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- 植入式傳感器利用工程細(xì)菌實(shí)現(xiàn)無線分子追蹤
- 來源：作者：桑朱克塔蒙達(dá)爾 來源：Phys.org 發(fā)表于 2025/12/26
土耳其科學(xué)家設(shè)計(jì)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(jìn)行體內(nèi)分子水平監(jiān)測，無需外部電池，可自主無線運(yùn)行。
技術(shù)創(chuàng)新正在重塑醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 —— 不僅體現(xiàn)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(nèi)生物信號的先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備需求日益增長。
在發(fā)表于《自然・通訊》的一項(xiàng)研究中，研究人員展示了這種植入式傳感器，它能將工程細(xì)菌細(xì)胞的細(xì)胞活動(dòng)轉(zhuǎn)化為可測量的電磁信號。
研究人員對改良后的細(xì)菌進(jìn)行編程，使其在檢測到目標(biāo)分子時(shí)產(chǎn)生特定蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)會(huì)提高周圍電化學(xué)系統(tǒng)中的電子轉(zhuǎn)移速率，進(jìn)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(huì)隨時(shí)間變化，直接影響其共振頻率。外部接收器會(huì)追蹤這些頻率變化，并將其轉(zhuǎn)化為可檢測的電磁信號。
以細(xì)胞為能量來源
市面上的植入式設(shè)備功能廣泛，從監(jiān)測生命體征、診斷疾病，到直接進(jìn)入體內(nèi)治療疾病，無所不包。但這些系統(tǒng)仍有一個(gè)短板：無法追蹤或檢測特定分子。
有人可能會(huì)問：血糖儀不就是檢測葡萄糖分子的嗎？其實(shí)并非如此。大多數(shù)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(nèi)特定分子的能力，有望大幅提升疾病相關(guān)生物標(biāo)志物的檢測效率，實(shí)現(xiàn)疾病的早期實(shí)時(shí)診斷。
活細(xì)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(xué)工具，通過基因改造細(xì)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(jìn)行重新編程，使其表達(dá)細(xì)胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白，構(gòu)建出一套合成基因回路 —— 當(dāng)細(xì)菌檢測到特定目標(biāo)分子時(shí)，該回路便會(huì)啟動(dòng)。
該回路激活后，會(huì)增強(qiáng)電子流動(dòng)，使細(xì)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(shí)間在體內(nèi)溶解。
隨著細(xì)菌活動(dòng)導(dǎo)致天線逐漸降解，其物理特性的變化會(huì)使其以不同頻率振動(dòng)。佩戴在體表的外部讀取器會(huì)無線檢測到這些變化，從而實(shí)現(xiàn)對植入設(shè)備活動(dòng)的體外追蹤。
該團(tuán)隊(duì)還在模擬人體肌肉組織的體模中實(shí)現(xiàn)了 25 毫米深度的分子水平傳感 —— 這種體模復(fù)刻了真實(shí)人體組織的電學(xué)特性。
將這種方法拓展到多種生物工程細(xì)胞類型和分子靶點(diǎn)，有望徹底改變我們實(shí)時(shí)監(jiān)測疾病進(jìn)展的方式，不再需要反復(fù)進(jìn)行活檢或侵入性采樣。
本文由作者桑朱克塔・蒙達(dá)爾撰寫，薩迪・哈雷編輯，羅伯特・伊根事實(shí)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(dú)立科學(xué)新聞事業(yè)的發(fā)展。如果這篇報(bào)道對您有意義，歡迎考慮捐贈(zèng)（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(xì)菌實(shí)現(xiàn)體內(nèi)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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