微生物燃料電池傳感器在水質(zhì)毒性監(jiān)測中的應(yīng)用與發(fā)展

劉曉曉，趙明杰，王紫璇，栗勇田，葉 菲,*

(1.秦皇島天大環(huán)保研究院有限公司，河北秦皇島 066000；2.河北省河道水質(zhì)凈化及生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北秦皇島 066000；3.燕山大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，河北秦皇島 066000)

水質(zhì)毒物監(jiān)測是了解水體污染現(xiàn)狀的重要手段。傳統(tǒng)的水質(zhì)毒物監(jiān)測工作大多依托離線的物化分析技術(shù)展開，雖然可以精確測試水體中毒性物質(zhì)的總濃度，但該類方法需要復(fù)雜的儀器設(shè)備作為支撐，且樣品前處理過程步驟繁瑣、對操作人員專業(yè)性要求較高，更重要的是檢測結(jié)果明顯延遲,并不能及時(shí)地反應(yīng)毒物對人類健康及水環(huán)境安全的真實(shí)影響[1]。因此，開發(fā)出能滿足水質(zhì)在線預(yù)警需求、受沖擊后能實(shí)時(shí)響應(yīng)的傳感系統(tǒng)尤為重要。近年來，基于微生物傳感技術(shù)的毒物監(jiān)測方法是根據(jù)微生物受到毒物刺激時(shí)，其新陳代謝或生長速度發(fā)生變化而實(shí)現(xiàn)對水體污染的實(shí)時(shí)預(yù)警[2-4]。但是由于缺乏轉(zhuǎn)換器，這類生物傳感器并不能將生物信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，進(jìn)而缺乏定量監(jiān)測毒物具體濃度的能力?；谏鲜龇治?，滿足水質(zhì)毒物在線監(jiān)測要求的新型傳感器應(yīng)該兼具實(shí)時(shí)和定量監(jiān)測的特點(diǎn)。

微生物燃料電池(microbial fuel cell，MFC)傳感器可在厭氧條件下利用小分子的羧酸、醇等有機(jī)物作為底物[5]，為陽極微生物提供碳源，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而通過觀察引入毒物后電壓、電流以及輸出功率等電信號(hào)的抑制情況直觀反映水質(zhì)狀況，具有無需外部供能、額外添加信號(hào)轉(zhuǎn)換器、操作簡單、易于攜帶等特點(diǎn)，在實(shí)時(shí)定量毒物監(jiān)測方面表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力[6-9]。自MFC傳感器問世以來，相關(guān)研究人員圍繞該技術(shù)在重金屬和抗生素等污染水體監(jiān)測方面開展了大量研究工作，盡管取得了一定的研究進(jìn)展，但MFC傳感器在監(jiān)測過程中普遍存在的靈敏度低、響應(yīng)時(shí)間長、檢出限高以及線性范圍窄等問題并沒有從根本上得到改善[10-11]。因此，深入挖掘影響MFC傳感器性能指標(biāo)的潛在因素，并提出合理的解決方案以進(jìn)一步優(yōu)化MFC傳感檢測性能尤為重要。

基于上述分析，本文從MFC電化學(xué)傳感技術(shù)的基本原理入手，綜述了MFC傳感器在重金屬及抗生素等典型毒物監(jiān)測領(lǐng)域的研究進(jìn)展，重點(diǎn)解析了調(diào)整反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、優(yōu)化運(yùn)行模式、改變布水方式及縮短水力停留時(shí)間等策略對提升MFC傳感器靈敏度、縮短響應(yīng)時(shí)間、降低檢出限等方面的積極影響，旨在獲得提升MFC傳感器性能參數(shù)的有效方法，從而為推動(dòng)MFC傳感技術(shù)的發(fā)展及其在水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域的推廣提供理論依據(jù)。

