植入式生物传感器通过基因工程细菌实现体内无线分子监测
土耳其研究团队开发出一种新型植入式生物传感器，该装置利用经过基因修饰的大肠杆菌，在无需外部电源的情况下，实现对生物体内分子的自主无线监测。
在医学和健康科技领域，传感技术正以前所未有的速度发展。从家庭健康管理到临床应用，新型传感器正在革新人们获取自身健康数据的方式。随着全球人口老龄化的趋势加剧，对能够持续监测体表和体内生理状态的先进医疗设备的需求也在不断提升。
近期，《自然·通讯》发表的研究展示了这一新型植入式传感器的工作原理：该系统可将工程化细菌的细胞活动转化为可被测量的电磁信号。
研究人员通过基因编程，使这些细菌在识别到目标分子后产生特定蛋白质。这些蛋白质增强了局部电化学环境中的电子传导效率，进而触发由镁箔制成的天线发生可控降解。
随着镁制天线逐渐降解，其物理结构和尺寸发生变化，从而改变了其共振频率。外部接收设备可通过无线方式捕捉这些频率变化，并将其转化为可供分析的生物信号。
以活细胞作为传感核心
目前市场上的植入式设备已广泛应用于生命体征监测、疾病诊断乃至直接治疗。然而，这些系统普遍缺乏对特定生物分子的精准识别能力。
有人或许会质疑：血糖仪不正是在检测葡萄糖吗？实际上，大多数血糖仪监测的是组织液中的电信号变化，而不是直接识别葡萄糖分子。而具备直接检测体内特定分子的能力，将显著提高对疾病相关生物标志物的监测效率，并有助于实现更早期的疾病诊断。
生物细胞本身具备高度灵敏的分子识别机制。通过合成生物学手段，研究人员对大肠杆菌进行了基因改造，使其成为可针对特定分子进行响应的生物传感器。
在该研究中，科学家引入了一个由细胞色素c成熟（Ccm）蛋白组成的合成基因回路。当细菌检测到目标分子时，该回路被激活，从而促进电子传输过程。
这种电子流动的增强使细菌能够与镁金属天线表面发生交互反应。镁材料具备良好的生物相容性，且能在体内自然降解。
随着细菌活动引发天线结构的变化，其振动频率也会随之改变。佩戴于体表的无线接收器可以捕获这些变化，实现对植入装置的远程监测。
研究团队还在模拟人体肌肉组织的电学体模中，成功实现了25毫米深度范围内的分子水平检测，这种体模高度模拟了真实人体组织的电学特性。
这一技术的扩展应用，将为实时追踪疾病进展提供革命性手段，有望取代当前依赖活检或侵入性采样的方法。
本文由桑朱克塔·蒙达尔撰写，萨迪·哈雷编辑，罗伯特·伊根负责事实核查和审核，体现了高质量的原创科学新闻制作流程。读者的支持对于推动独立科学报道至关重要，若您认为本文有价值，欢迎考虑捐赠，尤其是持续性的月捐。
更多信息请参阅：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》