生物传感器的研究现状及应用？
一.导言
从Clark和Lyons从1962第一次提出生物传感器的想法到现在已经过去了40年。生物传感器在发酵技术、环境监测、食品工程、临床医学、军事和军事医学等领域得到了广泛的重视和应用。前15年，生物传感器主要是基于酶电极的发展。然而，由于这种酶价格昂贵且不稳定，其作为敏感材料的应用受到限制。
近年来，随着微生物固定化技术的不断发展，产生了微生物电极。与酶电极相比，微生物电极以微生物活体为分子识别元件，具有独特性。它可以克服价格高、提取困难和不稳定的缺点。此外，我们还可以利用微生物中的辅酶来处理复杂的反应。目前，光纤生物传感器的应用越来越广泛。而且，随着聚合酶链式反应(PCR)的发展，使用PCR的DNA生物传感器越来越多。
二、研究现状及主要应用领域
1.在发酵工业的各种生物传感器中，微生物传感器最适合发酵工业的检测。由于发酵过程中往往存在干扰物质，发酵液往往不清澈透明，不适合光谱测定。微生物传感器的应用很有可能消除干扰，不受发酵液浊度的限制。同时，由于发酵工业是大规模生产，微生物传感器成本低、设备简单，具有很大的优势。
(1)，原料和代谢物的测定
微生物传感器可用于测定糖蜜和醋酸等原料，以及头孢菌素、谷氨酸、甲酸、甲烷、酒精、青霉素和乳酸等代谢物。测量原理基本上是由合适的微生物电极和氧电极组成。通过微生物的同化作用来消耗氧气，通过测量氧电极电流的变化来测量氧气的减少量，从而测量底物浓度。
测定各种原材料中的葡萄糖对于过程控制尤为重要。利用荧光假单胞菌对葡萄糖的代谢和消耗，通过氧电极检测，可以估计葡萄糖的浓度。与葡萄糖酶电极类型相比，这种微生物电极具有相似的测量结果，而微生物电极具有高灵敏度、良好的重复性和实用性，并且不需要使用昂贵的葡萄糖酶。
以乙酸为碳源进行微生物培养时，高于一定浓度的乙酸含量会抑制微生物的生长，因此需要在线测定。乙酸的浓度可以通过由固定化酵母、气体渗透膜和氧电极组成的微生物传感器来测定。
此外，大肠杆菌与二氧化碳气体传感器结合可以形成用于谷氨酸测定的微生物传感器，柠檬酸杆菌的整个细胞被固定在胶原膜中。由细菌-胶原膜反应器和组合玻璃电极组成的微生物传感器可用于发酵液中头孢菌素的测定。
(2)微生物细胞总数的测定
在发酵控制方面，一直需要一种简单、连续的直接测量细胞数量的方法。发现细菌可以直接被氧化，在阳极表面产生电流。该电化学系统已应用于细胞数的测定，结果与传统的菌斑计数法[1]相同。
(3)代谢试验的鉴定
传统的微生物代谢类型的鉴定是基于微生物在某种培养基上的生长。这些实验方法需要较长的培养时间和特殊的技术。微生物对底物的同化作用可以通过其呼吸活性来衡量。氧电极可以直接测量微生物的呼吸活性。因此，微生物传感器可用于测量微生物的代谢特性。该系统已用于微生物的简单鉴定、微生物培养基的选择、微生物酶活性的测定、废水中可生物降解物质的估算、废水处理用微生物的选择、活性污泥的同化试验、可生物降解物质的测定、微生物保存方法的选择[2]。
2.环境监测
(1)生化需氧量(BOD)的测定)是监测水体受有机物污染最常用的指标。常规的BOD测定需要5天的潜伏期，复杂、重复、费时、费力，不适合现场监测。因此，迫切需要一种操作简单、快速准确、自动化程度高、应用广泛的新方法。目前，研究人员已经分离出两个新的酵母菌种SPT1和SPT2，并将其固定在玻璃碳电极上，形成一个测量BOD的微生物传感器，重复性在10%以内。该传感器用于测量纸浆厂废水中的BOD，最小测量值为2 mg/l，时间为5min[3]。还有一种新型的微生物传感器，采用耐高渗透压的酵母菌株作为敏感材料，可以在高渗透压下正常工作。而且该菌株可长期干燥保存，浸泡后其活性会恢复，为海水中BOD的测定提供了一种快速简便的方法[4]。
