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用于环境监测的生物传感技术研究 宋振宏 / 赤峰市环境监测中心站 【摘 要】微生物传感器现已在环境监测领域得到应用，其检测能力已被广泛认识。本文简单介绍了 生物传感技术，分析了当前其在大气、水、农药等领域的监测应用现状，在探讨了其未来的发展趋势。 【关键词】环境监测；生物传感技术；传感器 一、生物传感技术 生物传感技术是以生物传感器为工具进行各种活动的技术，具体来说，就是把生物敏感元件发生的特 异性反应及信号经由物理元件化为光、电、声等一系列更加方便检测的信号，以便取得被监测对象的数据。 生物传感器就是把生物敏感元件与物理化学信号转换器及电子信号处理器联系在一起发挥功能的有效仪 器。生物传感器种类众多，分类形式也多种多样。以生物敏感元件为依据进行划分，可以分为微生物传感 器、DNA 传感器、免疫传感器、酶传感器等等。以转换器转换对象为依据进行划分，主要包括 CO2 转换器、 pH 转换器、NH3 转换器等等。以测量信号为依据进行划分，主要包括声波传感器、电位型传感器、阻抗型 传感器、安培型传感器等等。 生物传感器由于具备了特异、专一、检测精确、无需试剂、重复使用、对于监测数据可以不间断分析， 信息传递便捷，使用简洁等等优点，而被广泛使用。随着人们对于环境问题的重视和上述生物传感器的优 势，其在环境监测中的应用越来越广。但是传感器在应用方面也存在一定的缺陷，例如：（1）由于受传 感器中的生物因素影响，长时间利用，会使传感器变得不稳定。（2）生物传感器体积大，不容易携带， 在移动监测方面容易实现。 二、用于环境监测的生物传感技术 （一）水环境监测 生化需氧量(BOD)是一种综合性指标，目前应用较广，主要是对有机污染程度的描述。BOD 是水体监测 以及污水处理厂处理废水工作中普遍使用的综合性指标。一般的 BOD 检测测定需要 5 天的培养时间，并且 实际工作开展受干扰比较严重，困难较大，对于现场监测不太适宜 。SiyaWakin 等人通过毛抱子菌 (Trichosporoncutaneum)和芽抱杆菌(Bacilluslicheniformis)制作的微生物 BOD 传感器，解决了上述问 题，并且此传感器可以精确测量葡萄糖和谷氨酸两者的浓度。 NO 离子是主要的水污染物之一，一旦监测疏忽，造成 NO3 离子通过水渠道被应用到食品中，就会对人 3 - 体的健康造成严重损伤。Zatsll 等人提出了一种整体化酶功能场效应管装置检测 NO 离子的方法。此装置 - 应用于 NO 离子的检测缩短了检测时间，主要表现在它的响应时间在 50s 以内，系统操作时间在 5s 左右。 Han 等人提出了一种将假单胞菌固定在抓离子电极上的检测方法，此种方法能够对工业废水中三氯乙烯进 -4 行在线监测，它的检测范围在 0.1 mg/L，用时在 lOmin 以内。 重金属离子对水的污染也十分严重，当下应用普遍的检测方法是 以固定化微生物和生物体发光测量技术为基础的重金属离子生物检测装置。此技术把弧菌属细菌 （Vibriofischeri ）体内的一个操纵子在一个铜诱导启动子的控制下导入产碱杆菌属细菌 （Alcaligeneseutrophus）中，细菌在铜离子的诱导下发光。发光程度与离子浓度成正比，由此可以对重 金属离子对水的污染程度作出检测。此外把微生物和光纤置于聚合物基质内，能偶使传感器变得更加灵敏 度和稳定，并且使其测量范围变得更大。 水体富营养引发的赤潮，对于水环境以及人们的正常生活造成极大破坏，因此需要重视对引起赤潮的 因素进行检测。据了解引发赤潮的的是一种浮游生物--查顿埃勒 (Chattonella)，对于此种浮游生物的监 测目前已有相应的生物传感器，利用此种传感器可通过对它以及它的代谢产物产生的化学发光进行检测。 相应的类似的赤潮的澡类生物传感器也在不断研发并应用于监测水质。例如蓝藻菌的生物传感器。它进行 监测的原理是：蓝藻菌细胞内有藻青素,藻青素能够发出一种独特的荧光光谱,只要检测到此类独特的光谱 就可以完成监测工作了。 （二）大气环境监测 二氧化硫(S0)是造成酸雨主要因素，Martyr 把亚细胞类脂类 (含亚