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【导语】还记得经典科幻剧《无敌金刚》中那个拥有超能力的仿生人吗？他的仿生眼不仅能看清远处，还拥有红外视力。这一看似天方夜谭的设定，如今正在中国科学家的实验室里变为现实。复旦大学和中国科学院上海技术物理研究所的联合团队研发出“超视觉”假体，不仅让失明的实验动物重获光明，还赋予了它们感知红外光的神奇能力。这项突破性研究将如何改变我们对视觉修复的认知？让我们一起走进“仿生眼”的神奇世界，探索科技带来的无限可能。

还记得

经典科幻剧《无敌金刚》中

那个拥有超能力的仿生人吗？

他的仿生眼不仅能让他看清远处的物体

还拥有红外视力

这个在上世纪70年代看似天方夜谭的科幻设定

如今正在中国科学家的实验室里变为现实

《无敌金刚》中的“仿生眼”

2025年6月6日凌晨，复旦大学和中国科学院上海技术物理研究所的联合团队在《科学》杂志上发表了一项突破性成果：

他们研发的“超视觉”假体，不仅让失明的实验动物重获光明，还赋予了它们感知红外光的神奇能力。

这项技术是如何实现的？

它又将如何改变我们对视觉修复的认知？

蝌蚪五线谱连线采访了研究团队的王水源研究员，让我们一起走近“仿生眼”的神奇世界。

视觉修复之路：用植入体代替感光细胞

要理解这项技术的革命性意义，我们首先需要了解人类视觉系统的工作原理。

在我们眼睛的视网膜上分布着数百万个感光细胞，它们就像微型的光电转换器，将进入眼(yǎn)睛(jing)的(de)光(guāng)信(xìn)号(hào)转(zhuǎn)化(huà)为(wèi)电(diàn)信(xìn)号(hào)，再(zài)通(tōng)过(guò)视(shì)神(shén)经(jīng)传(chuán)递(dì)给(gěi)大(dà)脑(nǎo)，最(zuì)终(zhōng)形(xíng)成(chéng)我(wǒ)们(men)所(suǒ)看(kàn)到(dào)的(de)图(tú)像(xiàng)。

三(sān)种(zhǒng)视(shì)网(wǎng)膜(mó)感(gǎn)光(guāng)细(xì)胞(bāo)位(wèi)置(zhì)略(è)图(tú)（图(tú)片(piàn)来(lái)源(yuán)：维(wéi)基(jī)百(bǎi)科(kē)）

然(rán)而(ér)，当(dāng)视(shì)网(wǎng)膜(mó)色(sè)素(sù)变(biàn)性(xìng)、黄(huáng)斑(bān)变(biàn)性(xìng)等(děng)疾(jí)病(bìng)发(fā)生(shēng)时(shí)，这(zhè)些(xiē)感(gǎn)光(guāng)细(xì)胞(bāo)会(huì)逐(zhú)渐(jiàn)死(sǐ)亡(wáng)，使(shǐ)患(huàn)者(zhě)失(shī)明(míng)。

据(jù)统(tǒng)计(jì)，全球(qiú)有(yǒu)超(chāo)过(guò)2亿(yì)人(rén)正(zhèng)遭(zāo)受(shòu)着(zhe)光(guāng)感(gǎn)受(shòu)器(qì)退(tuì)化(huà)的(de)痛(tòng)苦(kǔ)，他(tā)们(men)的(de)世(shì)界(jiè)陷(xiàn)入(rù)了(le)永(yǒng)恒(héng)的(de)黑(hēi)暗(àn)。

传(chuán)统(tǒng)的(de)视(shì)觉(jué)修(xiū)复(fù)技(jì)术(shù)类(lèi)似(shì)“眼(yǎn)球(qiú)穿(chuān)线(xiàn)手(shǒu)术(shù)”，通(tōng)常(cháng)需(xū)要(yào)通(tōng)过(guò)特(tè)制(zhì)电(diàn)线(xiàn)穿(chuān)过(guò)眼(yǎn)球(qiú)，在(zài)视(shì)网(wǎng)膜(mó)上(shàng)植(zhí)入(rù)电(diàn)极(jí)阵(zhèn)列(liè)，依(yī)靠(kào)外(wài)部(bù)供(gōng)电(diàn)来(lái)刺(cì)激(jī)视(shì)网(wǎng)膜(mó)上(shàng)残(cán)存的神(shén)经(jīng)元(yuán)。

