生物傳感器在環境污染物檢測中的應用

韓 璐，黃大波

(1. 營口理工學院 化學與材料工程系， 遼寧 營口 115014；2. 營口市公安局刑警支隊， 遼寧 營口 115000)

生物傳感器在環境污染物檢測中的應用

韓 璐1，黃大波2

(1. 營口理工學院 化學與材料工程系， 遼寧 營口 115014；2. 營口市公安局刑警支隊， 遼寧 營口 115000)

總結了近年來國內外的研究成果，分別從有機磷農藥檢測、有機氯農藥檢測、酚類及其他有機污染物檢測、重金屬離子檢測等幾方面綜述了生物傳感器在環境污染物檢測中的最新研究進展。

生物傳感器；環境；污染物；檢測；綜述

環境是人類賴以生存的基礎，然而隨著近代石油、化工、農藥等行業的快速發展，污染物的排放量與日俱增，環境問題日益凸顯，引起了全世界的普遍關注，環境監測越來越受到重視[1]。傳統的污染物檢測方法主要以色譜及其聯用技術為主，但是這種方法往往前處理比較復雜，測試周期長，設備昂貴。近年來，隨著生物傳感技術的不斷開發與發展，生物傳感器因其靈敏度高、選擇性好、環境污染小、體積小、攜帶方便、易于實現實時、原位、在線連續監測等優點[2]，被廣泛地用于食品科學、生命科學、環境科學等多領域。本文總結了近年來國內外的研究成果，重點闡述了生物傳感器在環境污染物檢測中的應用。

1 在農藥檢測中的應用

1.1 有機磷農藥

Zourob M等[3]利用pH敏感水凝膠薄膜和有機磷水解酶制備了一種無線磁彈性傳感器。有機磷水解酶可以催化多種有機磷化合物的水解，從而改變水凝膠的pH值，引起水凝膠的膨脹與收縮，通過測量這一粘彈性變化就可以實現對有機磷農藥的檢測。該傳感器用于對氧磷和對硫磷的測定，檢出限分別為1×10-7mol/L和8.5×10-7mol/L。

為了評價農藥和實際廢水的生物毒性，Qian J等[4]研究了一種生物膜修飾的電流型微生物傳感器。以釀酒酵母細胞為高活性生物催化劑，3,5-二氯酚為參考毒物，運用該方法測定了包括乙酰甲胺磷、莠滅凈、福美雙等農藥溶液，并且分析評價了四種實際廢水的生物毒性。

1.2 有機氯農藥

Murthy M R等[5]研制了一種用于有機氯農藥檢測的電位生物傳感器。滴滴涕和六六六在脫氫鹵化酶作用下降解，降解過程中脫氯，氯離子被釋放后，可以通過離子選擇性電極來進行測定，并且電位的響應值與滴滴涕和六六六的降解產物濃度成正比。該方法可以有效的檢測水樣中的滴滴涕和六六六含量。

2 在酚類有機污染物檢測中的應用

酪氨酸酶常用來檢測酚類化合物。Pérez L B等[6]制備了基于酪氨酸酶和碳納米管修飾電極的生物傳感器，用于兒茶酚的檢測。多壁碳納米管促進了酶和電極表面的電子轉移，在最佳工作電位下，測得該傳感器的靈敏度為294mA( mmol/L)-1cm-2，兒茶酚的檢測線性范圍為0.0～0.15mmol/L，檢出限為0.01mmol/L。

Zhou Y等[7]研究了一種基于介孔碳-金/L-賴氨酸膜/金納米粒子表面固定酪氨酸酶的生物傳感器，并將此傳感器與人工神經網絡相結合，實現了堆肥垃圾中鄰苯二酚和對苯二酚的同時測定。人工神經網絡模型的運用可以更好的對堆肥系統的動態、非線性和不確定度等數據進行分析。該方法將鄰苯二酚和對苯二酚的直接檢測線性范圍拓寬到了1.0×10-7～1.1×10-4mol/L 。

3 在其他有機污染物檢測中的應用

Zhou X C等[8]開發了一種免疫型壓電傳感器，通過酶聯免疫競爭法來實現多氯代二苯并二噁英的快速測定。不同濃度的2,3,7,8-四氯二苯并二噁英與固定濃度的酶標記物競爭結合固定在石英晶體表面的小鼠單克隆抗體，抗原抗體的結合產生石英晶體微天平頻率的變化，并且這一變化與2,3,7,8-四氯二苯并二噁英的濃度成比例，線性檢出范圍為 0.01～1.3ng /mL。

Wang H等[9]構建了一種基于RNA核酸適配體的電化學生物傳感器，用于高選擇性的測定孔雀石綠。該傳感器依靠自組裝的方式將孔雀石綠適配體固定在修飾電極上，并通過抗原抗體之間的識別作用，將辣根過氧化物酶標記的孔雀石綠抗體連接到修飾電極上。最后，通過記錄酶催化過氧化氫反應產生的還原電流來實現對孔雀石綠的測定。該方法檢測線性范圍寬至五個數量級，檢出限低至16.3pg/mL。