1 MFC傳感器的工作原理、運(yùn)行模式及影響因素

1.1 MFC傳感器工作原理

MFC傳感器是基于微生物電化學(xué)技術(shù)發(fā)展起來的一種便捷的傳感檢測裝置，通常由生物陽極、非生物陰極、外電路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4個(gè)部分構(gòu)成(圖1)。當(dāng)MFC傳感器正常運(yùn)行時(shí)，附著在生物陽極表面的厭氧產(chǎn)電菌可通過催化氧化過程將有機(jī)物分解產(chǎn)生電子，進(jìn)而將生成的電子傳遞到陽極并經(jīng)外電路遷移到非生物陰極與O2、鐵氰化鉀、六價(jià)鐵酸鹽等電子受體發(fā)生還原反應(yīng)，并產(chǎn)生電流，從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)化[12]。而當(dāng)MFC傳感器暴露于毒性目標(biāo)物時(shí)，由于陽極微生物的活性受到抑制，會(huì)直接損害整個(gè)裝置的產(chǎn)電性能。利用這一性質(zhì)，將電活性微生物作傳感元，通過在目標(biāo)毒物的濃度與MFC傳感器的電信號(hào)如電壓、電流、電功率等變化(ΔU、ΔI、ΔP)以及抑制率(IR)間建立線性關(guān)系，以此來表征傳感元與目標(biāo)物之間的識(shí)別過程，即可達(dá)到實(shí)時(shí)定量監(jiān)測預(yù)警的目的[13-15]?；谏鲜雒枋隹芍煌贛FC在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，MFC傳感器更關(guān)注的是燃料電池在不同條件下輸出電信號(hào)的變化量，而不是一味地追求高的輸出功率。這也在一定程度上彌補(bǔ)了由于輸出功率不足制約MFC技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的進(jìn)一步發(fā)展，使得MFC技術(shù)在傳感檢測領(lǐng)域表現(xiàn)出更大的應(yīng)用前景。

圖1 MFC傳感檢測裝置示意圖Fig.1 Schematic Diagram of MFC Sensor Detection Device

1.2 MFC傳感器的構(gòu)型及運(yùn)行模式

1.2.1 MFC傳感器構(gòu)型

圖2 (a)雙室MFC傳感器示意圖[16]，(b)單室MFC傳感器示意圖[17]，(c)帶有膜電極組的單室MFC傳感器示意圖[18]Fig.2 (a) Two-Compartment MFC Sensor[16], (b) Single-Compartment MFC Sensor[17], (c) Single-Compartment MFC Sensor with Membrane Electrode Group[18]

1.2.2 MFC傳感器運(yùn)行模式

按照運(yùn)行模式的差異，可將用于毒物監(jiān)測的MFC傳感器劃分為恒定外阻(constant external resistance，CER)[21]和恒定陽極電勢(constant anode potential，CAP)[22]2種運(yùn)行模式(圖3)。在CER模式下，首先需借助極化曲線測出裝置的內(nèi)阻，然后參考內(nèi)阻阻值在其附近選取外阻值，使MFC傳感器的輸出功率最高、性能最優(yōu)，最后通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)監(jiān)測外阻兩端電壓(或通過歐姆定律轉(zhuǎn)化為電流)的變化實(shí)現(xiàn)對毒物的監(jiān)測。該模式的優(yōu)勢在于操作簡單、運(yùn)行成本低(避免了恒電位儀和參比電極的使用)；不足之處在于陽極電勢不恒定、傳感器的信號(hào)穩(wěn)定性差，當(dāng)毒物進(jìn)入陽極抑制微生物活性打破原有平衡后，該模式會(huì)通過增加陽極電勢的形式抵消這種變化，進(jìn)而影響傳感器對毒物的靈敏度[23]。CAP模式是借助電化學(xué)工作站在三電極模式下向陽極表面施加適合厭氧產(chǎn)電菌生長的恒定電勢，同時(shí)記錄電流信號(hào)的變化實(shí)現(xiàn)傳感監(jiān)測。與CER模式相比，CAP模式提升了傳感器的靈敏度及穩(wěn)定性[22-24]。然而，工作站和參比電極的引入在一定程度上制約了MFC傳感器的小型化應(yīng)用。此外，在陽極表面施加恒電位后，電化學(xué)過程在傳感檢測過程中發(fā)揮的作用不容忽視，并且加電模式也在一定程度上掩蓋了MFC傳感器無需外加電源便可輸出電信號(hào)這一固有優(yōu)勢。

