工程细菌助力无线体内分子监测的新突破
土耳其研究团队开发出一种新型可植入式生物传感器，该装置无需电池，能够通过基因工程化的大肠杆菌实时监测体内的分子变化。这项技术标志着可穿戴与植入式传感设备的一个重要进展，尤其适用于精准医疗和持续健康监测。
在现代医学快速演进的背景下，随着全球人口老龄化加剧，对能够深入体内的传感设备需求日益增长。这类设备不仅能在医疗机构中发挥作用，也逐渐成为家庭健康管理的重要组成部分。
最新发表于《自然通讯》的研究中，科学家们展示了一种创新的体内传感机制。该系统利用基因工程化细菌的细胞活动，将其转化为可测量的电磁信号，从而实现对特定分子的无线检测。
研究人员通过编程改造大肠杆菌，使其在检测到目标分子时产生特定的蛋白质。这些蛋白质能够增强周围电化学环境中的电子转移效率，进而触发由镁箔构成的天线开始可控降解。
随着镁制天线的逐步溶解，其形状和尺寸发生变化，从而改变其共振频率。外部设备可捕获这些频率波动，并将其转化为可读取的信号，实现对体内分子动态变化的远程监测。
蜂窝供电原理在传感系统中的应用
目前市场上的植入设备已具备多项功能，包括生命体征监测、疾病诊断及内部治疗等。然而，在追踪特定分子方面仍存在明显局限。
尽管市面上已有血糖监测设备，但它们通常通过检测组织中的电化学变化间接推断血糖水平，而非直接检测葡萄糖分子。若能实现对体内特定分子的精准追踪，将显著提升疾病相关生物标志物的识别效率，推动早期诊断和实时监测。
活细胞具备感知多种分子的能力，研究人员借助合成生物学工具，对大肠杆菌进行了基因改造，使其成为可针对特定分子的“分子探测器”。
团队设计了一个包含细胞色素c成熟（Ccm）蛋白的合成遗传回路，该回路在检测到目标分子时被激活。激活后的系统可增强电子传导，使细菌与镁基天线表面发生相互作用。
镁是一种具有生物相容性的金属材料，可在体内逐渐溶解。随着细菌活动对天线结构的持续影响，其共振频率发生改变，外部读取器可据此追踪设备在体内的状态。
实验中，研究人员在模拟肌肉组织的环境中，在25毫米深度处实现了分子层面的检测。该组织具备与人体组织相似的电学特性，验证了系统在复杂体内环境中的可行性。
这一传感机制具有广泛的扩展潜力，有望应用于多种生物工程化细胞和分子靶点的检测，为实时追踪疾病发展提供非侵入性解决方案，从而减少对重复活检和侵入性取样的依赖。
更多信息请参阅：Ahmet Bilir 等，通过基因工程细菌进行无线体内感测，Nature Communications（2025）。
期刊信息：自然通讯