用于環(huán)境監(jiān)測的生物傳感技術(shù)分析

摘要：目的：分析探討用于環(huán)境監(jiān)測方面的生物傳感技術(shù)。方法：將現(xiàn)在已經(jīng)可以用于環(huán)境監(jiān)測的生物傳感技術(shù)對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，通過這些過程，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)探討生物傳感技術(shù)。結(jié)論：生物傳感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測方面的運(yùn)用不僅僅提高檢測效率還能節(jié)約成本，不會(huì)造成二次污染[1]，是一種值得推廣的技術(shù)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測；生物傳感技術(shù)；分析

中圖分類號(hào)：X83文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-0432（2012）-09-0198-1

隨著生物傳感技術(shù)的快速發(fā)展，生物傳感技術(shù)已是一門比較成熟的技術(shù)，可以被應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。生物傳感技術(shù)是利用生物傳感器對(duì)所需要檢測的物質(zhì)進(jìn)行檢測的技術(shù)，生物傳感器能夠?qū)Σ煌瑵舛鹊纳镂镔|(zhì)轉(zhuǎn)換為不同的電信號(hào)，待測的生物物質(zhì)經(jīng)過擴(kuò)散進(jìn)入生物活性材料，通過分子識(shí)別，發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生特有的信息，這個(gè)信息會(huì)被相應(yīng)的物理或者化學(xué)換能器轉(zhuǎn)變成獨(dú)特的可處理的電信號(hào)，再通過二次儀表放大并輸出就可以檢測到被測生物物質(zhì)的濃度。生物傳感器所采用的是固定化的生物活性物質(zhì)作為催化劑，雖然試劑價(jià)格昂貴，但是可以重復(fù)多次使用，如果連續(xù)使用平均下來每例測定所花費(fèi)的人民幣只有幾分錢而已。生物傳感器的專一性強(qiáng)，準(zhǔn)確度高，一般情況下相對(duì)誤差高達(dá)1%，而且分析速度快，操作簡單，甚至可以進(jìn)行自動(dòng)分析。

1 用于環(huán)境監(jiān)測的生物傳感技術(shù)

1.1 有毒物質(zhì)的檢測

Cellsens生物傳感器就是運(yùn)用這種檢測方法而發(fā)展出來的一種生物傳感器，它是一種以大腸桿菌的毒性分析系統(tǒng)為基礎(chǔ)，細(xì)菌呼吸活動(dòng)為衡量標(biāo)準(zhǔn)，污染物影響細(xì)菌的呼吸作用，再通過生物傳感器的電流大小的改變判斷污染物毒性的高低。Cellsens生物傳感器已經(jīng)用于廢水中3，5-二氯苯酚以及其他酚類的毒性監(jiān)測，污水以及污泥的毒性檢測等。生物學(xué)反應(yīng)敏感，能夠準(zhǔn)確的測定待測物的毒性。

1.2 農(nóng)藥的檢測

新型的有機(jī)磷農(nóng)藥生物傳感器[2]可以對(duì)農(nóng)藥中甲基對(duì)硫磷、樂果、敵敵畏等進(jìn)行檢測穩(wěn)定性好，重現(xiàn)性好。這種傳感器是將乙酰膽堿酯酶和牛血清白蛋白通過戊二醛交聯(lián)法固定在石墨電極上的碳納米管電極表面，而有機(jī)磷農(nóng)藥就算在很低的濃度下也能夠抑制乙酰膽堿酯酶的活性，所以在一定范圍內(nèi)可以通過乙酰膽堿酯酶的活性判斷有機(jī)磷農(nóng)藥的濃度。這種方法比傳統(tǒng)的高校液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用更迅速、所需費(fèi)用更便宜，還可以在現(xiàn)場就進(jìn)行檢測。

1.3 表面活性物質(zhì)的檢測

表面活性物質(zhì)可以造成嚴(yán)重的水污染，比如直鏈烷基苯磺酸鈉（LAS）可以在水面上產(chǎn)生泡沫，消耗氧。用LAS降解菌和氧電極制成的生物傳感器就可以檢測陰離子表面活性劑，當(dāng)陰離子表面活性劑會(huì)影響LAS降解菌的呼吸作用，從而影響溶解氧的變化，利用氧電極的電流變化就可以測定表面活性物質(zhì)的濃度。

