工程化细菌助力植入式传感器实现体内无线分子监测
土耳其的研究团队开发出一种新型植入式生物传感器，该设备通过基因工程改造的大肠杆菌，在无需外部电源的情况下，实现对体内分子的无线追踪与监测。
近年来，技术创新正在深刻影响医学领域，不仅改变了医院和家庭护理的方式，也革新了个人健康管理的手段。随着全球人口老龄化趋势的加剧，对可监测体表和体内生物信号的先进医疗设备需求持续增长。
该研究成果发表于《自然·通讯》杂志，介绍了一种新型植入式传感器。该装置能将工程细菌细胞内的生物活动转化为可测量的电磁信号，为体内分子检测提供了全新途径。
研究人员对细菌进行了基因层面的改造，使其在检测到特定目标分子后，能表达特定的蛋白质。这些蛋白质能加速局部电化学反应中的电子转移过程，从而引发由镁箔制成的天线发生可控降解。
随着镁制天线逐渐分解，其形状和尺寸的变化会影响其共振频率。外部设备通过捕捉这些频率变化，即可将其转换为可用于分析的电磁信号。
细胞作为内置“信号源”
当前市面上的植入式医疗设备功能多样，从基础的生命体征监测到直接干预治疗，均有覆盖。然而，它们普遍缺乏针对体内特定分子的监测能力。
有人或许会质疑：血糖仪不就是检测葡萄糖分子的工具吗？实际上，大多数血糖仪是通过检测组织中的电信号来间接估算血糖水平，而非直接识别葡萄糖分子本身。而真正的体内分子追踪技术，有望显著提升疾病标志物的检测效率，并支持早期疾病的实时诊断。
生物细胞本身具备高度灵敏的分子识别能力。研究团队利用合成生物学方法，对大肠杆菌进行了基因工程改造，使其成为能够响应特定分子信号的定制型“生物传感器”。
该团队在大肠杆菌中构建了一个合成基因回路，当细菌识别出特定分子时，该回路便会被激活。回路激活后，会增强电子流动，使细菌能够与镁金属天线表面产生相互作用。
由于镁是一种生物相容性良好的材料，可在体内逐渐降解。随着细菌活动引发的天线腐蚀，其物理性质发生改变，从而导致其共振频率发生变化。外部设备通过无线方式读取这些频率变化，即可实现对植入设备的远程监控。
测试结果表明，该传感器能够在模拟人体肌肉组织的体模中实现25毫米深度的分子级监测，该体模设计模拟了真实人体组织的电学特性。
该方法如果扩展至更多类型的生物工程细胞和目标分子，将可能彻底改变当前依赖侵入性手段的疾病监测方式，为非侵入性、实时分子追踪提供可行路径。
本文由桑朱克塔·蒙达尔撰写，萨迪·哈雷负责编辑，罗伯特·伊根进行事实核查和审核。本报道是科学新闻领域中由人类创作的内容。我们依靠读者的支持来持续发展独立科学新闻事业。若您认为这篇报道具有价值，欢迎考虑进行捐赠（尤其是月捐形式）。作为感谢，您将可获得无广告的阅读体验。
更多信息：Ahmet Bilir 等，《利用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》