微生物生物电子传感器以活细菌作为核心元件，通过细菌对目标物质（分析物）的反应产生电信号。研究人员指出，相比依赖蛋白质或酶的生物传感器，细菌可执行多种功能，适应多类环境，并具备生长与再生能力，因而具有长期使用的潜力。

不过，在液体环境中使用活细菌构建设备仍面临挑战。部分细菌用于传递与接收电子、以形成电信号的介体可能被废水等流体冲走，且某些介体对人体或环境存在毒性风险。莱斯大学研究员Rafael Verduzco团队开发了一种被称为安全的生物电子传感器方案，使细菌在液体环境中仍能实现有效电子通信。相关研究已发表在《Advanced Materials》。

Verduzco表示，该系统采用天然聚合物壳聚糖作为基础材料。壳聚糖存在于甲壳类动物的坚硬外壳中，在该系统中既用于包裹细菌、防止其逸出，也经过改性以提供介体可附着的“锚点”，从而支持电子传输。他称，这种材料为封装细菌并增强电子信号提供了更灵活的方式，并基于低成本、可再生的聚合物体系。

为实现装置构建，博士生兼第一作者Xinyuan Zuo提出使用水凝胶将细菌限制在电极附近。水凝胶由多孔、可渗透的固体混合物构成，能够让含有潜在分析物的介质进入并环绕被困细菌，同时避免细菌释放到液体中。但研究团队同时需要解决细菌与电极之间的电子传递路径问题。

Zuo表示，团队采用氧化还原活性聚合物来同时应对细菌固定与电子传输两项需求。该类材料既可接受电子也可传递电子，使电子沿聚合物流动并最终到达电极，被读取为电流信号。研究人员据此开发了基于壳聚糖的氧化还原聚合物：壳聚糖可用于制备水凝胶，并可通过改性实现对电子传输介体的附着。通过在细菌周围形成水凝胶并引入氧化还原介体，团队制备出一种“活的生物混合电子材料”。实验显示，该活性水凝胶置于电极上可产生稳定电流。

研究团队还构建了一个用于检测牛奶中抗菌剂sakacin P的版本。为产生信号，他们使用工程改造的植物乳杆菌（L. plantarum）——一种常见于发酵乳制品的益生菌，该菌在接触sakacin P时会产生少量电流。实验中，含菌水凝胶被固定在电极上并置入牛奶，数小时后电极检测到电信号，显示细菌对牛奶中sakacin P的存在作出响应。研究人员称，植物乳杆菌与所用聚合物在环境与食品应用中均被认为安全，且该水凝胶体系也可与其他细菌配合使用。

Verduzco表示，具备电活性的细菌种类众多，这类活微生物装置具有应用潜力；该水凝胶为与电活性细菌进行电子通信提供了途径，使活体生物电子设备可用于传感、化学品生产，或有害化学品的分离与破坏。