植入式传感器借助工程细菌实现无线分子监测
一项突破性的医学传感技术近日在传感器工程和合成生物学的交叉领域取得进展。土耳其研究团队开发出一种无电池、可植入的生物传感器，能够借助基因工程化的大肠杆菌实时追踪特定分子，无需依赖外部能源。
这款传感器利用植入式天线，通过无线信号传输生物反应信息。图像设计：Ahmet Bilir, BioRender.com（2025）。
当前，全球人口老龄化趋势加剧，对实时、精准的体内生物信号监测工具的需求日益增长。新兴的植入式设备正逐步进入临床应用，涵盖从基础生命体征监测到疾病诊断与治疗的多个维度。然而，现有技术仍难以实现对特定分子的精确追踪。
最新研究发表于《自然通讯》，展示了一种利用工程化细菌的体内传感机制。研究人员将大肠杆菌进行基因改造，使其在检测到特定目标分子时生成特定蛋白，从而影响周围电化学环境的电子传递速率。这一过程进一步触发了镁箔制成的植入式天线的可控降解。
随着镁天线因细菌代谢活动而逐渐腐蚀，其物理形态发生变化，导致共振频率发生偏移。外部设备能够捕捉这些频率波动，并将其解码为可识别的电磁信号，从而实现远程监测。
蜂窝供电机制的突破
目前市场上的可植入设备虽具备多种功能，但在检测体内特定分子方面仍存在局限。传统的血糖监测仪便是一个典型例子——其检测的是组织中的电势变化，而非直接识别葡萄糖分子。
这项新技术利用了活细胞天然具备的分子感知能力。研究团队通过合成生物学手段，对大肠杆菌进行基因编程，使其能够识别并响应特定分子信号。当目标分子存在时，细菌表达出特定的Ccm蛋白，构成一个合成遗传回路。
这一回路被激活后，会增强电子传输过程，使细菌与植入的镁制天线表面发生互动。镁材料不仅具备良好的生物相容性，还能在体内自然降解，从而避免了长期植入带来的潜在风险。
当细菌活动引发天线的物理变化，其共振频率随之改变。研究人员通过佩戴在体表的无线接收装置捕捉这些频率变化，从而实现对体内分子动态的非侵入式监测。
团队还在模拟肌肉组织的实验环境中测试了该系统。在25毫米深度下，设备依然能够准确捕捉分子层面的信号，展现出与人体组织相似的电学特性。
这一技术的广泛应用，有望推动个性化医疗的发展，特别是在癌症、代谢疾病和神经退行性疾病等领域。通过实时追踪疾病相关生物标志物，可实现更早、更精准的诊断，同时减少对传统侵入性检测手段的依赖。
更多详细信息可参考：Ahmet Bilir 等，通过基因工程细菌进行无线体内感测，Nature Communications（2025）。DOI：10.1038/s41467-025-65416-5