1.4 微生物數(shù)量的檢測

微生物數(shù)量是評(píng)價(jià)水質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)。伏安型細(xì)菌總數(shù)微生物傳感器通過電極及其輔助裝置可以測定數(shù)量高于30000個(gè)的細(xì)菌數(shù)量，所用時(shí)間一般在半小時(shí)左右，先把細(xì)菌懸濁液抽濾成細(xì)菌阻留膜，將電極和濾過膜固定在彈性電解池底部，把阻留膜修飾電極上，記錄下伏安曲線，與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)照就可以得出細(xì)菌總數(shù)。而采用傳統(tǒng)的平板菌落計(jì)數(shù)法測定細(xì)菌數(shù)量就會(huì)出現(xiàn)極大的主管誤差，而且測定多用時(shí)間很長，準(zhǔn)確度還不高。

1.5 生化需氧量的測定

生化需氧量（BOD）是指水中有機(jī)物等需要氧的污染物質(zhì)含量的一個(gè)綜合指標(biāo)。BOD生物傳感器是用微生物的單一菌種或者混合種群作為電極，水中BOD的數(shù)量不同，則水中微生物的呼吸方式就不同，就會(huì)導(dǎo)致電極電流信號(hào)不同，再將電信號(hào)輸出放大就可以得到水中BOD的數(shù)量。像采用一般傳統(tǒng)的稀釋法檢測水中細(xì)菌的數(shù)量，不僅僅操作復(fù)雜，而且用時(shí)較長，差不多5h。但是生物傳感器可以在短短10～15分鐘內(nèi)就可以檢測出細(xì)菌數(shù)量，還可以實(shí)行在線檢測，能夠及時(shí)反饋水質(zhì)質(zhì)量。

2 生物傳感器的分析探究

生物傳感器利用的是生物學(xué)反應(yīng)，具有特異性和專一性，檢測值就非常準(zhǔn)確，而且生物傳感器不需要試劑，所以可以繁復(fù)使用，還可以進(jìn)行連續(xù)分析、聯(lián)機(jī)操作等，非常簡單、方便。近年來生物傳感器發(fā)展迅速，已經(jīng)有多種不同類型的生物傳感器問世，支持在線、連續(xù)檢測，完全符合環(huán)境監(jiān)測的需求，所以生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用逐漸變廣。當(dāng)然生物傳感器還有很多不足的地方，比如：①長期使用后，生物傳感器的穩(wěn)定性會(huì)下降，應(yīng)該與生物器中生物反應(yīng)有關(guān)；②生物傳感器雖然支持在線檢測，但是其體積并不微小，攜帶非常不方便；③現(xiàn)代科學(xué)中有很多生物學(xué)技術(shù)都可以用于環(huán)境監(jiān)測，生物傳感器可以結(jié)合其他生物學(xué)技術(shù)對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，聯(lián)合應(yīng)用可以揚(yáng)長避短，最大限度的發(fā)揮生物傳感器的優(yōu)點(diǎn)。

綜上所述，生物傳感器現(xiàn)在還在發(fā)展階段，但是其現(xiàn)今在環(huán)境監(jiān)測中運(yùn)用可以發(fā)現(xiàn)生物傳感器是最符合環(huán)境監(jiān)測需求的，與傳統(tǒng)的檢測方法相比，其先進(jìn)性和適用性是不言而喻的，從而可知，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研發(fā)出超敏、高穩(wěn)定性、檢測迅速的生物傳感器是指日可待事，而這些新一代的生物傳感器應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測是必然事件。

參考文獻(xiàn)

[1] 華軍.環(huán)境生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].污染防治技術(shù)，2006，19（2）：23-26.

[2] 周華，王輝憲，劉登友，等.碳納米管修飾酶生物傳感器的應(yīng)用進(jìn)展[J].傳感器世界，2008，（4）：6-10.

作者簡介：趙旭升（1963-），男，就職于長春市朝陽區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，研究方向：環(huán)境保護(hù)。