜不會造成損傷的最大光照強度）1/80的情況下，就表現出更好的光誘導瞳孔反應，并在基于視覺線索的學習行為測試（包括水獎勵視覺線索關聯(lián)學習和選擇箱任務）中顯示出顯著改善。這證明了該假體不僅能恢復基本的光感知能力，還能支持更高層次的視覺學習行為。

為了進一步驗證技術的臨床轉化潛力，研究團隊在非人靈長類動物——食蟹猴上進行了驗證實驗。結果顯示，納米假體與視網膜緊密結合，在視網膜下空間產生了對可見光和紅外光的強烈反應。更重要的是，實驗動物在獲得紅外視覺能力的同時，正常的可見光視覺功能沒有受到任何損害，這為未來的人體試驗提供了重要的安全保證。

未來展望：光明征程的下一站

從臨床意義來看，這項技術的成功為視網膜變性疾病的治療開辟了全新的方向。然而，從實驗室到臨床應用仍然面臨一些挑戰(zhàn)。一方面，技術有待進一步優(yōu)化，包括如何提高空間分辨率、優(yōu)化刺激模式以及改善長期穩(wěn)定性等。另一方面，臨床試驗的設計和實施還需要通過嚴格的安全性評估和有效性驗證。

研究團隊表示，這項成功的動物研究為未來的人體試驗鋪平了道路，展示了該假體在恢復可見視覺和擴展增強紅外感知方面的潛力，有望為視力障礙患者提供比現有技術更安全、更有效且光譜響應更廣的治療方案。

從更廣泛的角度來看，我們不妨大膽設想，這項技術或許會催生更多創(chuàng)新應用——例如，健康人群是否也可以通過類似技術獲得增強的視覺能力？類似“超視覺”的技術能否延伸至其他感官的強化？這些問題都為未來研究提供了富有想象力的探索方向。

參考文獻：

[1]Shuiyuan Wanget al.,Tellurium nanowire retinal nanoprosthesis improves vision in models of blindness.Science388,eadu2987(2025).DOI:10.1126/science.adu2987

[2]Eduardo Fernández,Nanowires replace lost retinal cells.Science388,1025-1026(2025).DOI:10.1126/science.ady4439

出品：科普中國

作者：郭菲（煙臺大學）

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