土耳其科学家设计出一款下一代植入式生物传感器，该传感器利用基因工程大肠杆菌进行体内分子水平监测，无需外部电池，可自主无线运行。

技术创新正在重塑医学领域 —— 不仅体现在医院和家庭场景中，更改变了我们监测自身身体状况的方式。随着全球人口老龄化加剧，能够检测体表及体内生物信号的先进医疗设备需求日益增长。

在发表于《自然・通讯》的一项研究中，研究人员展示了这种植入式传感器，它能将工程细菌细胞的细胞活动转化为可测量的电磁信号。

研究人员对改良后的细菌进行编程，使其在检测到目标分子时产生特定蛋白质。这些蛋白质会提高周围电化学系统中的电子转移速率，进而引发镁箔制成的天线发生可控降解。

随着镁天线逐渐侵蚀，其形状和尺寸会随时间变化，直接影响其共振频率。外部接收器会追踪这些频率变化，并将其转化为可检测的电磁信号。

以细胞为能量来源

市面上的植入式设备功能广泛，从监测生命体征、诊断疾病，到直接进入体内治疗疾病，无所不包。但这些系统仍有一个短板：无法追踪或检测特定分子。

有人可能会问：血糖仪不就是检测葡萄糖分子的吗？其实并非如此。大多数血糖仪测量的是组织中的电信号变化，而非直接检测葡萄糖分子。而追踪体内特定分子的能力，有望大幅提升疾病相关生物标志物的检测效率，实现疾病的早期实时诊断。

活细胞拥有精密的系统，几乎能感知它们遇到的任何分子。研究人员借助合成生物学工具，通过基因改造细菌，使其成为特定分子信号的定制化检测器，从而利用这一特性。

研究人员对大肠杆菌进行重新编程，使其表达细胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白，构建出一套合成基因回路 —— 当细菌检测到特定目标分子时，该回路便会启动。

该回路激活后，会增强电子流动，使细菌能够与镁制金属天线表面发生相互作用。镁是一种生物相容性材料，可随时间在体内溶解。

随着细菌活动导致天线逐渐降解，其物理特性的变化会使其以不同频率振动。佩戴在体表的外部读取器会无线检测到这些变化，从而实现对植入设备活动的体外追踪。

该团队还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 —— 这种体模复刻了真实人体组织的电学特性。

将这种方法拓展到多种生物工程细胞类型和分子靶点，有望彻底改变我们实时监测疾病进展的方式，不再需要反复进行活检或侵入性采样。

本文由作者桑朱克塔・蒙达尔撰写，萨迪・哈雷编辑，罗伯特・伊根事实核查并审核 —— 这是人类精心创作的成果。我们依赖像您这样的读者支持独立科学新闻事业的发展。如果这篇报道对您有意义，欢迎考虑捐赠（尤其推荐月捐）。作为感谢，您将获得无广告账号。

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》