微生物傳感器研究進(jìn)展及在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

馮沖

（遷安市環(huán)境保護(hù)局 河北遷安 064400）

微生物傳感器研究進(jìn)展及在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

馮沖

（遷安市環(huán)境保護(hù)局 河北遷安 064400）

本文主要微生物傳感器在研究歷程中所取得的一些成績，現(xiàn)狀如何以及其在環(huán)境監(jiān)測中的利用效果，對環(huán)境狀況進(jìn)行檢測的原理等等。介紹多種檢測方法，對其在實(shí)際監(jiān)測應(yīng)用中所欲問題進(jìn)行分析。

微生物傳感器；環(huán)境監(jiān)測；生物有效性

微生物傳感器實(shí)現(xiàn)對環(huán)境中毒性以及污染物進(jìn)行監(jiān)測的原理在于通過利用微生物細(xì)胞，將其作為生物敏感元件進(jìn)而對環(huán)境中的總毒性及污染物進(jìn)行感應(yīng)以達(dá)到監(jiān)測目的。微生物細(xì)胞傳感器的原理在于利用固定化方法連接監(jiān)測環(huán)境中能夠感應(yīng)毒性或污染物的微生物菌株和具備信號(hào)轉(zhuǎn)換功能介質(zhì)，并且通過特定設(shè)備對信號(hào)進(jìn)行放大，再將其放出。由于微生物細(xì)胞傳感器的細(xì)胞作為一個(gè)具備生物活性個(gè)體，采用此法檢測環(huán)境中的毒性物質(zhì)或者污染物是具備生物有效性的，而這種優(yōu)勢是一般化學(xué)檢測手段所不可實(shí)現(xiàn)的，因此，微生物細(xì)胞傳感器在未來的環(huán)境毒性物質(zhì)或污染物質(zhì)的檢測中會(huì)有更為廣闊的使用前景。

1 微生物傳感器結(jié)構(gòu)以及功能

微生物傳感器的組件有固定化微生物、輸出信號(hào)裝置以及能量轉(zhuǎn)換器三大類。通過固定化微生物的新陳代謝消耗溶解于溶液中的氧或者微生物新陳代謝將部分電活性物質(zhì)產(chǎn)生出來進(jìn)而發(fā)出光和熱，通過對產(chǎn)生的光和熱進(jìn)行感應(yīng)進(jìn)而定量測定待測物質(zhì)。

微生物傳感器中的換能器，電化學(xué)電極是最為原始的換能器，主要就是氧、CO2電極等等電極。后來出現(xiàn)了較為先進(jìn)的換能器，即燃燒電池、光敏二極管、場效應(yīng)晶體管等等的換能器；業(yè)內(nèi)人士認(rèn)可發(fā)展新型微生物傳感器的有效途徑就是對離子敏場效應(yīng)管的利用。最近的幾年里，光線微生物傳感器的發(fā)展取得了明顯成就，發(fā)展較為迅速，外界電磁場并不會(huì)干擾此傳感器的檢測效率，被當(dāng)作是一種有效的原位檢測方法。、

微生物傳感器中的固定化微生物，它在微生物傳感器中的作用就是對信息進(jìn)行捕捉，對傳感器性能起著決定性的作用，是微生物傳感器中部件的核心，在保障對微生物空間進(jìn)行限制的同時(shí)還要保障微生物不會(huì)流失、并且使得微生物具備良好的固有活性以及機(jī)械性能。微生物傳感器的穩(wěn)定以及靈活型等等都受到固定化技術(shù)的直接影響。就目前而言，固定化技術(shù)有物理、化學(xué)之分。其中的化學(xué)法就是交聯(lián)法；而物理法種類較多，有吸附、包埋以及夾層等等的方法。

物理固定化技術(shù)中的吸附法的物理原理在于對載體同微生物間簡單物理吸附作用的利用，固定化技術(shù)中的化學(xué)方法交聯(lián)法的原理在于通過對雙功能試劑的利用，進(jìn)而使得微生物活性物質(zhì)產(chǎn)生惰性或者直接于轉(zhuǎn)換元件上對共價(jià)鍵進(jìn)行結(jié)合。

