微生物传感器研究进展及在环境监测中的应用

2015-01-28冯冲

资源节约与环保 2015年1期

关键词：毒性研究进展环境监测

冯冲

（迁安市环境保护局河北迁安 064400）

微生物传感器研究进展及在环境监测中的应用

冯冲

（迁安市环境保护局河北迁安 064400）

本文主要微生物传感器在研究历程中所取得的一些成绩，现状如何以及其在环境监测中的利用效果，对环境状况进行检测的原理等等。介绍多种检测方法，对其在实际监测应用中所欲问题进行分析。

微生物传感器；环境监测；生物有效性

微生物传感器实现对环境中毒性以及污染物进行监测的原理在于通过利用微生物细胞，将其作为生物敏感元件进而对环境中的总毒性及污染物进行感应以达到监测目的。微生物细胞传感器的原理在于利用固定化方法连接监测环境中能够感应毒性或污染物的微生物菌株和具备信号转换功能介质，并且通过特定设备对信号进行放大，再将其放出。由于微生物细胞传感器的细胞作为一个具备生物活性个体，采用此法检测环境中的毒性物质或者污染物是具备生物有效性的，而这种优势是一般化学检测手段所不可实现的，因此，微生物细胞传感器在未来的环境毒性物质或污染物质的检测中会有更为广阔的使用前景。

1 微生物传感器结构以及功能

微生物传感器的组件有固定化微生物、输出信号装置以及能量转换器三大类。通过固定化微生物的新陈代谢消耗溶解于溶液中的氧或者微生物新陈代谢将部分电活性物质产生出来进而发出光和热，通过对产生的光和热进行感应进而定量测定待测物质。

微生物传感器中的换能器，电化学电极是最为原始的换能器，主要就是氧、CO2电极等等电极。后来出现了较为先进的换能器，即燃烧电池、光敏二极管、场效应晶体管等等的换能器；业内人士认可发展新型微生物传感器的有效途径就是对离子敏场效应管的利用。最近的几年里，光线微生物传感器的发展取得了明显成就，发展较为迅速，外界电磁场并不会干扰此传感器的检测效率，被当作是一种有效的原位检测方法。、

微生物传感器中的固定化微生物，它在微生物传感器中的作用就是对信息进行捕捉，对传感器性能起着决定性的作用，是微生物传感器中部件的核心，在保障对微生物空间进行限制的同时还要保障微生物不会流失、并且使得微生物具备良好的固有活性以及机械性能。微生物传感器的稳定以及灵活型等等都受到固定化技术的直接影响。就目前而言，固定化技术有物理、化学之分。其中的化学法就是交联法；而物理法种类较多，有吸附、包埋以及夹层等等的方法。

物理固定化技术中的吸附法的物理原理在于对载体同微生物间简单物理吸附作用的利用，固定化技术中的化学方法交联法的原理在于通过对双功能试剂的利用，进而使得微生物活性物质产生惰性或者直接于转换元件上对共价键进行结合。

2 微生物传感器在环境监测中的应用

通过利用微生物传感器来对生物需氧量进行检测，作为废水监测重要参数的生物需氧量，通常采用五日生化法来进行测定，要想实现在线监测需要耗费大量的时间以及精力。但是采用微生物传感器对生物需氧量进行测定能够大幅度缩短监测时间，通常只需一刻钟的时间即可完成，同时还大幅度提升了重现性。

利用微生物传感器来对环境中的污染物进行监测，表面活性物质作为一种使用广泛的有机化合物，在利用的同时对环境的污染也是比较严重的。酸雨，主要的形成因素就在于空气中的二氧化硫含量较高，并且对空气中二氧化硫的进行检测的传统检测方法比较复杂，因此我国科学家们为了解决这一问题，提出从硫铁矿周围酸性土壤中对氧化硫硫杆菌进行分离筛选，这种菌种具备专性、好氧等的特点，利用两片醋酸纤维素夹住此菌体，制成夹层式微生物膜，进而得到硫化物微生物传感器，建立新型硫化物测定方法。

利用微生物传感器来测试生物毒性，毒性是一项综合性的生物参数，通常是通过它来对活性物体受到样品的影响大小进行确定的。化学分析方法是无法实现对其进行测定的。天然微生物被微生物传感器所适用，经研究发现，此法的优点在于速度快、操作简便等等。微生物传感器中的发光微生物传感器是至今为止最为普遍的一种用来监测生物毒性的微生物传感器。现在世界上也有很多种利用微生物传感器来监测生物毒性的方法。

3 微生物传感器在未来的发展前景

微生物传感器凭借其自身独有的特点，在环境监测领域具有非常重要的地位。在未来发展微生物传感器我们应当注重发展以下几个方面的问题：发展实际监测过程中响应时间、发展研制便携式传感器以及注重信号转换问题、争取使得传感器生物的稳定性以及一致性保持平稳、避免出现由于实际使用中的假阴性问题导致的错误监测结果。影响微生物细胞生长的因素有很多，有可能导致监测结果出现误差，结果不准确。就实际出现的假阴性问题可通过双报告基因系统进行解决。导入部分数量恒定、并没有高水平表达的基因，将导入基因表达状况当作基线来对环境总毒性进行检测，另一个报告基因系统则对目标毒物进行指示。