圖3 (a)恒定外阻(CER)的MFC傳感器示意圖[21], (b)恒定陽極電勢(CAP)運(yùn)行模式的MFC傳感器示意圖[22]Fig.3 (a) MFC Sensor Schematic of Constant External Resistance (CER)[21], (b)MFC Sensor Schematic of Constant Anode Potential (CAP)[22]

1.3 影響MFC傳感器電信號(hào)的環(huán)境因素

根據(jù)MFC傳感器的工作原理可知，在水體毒物監(jiān)測過程中，陽極厭氧產(chǎn)電菌活性的高低是決定其傳感監(jiān)測性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。因此，影響厭氧微生物代謝活性的環(huán)境因素，如DO、微量元素、環(huán)境溫度以及溶液pH等都會(huì)影響最終MFC傳感器的性能[25-26]。

在MFC傳感器中，發(fā)揮產(chǎn)電作用的微生物大多是厭氧或兼性厭氧菌，因此，DO的存在會(huì)對厭氧產(chǎn)電菌的活性造成不同程度的抑制，進(jìn)而對MFC傳感器的性能產(chǎn)生不利影響。Yang等[27]考察了陽極基質(zhì)液曝氮?dú)馓幚韺FC傳感器電信號(hào)恢復(fù)速度的影響，發(fā)現(xiàn)曝氮?dú)馊コ鼶O后，MFC傳感器電信號(hào)恢復(fù)周期明顯縮短，充分說明在MFC傳感器運(yùn)行過程中去除DO的必要性。另一方面，某些金屬元素，如鈣和鐵等是微生物生長所必需的微量元素，可分別作為蛋白酶的激活劑促進(jìn)細(xì)胞膜的形成以及作為細(xì)胞色素和新陳代謝的載體在電子傳遞過程中發(fā)揮重要作用[28-30]。因此，在配置陽極基質(zhì)液時(shí)，往往需要添加適當(dāng)比例的多種微量元素，以保證微生物營養(yǎng)均衡。此外，環(huán)境溫度和溶液pH也是影響微生物活性的重要因素，研究表明，溫度主要影響微生物的活性，進(jìn)而影響生物膜的形成速率及裝置的輸出功率[31]。厭氧產(chǎn)電菌的最適生長溫度在35～38 ℃，因此，MFC傳感器適用的環(huán)境溫度也大多控制在35～38 ℃。而關(guān)于微生物生長最適pH的研究，不同體系得出的結(jié)論也略有差異。例如，He等[32]研究表明，在偏堿性條件下(pH值=8～10)，厭氧微生物產(chǎn)電性能更佳；而Mohan等[33]和Jadhav等[34]研究卻發(fā)現(xiàn)適當(dāng)降低溶液pH會(huì)降低MFC傳感器的內(nèi)阻，從而提高其產(chǎn)電性能。因此，在構(gòu)建MFC傳感器時(shí)，需根據(jù)所接種的微生物菌種的差異，近中性范圍內(nèi)篩選出最適的pH條件，以保證MFC在最優(yōu)外界環(huán)境下運(yùn)行。

2 MFC傳感器的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及優(yōu)化策略

當(dāng)MFC傳感器應(yīng)用于水體毒物監(jiān)測時(shí)，靈敏度和穩(wěn)定性往往是反映其監(jiān)測性能的重要指標(biāo)。靈敏度低和穩(wěn)定性差是阻礙其實(shí)際應(yīng)用的重要瓶頸[35]。靈敏度主要通過響應(yīng)時(shí)間、檢出限等參數(shù)反映。響應(yīng)時(shí)間越短、檢出限越低，說明MFC傳感器對毒物越靈敏；而穩(wěn)定性則通過恢復(fù)速率以及信號(hào)重現(xiàn)性等參數(shù)體現(xiàn)，MFC傳感器受毒物沖擊后，恢復(fù)時(shí)間越短、信號(hào)重現(xiàn)性越好，說明其穩(wěn)定性越強(qiáng)，越能滿足長時(shí)間運(yùn)行的要求。為了提升MFC傳感器的相關(guān)性能，需了解各指標(biāo)的內(nèi)涵及其關(guān)鍵影響因素，從而有針對性地制定優(yōu)化策略。

