工程化细菌赋能无线植入式传感器，实现体内分子信号追踪

土耳其研究团队近日开发出一种新型植入式生物传感器，其核心创新在于利用基因工程改造的大肠杆菌，在无需外部电源的情况下，实现对体内分子水平的无线监测。这一突破为未来的医疗传感技术开辟了新的可能性。

随着全球人口老龄化趋势加剧，人们对能够监测生理参数和体内生物信号的先进医疗设备的需求不断上升。当前的技术革新不仅在医院环境中带来变革，也在家庭健康监护领域发挥着越来越重要的作用。

该研究发表于《自然・通讯》，展示了一种能够将工程细菌细胞活动转化为可测量电磁信号的植入式传感器。研究人员通过编程手段，使细菌在识别特定分子时生成特异性蛋白质，从而影响周围电化学环境。

这种蛋白质的存在增强了电子转移速率，进一步促使由镁箔制成的天线发生可控降解。随着天线的逐渐侵蚀，其形状与尺寸发生变化，从而改变其共振频率。外部接收器可检测这些频率波动，并将其转化为可读的电磁信号。

目前市面上的植入式设备已涵盖生命体征监测、疾病诊断以及体内治疗等多种功能，但它们在检测体内特定分子方面仍存在局限。

尽管市面上的血糖仪常被认为能检测葡萄糖，但实际上它们主要反映组织中的电信号变化，而非直接识别葡萄糖分子。而新方法通过活细胞对分子的高度敏感性，有望实现对疾病相关生物标志物的高效实时检测。

研究人员借助合成生物学手段对大肠杆菌进行基因改造，使其具备感知特定分子的能力。通过构建合成基因回路，当细菌识别到目标分子时，回路会被激活。

激活后的回路增强电子流动，促使细菌与镁基金属天线表面发生反应。镁材料具有良好的生物相容性，且可在体内逐渐降解。这一过程引起的物理特性变化，使天线产生不同的共振频率。

佩戴在体表的读取设备可远程捕捉这些频率变化，从而实现对植入装置状态的无线跟踪。

在模拟人体肌肉组织的体模中，研究人员成功实现了深度达25毫米的分子信号检测。该体模模拟了实际人体组织的电学特性，为未来体内应用提供了有力验证。

这项技术的推广可应用于多种生物工程细胞和分子检测目标，有望推动无创、实时疾病监测的发展，大幅减少对活检和侵入性采样的依赖。

本研究由桑朱克塔・蒙达尔执笔，萨迪・哈雷负责编辑，罗伯特・伊根进行事实核查。独立科学新闻的发展离不开读者的支持。如果您认为此类报道具有价值，欢迎考虑捐赠（尤其是每月小额捐助）。作为回馈，我们将为您提供无广告浏览体验。

更多信息请参考：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》

查看全文

作者最近更新