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- 植入式傳感器利用工程細菌進行無線分子追蹤
- 來源：桑朱克塔·蒙達爾，Phys.org 發(fā)表于 2025/12/16
新型無線、無電池、可植入的生物傳感器利用基因工程大腸桿菌檢測目標分子。圖片來源：植入天線的插圖創(chuàng)作于 BioRender.com 年。比利爾，A.（2025）BioRender.com/rnfd7kj。
土耳其科學家設計了一款下一代可植入式生物傳感器，利用基因工程的大腸桿菌進行分子級監(jiān)測，能夠無線運行，無需外部電池。
技術(shù)創(chuàng)新正在重塑醫(yī)學，不僅在我們的醫(yī)院和家庭中，也在我們監(jiān)測自身身體的方式上。隨著全球人口老齡化，對能夠檢測體內(nèi)及體內(nèi)生物信號的先進醫(yī)療設備的需求日益增長。
在發(fā)表在《自然通訊》上的一項研究中，研究人員展示了可植入式傳感器，將工程化細菌細胞的細胞活動轉(zhuǎn)換為可測量的電磁信號。
他們編程改造的細菌在檢測到目標分子時產(chǎn)生特定蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)提高了周圍電化學系統(tǒng)的電子轉(zhuǎn)移速率，啟動了由鎂箔制成的天線的受控降解。
隨著鎂天線的侵蝕，其形狀和大小隨時間變化，直接影響了其共振頻率。外部接收機追蹤這些頻率變化，并將其轉(zhuǎn)換為可探測的電磁信號。
使用蜂窩供電
市面上可獲得的植入設備支持廣泛的功能，從監(jiān)測生命體征、診斷疾病，到通過進入體內(nèi)治療疾病。這些系統(tǒng)仍有一個不足之處：追蹤或檢測特定分子。
有人可能會好奇，血糖監(jiān)測儀難道不能檢測葡萄糖分子嗎？沒有。大多數(shù)血糖監(jiān)測儀測量組織中的電變化，而非直接檢測葡萄糖分子。能夠追蹤體內(nèi)特定分子的能力，將大大提升疾病相關(guān)生物標志物的檢測，從而實現(xiàn)早期、實時診斷。
校準后的∣S21∣隨時間變化，以及植入天線暴露于工程化大腸桿菌BL21 CcmA–H（上方）和非工程化大腸桿菌BL21（下方）時的初始和退化后圖像。圖片來源：自然通訊（2025年）。土井：https://doi.org/10.1038/s41467-025-65416-5
活細胞擁有復雜的系統(tǒng)，能夠感知幾乎所有遇到的分子。研究人員利用合成生物學工具，選擇利用這種能力，通過基因作細菌作為特定分子信號的定制檢測器。
研究人員重新編程了大腸桿菌，使其表達細胞色素c成熟（Ccm）蛋白，形成了一個合成遺傳回路，當細菌檢測到特定目標分子時會啟動。
一旦激活，該電路增強了電子流動，使細菌能夠與由鎂制成的金屬天線表面相互作用，鎂是一種生物相容性材料，且可隨時間溶解于體內(nèi)。
隨著細菌活動逐漸破壞天線，其物理性質(zhì)的變化導致其振動頻率不同。佩戴在身體上的外部讀取器無線檢測這些變化，從而從外部追蹤植入物的活動。
團隊還在模擬肌肉的幻影組織中，在25毫米深度的分子層面感知，這些組織模擬了真實人體組織的電學特性。
將這一方法擴展到多樣化的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，消除重復活檢或侵入性采樣的需求。
更多信息：Ahmet Bilir 等，通過基因工程細菌進行無線體內(nèi)感測，Nature Communications（2025）。DOI：10.1038/s41467-025-65416-5
期刊信息：自然通訊
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