简(jiǎn)单(dān)来(lái)说(shuō)，就(jiù)是(shì)用(yòng)人(rén)工(gōng)电极来代替感光细胞工作。

例如全球首个获美国FDA和欧洲CE认证的“仿生眼”设备Argus II，这套系统需要患者佩戴特殊眼镜，当眼镜上的摄像头捕获图像后，信号处理器会将图像信息转化为电信号，通过植入的电极阵列刺激视网膜，帮助患者感知到术前无法识别的光点和简单形状。

Argus II（图片来源：American Academy of Ophthalmology）

显然，这种侵入式的治疗手段存在着明显的局限性：

创伤较大、视觉效果粗糙、需要随身携带笨重的外接设备，这些都给患者的日常生活带来了诸多不便。

因此，中国科学家们决定另辟蹊(qī)径。

复(fù)旦(dàn)大(dà)学(xué)集成电路与微纳电子创新学院的周鹏/王水源团队、脑科学研究院的张嘉漪/颜彪团队，以及中国科学院上海技术物理研究所的胡伟达团队，组成了一个跨学科的联合研究团队。

他们将目光投向了一种特殊的材料——碲（Tellurium）。

钾盐上的碲晶体（图片来源：Christian Rewitzer）

碲是一种相对稀有的半金属元素，在元素周期表中位于硫和硒的下方。

虽然在日常生活中并不常见，但它却拥有着独特的光电特性：

能有效捕获包括红外辐射在内的光线，且无需额外设备即可将红外光转化为电信号，完美复现了健康视网膜(mó)中(zhōng)光(guāng)感(gǎn)受(shòu)器(qì)细(xì)胞(bāo)的(de)工(gōng)作(zuò)机(jī)制(zhì)。

材(cái)料(liào)创(chuàng)新(xīn)突(tū)破(pò)：碲(dì)纳(nà)米(mǐ)线(xiàn)网(wǎng)络(luò)的(de)神(shén)奇(qí)力(lì)量(liàng)

TeNWNs假(jiǎ)体(tǐ)实(shí)物(wù)样(yàng)品(pǐn)（图(tú)片(piàn)来(lái)源(yuán)：复(fù)旦(dàn)大(dà)学(xué)公(gōng)众(zhòng)号(hào)）

正(zhèng)是(shì)基(jī)于(yú)碲(dì)元(yuán)素(sù)的(de)这(zhè)一(yī)独(dú)特(tè)禀(bǐng)赋(fù)，研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)开(kāi)启(qǐ)了(le)一(yī)场(chǎng)微(wēi)观(guān)世(shì)界(jiè)的(de)“编(biān)织(zhī)”之(zhī)旅(lǚ)。

他(tā)们(men)制(zhì)备(bèi)出(chū)了(le)厚(hòu)度(dù)仅(jǐn)为(wèi)150纳(nà)米(mǐ)的(de)碲(dì)纳(nà)米(mǐ)线(xiàn)（相(xiāng)当(dāng)于(yú)人(rén)类(lèi)头(tóu)发(fā)丝(sī)直(zhí)径的(de)千(qiān)分(fēn)之(zhī)一(yī)），并(bìng)将(jiāng)这(zhè)些(xiē)纳(nà)米(mǐ)线(xiàn)编(biān)织(zhī)成(chéng)了(le)一(yī)个(gè)精(jīng)密(mì)的(de)网(wǎng)状(zhuàng)结(jié)构(gòu)，即(jí)“碲(dì)纳(nà)米(mǐ)线(xiàn)网(wǎng)络(luò)”（TeNWNs），用(yòng)以(yǐ)取(qǔ)代(dài)视(shì)网(wǎng)膜(mó)上(shàng)凋(diāo)亡(wáng)的(de)感(gǎn)光(guāng)细(xì)胞(bāo)。

王(wáng)水(shuǐ)源(yuán)研(yán)究(jiū)员(yuán)对(duì)蝌(kē)蚪(dǒu)君(jūn)表(biǎo)示(shì)，研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)主要(yào)从(cóng)材(cái)料(liào)与(yǔ)器(qì)件(jiàn)的(de)仿(fǎng)生(shēng)设(shè)计(jì)、神(shén)经(jīng)刺(cì)激(jī)的(de)时(shí)空(kōng)精(jīng)准(zhǔn)性(xìng)及(jí)多(duō)层(céng)次(cì)神(shén)经(jīng)功(gōng)能(néng)验(yàn)证(zhèng)三(sān)个(gè)关键环(huán)节(jié)进(jìn)行(xíng)把(bǎ)控(kòng)，使(shǐ)得(de)TeNWNs假(jiǎ)体(tǐ)产(chǎn)生(shēng)的(de)电(diàn)信(xìn)号(hào)能(néng)够(gòu)被(bèi)视(shì)网(wǎng)膜(mó)神(shén)经(jīng)细(xì)胞(bāo)准(zhǔn)确(què)接(jiē)收(shōu)并(bìng)转(zhuǎn)化(huà)为(wèi)视(shì)觉(jué)感(gǎn)知(zhī)。

