工程化细菌推动体内无线分子传感技术突破
土耳其研究团队开发出一种前沿的植入式生物传感器，该装置通过基因改造的大肠杆菌实现体内分子水平的无线监测，无需依赖外部电源即可自主运行。这一创新为体内生物信号的实时追踪提供了全新路径。
当前，医学技术的演进不仅改变了临床诊疗方式，也深刻影响着个体对自身健康的监测能力。随着全球老龄化趋势的加剧，能够深入体表甚至体内捕捉生物信号的高端医疗设备，正成为日益迫切的需求。
在最新一期《自然・通讯》上，科学家展示了这项技术的工作原理：通过工程化细菌的细胞活动，系统能够将生物化学反应转换为可测量的电磁信号，从而实现远程监测。
研究团队对细菌进行基因编程，使其在感知到特定分子时表达特定蛋白质。这些蛋白质能够加速电子转移过程，从而引发由镁箔制成的天线发生可控降解。
随着镁制天线逐步溶解，其几何形态和尺寸的变化将影响其共振频率。外部读取器通过追踪频率波动，即可解析出体内发生的生物化学变化。
活细胞作为传感核心
当前市场上的植入式医疗设备已涵盖生命体征监测、疾病诊断及治疗等多个领域。然而，它们普遍缺乏对体内特定分子进行直接追踪的能力。
有人可能提出，传统的血糖仪不正是用来检测葡萄糖分子的吗？实际上，这些设备主要依靠组织中电信号的变化进行推断，并非直接测量分子浓度。而这项新技术具备直接追踪体内分子的能力，有望显著提升疾病标志物的检测效率，实现疾病的早期预警。
生物系统中，活细胞本身就具备感知周围分子的能力。研究人员利用合成生物学方法，对大肠杆菌进行基因改造，使其具备识别特定分子的能力，从而将这些细胞转化为高灵敏度的分子探测器。
研究中，科学家构建了一种基于Ccm蛋白的合成基因回路。当细菌检测到目标分子时，该回路会被激活，促使电子在细胞与镁制天线之间更高效地传递。
镁材料具有良好的生物相容性，可在体内缓慢降解。细菌活动引发的天线腐蚀过程会导致其物理特性变化，从而改变其振动频率。外部读取器能够无线捕捉这些频率波动，实现设备活动的实时监测。
研究团队还在模拟人体肌肉组织的体模中，成功实现了25毫米深度的分子级检测。这一模拟环境再现了真实组织的电学行为，验证了该系统的实际应用潜力。
该技术未来有望应用于多种生物工程细胞和分子靶点的监测，从而彻底改变疾病监测的方式，减少对重复活检或侵入性取样的依赖。
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，体现了独立科学新闻的严谨与专业。我们依赖广大读者的支持继续推动这一领域的发展。如果您认为本文具有价值，欢迎考虑捐赠，特别是月捐形式，作为回馈，您将获得无广告的阅读体验。
更多信息请参阅：
艾哈迈德・比勒尔等，《通过基因工程细菌实现体内无线传感》，《自然・通讯》（2025年）。
期刊信息：《自然・通讯》