植入式生物传感器：以工程细菌实现体内无线分子监测
土耳其科研团队开发出一种新型植入式生物传感器，该设备采用基因工程改造的大肠杆菌作为分子检测元件，在无需外部电源的情况下实现体内的无线运行。
当前的医疗科技正以前所未有的速度演进，尤其是在居家健康管理与临床诊断领域。随着全球老龄化趋势加剧，对能够实时监测生理指标与体内分子变化的设备需求持续上升。
这项创新成果发表于《自然・通讯》，研究团队展示了该传感器的工作机制：利用工程细胞的生物活动转换为可被探测的电磁信号。
研究人员对大肠杆菌进行了基因修饰，使其在接触特定生物分子后能够合成特定蛋白质。这种蛋白质的存在提升了电化学反应中电子传递的效率，从而促使镁箔制成的天线材料发生可控性降解。
随着镁基天线逐渐分解，其几何形态和尺寸发生变化，从而改变其共振频率。这一频率波动可通过体外设备捕捉，并转换为可用的无线信号。
活细胞作为能量转化系统
现有的植入式医疗设备已在多个层面推动了健康管理的进步，涵盖了从生命体征监测到直接治疗等多种功能。然而，目前系统普遍存在无法直接追踪体内特定分子的局限。
有人或许会质疑，例如血糖仪不正是用来检测葡萄糖吗？实际上，大多数血糖仪检测的是皮肤组织中由葡萄糖引起的电信号变化，而非葡萄糖分子本身。若能实现对特定分子的直接检测，将极大提升疾病标志物识别的效率，并推动早期诊断技术的发展。
生物细胞具备高度灵敏的分子识别能力。研究人员借助合成生物学工具，对细菌进行基因重编程，使其成为可针对特定分子进行响应的生物探针。
在该研究中，研究人员在大肠杆菌中引入了一个由细胞色素 c 成熟蛋白（Ccm）构成的合成基因回路。当细胞识别目标分子后，该回路被激活，增强电子传导能力，从而促进与镁天线之间的电化学交互。
镁是一种具备良好生物相容性的材料，可随着体内环境缓慢降解。细菌的持续活动促使天线结构演变，进而影响其共振频率。体表佩戴的读取装置可捕捉这些变化，实现对体内过程的无创监测。
研究人员在具备人体肌肉电学特性的体模中成功实现了深度达 25 毫米的分子检测。该成果为在多种生物工程细胞和靶向分子上的应用铺平了道路。
这一方法有望彻底革新疾病监测策略，减少对活检和侵入性取样的依赖，实现真正意义上的实时追踪。
本文由桑朱克塔・蒙达尔撰写，萨迪・哈雷编辑，罗伯特・伊根负责事实核查与审核。这是一篇由人类专业创作的科学新闻。我们依赖广大读者的支持来推动独立科学新闻的持续发展。若您认可我们的工作，欢迎考虑捐赠（推荐定期月捐），以支持高质量科学内容的制作。
更多信息：艾哈迈德・比勒尔等人，《通过基因工程细菌实现体内无线传感》，《自然・通讯》（2025 年）。DOI：10.1038/s41467-025-65416-5
期刊信息：《自然・通讯》