(1)響應(yīng)時(shí)間

MFC傳感器受到毒物沖擊后，最直觀的響應(yīng)表現(xiàn)在電信號(hào)受抑制上。因此，相關(guān)研究人員常將從毒物進(jìn)入傳感器開始到其電信號(hào)達(dá)到或接近最低點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間定義為響應(yīng)時(shí)間。盡管不同傳感器在裝置結(jié)構(gòu)、運(yùn)行模式、毒物濃度以及陽極微生物狀態(tài)等方面均存在差異，相關(guān)文獻(xiàn)中報(bào)道的各傳感器應(yīng)用于毒物監(jiān)測時(shí)的響應(yīng)時(shí)間也各不相同，具體表現(xiàn)在變化從幾分鐘至數(shù)個(gè)小時(shí)不等[35-37]。但對于縮短傳感器響應(yīng)時(shí)間、提升其監(jiān)測靈敏度的調(diào)控方法，仍有規(guī)律可循。

在MFC傳感器中，陽極厭氧產(chǎn)電菌的活性是決定其響應(yīng)時(shí)間的關(guān)鍵因素。單位時(shí)間內(nèi)，微生物接觸到毒物的濃度越高，其信號(hào)被抑制并達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間越短。因此，縮小反應(yīng)器的體積和加快水流速度都是縮短響應(yīng)時(shí)間的有效方法。然而，上述2種方法在縮短響應(yīng)時(shí)間的機(jī)理方面存在明顯差異，前者是通過增加毒物在陽極微生物附近的暴露濃度使其活性受抑制；而后者是加快毒物到生物陽極的傳質(zhì)效率縮短微生物對毒物的響應(yīng)時(shí)間。相應(yīng)地，Moon等[38]將MFC傳感器陽極室的體積從25 mL縮小到5 mL后，發(fā)現(xiàn)傳感器對毒物的響應(yīng)時(shí)間明顯縮短(從36 min左右縮短至5 min左右)；Di等[39]研究也得到了類似的結(jié)論，當(dāng)MFC傳感器陽極室的體積減至原體積的1/4時(shí)，其響應(yīng)時(shí)間與原來相比減少了80%。而在另一項(xiàng)研究中，Ayyaru等[40]通過提升進(jìn)水流速(從0.26 mL/min升至0.73 mL/min)，也達(dá)到了縮短響應(yīng)時(shí)間的目的(從240 min降至79 min)。此外，優(yōu)化外電路連接情況也是縮短響應(yīng)時(shí)間的有效辦法，該方法可通過控制電路中電子傳遞速度實(shí)現(xiàn)對陽極微生物活性的調(diào)節(jié)，進(jìn)而影響傳感器的響應(yīng)時(shí)間。例如，適當(dāng)縮小CER模式下外接電阻阻值是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的簡單途徑，然而，當(dāng)MFC傳感器的外阻過小時(shí)，難以保證信號(hào)的穩(wěn)定性。

(2)檢出限

當(dāng)MFC傳感器應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測時(shí)，其對毒性物質(zhì)的檢出限應(yīng)該盡可能低，以保證水體中這些毒物濃度一旦超標(biāo)，MFC傳感器能夠及時(shí)做出響應(yīng)。然而，目前大多數(shù)MFC傳感器的檢出限達(dá)不到世界衛(wèi)生組織飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中對毒性物質(zhì)的濃度限值要求，差距從幾倍至幾個(gè)數(shù)量級(jí)不等。因此，了解制約其檢出限的因素并尋求合理的解決方案尤為必要。

