[发明专利]可快速检测水体生物毒性的一次性微生物膜传感器的制备方法、应用、装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于微生物传感器技术和环境监测领域，具体地涉及可快速检测水体生物毒性的一次性微生物膜传感器的制备方法、应用、装置及检测方法。 

背景技术

随着工农业生产的迅速发展，越来越多的有毒物质如重金属、农药通过生产和使用过程进入到水体，对水环境造成了严重的污染。这些物质在环境中经过复杂的物理、化学和生物转化过程，又会形成新的污染物。一些污染物还可能进入食物链并在生物体内蓄积，最终对生物产生各种各样的毒性效应。 

传统的理化分析方法能定量分析某一种或某一类污染物的含量，却不能直接、全面地反映各种有毒物质对环境的综合影响，无法判定有毒物质浓度和生物效应之间的直接关系。理化分析方法还需要昂贵的仪器设备，操作程序复杂。 

生物毒性检测是利用活的生物体来检测环境中的水体有毒化学污染情况，生物毒性的评价不仅能检测污染物对环境的影响状况，更能反映污染物对生物生长繁殖的影响，弥补理化检测方法的不足。在水污染研究中，它已经成为监测和评价水体环境质量的重要手段之一。生物毒性实验方法主要包括分子水平、细胞水平和生物体水平三个层次。其中生物体水平实验材料有鱼类、无脊椎动物、植物等，使用广泛，但是对实验生物的种系要求苛刻、假阳性高、不利于实现现场监测。分子水平的材料主要有如DNA、P450等，这种方法能较准确的反应某类毒性效应，但由于具有一定的选择性而不利于总毒性的反映。研究者们还探讨了采用微生物作为生物敏感物质分析水样毒性。研究发现，发光细菌测试法具有能在短时间内得到可靠的毒性资料成为经典的毒性检测方法，但易受样品色度、离子强度、浊度的干扰，在此情况下就不能得到可靠结果，而且测量过程需人工配制一系列空白溶液和标准溶液，操作复杂、耗时，仪器成本较高。此外，还有通过微生物生化需氧量来判断污染的程度；但生物需氧量通常需要将水样充满完全密闭的溶解氧瓶中，在20℃的暗处培养5d，这样会使得生物毒性的检测滞后，人们不能及时对疑似毒性水体进行控制。 

近年来兴起的利用微生物传感器对水环境进行生物毒性检测方法和技术，不仅具有成本低、易操作、结果直观等优点，更重要的是它可以直接测定水体 污染物的综合急性生物毒性，其测定值能较全面地反映水体中污染物的总毒性效应，具有实际参考价值。这种微生物传感器毒性分析法具有不受样品色度、离子强度和浊度干扰等特点，并可通过固定特定毒性敏感指示微生物对不同污染物的毒性做出评价，毒性分析结果更客观真实，具有便携、灵敏、快速和可实时在线分析检测等特点，有望用于大量污染水体的综合急性生物毒性连续在线检测。 

由于微生物电极在检测生物毒性的过程中，所固定的微生物会受到有毒物质的毒害，因此若重复使用可能会导致微生物电极的灵敏度降低，分析结果偏低，所以构建一次性使用的微生物电极非常必要。 

受试微生物是微生物传感器信息捕捉的关键功能元件，微生物的选择直接影响到生物传感器毒性分析的灵敏性。在近年来的研究中，已有采用如大肠杆菌（E.coli）、费氏弧菌（V.fischeri）或混合菌株如活性污泥（Activated sludge）的研究报道。酵母菌作为真核生物的代表，相比原核生物而言，其对毒物的毒性数据更有客观性和实际参考价值。但以酵母菌作为急性毒性检测受试对象的报道并不多，主要因为酵母菌的细胞壁对外界不良环境有很强的耐受性从而导致对毒物的急性毒性检测不灵敏。为提高分析检测实验的灵敏度，可对酵母菌进行预处理如部分去除表面细胞壁。 

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种可快速检测水体生物毒性的一次性微生物膜传感器的制备方法。该一次性微生物膜传感器使得现有的微生物传感器的使用成本大大下降，且操作更简单。 

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种可快速检测水体生物毒性的一次性微生物膜传感器的应用。该一次性微生物膜电极传感器可用作电化学检测的工作电极。 

本发明要解决的第三个技术问题是提供一种含可快速检测水体生物毒性的一次性微生物膜传感器的电化学检测装置。它包括工作电极、对电极、参比电极、电解池；所述工作电极为一次性微生物膜电极传感器。该电化学检测装置在测定水体毒性时具有快速灵敏、操作方便，可实时、在线检测水体毒性，成本低等特点。 

本发明要解决的第四个技术问题是提供使用含可快速检测水体生物毒性的一次性微生物膜传感器的电化学检测装置检测的方法。