可摄取的“细菌在芯片上”有助于诊断疾病

麻省理工学院的研究人员已经建立了一种可消化的传感器，配备了基因工程菌，可以诊断胃出血或其他胃肠道问题。

这种“芯片上的芯片”方法将由活细胞制成的传感器与超低功率电子器件相结合，将细菌反应转化为可由智能手机读取的无线信号。

“通过将工程生物传感器和低功率无线电子设备结合起来，我们可以在人体内实时检测生物信号，从而为人类健康应用提供新的诊断能力，”电气工程学院麻省理工学院副教授Timothy Lu说。G和计算机科学和生物工程。

在这项新的研究中，出现在5月24日的《科学》在线版上，研究人员创造了一种能响应血液成分的血红素的传感器，显示了它们在猪身上的作用。他们还设计了能够对炎症标志分子做出反应的传感器。

卢和Anantha Chandrakasan，麻省理工学院工程学院院长，Vannevar Bush电气工程和计算机科学教授，是这项研究的资深作者。主要作者是研究生Mark Mimee和前麻省理工学院博士后Phillip Nadeau。

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无线通信

在过去的十年中，合成生物学家在工程菌方面做出了巨大的进步，以应对诸如环境污染物或疾病标志物等刺激物。这些细菌可以被设计成当检测到目标刺激时产生光等输出，但是通常需要专门的实验室设备来测量这种响应。

为了使这些细菌对现实世界的应用更有用，麻省理工学院的团队决定将它们与一个可以将细菌反应转化为无线信号的电子芯片结合起来。

“我们的想法是将细菌细胞包装在一个装置内，”Nadeau说。当装置通过胃部时，细胞会被捕获并继续行驶。

研究人员最初的研究重点是消化道出血。他们设计了一种益生菌大肠杆菌来表达一种基因电路，使细菌在遇到血红素时发光。

他们把细菌放在四威尔斯的定制设计的传感器上，被一种半透膜覆盖，这种膜允许周围环境的小分子扩散。在每个阱下面是一个光电晶体管，它可以测量细菌细胞产生的光的数量，并将信息传递给微处理器，它将无线信号发送到附近的计算机或智能手机。研究人员还建立了一个Android应用程序，可以用来分析数据。

传感器是一个大约1.5英寸长的圆柱体，需要大约13微瓦的功率。研究人员为传感器配备了一个2.7伏的电池，他们估计电池可以为这个设备提供大约1.5个月的持续使用。他们说，它也可以由一个由胃中酸性流体维持的伏打电池供电，使用Nadeau和Chandrakasan先前开发的技术。

“这项工作的重点是系统设计和集成，将细菌传感的能力与超低功率电路结合起来，实现重要的健康感知应用，”Chandrakasan说。