由(yóu)于(yú)材(cái)料(liào)特殊性，当TeNWNs假体接收到光信号后，会自发产生高密度的光电流，达到不同维度纳米材料下的最高光电流水平，能够更有效地激活视网膜上残存的神经细胞，从而产生更清晰、更稳定的视觉信号。

同时，它就像一个小型的太阳能电池，无需任何供电设备，只要有光就能自主运行。

TeNWNs修复和增强盲人视觉示意图及作用机制（图片来源：复旦大学公众号）

更令人兴奋的是，这种材料的光谱响应范围极其广泛，从470纳米(mǐ)的(de)蓝(lán)光一直延伸到1550纳米的近红外二区，覆盖了从可见光到红外光的范围。

这是目前国际上光谱覆盖最宽的视觉重建技术，远远超越了人类天然视觉系统380-780纳米的感知范围。

王水源告诉蝌(kē)蚪(dǒu)君(jūn)：“让(ràng)使(shǐ)用(yòng)者(zhě)能(néng)够(gòu)感(gǎn)知(zhī)红(hóng)外(wài)光(guāng)信(xìn)号(hào)，正(zhèng)是(shì)“超(chāo)视(shì)觉(jué)”假(jiǎ)体(tǐ)设(shè)计(jì)阶(jiē)段(duàn)就(jiù)明(míng)确(què)预(yù)期(qī)的(de)核(hé)心(xīn)功(gōng)能(néng)之(zhī)一(yī)。”

研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)清(qīng)晰(xī)地(de)认(rèn)识(shi)到(dào)，拓(tà)展(zhǎn)人(rén)眼(yǎn)可(kě)见(jiàn)光(guāng)谱(pǔ)范(fàn)围(wéi)（特(tè)别(bié)是(shì)向(xiàng)红(hóng)外(wài)波(bō)段(duàn)延(yán)伸(shēn)）具(jù)有(yǒu)巨(jù)大(dà)的(de)潜(qián)在(zài)实(shí)用(yòng)价(jià)值(zhí)，而(ér)夜(yè)间(jiān)或(huò)低(dī)光(guāng)照(zhào)环(huán)境(jìng)的(de)应(yīng)用(yòng)正(zhèng)是(shì)其(qí)重(zhòng)点(diǎn)考量的场景之一。

让假体使用者具备红外视(shì)觉(jué)能(néng)力(lì)，可(kě)以(yǐ)显(xiǎn)著提升他们在这些挑战性环境下的空间感知、避障和导航能力，这对于行动辅助、夜间救援等场景意义重大。

TeNWNs光电流密度和光感重建范围（图片来源：复旦大学公众号）

相比之下，传统的人工视网膜设备厚度通常在微米级别，而新开发的碲纳米线假体厚度降低了10倍以上。

这种超薄的设计不仅减少了植入时的创伤，也大大提高了设备与生物组织的兼容性。

严格验证：从实验室到临床

任何一项医疗技术从实验室走向临床应用，都必须经过严格的验证过程。

TeNWNs假体除了顺利通过细胞离体实验验证外，还在动物实验中验证了其有效性。

研究团队先后对失明小鼠及食蟹猴开展了实验。

受试动物不仅瞳孔对光反射显著恢复，其视觉皮层（大脑视觉中枢）也对光线产生明确反应。

在图形识别测试中，TeNWNs假体成功激活了失明小鼠视网膜神经节细胞（RGC）的空间感受野，表现几乎与正常小鼠无异，表明假体具备重建接近天然的神经空间编码能力。

盲小鼠脑电波图（图片来源：复旦大学公众号）

此外，植入TeNWNs假体后，受试小鼠(shǔ)能够探测到正常小鼠不可见的红外LED光源，受试食蟹猴也获得了感知红外光的能力。

这意味着这(zhè)项(xiàng)技(jì)术不仅能够修复受损的视觉功能，还(hái)能(néng)够(gòu)增(zēng)强(qiáng)正(zhèng)常(cháng)的(de)视(shì)觉(jué)能(néng)力(lì)，让(ràng)使(shǐ)用(yòng)者(zhě)拥(yōng)有(yǒu)超(chāo)越哺乳动物天然视觉极限的“超视觉”。

