视网膜退行性疾病（如视网膜色素变性、老年性黄斑变性）是不可逆视力丧失的主要原因。这些疾病的共同特征是视网膜中的感光细胞——视杆细胞和视锥细胞——逐渐凋亡，而视网膜内的双极细胞、神经节细胞等其他神经元仍保留功能。
因此，修复视网膜上退化的感光细胞，成为让失明者重见光明的关键。目前，恢复失明者视力的疗法往往面临着诸如电干扰或缺乏长期疗效等障碍。例如，现有的视网膜假体依赖外部电源或外置摄像头等设备，存在分辨率低、手术风险高、长期生物相容性差等问题。如何开发一种无需外部电源、生物相容性良好且能同时恢复可见光与红外视觉的技术，成为科学界亟待解决的难题。
在一篇近期上线的研究论文中，来自复旦大学与中国科学院上海技术物理研究所的联合研究团队发表了一项里程碑成果：他们设计了一种基于碲纳米线网络（TeNWNs）的视网膜假体，能够将可见光和近红外二区的光线转化为电信号。这项技术成功在失明动物模型中恢复了基础视觉功能，甚至拓展了红外感知能力，为全球超2亿视网膜退化患者带来光明的希望。
在这项新研究中，联合团队首先在材料选择上下足了功夫。他们经过大量筛选，最终选定碲这种半导体元素来构建纳米线网络。碲具有独特的窄带隙和高光吸收率，能够响应从可见光到近红外二区（480-1550纳米）的广泛光谱，这也是目前最广谱的视觉光感重建波段。碲纳米线网络在植入视网膜下空间后，直接替代退化的感光细胞，可以在无需外加电压的情况下将光信号直接转化为强光电流，激活视网膜残留的双极细胞和神经节细胞。此外，由于这款视网膜假体厚度极薄，因此只需要一次微创且可逆的视网膜下手术实现植入。
在动物实验中，碲纳米线网络展现出了优异的效果。研究团队首先在遗传性失明小鼠模型中进行了测试。这些小鼠的视网膜感光细胞已经完全退化，但在植入视网膜假体后，它们恢复了瞳孔对光反射，同时视网膜神经节细胞在可见光和近红外光刺激下均表现出强烈的电信号，并通过视神经传递至视觉皮层，引发相应的神经活动。
在行为学测试中，植入这种假体的失明小鼠在光源定位任务中表现显著优于对照组，正确率达到67.5%，接近正常小鼠78.3%的水平。而在图案识别测试中，这些小鼠区分三角形与圆形光斑的正确率超过60%。此外，通过水奖励训练，它们还学会了将光刺激与奖励联系起来，表现出接近正常小鼠的学习能力。值得注意的是，这些视觉功能的恢复是在远低于临床安全标准的光照强度下实现的，显示出该技术良好的应用安全性。
为了进一步验证这一技术的效果，研究团队还在食蟹猴中进行了实验。结果显示，植入的碲纳米线网络在112天的观察期内保持稳定，没有引起明显的炎症反应或视网膜损伤。此外，植入眼在保持正常可见光视觉的同时，增加了对940纳米红外光的感知能力，检验显示其对红外光的反应强度显著高于未植入眼。这些实验结果证实，该技术不仅能够恢复丧失的视觉功能，还能扩展视觉感知范围。
与现有技术相比，这项新研究中基于碲纳米线网络的视网膜假体具有一系列显著优势，包括覆盖的光谱范围更广、不需要外部电源或复杂的辅助设备、具有良好的生物相容性等。这些特性使其在临床转化方面具有独特潜力，不仅有望用于治疗视网膜退行性疾病，还可能为特殊场景下的视觉增强提供新思路。
当然，这项技术要真正应用于临床还需要克服一些挑战，比如需要进一步验证其在更长时期内的稳定性，提高空间分辨率以适应更复杂的视觉任务，以及优化生产工艺以降低成本等。期待随着后续研究的深入，这一技术将成为改写视力修复方式的重要里程碑。
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，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。