植入式传感器借力工程细菌实现体内无线分子监测
土耳其的一组研究人员开发出一种新型植入式生物传感器，该设备无需外部电源，即可通过基因工程化的大肠杆菌在体内进行分子监测，并具备自主无线通信能力。
当前，技术创新正深刻影响着医疗行业的发展，不仅在临床和家庭场景中显现价值，也改变了人们感知自身健康状态的方式。随着全球老龄化进程加快，能够检测体表与体内生物信号的先进医疗设备需求持续上升。
在最新发表于《自然·通讯》的研究中，科学家们介绍了一种创新性的植入式传感器，该系统可将工程细菌的细胞活动转换为可测量的电磁信号。
研究人员通过对细菌进行基因改造，使其在识别特定分子时生成特定蛋白质。这些蛋白质会提升局部电化学系统的电子转移效率，从而引发由镁箔构成的天线发生可控降解。
随着镁制天线逐渐被侵蚀，其几何结构和尺寸随时间发生改变，直接导致其共振频率波动。外部接收装置能够捕捉这些频率变化，并将其解读为可识别的电磁信号。
活细胞作为传感与供能单元
目前市面上的植入式设备覆盖多种功能，从生命体征监测、疾病诊断，到体内直接治疗，应用广泛。然而，这些系统在检测特定分子方面仍存在明显局限。
有人或许会提出质疑：难道血糖仪不正是检测葡萄糖分子吗？实际上并非如此。大多数血糖检测仪器测量的是组织中电信号的变化，而非葡萄糖本身的浓度。而具备直接追踪特定分子的能力，将有望显著提升疾病生物标志物的检测效率，并实现早期、实时的疾病诊断。
生物细胞本身具备高度灵敏的感知机制，几乎可识别其接触到的任何分子。研究团队借助合成生物学手段，对细菌进行基因改造，使其具备针对特定分子的检测能力，从而利用活细胞的这一特性。
研究人员对大肠杆菌进行了编程，使其表达细胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白，并构建了一个合成基因回路。当细菌检测到目标分子时，该回路便会被激活。
回路激活后，细菌与镁金属天线表面之间会增强电子转移作用。镁是一种生物相容性良好的材料，可在体内随时间缓慢溶解。
随着细菌持续活动导致天线降解，其物理属性的变化会引起其共振频率的波动。佩戴于体表的读取设备能够无线捕捉这些变化，从而实现对体内设备状态的远程监测。
该团队还在模拟人体肌肉组织的体模中成功实现了最大25毫米深度的分子水平传感，该体模再现了真实人体组织的电学特性。
这项技术若能扩展至多种生物工程化细胞类型和分子靶点，将可能彻底改变疾病监测方式，使疾病进展的实时追踪成为可能，无需依赖传统的重复活检或侵入性取样。
本报道由桑朱克塔·蒙达尔撰写，萨迪·哈雷编辑，罗伯特·伊根负责事实核查及内容审核。这是一次由人类团队精心打造的科学新闻作品。我们依靠读者的支持来推动独立科学新闻的发展。若您认为本文有价值，欢迎考虑捐赠，尤其是月捐支持。作为回馈，您将获得无广告阅读权限。
更多信息详见：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》，发表于《自然·通讯》（2025年）。DOI：10.1038/s41467-025-65416-5
期刊信息：《自然·通讯》