安全可靠是走向应用的关键。

好消息是，在长达半年的观察期里，无论是小鼠还是食蟹猴，它们的身体都很好地接纳了这个“新伙伴”，没有出现不良的排异反应，植入体与视神经之间的信号传递也始终(zhōng)稳(wěn)定(dìng)可靠，表明这种材料具有良好的长期生物相容性。

2023年5月，同团队第一例人工光感受器植入临床试验（图片来源：复旦大学）

尽管目前由于医学伦理的限制，研究暂时不会进入到人体试验阶段，但这一技术的前身——该团队于2023年研发的“基于二氧化钛纳米线阵列的人工光感受器”已完成多次临床试验。

我们期待着，随着技(jì)术(shù)的(de)不(bù)断(duàn)优(yōu)化，这项突破性的视觉修复技术能够为失明患者带来更多复明的可能。

值得一提的是，中国在全球碲产量中占据主导地位，为此项技术的产业化提供了得天独厚的资源优势。

目前，碲主要应用于太阳能电池板、半导体和热电设备等领域，而神经视觉植入体有望进一步拓展这一战略资源的应用价值。

脑机接口新时代：从修复到增强的技术革命

这项碲纳米线视网膜假体技术，通过视网膜下微创植入的纳米线网络，在视神经与外部世界之间架起了一座高效桥梁。

这正是广义脑机接口技术（Brain-Computer Interface，BCI） 的突破性实践——绕开传统BCI所需的开颅电极植入，以更安全、高效的方式实现了“机器信号-神经反馈”的闭环。

在全球范围内，视觉恢复研究也正通过脑机接口技术不断取得进展。

例如Elon Musk的脑机接口公司Neuralink所研发的“盲视”（Blindsight），旨在通过植入式设备绕过视神经，直接刺激大脑视觉皮层以恢复盲人基础视觉功能；又比如香港科技大学工程学院团队所研发的仿生眼EC-Eye，不是用植入物代替感光细胞，而是尝试构建一整个眼球结构。

Neuralink研发的“盲视”（图片来源：Neuralink）

香港科技大学工程学院研发的EC-Eye（图片来源：香港科技大学）

视觉修复技术的发展正在为不同类型的视力障碍患者带来希望。

从视网膜假体到皮层刺激，从部分视力恢复到多光谱感知，每一项突破都在拓展着人类对视觉重建可能性的认知。

与这些方案相比，碲纳米线技术兼具“修复”与“增强”的功能，其核心优势——宽光谱响应、零偏压自供电、高生物相容性及高效神经接口特性——使其在神经疾病治疗、智能传感等多个前沿领域具有突破性应用潜力。

王水源表示，未来团队也会(huì)进(jìn)一(yī)步研究探索，以TeNWNs技术为平台，延伸出更多的领域应用。

这项来自中国科学家的突破性研究，将纳米技术、神经科学与材料科学完美融合，为我们展示了科学技术改变人(rén)类(lèi)命(mìng)运(yùn)的(de)无(wú)限(xiàn)可(kě)能(néng)。

正(zhèng)如(rú)研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)所(suǒ)展(zhǎn)望(wàng)的(de)：“如(rú)果(guǒ)说(shuō)脑(nǎo)探(tàn)针(zhēn)的(de)方(fāng)式(shì)还(hái)是(shì)在(zài)间(jiān)接(jiē)探(tàn)索(suǒ)大(dà)脑(nǎo)，那我们未来的目标，就是让电子器件更直接地感知大脑，真正地理解大脑。”

这种理念预示着，未来的脑机接口技术将不仅仅是简单的信号传输，而是要实现人脑与电子设备的深度融合。一个充满光明的未来，正在向我们招手。

团队合影（从左至右：王水源、胡伟达、张嘉漪、周鹏，图片来源：复旦大学公众号）

参考资料：

1.https://news.fudan.edu.cn/2025/0606/c31a145706/page.htm

2.https://mp.weixin.qq.com/s/7VWg98Sx7ql2rRsCjWnqcg

3.https://interestingengineering.com/innovation/china-scientists-tellurium-restore-vision-mice

4.https://en.wikipedia.org/wiki/Blindsight_(Neuralink)

5.https://actu.epfl.ch/news/a-retinal-implant-that-could-give-artificial-visio/

6.https://eye-see-mag.com/en/high-tech/the-ec-bionic-eye/

作者：刘若冰

策划：刘颖 张超 李培元 杨柳

审核：王水源 复旦大学集成电路与微纳电子创新学院研究员