4 在重金屬離子檢測中的應用

Guo Y等[10]介紹了一種熒光生物傳感器用于Pb2+的檢測。Pb2+存在可以顯著的增強體系的熒光信號，并且當Pb2+濃度在0～100nm范圍內具有線性響應，檢出限為530pM。在多個干擾離子的存在的情況下，該傳感器仍然能表現出良好的選擇性。運用本方法對河水樣品進行了測定，結果令人滿意。

Zhuo B等[11]提出了一種基于DNA修飾電極的電化學發光生物傳感器，用于Hg2+的檢測。當體系中有Hg2+存在時，Hg2+會與電極上的DNA形成穩定的T-Hg2+-T類雙鏈結構，從而導致淬滅劑從電極表面脫離，降低淬滅效率，根據淬滅效率與Hg2+的濃度關系可以實現Hg2+的定量檢測。該方法檢出限低至18pM，為水體中汞離子的檢測提供了一條簡單有效的新途徑。

Wang D等[12]設計了一種基于點擊化學的非酶式生物傳感器，用于銅離子的快速檢測。在抗壞血酸鈉的存在下，Cu2+被還原為Cu+，能夠催化水溶液中DNA的疊氮炔基環加成反應，形成紅色的頻帶。通過優化實驗條件，該方法對Cu2+的檢出限可低至100nm。

5 結語與展望

生物傳感器的出現，為環境污染物的分析與監測提供了一種新手段。雖然生物傳感器在環境領域的應用已經取得了一定的進展，但是仍然存在一些不足，發展尚不完善，真正的生產使用并不多，仍有大量的可開發空間亟待探索。相信隨著科技的進步以及相關學科的不斷發展，生物傳感器的應用前景必定越來越好。

[1] 韓 璐,黃大波.石墨烯修飾電極在環境分析中的應用[J]. 炭素技術, 2017, 36 (1):10-12.

[2] 梁 剛,劉新會.電化學DNA生物傳感器在檢測環境有機污染物中的應用[J]. 環境化學, 2013(7):1388-1397.

[3] Zourob M, Ong K G, Zeng K, et al. A wireless magnetoelastic biosensor for the direct detection of organophosphorus pesticides[J]. Analyst, 2007, 132(4):338.

[4] Qian J, Li J, Fang D, et al. A disposable biofilm modified amperometric biosensor for sensitive determination of pesticide biotoxicity in water[J].Rsc Advances, 2014, 4(98):55473-55482.

[5] Murthy M R, Mandappa I M, Latha R, et al. An immobilized dehydrohalogenase based potentiometric biosensor for the detection of chlorinated pesticides[J]. Analytical Methods, 2010, 9(9):1355-1359.

[7] Zhou Y, Tang L, Zeng G, et al. Simultaneous determination of hydroquinone and catechol in compost bioremediation using a tyrosinase biosensor and artificial neural networks[J]. Analytical Methods, 2014, 6(7):2371-2378.

[8] Zhou X C, Cao L. High sensitivity microgravimetric biosensor for qualitative and quantitative diagnostic detection of polychlorinated dibenzo-p-dioxins[J]. Analyst, 2001, 126(1):71-78.

[9] Wang H, Wang Y, Liu S, et al. An RNA aptamer-based electrochemical biosensor for sensitive detection of malachite green[J]. Rsc Advances, 2014, 4(105):60987-60994.

[10] Guo Y, Li J, Zhang X, et al. A sensitive biosensor with a DNAzyme for lead(II) detection based on fluorescence turn-on.[J]. Analyst, 2015, 140(13):4642-7.

[11] Zhuo B, Li Y, Zhang A, et al. An electrochemiluminescence biosensor for sensitive and selective detection of Hg2+based on π-π interaction between nucleotides and ferrocene-graphene nanosheets[J]. Journal of Materials Chemistry B, 2014, 2(21):3263-3270.

[12] Wang D, Ge C, Wang L, et al. A simple lateral flow biosensor for the rapid detection of copper(II) ions based on click chemistry[J]. Rsc Advances, 2015, 5(92):75722-75727.

(本文文獻格式：韓 璐，黃大波.生物傳感器在環境污染物檢測中的應用[J].山東化工，2017，46(12)：84-85.)

Application of Biosensor for the Detection of Environmental Pollutants

HanLu1，HuangDabo2

(1.Department of Chemical and Material Engineering, Yingkou Institute of Technology, Yingkou 115014，China；2. Criminal Police Detachment of Yingkou Public Security Bureau, Yingkou 115000，China)

This paper summarized the recent studies of biosensor for the detection of environmental pollutants both at home and abroad, and reviewed the application of biosensor in determination of organophosphorus pesticides, organochlorine pesticides, phenols and other organic pollutants and heavy metal ions.

biosensor; environmental; pollutant; detection; review

2017-04-14

韓 璐(1983—)，女，實驗師，主要從事污染物檢測研究。

TP212.3

A

1008-021X(2017)12-0084-02

分析與測試