在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中心，研究人員首次展示了可注射的活體生物電子傳感器。這些由基因工程改造的哺乳動(dòng)物細(xì)胞與微型電子元件融合的裝置，植入體內(nèi)后可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)葡萄糖、乳酸、特定細(xì)胞因子等20多種生物標(biāo)志物，并通過(guò)無(wú)線傳輸將數(shù)據(jù)發(fā)送到外部設(shè)備。“植入六個(gè)月的小鼠模型中，傳感器持續(xù)穩(wěn)定工作，完全避免了傳統(tǒng)植入物的纖維包裹和信號(hào)衰減問(wèn)題，”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人介紹，“這為慢性病的連續(xù)監(jiān)測(cè)提供了前所未有的解決方案?！?/h3>
從體外檢測(cè)到體內(nèi)感知的監(jiān)測(cè)革命
活體生物電子傳感器技術(shù)正重新定義疾病監(jiān)測(cè)的方式。傳統(tǒng)生物標(biāo)志物檢測(cè)依賴間斷性的體外檢測(cè)，而新型活體傳感器能夠在體內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)性、多參數(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這些傳感器整合了生物識(shí)別元件（如基因工程改造的細(xì)胞受體）和微型電子元件（如納米晶體管），利用細(xì)胞對(duì)特定分子的高靈敏度識(shí)別能力與電子器件的高效信號(hào)轉(zhuǎn)換能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知與預(yù)警。
2026年8月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了首個(gè)用于監(jiān)測(cè)器官移植排斥反應(yīng)的活體傳感器系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)注射微小傳感器至移植器官周圍，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)T細(xì)胞活性相關(guān)的15種細(xì)胞因子變化，可提前72小時(shí)預(yù)測(cè)急性排斥反應(yīng)的發(fā)生。臨床試驗(yàn)顯示，使用該系統(tǒng)的移植患者排斥反應(yīng)相關(guān)住院率降低了67%，一年移植存活率從89%提高至96%。
技術(shù)平臺(tái)的集成創(chuàng)新
活體生物電子傳感器技術(shù)的突破源于三大領(lǐng)域的深度融合：
基因工程細(xì)胞傳感模塊：利用合成生物學(xué)技術(shù)改造哺乳動(dòng)物細(xì)胞，使其表面表達(dá)特定生物標(biāo)志物的高親和力受體，細(xì)胞內(nèi)則整合信號(hào)放大與傳遞通路。最新設(shè)計(jì)的細(xì)胞模塊可將單一分子結(jié)合事件轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電信號(hào)變化，靈敏度達(dá)到皮摩爾級(jí)別。在癌癥監(jiān)測(cè)中，這種細(xì)胞傳感器可檢測(cè)單個(gè)循環(huán)腫瘤細(xì)胞釋放的微小囊泡。
納米級(jí)生物-電子接口：新型納米電極陣列可實(shí)現(xiàn)活體細(xì)胞與電子元件的高效耦合，每個(gè)電極直徑僅50納米，可同時(shí)記錄最多32個(gè)細(xì)胞的實(shí)時(shí)信號(hào)。更先進(jìn)的版本采用可拉伸電子材料，能夠適應(yīng)器官運(yùn)動(dòng)而不損傷細(xì)胞功能或自身結(jié)構(gòu)。在心臟監(jiān)測(cè)中，這種柔性傳感器已連續(xù)工作超過(guò)一年無(wú)性能衰減。
無(wú)線能量與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：基于超聲波的無(wú)線能量傳輸技術(shù)可為植入傳感器提供穩(wěn)定電力，而近場(chǎng)通信技術(shù)的改進(jìn)使數(shù)據(jù)傳輸速率提高至每秒1兆比特。最新系統(tǒng)還集成了邊緣計(jì)算能力，可在傳感器端完成初步數(shù)據(jù)處理，僅傳輸異常信號(hào)，顯著延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命。
臨床應(yīng)用的系統(tǒng)性突破
在糖尿病管理中，活體生物電子傳感器實(shí)現(xiàn)了真正的閉環(huán)胰島素輸注。植入皮下的傳感器不僅連續(xù)監(jiān)測(cè)血糖，還同時(shí)檢測(cè)胰島素、胰高血糖素、酮體等8種相關(guān)代謝物，為胰島素泵提供多參數(shù)調(diào)節(jié)依據(jù)。臨床試驗(yàn)顯示，這種多參數(shù)調(diào)控使血糖達(dá)標(biāo)時(shí)間（TIR）從傳統(tǒng)系統(tǒng)的72%提高至94%，嚴(yán)重低血糖事件減少92%。
