微生物传感技术在环境监测工作中的应用

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[摘 要]环境监测的开展,是为了给控制污染与规划环境等相关的环境管理提供科学、准确的信息,它对于人类的可持续发展有着十分重要的意义.现阶段随着科学技术的飞速发展,微生物传感技术在环境监测领域发挥着越来越大的作用.本文从微生物传感技术的基本概念入手,通过对微生物传感技术分类的介绍,分析了微生物传感技术在检测农药残留、酸雨及水体富营养化等方面的监测应用.

[关 键 词]微生物传感传感分类环境监测

[中图分类号]X83[文献码]B[文章编号]1000-405X（2014）-1-181-1

随着科学技术的发展,各门学科之间的交流越来越广泛和深入.微生物传感技术这项在多门科学基础上产生的新学科,在环境监测领域发挥了越来越重要的作用.

1微生物传感技术简介

所谓微生物传感技术,实际上是一门综合性很强的学科,它包含了生物学、电化学以及电子科技等,是建立在这些学科经过不断地渗透和融合的基础之上的.利用这种技术开发而成的微生物传感器,可以通过功能性极强的生物学组件例如活性酶、DNA等生物材料,通过感应外界待测物对其性质及量值的影响并将其转化为具体的可识别信号.它具有性能专一、分析快、易操作等优点,对于污染物的检测有着非常广阔的使用前景[1].

生物传感器通常是由生物识别、转换以及机械和电气等方面的元件组成的.从技术上来说,只要接受器和传导器能够搭配得当,就可以使传感器能够具有很强的使用性能,其工作原理依赖的是生物元件与待测物质之间发生交互作用,从而将各种待测物质的形态变化转化成电信号,随着科技的不断进步,细胞受体与自由振荡等也成为了微生物传感技术的使用对象.

2微生物传感器的分类

微生物传感器的类型十分丰富,其所能监测的范围也非常广泛,并且随着科学的不断进步,它所包含的内容也将更为丰富.

2.1根据信号的输出方式分类

待测物同生物识别元件产生交互作用,从而进行信号输出的方式主要分为两种,第一种是待测物同安装在识别元件中的微生物具有亲和效果,也就是两者之间能够产生变异结合,进而引起传感器中微生物在形态上的变化,这种类型称之为生物亲和型传感器[2]；另一种是待测物同生物识别元件中的微生物产生化学反应产生新的物质,传感器将微生物或者新产物的转变通过信号的形式进行传送,这被称为是代谢型传感器.

2.2根据识别元件放置的物质分类

现阶段放置在微生物传感器中的敏感物质有活性酶、细胞器、各类抗原与抗体等.根据这些物质可将传感器分为酶、微生物、细胞器、免疫与DNA生物等几种类型的传感器.

3微生物传感技术在环境监测工作中的应用

随着科技的发展,微生物传感技术在环境监测工作中的应用越来越广泛.

3.1检测农药残留

在监测农药残余这个领域,现阶段使用较多的是乙酰胆碱酯酶类传感器.这是一种以动物神经信号作为传递中介的传感器,它的使用必须注意保持机体的活性,因为持续的刺激可能会引起机体的过度兴奋,最终引起机体的死亡.消除乙酰胆碱可以使用胆碱酯酶.这种酶能够产生催化作用,将乙酰胆碱进行分解,成为乙酸与胆碱.其它农药的监测与其类似,通过与活性酶发生反应对酶的活性进行抑制,传感器通过对活性酶酸碱值变化情况的监测,就可以得出农药的残留情况.这种技术发源自1951年,此后得到了相当广泛的应用[3].它通过与酸碱电极的联通,对活性酶酸碱值的变化进行监测并转化为信号.

3.2对酸雨的监测

二氧化硫是形成酸雨和酸雾的最重要因素,对于二氧化硫含量的监测非常复杂.传统的方法是在醋酸纤维膜之上放置定量的含有亚硫酸盐氧化酶的肝微粒体,并安装一个微型氧电极从而制成一个安培型的生物传感器,用这个设备对酸雨与酸雾样品进行检测,十分钟就能够得到相当稳定的结果.当二氧化硫的浓度在3.4-4mol/L时,探测器产生的电流同二氧化硫的浓度关系呈线性发展,这种方法的监测范围在0.6-4mol/L之间.使用这种方法的优点在于方法再现性佳,并且具有较高的准确度.但是由于类脂质只能在摄氏37度进行使用和保存,所以对于温度的控制要求过高.现阶段普遍使用的是以噬硫杆菌作为活性介质的传感器,它比传统的方式更加稳定,其工作原理是把噬硫杆菌在两片硝化纤维薄膜之间加以固定,通过对噬硫杆菌代谢变化引起的氧电极改变来对二氧化碳含量做出监测[4].

3.3监测水体的富营养化

在近海水域中,某些浮游生物会产生暴发性的繁殖,从而引起水色变化异常.这种现象被叫做赤潮,也就是通常所说的红潮.这种突发性的改变会将该水域附近的生态系统进行严重的破坏,因此对于能够引发红潮的生物进行监测是非常必要的.据相关研究显示,查顿埃勒这种浮游生物是引发红潮的主要物种之一.目前发达国家已经针对这种生物研发了特制的监测器.它的工作原理是对查顿埃勒自身或者代谢产物进行化学反应,对其产生的光能进行监测.因为在这种水藻类生物的细胞中具有一种叫藻青素的成分,这种藻青素的荧光光谱非常独特,通过对这种光谱的测量可以有效地实施对查顿埃勒的监测.

4结束语

以微生物传感器来监测环境的变化具有选择性丰富、灵敏度强、稳定性高、成本低、可在困难环境下持续工作等优点,它必然具有极为广阔的发展空间.虽然对于现阶段的科技水平来说,制作某些特定的微生物传感器具有不小的困难.但是由于科学的飞速发展,微生物传感器的开发已经变得越来越商业化,并且将微生物传感器做的越来越小,从而能够更加灵敏与快速地对环境进行监测.随着人类对保护环境问题认识的不断加强,微生物传感器的重要作用日益凸显,其对环境监测的贡献也必将越来越大.