研究人員開發了一種生物電子傳感器，利用活細菌在檢測特定物質時產生電信號。這項技術可能使傳感器能夠長期監測如廢水、食品產品及工業系統等環境。該裝置由萊斯大學的科學家研發，依賴於自然能夠對某些化學物質（即分析物）產生電信號的細菌。微生物生物電子傳感器因為細菌具備多重功能、可在惡劣環境中生存，甚至能隨時間再生，長期受到關注。然而，在電子設備中使用活細菌卻一直是一項挑戰。許多傳感器中的分子會在液體環境中洗掉，無法持續作用，而某些電子中介物質也可能是有毒的，限制了其實際使用。
為了解決這個挑戰，研究人員設計了一種新的生物混合材料，能夠保持細菌靠近電極，同時保持穩定的電子連接。研究團隊創造了一種由幾丁糖製成的柔軟水凝膠，這是一種在甲殼類動物的外殼中自然存在的聚合物。這種水凝膠就像一層包覆層，能夠將細菌緊緊固定在電極附近，同時允許液體通過。該研究的通訊作者拉斐爾·維爾杜茲科指出，「在我們的系統中，幾丁糖也像是一個殼，防止細菌逃逸。」
研究人員還對幾丁糖聚合物進行了改良，使其能夠保持紅氧還原中介物質，這些分子在細菌和電極之間轉移電子。維爾杜茲科表示，「它還被改良成具有固定點，這些固定點對於電子的運輸至關重要。」水凝膠是由多孔聚合物網絡製成的柔性材料，其結構允許潛在的分析物液體自由流通，同時將細菌困住在材料內部。在新設計中的關鍵添加物是紅氧還原活性聚合物。這些材料能從一個來源接受電子，並將其傳遞至另一個來源，使得電信號能夠從細菌傳輸到電極。
科學家們利用水凝膠構建了一個能夠檢測牛奶中名為 sakacin P 的化合物的運行傳感器。Sakacin P 是一種抗微生物肽，有時用作食品防腐劑。為了產生電信號，團隊工程化了一種 L. plantarum 菌株，這是一種常見於發酵乳製品中的益生菌。當細菌遇到 sakacin P 時，會產生微小的電流。細菌嵌入水凝膠並連接到電極上，當系統放置在含有 sakacin P 的牛奶樣本中時，細菌會作出反應並在幾小時內產生可檢測的電信號。研究的第一作者、博士研究生左鑫源表示，「我們意識到使用紅氧還原活性聚合物可以解決這兩個問題，這樣我們就能有效捕捉到細菌的電信號並將其傳遞到電極。」
由於水凝膠是由安全且可再生的材料製成，且使用的細菌通常在食品中常見，因此該系統可以適應多種傳感應用。維爾杜茲科表示，「有大量的細菌是電活性的，因此這類活微生物裝置的潛力巨大。這種水凝膠提供了一種與這些細菌進行電子通信的方法，使得可以用於感測、化學生產或危害物質的隔離或消除的生物電子設備成為可能。」該研究發表於《先進材料》期刊上。