研究表明，與浮游狀態(tài)的微生物相比，當(dāng)這些微生物附著在陽極表面并形成生物膜后，這些微生物對毒性物質(zhì)的敏感性要降低10～600倍[41]。分析原因可知，生物膜狀態(tài)的細(xì)胞周圍會(huì)形成大量的胞外聚合物，而正是這部分胞外聚合物的屏障作用，阻礙了毒物從水體到微生物細(xì)胞的傳質(zhì)過程，導(dǎo)致MFC傳感器的檢出限普遍偏高。基于上述分析，優(yōu)化陽極表面生物膜的結(jié)構(gòu)無疑是促進(jìn)毒物與微生物細(xì)胞接觸，從而降低MFC傳感器檢出限的重要途徑。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，相關(guān)研究人員主要從電極結(jié)構(gòu)優(yōu)化和布水方式調(diào)控2個(gè)方面開展研究，并取得了一定的研究成果。例如，Xu等[42]利用水流的沖刷剪切作用，在陽極表面控制生長出一層孔隙率高、胞外聚合物少、密度低的生物膜，明顯提升了生物陽極對低濃度Cu2+的響應(yīng)能力；蔣永[22]通過優(yōu)化流態(tài)分布，構(gòu)建了水流垂直穿透式生物陽極。與常規(guī)的水流從電極表面平行流過(側(cè)流式生物陽極)相比，垂直穿透式陽極的流態(tài)分布更加均勻、毒物在生物膜內(nèi)部的傳質(zhì)效率更快，使得該傳感器對2 mg/L的Cu2+的響應(yīng)信號(hào)明顯增強(qiáng)(ΔI從0.02～0.06 mA提升至0.76～1.55 mA)，靈敏度提高了15～41倍。

(3)恢復(fù)性能及重現(xiàn)性

MFC傳感器性能穩(wěn)定是確保其長時(shí)間原位在線運(yùn)行的前提。微生物活性易受環(huán)境因素影響，導(dǎo)致以之為傳感元的MFC傳感器性能上存在極大隱患。因此，在受到毒物沖擊后傳感器的信號(hào)能否恢復(fù)至原始狀態(tài)以及對相同濃度毒物沖擊后能否得到接近的信號(hào)抑制率是使用過程中關(guān)注的重要指標(biāo)。

在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)生物陽極受到毒物沖擊并超過一定限度時(shí)，會(huì)對其性能造成不可逆的損傷。相關(guān)研究人員常用MFC傳感器受毒物沖擊并經(jīng)恢復(fù)階段后，新輸出的電信號(hào)與毒物沖擊前所輸出的電信號(hào)的比值——恢復(fù)率，來反映其恢復(fù)性能，而恢復(fù)性能的好壞也在一定程度上決定了其基態(tài)信號(hào)能否重現(xiàn)。此外，關(guān)于傳感器輸出電信號(hào)重現(xiàn)性的研究更多的關(guān)注點(diǎn)還是集中在受到毒物沖擊后，其輸出電信號(hào)受抑制情況是否與之前批次相同。由此可見，研究MFC傳感器信號(hào)重現(xiàn)性需要有良好的恢復(fù)性作保障，而其恢復(fù)性能又與微生物活性密切相關(guān)。多種影響微生物活性的因素，如毒物毒性、濃度、暴露時(shí)間以及微生物自身對毒物毒性的抵抗能力等，都會(huì)對其造成影響。理論上，毒物的毒性越大、濃度越高、陽極微生物暴露在毒物介質(zhì)的時(shí)間越長，毒物對微生物的損傷越大，導(dǎo)致MFC傳感器越不容易恢復(fù)到原始狀態(tài)。Lee等[43]研究發(fā)現(xiàn)，同樣是甲醛作目標(biāo)毒物，0.001%的甲醛不會(huì)對MFC傳感器的恢復(fù)性能造成影響，而當(dāng)甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.1%時(shí)，該傳感器的恢復(fù)率僅有85%；Li等[44]發(fā)現(xiàn)以硫還原地桿菌(Geobactersulfurreducens)為陽極微生物構(gòu)建的MFC傳感器在甲醛剛從反應(yīng)器沖走時(shí)信號(hào)恢復(fù)率僅為60%，延長恢復(fù)時(shí)間至36 h信號(hào)才能完全恢復(fù)。說明微生物在受到毒物沖擊后具有一定的自我修復(fù)能力，但需要保證有足夠的調(diào)整時(shí)間。而一項(xiàng)研究提供了一條通過優(yōu)化MFC傳感器運(yùn)行模式來提升其恢復(fù)性能的有效途徑，研究指出與CAP模式相比，CER模式為陽極微生物提供了靈活可變的電勢條件，使其能夠通過充分調(diào)動(dòng)自身代謝活動(dòng)來提升修復(fù)效率[24,45]?；诖?，相關(guān)研究人員通過利用數(shù)學(xué)模型模擬信號(hào)變化趨勢、引入多組平行備用反應(yīng)器替代中毒裝置以及優(yōu)化運(yùn)行模式等多種手段，減少M(fèi)FC傳感器在毒物中的暴露時(shí)間，保證其具有較好的信號(hào)穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，以滿足連續(xù)在線監(jiān)測需求。

