微生物傳感器研究進展及在環(huán)境監(jiān)測中的應用

馮沖

（遷安市環(huán)境保護局 河北遷安 064400）

微生物傳感器研究進展及在環(huán)境監(jiān)測中的應用

馮沖

（遷安市環(huán)境保護局 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)境狀況進行檢測的原理等等。介紹多種檢測方法，對其在實際監(jiān)測應用中所欲問題進行分析。

微生物傳感器；環(huán)境監(jiān)測；生物有效性

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

1 微生物傳感器結構以及功能

微生物傳感器的組件有固定化微生物、輸出信號裝置以及能量轉換器三大類。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產(chǎn)生出來進而發(fā)出光和熱，通過對產(chǎn)生的光和熱進行感應進而定量測定待測物質。

微生物傳感器中的換能器，電化學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)了較為先進的換能器，即燃燒電池、光敏二極管、場效應晶體管等等的換能器；業(yè)內人士認可發(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，外界電磁場并不會干擾此傳感器的檢測效率，被當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行限制的同時還要保障微生物不會流失、并且使得微生物具備良好的固有活性以及機械性能。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的直接影響。就目前而言，固定化技術有物理、化學之分。其中的化學法就是交聯(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，固定化技術中的化學方法交聯(lián)法的原理在于通過對雙功能試劑的利用，進而使得微生物活性物質產(chǎn)生惰性或者直接于轉換元件上對共價鍵進行結合。

2 微生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應用

通過利用微生物傳感器來對生物需氧量進行檢測，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行測定，要想實現(xiàn)在線監(jiān)測需要耗費大量的時間以及精力。但是采用微生物傳感器對生物需氧量進行測定能夠大幅度縮短監(jiān)測時間，通常只需一刻鐘的時間即可完成，同時還大幅度提升了重現(xiàn)性。

利用微生物傳感器來對環(huán)境中的污染物進行監(jiān)測，表面活性物質作為一種使用廣泛的有機化合物，在利用的同時對環(huán)境的污染也是比較嚴重的。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行檢測的傳統(tǒng)檢測方法比較復雜，因此我國科學家們?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行分離篩選，這種菌種具備專性、好氧等的特點，利用兩片醋酸纖維素夾住此菌體，制成夾層式微生物膜，進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行確定的。化學分析方法是無法實現(xiàn)對其進行測定的。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有的特點，在環(huán)境監(jiān)測領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當注重發(fā)展以下幾個方面的問題：發(fā)展實際監(jiān)測過程中響應時間、發(fā)展研制便攜式傳感器以及注重信號轉換問題、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)由于實際使用中的假陰性問題導致的錯誤監(jiān)測結果。影響微生物細胞生長的因素有很多，有可能導致監(jiān)測結果出現(xiàn)誤差，結果不準確。就實際出現(xiàn)的假陰性問題可通過雙報告基因系統(tǒng)進行解決。導入部分數(shù)量恒定、并沒有高水平表達的基因，將導入基因表達狀況當作基線來對環(huán)境總毒性進行檢測，另一個報告基因系統(tǒng)則對目標毒物進行指示。

4 結語

根據(jù)微生物傳感器監(jiān)測的快捷性以及再現(xiàn)性，在當代以及未來的環(huán)境監(jiān)測分析領域都會有良好的發(fā)展前景。雖然在該領域已經(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.微生物細胞傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應用研究進展[J].土壤學報,2008,03:15.

[2]周仕林，劉冬.生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應用[J].理化檢驗（化學分冊）,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)測中的應用[J].污染防治技術,2014,04:20.

[5]金靜.微生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應用進展[J].價值工程, 2010,08:08.