在神經(jīng)退行性疾病監(jiān)測(cè)中，可注射至腦脊液的微型傳感器可連續(xù)監(jiān)測(cè)神經(jīng)炎癥標(biāo)志物和神經(jīng)遞質(zhì)代謝產(chǎn)物。在阿爾茨海默病患者的臨床試驗(yàn)中，系統(tǒng)成功檢測(cè)到了β-淀粉樣蛋白清除療法引起的早期炎癥反應(yīng)變化，使醫(yī)生能及時(shí)調(diào)整抗炎輔助治療。更值得注意的是，傳感器還發(fā)現(xiàn)了疾病進(jìn)展與特定神經(jīng)遞質(zhì)波動(dòng)模式的相關(guān)性。
產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速
活體生物電子傳感器領(lǐng)域正吸引跨學(xué)科投資。2026年該領(lǐng)域融資總額達(dá)95億美元，同比增長(zhǎng)420%。醫(yī)療器械巨頭美敦力、雅培均建立了專門的生物電子部門，而初創(chuàng)企業(yè)如Synchron、Precision Neuroscience則推動(dòng)技術(shù)突破。
制造技術(shù)取得關(guān)鍵進(jìn)展。微機(jī)電系統(tǒng)與細(xì)胞培養(yǎng)的整合生產(chǎn)線已能實(shí)現(xiàn)月產(chǎn)百萬(wàn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化傳感器模塊，單個(gè)模塊成本降至100美元以下。質(zhì)量控制體系也日益完善，建立了從細(xì)胞活力、傳感器靈敏度到長(zhǎng)期穩(wěn)定性的完整檢測(cè)流程。
個(gè)性化醫(yī)療的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)
最前沿的進(jìn)展在于傳感器自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力的提升。新一代傳感器系統(tǒng)能夠根據(jù)個(gè)體生理特征調(diào)整監(jiān)測(cè)參數(shù)和警報(bào)閾值，通過(guò)學(xué)習(xí)模式識(shí)別早期異常信號(hào)。在心力衰竭管理中，個(gè)性化調(diào)整的傳感器系統(tǒng)比固定閾值系統(tǒng)提前12小時(shí)預(yù)測(cè)急性失代償事件，使早期干預(yù)成功率從64%提高至89%。
在腫瘤治療監(jiān)測(cè)中，研究人員開(kāi)發(fā)了可注射至腫瘤微環(huán)境的特異性傳感器。這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)免疫治療引起的腫瘤微環(huán)境變化，包括T細(xì)胞浸潤(rùn)程度、檢查點(diǎn)分子表達(dá)和免疫代謝物水平。在黑色素瘤的臨床研究中，這種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)指導(dǎo)的治療調(diào)整，將免疫治療有效率從45%提高至78%。
挑戰(zhàn)與未來(lái)前景
活體生物電子傳感器技術(shù)仍面臨多重挑戰(zhàn)：長(zhǎng)期生物相容性與功能穩(wěn)定性、免疫系統(tǒng)對(duì)植入物的逐步反應(yīng)、大規(guī)模生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)，以及醫(yī)療系統(tǒng)的整合應(yīng)用。
行業(yè)正在系統(tǒng)性應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)：開(kāi)發(fā)基于自體細(xì)胞的個(gè)性化傳感器減少免疫排斥；研究新型生物材料提高長(zhǎng)期穩(wěn)定性；建立全球統(tǒng)一的生產(chǎn)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；采用區(qū)塊鏈技術(shù)保障數(shù)據(jù)安全；與醫(yī)療機(jī)構(gòu)合作制定臨床實(shí)施路徑。
市場(chǎng)分析預(yù)測(cè)，到2035年，活體生物電子傳感器將在慢性病管理、癌癥治療監(jiān)測(cè)和器官移植領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，全球市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)3200億美元。更深遠(yuǎn)的意義在于，這項(xiàng)技術(shù)可能最終實(shí)現(xiàn)希波克拉底的理想——“醫(yī)學(xué)首先是觀察的藝術(shù)”。當(dāng)醫(yī)生能夠?qū)崟r(shí)、連續(xù)、多維度地觀察患者體內(nèi)的生理病理過(guò)程時(shí)，醫(yī)療決策將基于前所未有的豐富信息。隨著生物技術(shù)、納米技術(shù)和信息技術(shù)的深度融合，活體生物電子傳感器有望成為未來(lái)精準(zhǔn)醫(yī)療的核心基礎(chǔ)設(shè)施，推動(dòng)醫(yī)學(xué)從“疾病治療”向“健康維持”的范式轉(zhuǎn)變，最終實(shí)現(xiàn)真正意義上的預(yù)防醫(yī)學(xué)和個(gè)性化醫(yī)療。
