植入式生物传感器通过工程化细菌实现体内无线分子监测
土耳其科研团队开发了一种新一代植入式生物传感器，该装置利用经过基因改造的大肠杆菌，在无需外部电源支持的情况下，实现体内分子水平的持续监测。
近年来，生物传感技术的进步正逐步改变医疗健康监测的方式，不仅限于临床环境，也扩展到居家护理领域。随着全球人口老龄化趋势加剧，对能够检测体表及体内生物信号的先进设备的需求不断上升。
在最新发表于《自然・通讯》的研究中，该团队展示了一种创新的生物传感系统，其核心在于将工程化细菌的细胞活动转化为可检测的电磁信号。
研究人员对大肠杆菌进行基因编程，使其在检测到特定分子时产生靶向性蛋白质。这些蛋白质能够显著提升环境中电子的传递效率，从而加速镁金属天线的可控降解。
镁天线的降解过程会引发其物理特性（如尺寸和形状）的变化，进而改变其共振频率。通过外部接收设备，研究人员能够捕捉这些频率的变化，并将其转化为可用的无线信号。
以生物系统为传感动力
当前市场上的植入式设备种类繁多，从生命体征监测到疾病治疗，涵盖了多种功能。然而，这些系统大多难以直接检测特定的生物分子。
有人或许会质疑：血糖仪不是已经能检测葡萄糖分子了吗？实际上，多数血糖仪检测的是与葡萄糖相关的电信号变化，而非直接识别葡萄糖分子。如果能够实现对特定分子的直接监测，将极大提高疾病标志物的检测效率，并支持早期诊断。
活细胞本身具备高度灵敏的感知系统，能够识别并响应其环境中的多种分子。研究人员利用合成生物学工具，将大肠杆菌改造成针对特定分子的定制化检测器。
该系统通过构建合成基因回路，使大肠杆菌在检测到目标分子时表达细胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白。这一机制能够增强细胞的电子转移能力，使其与镁金属天线发生有效作用。
随着细菌活动引发镁天线的逐步降解，天线的物理属性发生变化，导致其共振特性发生偏移。体外佩戴的读取设备可通过无线方式监测这些变化，从而追踪植入设备的运行状态。
实验中，研究人员在模拟人体肌肉组织的体模中实现了25毫米深度的分子传感，该体模精确再现了人体组织的电学特征。
该技术的潜在应用范围广泛，未来有望通过拓展多种工程化细胞类型与分子靶点，实现对疾病进展的实时追踪，避免频繁进行组织活检或侵入性采样。
本报道由桑朱克塔・蒙达尔撰写，萨迪・哈雷编辑，并由罗伯特・伊根审核事实。作为独立科学新闻的一部分，我们依赖读者的支持继续推动高质量内容的创作。若您认为本报道对您有所启发，欢迎通过月捐等方式支持我们。
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》