植入式传感器借助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，该装置利用经过基因改造的大肠杆菌，在无需外部电源的情况下，实现体内分子水平的无线监测。这项技术突破为体内传感系统提供了全新的解决方案。
当前，技术创新正以前所未有的速度推动医疗行业变革，不仅改变了医院和家庭的健康管理模式，也重塑了个体对自身生理状态的认知方式。随着全球老龄人口持续增长，能够精准检测体内外生物信号的医疗设备正变得愈发关键。
在最新发表于《自然・通讯》的研究中，科学家们展示了这款植入式传感器的工作原理：通过基因工程细菌的细胞活动，产生可测量的电磁信号。
研究人员对大肠杆菌进行基因改造，使其在感知特定分子时表达特定蛋白。这些蛋白可显著增强局部电化学系统中的电子传递效率，从而引发由镁箔制成的天线发生可控降解。
随着镁天线逐步溶解，其几何形态和尺寸随之变化，共振频率也发生相应偏移。体外设备通过捕捉频率变化，即可实现对体内信号的无线识别。
细胞作为能量与信号源
市场上的植入式医疗设备种类繁多，涵盖生命体征监测、疾病诊断，甚至直接用于治疗。然而，它们在特定分子检测方面仍存在明显局限。
有人或许会质疑：血糖仪不是已经在检测葡萄糖分子了吗？实际上，大多数血糖仪测量的是组织液中的电信号变化，并非直接识别葡萄糖本身。而真正实现体内特定分子的实时追踪，将极大提升疾病相关生物标志物的检测效率，并有助于早期诊断。
活细胞具备高度敏感的生物传感机制，几乎能对接触的任何分子产生响应。研究团队正是利用这一特性，借助合成生物学工具，构建出具备分子识别能力的工程化细菌系统。
科学家对大肠杆菌进行基因重编程，使其表达细胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白，构建出一套合成基因回路。当细菌检测到目标分子时，该回路被激活。
回路启动后，电子通路增强，使细菌能够与镁制天线表面产生有效交互。镁作为一种具备良好生物相容性的材料，可在体内随时间自然降解。
随着细菌活动逐步分解镁天线，其物理特性的改变会引起共振频率的波动，外部读取设备能够无线捕获这些变化，实现对体内传感器状态的动态追踪。
团队还在模拟人体肌肉组织的体模中，成功实现了在25毫米深度处的分子级传感。该体模高度还原了实际人体组织的电学行为。
若将这一策略推广至多种生物工程细胞类型及不同分子靶点，将有望彻底革新疾病监测方式，无需依赖侵入性采样或重复活检。
本研究由桑朱克塔・蒙达尔撰写，由萨迪・哈雷编辑，并经罗伯特・伊根进行事实核查与审核。文章体现了独立科学新闻创作的高标准。如您认同此类内容的价值，欢迎考虑通过月捐或其他方式支持独立科学传播。
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》