- 植入式傳感器利用工程細菌實現無線分子追蹤
- 來源：作者：桑朱克塔蒙達爾 來源：Phys.org 發(fā)表于 2025/12/26
土耳其科學家設計出一款下一代植入式生物傳感器，該傳感器利用基因工程大腸桿菌進行體內分子水平監(jiān)測，無需外部電池，可自主無線運行。
技術創(chuàng)新正在重塑醫(yī)學領域 —— 不僅體現在醫(yī)院和家庭場景中，更改變了我們監(jiān)測自身身體狀況的方式。隨著全球人口老齡化加劇，能夠檢測體表及體內生物信號的先進醫(yī)療設備需求日益增長。
在發(fā)表于《自然・通訊》的一項研究中，研究人員展示了這種植入式傳感器，它能將工程細菌細胞的細胞活動轉化為可測量的電磁信號。
研究人員對改良后的細菌進行編程，使其在檢測到目標分子時產生特定蛋白質。這些蛋白質會提高周圍電化學系統(tǒng)中的電子轉移速率，進而引發(fā)鎂箔制成的天線發(fā)生可控降解。
隨著鎂天線逐漸侵蝕，其形狀和尺寸會隨時間變化，直接影響其共振頻率。外部接收器會追蹤這些頻率變化，并將其轉化為可檢測的電磁信號。
以細胞為能量來源
市面上的植入式設備功能廣泛，從監(jiān)測生命體征、診斷疾病，到直接進入體內治療疾病，無所不包。但這些系統(tǒng)仍有一個短板：無法追蹤或檢測特定分子。
有人可能會問：血糖儀不就是檢測葡萄糖分子的嗎？其實并非如此。大多數血糖儀測量的是組織中的電信號變化，而非直接檢測葡萄糖分子。而追蹤體內特定分子的能力，有望大幅提升疾病相關生物標志物的檢測效率，實現疾病的早期實時診斷。
活細胞擁有精密的系統(tǒng)，幾乎能感知它們遇到的任何分子。研究人員借助合成生物學工具，通過基因改造細菌，使其成為特定分子信號的定制化檢測器，從而利用這一特性。
研究人員對大腸桿菌進行重新編程，使其表達細胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白，構建出一套合成基因回路 —— 當細菌檢測到特定目標分子時，該回路便會啟動。
該回路激活后，會增強電子流動，使細菌能夠與鎂制金屬天線表面發(fā)生相互作用。鎂是一種生物相容性材料，可隨時間在體內溶解。
隨著細菌活動導致天線逐漸降解，其物理特性的變化會使其以不同頻率振動。佩戴在體表的外部讀取器會無線檢測到這些變化，從而實現對植入設備活動的體外追蹤。
該團隊還在模擬人體肌肉組織的體模中實現了 25 毫米深度的分子水平傳感 —— 這種體模復刻了真實人體組織的電學特性。
將這種方法拓展到多種生物工程細胞類型和分子靶點，有望徹底改變我們實時監(jiān)測疾病進展的方式，不再需要反復進行活檢或侵入性采樣。
本文由作者桑朱克塔・蒙達爾撰寫，薩迪・哈雷編輯，羅伯特・伊根事實核查并審核 —— 這是人類精心創(chuàng)作的成果。我們依賴像您這樣的讀者支持獨立科學新聞事業(yè)的發(fā)展。如果這篇報道對您有意義，歡迎考慮捐贈（尤其推薦月捐）。作為感謝，您將獲得無廣告賬號。
更多信息：艾哈邁德・比勒爾等人，《通過基因工程細菌實現體內無線傳感》，《自然・通訊》（2025 年）。DOI：10.1038/s41467-025-65416-5
期刊信息：《自然・通訊》
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