海洋環境監測中的生物傳感技術

吳勇劍，張 永，苑克磊，劉曉飛

（1.國家海洋局北海預報中心，山東 青島266061；2.國家海洋局大連海洋環境監測中心站，遼寧 大連116015）

引言

21 世紀是一個利用海洋的世紀，中國更加重視在海洋資源可持續利用和可持續發展范圍內保護海洋環境。特別是用于監測和保護第三方海洋監測生態系統的生物傳感技術，主要是基于生物污染物敏感元素的生物、化學和細胞反應的海洋生物監測技術。它們非常敏感，可能與生長、繁殖、新陳代謝和生存等指標直接相關，從而污染人口、社區和生態系統。評價和影響預測。許多傳感器（生物傳感器和其他類型的傳感器）已經開發出來，用于環境監測，這些傳感器非常具體，非常敏感。在復雜的系統中快速分析，并能在網上連續跟蹤，它廣泛應用于生命科學、醫學檢驗、食品安全和監測等領域。這些環境應用是用于海洋監測的生物傳感器的開發開始的探測環境。本文綜述了海洋生物傳感器在監測中的應用。

1 生物傳感技術的發展

目前，在生物電子學領域，結合生物技術和電子技術，我們致力于生物傳感器的研發。生物傳感器將微生物固定在膜上，通過氧電極和二氧化碳電極的組合（將膜上的變化轉化為電信號）形成一個類似的轉換器來測定化學物質。現在的生物傳感器的產品在生物醫學領域被廣泛地看到。主要用于生物醫學領域的快速和代謝狀態的診斷。在制藥和食品工業等領域，為了實現生物傳感器的快速監控，受到重視和發展。

生物傳感器在環境污染物和毒物評估中具有特殊的適用性和參考作用，并且還可以利用矩陣特異性等性質對化學物質進行定量。國外成功使用生物傳感器監測廢水中毒物的生物氧要求量。在國內，中國科學院武漢病毒研究所等正在進行這方面的研究。從活性污泥中得到的微生物被固定在氧電極表面，設計了呼吸性測定方式的生物傳感器可以在20 分鐘以內顯示廢水等生物氧要求量的值。

除了生物需要氧氣外，海洋環境中氨、硝酸鹽和亞硝酸鹽等的含量對海洋生物的生存有直接影響。這些參數實現了在廢水處理等場合利用生物傳感器的實時在線監測。國內剛剛開始研究氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽等生物傳感器在海洋環境監測中的應用等。這種全細胞生物傳感器主要用于寬污染光譜的環境監測。將硝酸鹽和亞硝酸鹽還原菌與氧、氫電極結合，研制了一種用于污染物檢測的生物傳感器。問題是選擇適合海洋環境的細菌等微生物。生物傳感器在提供新的、實用的環境監測手段的同時，還具有低成本、容易制作、在線檢查和測試系統大幅度簡化等優點，因此受到海洋環境科學家的關注。

在環境物理監測中，迅速獲得一般環境信息比檢測特別污染更為重要。因此，除了上述生物傳感器外，國家海洋環境觀測中心開發了一種生物生理傳感器，用于監測污染，包括海洋環境，該傳感器利用兩種海洋貝殼的生物生理特性，如活模具。用于監視環境模具壽命約為10年，是世界上最快的物種之一。在海水溶解的氧氣不到4毫克/升和氮含量低的惡劣條件下，這種物質廣泛分布，具有抗藥性，并可在短期內生活。超過400 毫克/立方米。同時，它每24 升海水的過濾能力很強，每隔45.5 升。我國海洋環境污染的生物監測選擇模具為生物指示性數字生物生理控制傳感器與檢測振動、紊亂等變化的其他傳感器粘合在乙烯盤上。并將封閉信號和其它模具檢測信號發送到微機上，用于處理統計，用于研究和分析海洋環境和其他污水源的水污染。

