工程化细菌赋能无线体内分子监测的新型植入式传感器
土耳其研究团队近日开发出一种前沿的植入式生物传感器，该设备采用基因工程改造的大肠杆菌，在无需外部电源支持的情况下，实现了体内分子水平的无线监测。
医疗技术的持续突破正在深刻影响医学实践，不仅限于医院和家庭场景，更改变了人们监测自身健康的方式。随着全球老龄化进程加快，具备检测体表和体内生物信号能力的先进医疗设备正变得日益重要。
在最新发表于《自然・通讯》的研究中，科学家展示了一种能够将工程化细菌的细胞活动转换为可测量电磁信号的植入式传感器。
研究人员通过基因编程，使细菌在识别到特定分子时产生特殊蛋白质。这些蛋白质能够增强局部电化学反应中的电子传递速率，从而引发镁箔天线的可控降解。
随着镁制天线的逐步腐蚀，其几何形状和尺寸发生变化，进而影响其共振频率。体外接收装置可捕获这些频率波动，将其转换为可识别的电磁信号。
以活细胞作为传感元件
目前市场上的植入式设备涵盖从生命体征监测到疾病诊断和治疗的多种功能。然而，这些系统普遍缺乏对特定分子的直接检测能力。
有人或许会质疑：血糖仪难道不是检测葡萄糖的典型例子吗？事实上，大多数血糖监测设备依赖的是电信号变化，而非直接识别葡萄糖分子。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，并实现早期、实时的疾病诊断。
活细胞本身具备高度灵敏的分子识别机制。研究人员借助合成生物学手段，对细菌进行基因改造，使其成为针对特定分子信号的定制传感器，充分利用这一自然特性。
研究团队对大肠杆菌进行了编程，使其表达Ccm蛋白，构建出一个可调控的合成基因回路。当细菌探测到目标分子时，该回路会被激活。
回路启动后，电子流增强，细菌能够与镁金属天线表面发生反应。镁具有良好的生物相容性，并可在体内自然降解。
随着细菌的持续活动，镁天线逐渐腐蚀，其物理属性的改变导致其以不同频率共振。体表佩戴的无线接收器可远程捕获这些信号变化，实现对体内设备运行状态的跟踪。
实验表明，该方法在模拟人体肌肉组织的体模中实现了25毫米深度的分子水平传感，体模材料具有与人体组织相似的电学行为。
这项技术若能扩展至多种生物工程细胞和分子靶点，或将彻底改变疾病监测的方式，避免反复进行活检或侵入性取样。
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。这是由专业团队精心打造的科学报道。独立科学新闻的发展离不开广大读者的支持。如果您觉得本篇内容有价值，欢迎考虑捐赠（月捐尤为鼓励）。您的支持将帮助我们持续提供无广告的高质量内容。
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》