植入式传感器借助工程化细菌实现无线分子监测
一项突破性的技术正从土耳其科学家手中诞生：一款无需电池、可植入体内的无线生物传感器，利用基因工程化的大肠杆菌，实现了对特定分子的持续监测。这项创新不仅拓展了医学的边界，也重新定义了人们监测自身健康的方式。
在全球人口日益老龄化的大背景下，对能够实时检测体内生物信号的先进医疗设备的需求不断上升。最新发表于《自然通讯》的研究展示了这项技术的潜力，该传感器能够将工程化细菌的细胞活动转化为可测量的电磁信号。
研究人员通过基因编程，使大肠杆菌在检测到目标分子时生成特定的蛋白质。这些蛋白质提高了周围电化学体系的电子转移效率，从而触发镁箔天线的可控降解过程。
随着镁天线的逐渐溶解，其形状和尺寸随之变化，直接改变了其共振频率。外部设备通过追踪这些频率变化，能够远程获取传感器所检测到的分子信息。
利用体内信号进行供能
目前市面上的植入式设备已能实现生命体征监测、疾病诊断和体内治疗等多种功能，但在追踪特定分子方面仍存在技术瓶颈。
以血糖监测为例，大多数设备通过检测组织中的电化学变化间接推断血糖水平，而非直接测量葡萄糖分子本身。而这项新技术具备检测特定分子的能力，为疾病的早期诊断和实时监控提供了前所未有的机会。
校准后的∣S21∣随时间变化，以及植入天线在暴露于工程化和非工程化大肠杆菌BL21后的时间演化图像。图片来源：自然通讯（2025），DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-025-65416-5
活细胞天生具备识别多种分子的能力，研究人员利用合成生物学工具，将其转化为定制化的分子检测器。通过重新编程大肠杆菌，使其表达细胞色素c成熟（Ccm）蛋白，构建了一个可响应特定分子的合成遗传回路。
当该回路被激活时，细胞内的电子流动显著增强，使其能够与镁制天线表面进行交互。镁作为一种生物相容性材料，能够在体内可控地溶解。
随着细菌活动导致天线结构的缓慢降解，其物理属性变化进而影响其共振频率。外部读取设备可通过无线方式捕捉这些变化，实现对传感器状态的远程监测。
该团队还在模拟人体组织特性的幻影肌肉组织中，成功实现了在25毫米深度下对分子的检测，进一步验证了该技术的可行性。
若将这一策略扩展至多种生物工程细胞和分子靶点，将有望彻底改变疾病监测的方式，减少对重复活检或侵入性样本采集的依赖。
更多信息可参考：
Ahmet Bilir 等，《通过基因工程细菌实现体内无线感测》，自然通讯（2025）。DOI：10.1038/s41467-025-65416-5