生物傳感器將提供技術工具和有利條件，以發展迅速、高靈敏度、低成本和復原的海洋環境監測系統。也許在未來使用更多的生物傳感器監測海洋污染，以促進海洋的開發和利用。

2 生物傳感技術在檢測中的具體體現

2.1 營養鹽的檢測

由于氮、磷、硅等植物營養物質濃度過高，水質富營養化會加速水生生物特別是藻類的大規模擴散，改變生物群落結構，破壞生物多樣性，破壞環境質量平衡，早期監測營養物含量，特別是硝酸銨和磷酸銨的含量，都是溢油預警的關鍵，但沒有進一步報告硝酸鹽、硝酸鹽酶和微生物探針。用于檢測硝酸鹽和亞硝酸鹽的亞硝酸鹽酶傳感器主要使用還原硝酸鹽和亞硝酸鹽，受可用性和組成限制，硝酸鹽和還原性固氮酶可從許多生物源中分離出來并用于此目的。

硝酸鹽抗性細菌（不含氮氧化物）固定在傳感器中硝酸鹽抗性細菌還原硝酸鹽氮氧化物電化學檢測該傳感器在淡水和海水中與亞硝酸鹽和硝酸鹽反應良好，目前用于鹽檢測的生物傳感器很少。銨離子選擇電極和傳感器通常用于銨鹽檢測化學。由于海水中干擾離子濃度較高，這些傳感器不能直接用于海水檢測。目前文獻中沒有報道非硅酸鹽離子傳感技術在海洋環境監測中的應用。

2.2 生物物種檢測

生物傳感器及其相關生物傳感器的迅速發展，擴大了其在微生物多相分類環境科學中的應用，特別是在鑒別物種和適宜行為方面發揮著重要作用，積極參與分子系統和生物資源的開發，致力于微生物多相分類環境科學的研究新生物群的發現和發展，特別是新的生物群，也發現了一些未知的環境，作為鑒定技術進行使用。

該系統的主要目標是利用基因技術來確定海洋微生物的作用。遠程探測含水層微生物可以實時檢測和識別分子。該系統的自動開發不僅節省了大量的資金，而且大大降低了海洋生物研究的成本，為海洋生物檢測研究提供了技術支持。

2.3 污染物的檢測

海洋污染物可以通過人類活動，以直接或間接的方式進入海洋環境之中，引起物質和能量的影響。許多海洋有害污染物在很大范圍內，我們需要嚴格控制這些污染物的排放。含有石油和殺蟲劑、防污材料、重金屬離子和毒素。

生物傳感器已開發出一種傳感系統，以挑戰未來對海洋監測設備的需求預測和觀察，如營養鹽、抗生素試劑、殺蟲劑、激素干擾和分子生物學分類系統。用于海水和海水中有機磷和氨基酸鹽的檢測，食品用乙酰膽堿酯在絲網印刷電極上的應用，從而降低了批量生產和使用成本一次性的多壁碳納米管和經分層自組裝技術改性的乙酰膽堿酯酶傳感器檢測到水中的氨基甲酸酯。大多數生物傳感器檢測殺蟲劑是基于低成本抑制乙酰膽堿的生物傳感技術。

此外，其他免疫傳感器可用于檢測殺蟲劑，例如含有殺蟲劑的免疫傳感器。以及檢測有機提取物和水樣品的方法，使用細胞傳感器檢測這些物質不僅更加困難，而且還提供了生物利用率和生理反應方面的信息，與酶傳感器不同，只對一種物質作出反應，通常受到重金屬的干擾，這是一個負面的方面。

海洋監測的另一個重要方向是受海洋環境和沙眼鉆井液污染的氣田的排水（也稱為石油污染）。一般來說，水提取成分非常復雜，含有消泡劑。生物殺蟲劑、樹脂和乳狀液對這些復雜系統產生一系列急性毒性作用或柱狀物，如果采用相關的化學或物理技術進行監測，則相對靈敏、準確、特異。然而，目前關于生物相容性、污染物對生物系統的影響和環境毒性的報道還不充分，生物檢測系統非常適合微生物的一般毒性試驗，提供了一系列有關微生物的數據。

另一種廣泛污染的海水和沉積物污染物是防止污染的物質。有機錫化合物是丁基錫（TBT）。據報道，某些濃度的有機酸對水生生物有害，這是國際海事組織禁止的。雖然有機錫中毒濃度較低，但在目前正在檢測的生物傳感器中，錫的最低檢出限范圍內的最低毒性濃度無法檢測，有待進一步研究。在基于細菌生物發光的生物傳感器之前，TBT 的檢測限值為26mg/L，從而將系統D 中的DBT（過氧化氫）的檢測限制為0.03pg/L。檢測生物傳感器的TBT 檢測限為325ng/L，這是報告的最低檢測限值。因此，有必要進一步改進有機錫生物傳感器的檢測技術。

