植入式生物传感器借助工程细菌实现体内无线监测
土耳其科研团队开发出一种创新的植入式生物传感器，该设备无需外部供电，能够自主运行，并通过基因工程化的大肠杆菌实现体内分子级别的持续监测。
当前的医学技术正在经历一场变革，不仅影响着医院和家庭护理场景，也正在改变人们感知自身生理状态的方式。随着全球人口老龄化的加剧，对能够监测体表和体内生物信号的智能设备的需求日益增长。
在最新发表于《自然·通讯》的研究中，研究团队展示了一种新型传感器，它能将工程细菌的细胞活动转化为可测量的电磁信号。这项成果代表了生物传感领域的重要进步。
研究人员对大肠杆菌进行了基因改造，使其在检测到特定分子时表达特定的蛋白质。这些蛋白质促进了电化学环境中电子的转移速率，从而触发镁箔天线的可控降解。
随着镁金属天线的逐渐腐蚀，其形态和尺寸发生改变，从而影响其共振频率。体表的接收装置可追踪这些频率变化，并将其转换为可读的电磁信号。
细胞作为生物信号的天然感知器
目前市面上的植入式设备种类繁多，涵盖了从生命体征监测到疾病诊断与治疗的多个方面。但这些设备普遍缺乏对特定分子的监测能力。
有人或许会质疑：血糖仪不是已经能够检测葡萄糖分子了吗？实际上，大多数血糖仪检测的是组织中电信号的变化，并非直接检测葡萄糖。而具备分子级检测能力的设备，有望提升疾病标志物的识别效率，实现疾病早期的实时预警。
活细胞本身具备高度灵敏的分子识别能力。研究团队利用合成生物学技术，对细菌进行基因编程，使其成为可定制的分子信号检测工具。
研究人员在大肠杆菌中构建了由细胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白组成的合成基因回路。当细菌识别到目标分子时，该回路被激活，并增强电子传递过程。
这一增强的电子流动使细菌能够与镁制天线表面产生交互。镁材料在体内具有良好的生物相容性，并可随着时间逐渐降解。
随着细菌活动导致的天线降解，其物理参数发生变化，进而改变其共振频率。外部无线读取器可捕捉这些频率变化，从而实现对传感器内部状态的非侵入式追踪。
研究团队还在一个模拟人体肌肉组织特性的体模中，成功实现了在25毫米深度下对分子信号的稳定传感。该体模再现了人体组织的电学环境。
这一技术的进一步发展有望应用于多种生物工程细胞和分子靶标，从而革新疾病监测方式，减少对侵入性采样的依赖。
本文由桑朱克塔·蒙达尔撰写，萨迪·哈雷负责编辑，罗伯特·伊根进行事实核查和审核。这是一篇由人类科学记者精心完成的报道。我们感谢每一位读者对独立科学新闻的支持。如果您认为这篇报道具有价值，欢迎考虑进行捐赠，尤其是月捐。作为回馈，您将获得无广告阅读权限。
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》