生物传感器的研究现状及应用  
发布时刻： 2003-12-10  作者：秩名  
摘要：简述了生物传感器尤其是微生物传感器近年来在发酵产业及情况监测领域中的研究与应用，对其成长前景及市场化作了展望及瞻望。生物电极是以平稳化生物体组成作为分子识别元件的敏感材料，与氧电极、膜电极和燃料电极等组成生物传感器，在发酵产业、情况监测、食物监测、临床医学等方面获得普遍的应用。生物传感器专心性好、易垄断、培植简单、测量快速正确、合用局限广。跟着平稳化手艺的成长，生物传感器在市场上具有极强的竞争力。

要害词：生物传感器；发酵产业；情况监测。

中图分类号：TP212.3  文献标识码：A   文章编号：1006-883X(2002)10-0001-06

 

一、 引言  
从1962年，Clark和Lyons入手出手提出生物传感器的设想距今已有40 年。生物传感器在发酵工艺、情况监测、食物工程、临床医学、军事及军事医学等方面获得了深度正视和普遍应用。在最初15年里，生物传感器首若是以研制酶电极建造的生物传感器为主，然则因为酶的价钱昂贵并不足不变，是以以酶作为敏感材料的传感器，其应用受到必然的限制。

近些年来，微生物平稳化手艺的络续成长，发生了微生物电极。微生物电极以微生物活体作为分子识别元件，与酶电极对比有其独到之处。它可以战胜价钱昂贵、提取难题及不不变等错误纰谬。此外，还可以同时行使微生物体内的辅酶处置责罚复杂回响反映。而此刻，光纤生物传感器的应用也越来越普遍。而且跟着聚合酶链式回响反映手艺（PCR）的成长，应

 

用PCR的DNA生物传感器也越来越多。

二、 研究现状及首要应用领域  
1、   发酵产业
各类生物传感器中，微生物传感器最适合发酵产业的测定。因为发酵过程中常存在对酶的干扰物质，而且发酵液经常不是清亮透明的，不合用于光谱等方式测定。而应用微生物传感器则极有概略消弭干扰，而且不受发酵液混浊水平的限制。同时，因为发酵产业是年夜规模的出产，微生物传感器其成了快捷轻便的方式[4]。

    除了微生物传感器，还有一种光纤生物传感器已经研制出来用于测定河水中较低的BOD值。该传感器的回响反映时刻是15min，最适工作前提为30°C，pH=7。这个传感器系统几乎不受氯离子的影响（在1000mg/l局限内），而且不被重金属（Fe3+、Cu2+、Mn2+、Cr3+、Zn2+）所影响。该传感器已经应用于河水BOD的测定，而且获得了较好的效果[4]。

此刻有一种将BOD生物传感器经由光处置责罚（即以TiO2作为半导体，用6 W灯照射约4min）后，火速度年夜年夜提高，很合用于河水中较低BOD的测量[5]。同时，一种紧凑的光学生物传感器已经成长出来用于同时测量多重样品的BOD值。它行使三对发光二极管和硅光电二极管，假单胞细菌（Pseudomonas fluorescens）用光致交联的树脂平稳在回响反映器的底层，该测量方式既迅速又轻便，在4℃下可行使六周，已经用于工场废水处置责罚的过程中[5]。

(2). 各类污染物的测定
常用的主要污染指标有氨、亚硝酸盐、硫化物、磷酸盐、致癌物质与致变物质、重金属离子、酚类化合物、外面活性剂等物质的浓度。此刻已经研制出了多种测量各类污染物的生物传感器并已投入现实应用中了。

测量氨和硝酸盐的微生物传感器，多是用从废水处置责罚装配等星散出来的硝化细菌和氧电极组合组成。此刻有一种微生物传感器可以在阴郁和有光的前提下测量硝酸盐和亚硝酸盐(NOx-)，它在盐情况下的测量使得它可以不受其他种类的氮的氧化物的影响。用它对河口的NOx-进行了测量，其效果较好[6]。

硫化物的测定是用从硫铁矿四周酸性土壤等星散筛选获得的专性、自养、好氧性氧化硫硫杆菌制成的微生物传感器。在pH=2.5、31℃时一周测量200余次，活性连结不变，两周后活性降低20%。传感器寿命为7天，其培植简单，成本低，垄断轻易。此刻还有用一种光微生物电极测硫化物含量，所用细菌是Chromatium.SP，与氢电极毗邻组成[7]。

比来科学家们在污染区星散出一种能够发荧光的细菌，此种细菌含有荧光基因，在污染源的刺激下能够发生荧光卵白，从而发出荧光。可以经过过程遗传工程的方式将这种基因导入合适的细菌内，制成微生物传感器，用于情况监测。此刻已经将荧光素酶导入年夜肠杆菌（E.coli）中，用来检测砷的有毒化合物[8]。

水体中酚类和外面活性剂的浓度测定已经有了很年夜的成长。此刻，有9种革兰氏阴性细菌从西西伯利亚煤油盆地的土壤等星散出来，以酚作为独一的碳源和能源。这些菌种可以提高生物传感器的感想传染器部门的火速度。它对酚的监测极限为5 ´10-9mol。该传感器工作的最适前提为：pH=7.4、35℃，一连工作时刻为30h[9]。还有一种假单胞菌属（Pseudomonas rathonis）制成的测量外面活性剂浓度的电流型生物传感器，将微生物细胞平稳在凝胶（琼脂、琼脂糖和海藻酸钙盐）和聚乙醇膜上，可以用层析试纸GF/A，概略是谷氨酸醛引起的微生物细胞在凝胶中的交联，长距离的连结它们在高浓度外面活性剂检测中的活性和成长力。该传感器能在测量竣事后很快的规复敏感元件的活性[10]。

还有一种电流式生物传感器，用于测定有机磷杀虫剂，行使的是人造酶。行使有机磷杀虫剂水解酶，对硝基酚和二乙基酚的测量极限为100´10-9mol，在40℃只要4min[11]。还有一种新成长起来的磷酸盐生物传感器，行使丙酮酸氧化酶G，与自动系统CL-FIA台式电脑连系，可以检测(32~96)´10-9mol的磷酸盐，在25°C下可以行使两周以上，频频性高[12]。

比来，有一种新型的微生物传感器，用细菌细胞作为生物组成部门，测定地表水中壬基酚（nonyl-phenol etoxylate --NP-80E）的含量。用一个电流型氧电极作传感器，微生物细胞平稳在氧电极上的透析膜上，其测量事理是测量毛孢子菌属（Trichosporum grablata）细胞的呼吸活性。该生物传感器的回响反映时刻为15~20min，寿命为7~10天（用于一连测准时）。在浓度局限0.5~6.0mg/l内，电旗子记号与NP-80E浓度呈线性相干，很适合于污染的地表水平分子外面活性剂的检测[13]。

除此之外，污水中重金属离子浓度的测定也是不容轻忽的。此刻已经成功贪图了一个完整的，基于平稳化微生物和生物体发光测量手艺上的重金属离子生物有用性测定的监测和剖析系统。将弧菌属细菌（Vibrio fischeri）体内的一个操作子在一个铜诱导启动子的节制下导入产碱杆菌属细菌（Alcaligenes eutrophus (AE1239)）中，细菌在铜离子的诱导下发光，发光水平与离子浓度成正比。将微生物和光纤一路包埋在聚合物基质中，可以获得火速度高、选择性好、测量局限广、储藏不变性强的生物传感器。此刻，这种微生物传感器可以达