细菌工程活体材料在生物传感中的集成设计、机制与应用综述

《BioDesign Research》：Bacterial Engineered Living Materials for Biosensing: Design Principles, Biofabrication, Functional Integration, and Emerging Applications

　　摘要细菌工程活体材料（BELMs）正作为下一代生物传感平台获得日益增长的关注，它将合成生物学的遗传可编程性与工程材料的结构、力学和功能优势相结合。与依赖静态识别元件和有限使用寿命的传统生物传感器不同，BELMs通过将代谢活跃的细菌系统整合到合理设计的材料环境中，能够实现动态信号生成、自我再生和适应性响应。这些特性使BELMs能够持续运行，对波动条件做出响应，并在较长时间内保持功能。尽管近期综述已涉及工程活体材料的各个组成部分，如遗传电路设计、材料合成、固定化策略或特定传感机制，但将这些元素整合为统一生物传感视角的连贯框架仍然缺乏。本文全面综述了BELMs在生物传感领域的应用，整合了设计原则、生物制造与固定化方法、信号转导机制以及代表性的传感实现方案。我们讨论了细菌底盘选择、遗传可编程性和生物包容性方面的关键考量，以及维持细菌活力、稳定性和传感性能的材料整合策略。此外，我们探讨了将生物活性转化为可测量输出的生物电子和物理化学界面，包括电化学、光学和代谢信号转导通路。通过连接合成生物学、材料工程和生物传感器设计，本综述提供了当前BELM生物传感策略和新兴方向的集成化、应用导向的视角。这一统一框架旨在阐明该领域的现状，并支持面向环境、工业和生物医学传感应用，开发稳健、可扩展且可部署的细菌工程活体材料。Fulya Sahin | Md Sharifuzzaman | Lorenz Adrian | Zeynep Altintas