微生物傳感器研究進展及在環境監測中的應用

馮沖

（遷安市環境保護局 河北遷安 064400）

微生物傳感器研究進展及在環境監測中的應用

馮沖

（遷安市環境保護局 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，現狀如何以及其在環境監測中的利用效果，對環境狀況進行檢測的原理等等。介紹多種檢測方法，對其在實際監測應用中所欲問題進行分析。

微生物傳感器；環境監測；生物有效性

微生物傳感器實現對環境中毒性以及污染物進行監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境中的總毒性及污染物進行感應以達到監測目的。微生物細胞傳感器的原理在于利用固定化方法連接監測環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，而這種優勢是一般化學檢測手段所不可實現的，因此，微生物細胞傳感器在未來的環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生出來進而發出光和熱，通過對產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；業內人士認可發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展取得了明顯成就，發展較為迅速，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 微生物傳感器在環境監測中的應用

通過利用微生物傳感器來對生物需氧量進行檢測，作為廢水監測重要參數的生物需氧量，通常采用五日生化法來進行測定，要想實現在線監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性。

利用微生物傳感器來對環境中的污染物進行監測，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檢測方法比較復雜，因此我國科學家們為了解決這一問題，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，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對其進行測定的。天然微生物被微生物傳感器所適用，經研究發現，此法的優點在于速度快、操作簡便等等。微生物傳感器中的發光微生物傳感器是至今為止最為普遍的一種用來監測生物毒性的微生物傳感器。現在世界上也有很多種利用微生物傳感器來監測生物毒性的方法。

3 微生物傳感器在未來的發展前景

微生物傳感器憑借其自身獨有的特點，在環境監測領域具有非常重要的地位。在未來發展微生物傳感器我們應當注重發展以下幾個方面的問題：發展實際監測過程中響應時間、發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定性以及一致性保持平穩、避免出現由于實際使用中的假陰性問題導致的錯誤監測結果。影響微生物細胞生長的因素有很多，有可能導致監測結果出現誤差，結果不準確。就實際出現的假陰性問題可通過雙報告基因系統進行解決。導入部分數量恒定、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境總毒性進行檢測，另一個報告基因系統則對目標毒物進行指示。

4 結語

根據微生物傳感器監測的快捷性以及再現性，在當代以及未來的環境監測分析領域都會有良好的發展前景。雖然在該領域已經取得了一定的成就，但是影響其發展的因素還是有很多，未來的發展道路還很漫長。

[1]陳高，董元華.微生物細胞傳感器在環境監測中的應用研究進展[J].土壤學報,2008,03:15.

[2]周仕林，劉冬.生物傳感器在環境監測中的應用[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].河北工業科技,2004,12:30.

[4]俞衛忠，陳建.生物傳感器及其在環境監測中的應用[J].污染防治技術,2014,04:20.

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