植入式传感器借助工程化细菌实现实时无线分子监测
近期，土耳其科学家开发出一款无需电池、可植入体内的新型生物传感器。该设备结合基因工程大肠杆菌，用于体内分子级别的无线监测。
该系统通过基因工程改造的细菌与植入天线协同工作，实现分子信号的远程采集。插图创作：Ahmet Bilir，2025年，BioRender.com/rnfd7kj。
随着人口老龄化的加剧，对能够监测体内生物标志物的医疗设备需求持续上升。传统医疗设备虽能提供生命体征信息，但在精确追踪特定分子方面仍存在局限。
研究人员在最新发表于Nature Communications的研究中，展示了一种新型可植入传感器，其核心在于利用工程化细菌的细胞活动生成可量化的电磁信号。
通过基因编程，这些细菌在识别特定目标分子后，会表达特定蛋白质，从而增强周围电化学环境的电子转移速率，引发植入式镁箔天线的可控降解。
随着天线结构的变化，其共振频率也发生相应改变。外部设备通过追踪这些频率波动，即可实时解析体内的分子动态。
基于细胞能量的无线供能机制
当前市场上的植入式设备虽已具备多项功能，如生命体征监测和疾病诊断，但在分子级检测方面仍存在显著缺口。
例如，传统的血糖监测设备主要检测组织电势变化，并非直接测量葡萄糖分子。若能精准追踪体内分子，将极大提升对疾病标志物的识别能力，推动早期诊断的实现。
图像展示了工程化大肠杆菌BL21 CcmA–H（上）与普通BL21（下）对植入天线性能的影响。数据来自Nature Communications，2025年，DOI：10.1038/s41467-025-65416-5。
研究人员利用合成生物学手段，将大肠杆菌编程为定制化的分子检测器。当特定分子被识别后，细菌内的遗传回路被激活，促使电子传导增强。
该回路与镁制天线表面相互作用。镁是一种具有生物相容性的材料，可在体内随时间自然降解。
随着细菌活动逐步侵蚀天线结构，其物理形态的变化导致共振特性发生偏移。外部读取器可无线捕捉这些变化，从而反映体内生物活动。
在实验中，研究团队还在模拟肌肉组织的幻影材料中，于25毫米深度实现了分子信号的有效感知，该材料具备类似人体组织的电学特性。
这一技术若应用于多种生物工程细胞类型及分子靶点，将有望革新疾病监测方式，减少重复活检和侵入性取样的需求。
更多信息可参阅：Ahmet Bilir 等，“利用工程化细菌进行体内无线传感”，Nature Communications（2025），DOI：10.1038/s41467-025-65416-5
期刊信息：自然通讯