除了微生物传感器之外，还开发了光纤生物传感器来测定河水中较低的BOD值。传感器的反应时间为65438±05分钟，最佳工作条件为30°C，pH=7。传感器系统几乎不受氯离子(在1000mg/l范围内)和重金属(Fe3、Cu2、Mn2、Cr3、Zn2)的影响。该传感器已应用于河水BOD的测定，取得了良好的效果[4]。
目前有一种BOD生物传感器，经过光照处理后(即以TiO2为半导体，用6 W灯照射约4min)，灵敏度大大提高，非常适合河水中低BOD的测定[5]。与此同时，开发了一种紧凑型光学生物传感器，可同时测量多个样品的BOD值。它使用三对发光二极管和硅光电二极管，假单胞菌用光交联树脂固定在反应器底部。这种测量方法快速简单，在4℃下可使用六周，并已用于工厂废水处理过程中[5]。
(2)氨、亚硝酸盐、硫化物、磷酸盐、致癌物和诱变剂、重金属离子、酚类化合物、表面活性剂等物质的浓度常用于各种污染物的测定。目前，用于测量各种污染物的各种生物传感器已经被开发并投入实际应用。
测量氨氮和硝酸盐的微生物传感器，大多由从废水处理设备和氧电极上分离的硝化细菌组成。目前，有一种微生物传感器可以在黑暗和光照条件下测量硝酸盐和亚硝酸盐(氮氧化合物-)，在盐环境中的测量使其不受其他种类氮氧化物的影响。它用于测量河口的氮氧化合物，效果良好[6]。
硫化物的测定是从硫铁矿附近的酸性土壤中分离筛选的特化、自养、好氧氧化硫硫杆菌制成的微生物传感器。在pH=2.5，365438±0℃，一周测200次以上时，活性保持不变，两周后下降20%。该传感器的使用寿命为7天，且设备简单，成本低，操作方便。目前，使用微生物电极来测量硫化物含量，使用的细菌是染色质。SP，与氢电极[7]相连。
最近，科学家们分离出一种可以在污染区域发出荧光的细菌。这种细菌含有荧光基因，可以在污染源的刺激下产生荧光蛋白，从而发出荧光。这种基因可以通过基因工程导入合适的细菌中，制成用于环境监测的微生物传感器。荧光素酶已被引入大肠杆菌，以检测砷的毒性化合物[8]。
水中酚类和表面活性剂的测定取得了很大进展。目前从西西伯利亚石油盆地的土壤中分离出9种革兰氏阴性菌，苯酚是唯一的碳源和能源。这些菌株可以提高生物传感器受体部分的灵敏度。对苯酚的监测限为5′10-9mol。传感器的最佳工作条件为:pH=7.4，35℃，连续工作时间为30h[9]。还有一种由假单胞菌制成的电流型生物传感器，将微生物细胞固定在凝胶(琼脂、琼脂糖和海藻酸钙)上。层析试纸GF/A或谷氨酸醛引起的凝胶中微生物细胞的交联，在远距离高浓度表面活性剂的检测中能保持其活性和生长。传感器在测量后可以快速恢复敏感元件的活性[10]。
还有一种用于测定有机磷农药的电流型生物传感器，它使用人工酶。使用有机磷农药水解酶，对硝基苯酚和二乙基苯酚的检出限为100'10-9mol，在40℃下只需4min[11]。还有新研制的磷酸盐生物传感器，利用丙酮酸氧化酶G，结合自动化系统CL-FIA台式计算机检测(32。
最近有一种新的微生物传感器，利用细菌细胞作为生物成分来测定地表水中壬基酚-NP-80e的含量。使用电流型氧电极作为传感器，将微生物细胞固定在氧电极上的透析膜上，其测量原理是测量毛孢子菌细胞的呼吸活性。该生物传感器的反应时间为15~20min，寿命为7~10天(用于连续测定时)。在0.5~6.0mg/l的浓度范围内，电信号与NP-80E的浓度呈线性关系，非常适用于受污染地表水中分子表面活性剂的检测[13]。
“生物传感器的研究现状及应用”的详细信息可以在仲达咨询&建筑链接中找到，你想要的所有相关建筑施工信息都有。
更多工程/服务/采购招标信息，提高中标率，可点击官网客服底部免费咨询:/#/？source=bdzd