【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】2025年6月6日，中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所胡偉達(dá)研究員團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)集成電路與微納電子創(chuàng)新學(xué)院周鵬/王水源團(tuán)隊(duì)、腦科學(xué)研究院張嘉漪/顏彪團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)出全球首款光譜覆蓋范圍極廣的可植入視覺(jué)假體。該假體無(wú)需依賴(lài)任何外部設(shè)備，即可使失明動(dòng)物模型恢復(fù)可見(jiàn)光視覺(jué)能力，并賦予其感知紅外光甚至識(shí)別紅外圖案的“超視覺(jué)”功能。相關(guān)成果以《碲納米線視網(wǎng)膜假體增強(qiáng)失明視覺(jué)》為題發(fā)表于國(guó)際頂刊《科學(xué)》(Science,2025,388,eadu2987)。
 

　　當(dāng)前，全球有超過(guò)2億的視網(wǎng)膜變性(感光細(xì)胞死亡)患者，無(wú)法看到多彩的世界。近年來(lái)，學(xué)術(shù)界一直在探索通過(guò)人工的方法進(jìn)行視覺(jué)修復(fù)，如利用光電二極管的技術(shù)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(fù)雜，且感知的光譜波段范圍有限。而引入紅外視覺(jué)，能夠使得人類(lèi)擁有感知弱光信號(hào)的能力。
 

　　經(jīng)過(guò)反復(fù)的摸索和嘗試，研究團(tuán)隊(duì)研制出能夠進(jìn)行高效光電轉(zhuǎn)換、寬譜響應(yīng)、安全植入的碲納米線網(wǎng)絡(luò)(TeNWNs)視網(wǎng)膜假體。該TeNWNs假體能夠在無(wú)需外接電源供應(yīng)情況下，在生物視網(wǎng)膜中代替凋亡感光細(xì)胞，自發(fā)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，進(jìn)而直接激活視網(wǎng)膜上尚存活的神經(jīng)細(xì)胞。該TeNWNs假體融合了“仿生修復(fù)”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(jiàn)光至近紅外II區(qū)。通過(guò)一次微創(chuàng)且可逆的視網(wǎng)膜下植入手術(shù)，不僅可以修復(fù)可見(jiàn)光視覺(jué)，還能將視覺(jué)感知拓展至特定紅外波長(zhǎng)范圍。在成功讓實(shí)驗(yàn)室里的失明小鼠重新獲得對(duì)可見(jiàn)光感知能力的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物(食蟹猴)模型上進(jìn)行了驗(yàn)證。更令人矚目的是，同樣實(shí)現(xiàn)了無(wú)損可見(jiàn)視覺(jué)前提下的紅外視覺(jué)拓展。該工作有望突破現(xiàn)有視覺(jué)修復(fù)技術(shù)的局限，為人類(lèi)拓展紅外視覺(jué)、探索新型視覺(jué)感知模態(tài)開(kāi)辟臨床轉(zhuǎn)化路徑。
 

　　胡偉達(dá)研究員團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期專(zhuān)注于新型低維材料紅外探測(cè)器及其前沿應(yīng)用領(lǐng)域。2000年起，該團(tuán)隊(duì)相繼研究了基于碲材料的中紅外偏振探測(cè)器及其偏振成像應(yīng)用(Nature Communications,2020,11,2308)；搭建用于生長(zhǎng)低維碲等新型窄禁帶半導(dǎo)體材料的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，深入探索了基于化學(xué)氣相沉積法的低維碲納米材料的生長(zhǎng)熱力與動(dòng)力學(xué)耦合機(jī)制，研制了具備黑體探測(cè)靈敏的高性能低維碲紅外光電探測(cè)器(Science Advances,2020,7 (16),eabf7358)；2024年，團(tuán)隊(duì)基于碲的強(qiáng)光吸收和獨(dú)特對(duì)稱(chēng)破缺特性，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了基于體光伏效應(yīng)的低維碲光電探測(cè)器，在無(wú)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(qiáng)紅外波段的體光伏響應(yīng)，成功實(shí)現(xiàn)了涵蓋整個(gè)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(yīng)用(Light: Science & Applications, 2024,13,277)。通過(guò)多年深耕，團(tuán)隊(duì)累積了高晶體質(zhì)量碲納米材料的生長(zhǎng)工藝和高性能紅外光電探測(cè)器的研究經(jīng)驗(yàn)，其生物前沿交叉應(yīng)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(dá)團(tuán)隊(duì)與周鵬團(tuán)隊(duì)自2014年相識(shí)，在新型低維材料器件應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)合作。雙方團(tuán)隊(duì)圍繞新型二維材料的器件集成與智能感知應(yīng)用展開(kāi)深入合作，重點(diǎn)聚焦于視網(wǎng)膜仿生硬件設(shè)計(jì)、神經(jīng)晶體管邏輯運(yùn)算以及紅外探測(cè)器構(gòu)建等方向。團(tuán)隊(duì)聯(lián)合提出并實(shí)現(xiàn)了具備感知-記憶-計(jì)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(mén)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(Nature Electronics,2021,4,357)，并開(kāi)發(fā)出多種范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)下的單極勢(shì)壘紅外探測(cè)器(Nature Electronics,2021,4,399)，展示了新型材料體系在智能感知、邏輯計(jì)算和紅外探測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)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(chǔ)。此次與張嘉漪團(tuán)隊(duì)攜手，更充分發(fā)揮了綜合性大學(xué)多學(xué)科交叉優(yōu)勢(shì)，展示了紅外光電技術(shù)與醫(yī)工交叉領(lǐng)域研究的巨大潛力。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深耕低維半導(dǎo)體紅外探測(cè)器與前沿醫(yī)工交叉應(yīng)用領(lǐng)域，聚焦紅外光電與生命科學(xué)的深度融合，解析高維紅外光子與復(fù)雜生理狀態(tài)關(guān)聯(lián)性，開(kāi)啟生物紅外光學(xué)診斷新篇章。
 

TeNWNs修復(fù)和增強(qiáng)盲人視覺(jué)示意圖及作用機(jī)制
 

TeNWNs光電流密度和光譜范圍
 

超視覺(jué)假體實(shí)物樣品