3 MFC傳感器的發(fā)展趨勢

MFC傳感器作為一種新型的水質(zhì)監(jiān)測工具，因具有直接利用水中有機(jī)物產(chǎn)電，并通過電信號(hào)的增減情況判斷水體受污染程度的性質(zhì)，在環(huán)境工程及傳感監(jiān)測等相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展，MFC傳感器在DO和BOD5監(jiān)測方面已取得一定進(jìn)展，如韓國Korbi公司開發(fā)的HABS-2000在線BOD分析儀以及Lovley等[46]研發(fā)的地下微生物活性實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)(subsurface microbial activity in real time，SMART)實(shí)現(xiàn)了MFC傳感技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。而當(dāng)MFC應(yīng)用于毒物監(jiān)測時(shí)，由于MFC傳感器在靈敏度、穩(wěn)定性、構(gòu)型及成本等方面存在較大的局限性，使得這方面的研究大多仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段?？朔鲜霾蛔闶荕FC毒物傳感器發(fā)展的必然趨勢，也是相關(guān)研究人員努力的方向。

為滿足水質(zhì)毒物在線監(jiān)測需求，未來MFC傳感器應(yīng)具備以下特征。

(1)原位監(jiān)測。為了實(shí)時(shí)監(jiān)測水質(zhì)狀況，未來MFC傳感器需具備原位監(jiān)測能力。不同于實(shí)驗(yàn)室模擬廢水所提供的理想條件，自然水體水質(zhì)復(fù)雜程度更高，有機(jī)物、DO以及水溫等往往達(dá)不到厭氧產(chǎn)電菌的最適工作條件，因此，需配備完善的補(bǔ)給保障設(shè)施以及自動(dòng)化采樣、混合、進(jìn)樣設(shè)備以實(shí)現(xiàn)原位在線運(yùn)行。

(2)快速檢測，性能穩(wěn)定。高靈敏性和穩(wěn)定性是保障MFC傳感器在線運(yùn)行的基礎(chǔ)，而微生物活性以及傳感器的構(gòu)型是影響上述性能的重要因素。篩選耐受性強(qiáng)、活性高的特異性菌種是未來MFC毒物傳感器領(lǐng)域要攻克的重要難關(guān)；而小型化和多組平行的反應(yīng)器構(gòu)型，因具有縮短響應(yīng)時(shí)間、保障微生物中毒后及時(shí)恢復(fù)以及連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行等優(yōu)勢，也是未來MFC毒物傳感器發(fā)展的必然趨勢。此外，得益于納米技術(shù)的飛速發(fā)展，開發(fā)生物兼容性高、導(dǎo)電性好的納米材料改善生物陽極性能、同時(shí)提升陰極反應(yīng)效率也是進(jìn)一步提升MFC傳感器性能的重要手段。

(3)智能化與模型化。MFC毒物傳感器主要通過電信號(hào)抑制程度反映水體污染情況，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，需要借助其在毒物毒性與MFC電信號(hào)抑制率間建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，以便實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)警。

(4)成本低廉。為了推動(dòng)MFC傳感器的商業(yè)化，降低成本是必然趨勢。而質(zhì)子交換膜和電極材料占據(jù)了MFC傳感器的主要開銷，開發(fā)廉價(jià)高效且耐用的交換膜及電極材料，推動(dòng)空氣陰極和生物陰極的應(yīng)用是未來研究的重要方向。