2 微生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

通過利用微生物傳感器來對生物需氧量進(jìn)行檢測，作為廢水監(jiān)測重要參數(shù)的生物需氧量，通常采用五日生化法來進(jìn)行測定，要想實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測需要耗費(fèi)大量的時(shí)間以及精力。但是采用微生物傳感器對生物需氧量進(jìn)行測定能夠大幅度縮短監(jiān)測時(shí)間，通常只需一刻鐘的時(shí)間即可完成，同時(shí)還大幅度提升了重現(xiàn)性。

利用微生物傳感器來對環(huán)境中的污染物進(jìn)行監(jiān)測，表面活性物質(zhì)作為一種使用廣泛的有機(jī)化合物，在利用的同時(shí)對環(huán)境的污染也是比較嚴(yán)重的。酸雨，主要的形成因素就在于空氣中的二氧化硫含量較高，并且對空氣中二氧化硫的進(jìn)行檢測的傳統(tǒng)檢測方法比較復(fù)雜，因此我國科學(xué)家們?yōu)榱私鉀Q這一問題，提出從硫鐵礦周圍酸性土壤中對氧化硫硫桿菌進(jìn)行分離篩選，這種菌種具備專性、好氧等的特點(diǎn)，利用兩片醋酸纖維素夾住此菌體，制成夾層式微生物膜，進(jìn)而得到硫化物微生物傳感器，建立新型硫化物測定方法。

利用微生物傳感器來測試生物毒性，毒性是一項(xiàng)綜合性的生物參數(shù)，通常是通過它來對活性物體受到樣品的影響大小進(jìn)行確定的?；瘜W(xué)分析方法是無法實(shí)現(xiàn)對其進(jìn)行測定的。天然微生物被微生物傳感器所適用，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，此法的優(yōu)點(diǎn)在于速度快、操作簡便等等。微生物傳感器中的發(fā)光微生物傳感器是至今為止最為普遍的一種用來監(jiān)測生物毒性的微生物傳感器。現(xiàn)在世界上也有很多種利用微生物傳感器來監(jiān)測生物毒性的方法。

3 微生物傳感器在未來的發(fā)展前景

微生物傳感器憑借其自身獨(dú)有的特點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域具有非常重要的地位。在未來發(fā)展微生物傳感器我們應(yīng)當(dāng)注重發(fā)展以下幾個(gè)方面的問題：發(fā)展實(shí)際監(jiān)測過程中響應(yīng)時(shí)間、發(fā)展研制便攜式傳感器以及注重信號(hào)轉(zhuǎn)換問題、爭取使得傳感器生物的穩(wěn)定性以及一致性保持平穩(wěn)、避免出現(xiàn)由于實(shí)際使用中的假陰性問題導(dǎo)致的錯(cuò)誤監(jiān)測結(jié)果。影響微生物細(xì)胞生長的因素有很多，有可能導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)誤差，結(jié)果不準(zhǔn)確。就實(shí)際出現(xiàn)的假陰性問題可通過雙報(bào)告基因系統(tǒng)進(jìn)行解決。導(dǎo)入部分?jǐn)?shù)量恒定、并沒有高水平表達(dá)的基因，將導(dǎo)入基因表達(dá)狀況當(dāng)作基線來對環(huán)境總毒性進(jìn)行檢測，另一個(gè)報(bào)告基因系統(tǒng)則對目標(biāo)毒物進(jìn)行指示。

4 結(jié)語

根據(jù)微生物傳感器監(jiān)測的快捷性以及再現(xiàn)性，在當(dāng)代以及未來的環(huán)境監(jiān)測分析領(lǐng)域都會(huì)有良好的發(fā)展前景。雖然在該領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的成就，但是影響其發(fā)展的因素還是有很多，未來的發(fā)展道路還很漫長。

[1]陳高，董元華.微生物細(xì)胞傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].土壤學(xué)報(bào),2008,03:15.

[2]周仕林，劉冬.生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用[J].理化檢驗(yàn)（化學(xué)分冊）,2011,01:18.

[3]馬莉，崔建生升，王曉輝，劉輝，李莉.微生物傳感器研究進(jìn)展[J].河北工業(yè)科技,2004,12:30.

[4]俞衛(wèi)忠，陳建.生物傳感器及其在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用[J].污染防治技術(shù),2014,04:20.

[5]金靜.微生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)展[J].價(jià)值工程, 2010,08:08.