2.4 發光菌水污染監測傳感器

隨著海洋工業的發展，海洋污染物的數量也在迅速增加。許多有毒污染物流入湖泊、河流和海洋，對水生生態系統造成環境和生物破壞，這給海洋環境帶來了更大的壓力，使得很難確定水生生物和其他污染物的實際毒性，因此，水生生物都是使用和毒理學的對環境樣品進行測試。良好的環境雖然急性毒性試驗時間長、費用高，但不是常規方法，但魚類毒性試驗是最常用的常規方法，由于試驗周期長、操作繁瑣，受魚類試驗條件的限制，難以達到標準化標準。電致發光法測定的細菌毒性與其他水質指標一致，可以反映水體的毒性。

目前，我國水污染存在突發性污染的特點，主要由事故排放和非法排放引起。隨著污染物濃度的增加，整個流域的生命周期將逐漸消失。

3 生物傳感技術在環境監測中的具體應用

環境監測中的生物傳感器教學是通過穩定、檢測速度和生物檢測技術的再利用提高環境監測水平和質量的有效手段。

3.1 生物傳感技術應用有毒物質的檢測

環境中有毒物質的存在，不僅影響環境的穩定，也影響著人們的身心健康。生物檢測技術作為有毒物質監測的一部分，可以在科學上提高有毒物質檢測的效率和質量。環境科學檢測環境中有毒物質的生物檢測技術主要是以大腸桿菌為基礎的細菌呼吸活性的釋放指標保護區環境有毒物質影響細菌的呼吸能力和呼吸效果里爾生物傳感器被放置在為了提高環境監測的有效性和敏感性，使環境監測結果更可靠，應在環境監測區內確定有毒物質的等級和毒性，并對其進行評價。

3.2 農藥檢驗

殺蟲劑是減少植物蠕蟲的有效手段，但作為其有效使用的一部分，過量的殺蟲劑會隨著水流而污染水體的其余部分。水環境監測框架生物識別技術用于檢測各種農藥并獲取硫中農藥的信息。在水農藥檢測中，農藥的主要活性物質乙酰膽堿酯酶生物傳感器對水中農藥濃度的測定，提高了測定效率、準確度和可靠性，并采用了環境監測磷根據環境監測的實際需要，可以降低成本。

3.3 表面活性物質檢查

表面活性物質不僅造成水體大面積污染，還會在水面產生大量氣泡，并大量減少人體內的含氧量，大量動植物死亡，影響環境的健康和可持續發展。為了提高環境監測質量，采用生物傳感技術對表面活性物質進行檢測，檢測過程中主要利用LAS 對細菌的呼吸作用，有效地判斷表面活性物質的濃度。利用生物傳感技術檢測表面活性物質，有利于提高檢測質量和檢測效果，降低成本，有利于提高質量監測水平，為水資源保護提供參考。

3.4 微生物數量檢測

微生物的數量會影響環境。當微生物數量超標時，就會影響環境。生物傳感技術被用來測量生物體的數量。主要通過電極和輔助設備的微生物進行測定。有效地提高了微生物數量的檢測效率，縮短了檢測時間。

4 結束語

海洋生態系統的破壞和環境污染，特別是資源和沿海地區的污染，嚴重阻礙了經濟發展和人民生活水平的提高，甚至威脅到我們未來的生存、環境保護和發展。監測海洋環境是下世紀初一項緊迫而艱巨的任務，在未來保護海洋環境方面發揮關鍵作用，化學和生物技術將發揮關鍵作用。環境監測是環境保護和污染控制的重要前提。考慮到需要改進環境質量環境賬戶，并通過檢測和預防環境污染不斷改變環境監測的質量和有效性，環境監測組織繼續尋找一種有效的方法來提高測試的效率和質量。生物傳感器技術在環境監測中的應用降低了檢測成本。同時使結果更加現實和有效，滿足環境監測的實際需要，幫助保護環境，促進創造健康、綠色和可持續的環境。