工程化细菌助力植入式传感器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，该设备采用基因工程改造的大肠杆菌，在无须外部电源支持的情况下，可实现对体内分子水平的实时无线监测。
当前的医疗技术革新不仅影响医院诊疗方式，也正在改变个人对自身健康状态的监控手段。随着全球老龄化进程加快，对能够检测体表与体内生物信号的先进医疗设备需求不断上升。
这一突破性成果已发表于《自然・通讯》期刊。研究中展示的传感器，通过将工程细菌的细胞活动转化为可测量的电磁信号，实现了体内分子的无线感知。
研究人员对工程化细菌进行编程，使其在识别目标分子后生成特定蛋白质。这些蛋白质会加快局部电化学反应中电子的转移速度，进而影响镁箔天线的降解过程。
随着镁天线持续被侵蚀，其形状与尺寸的变化将导致共振频率的改变。位于体表的信号接收装置可以捕捉这些频率波动，并将其转化为可读取的电磁信号。
以细胞为能源的传感系统
目前市面上的植入式设备种类繁多，涵盖生命体征监测、疾病诊断及治疗等多种功能。然而，这些系统仍难以实现对体内特定分子的精准追踪。
有人或许会质疑，血糖仪不是可以检测葡萄糖分子吗？实际上，大多数血糖仪是通过测量组织电信号的变化间接推断血糖水平，而非直接识别葡萄糖分子。而实现对体内特定分子的直接检测，有助于显著提升疾病相关生物标志物的识别效率，并推动早期疾病诊断的发展。
生物体内的活细胞具备高度敏感的感知系统，能够识别其所接触的绝大多数分子。研究人员利用合成生物学技术，对大肠杆菌进行基因改造，构建出针对特定分子的定制化生物传感器。
团队对大肠杆菌进行了重新编程，使其表达细胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白，并设计出一套合成基因回路。当工程细菌检测到目标分子时，该回路便会激活。
激活后的回路增强电子流，使细菌与镁金属天线表面发生有效作用。镁作为一种生物相容性材料，能够在体内逐步降解。
随着细菌持续活动导致天线材料的降解，其物理属性变化将影响其共振特性。佩戴在体表的读取设备可通过无线方式捕获这些变化，从而实现对植入传感器状态的实时监测。
研究团队在模拟人体肌肉组织的体模中，成功实现了深度达25毫米的体内分子水平传感。这种体模系统精确再现了人体组织的电学行为。
该技术具备进一步拓展至多种生物工程细胞与分子靶点的潜力，有望革新疾病实时监控方式，大幅减少对重复活检和侵入性采样的依赖。
本报道由桑朱克塔・蒙达尔撰写，萨迪・哈雷编辑，罗伯特・伊根负责事实核查与审校。这是一项由人类专业人士精心完成的科学新闻作品。我们感谢广大读者对独立科学传播工作的支持。如果您认为本篇报道具有价值，欢迎考虑做出捐赠，尤其是每月定期捐赠。作为回馈，您将获得无广告阅读体验。
更多信息：Ahmet Bilir 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》