生物传感器的研究现状及应用论文

生物传感器的研究现状及应用论文摘要:简述了生物传感器尤其是微生物传感器近年来在发酵工业及环境监测领域中的研究与应用对其发展前景及市场化作了预测及展望生物电极是以固定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构成生物传感器在发酵工业、环境监测、食品监测、临床医学等方面得到广泛的应用生物传感器专一性好、易操作、设备简单、测量快速准确、适用范围广随着固定化技术的发展生物传感器在市场上具有极强的竞争力关键词:生物传感器;发酵工业;环境监测中图分类号:TP212.3文献标识码:A文章编号:1006883X()10000106一、引言从1962年Clark和Lyons最先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、环境监测、食品工程、临床医学、军事及军事医学等方面得到了深度重视和广泛应用在最初15年里生物传感器主要是以研制酶电极制作的生物传感器为主但是由于酶的价格昂贵并不够稳定因此以酶作为敏感材料的传感器其应用受到一定的限制近些年来微生物固定化技术的不断发展产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相比有其独到之处它可以克服价格昂贵、提取困难及不稳定等弱点此外还可以同时利用微生物体内的辅酶处理复杂反应而目前光纤生物传感器的应用也越来越广泛而且随着聚合酶链式反应技术(PCR)的发展应用PCR的DNA生物传感器也越来越多二、研究现状及主要应用领域1、发酵工业各种生物传感器中微生物传感器最适合发酵工业的测定因为发酵过程中常存在对酶的干扰物质并且发酵液往往不是清澈透明的不适用于光谱等方法测定而应用微生物传感器则极有可能消除干扰并且不受发酵液混浊程度的限制同时由于发酵工业是大规模的生产微生物传感器其成本低设备简单的特点使其具有极大的优势(1).原材料及代谢产物的测定微生物传感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的测定代谢产物如头孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇类、青霉素、乳酸等的测定测量的原理基本上都是用适合的微生物电极与氧电极组成利用微生物的同化作用耗氧通过测量氧电极电流的变化量来测量氧气的减少量从而达到测量底物浓度的目的在各种原材料中葡萄糖的测定对过程控制尤其重要用荧光假单胞菌(Psoudomonasfluorescens)代谢消耗葡萄糖的作用通过氧电极进行检测可以估计葡萄糖的浓度这种微生物电极和葡萄糖酶电极型相比测定结果是类似的而微生物电极灵敏度高重复实用性好而且不必使用昂贵的葡萄糖酶当乙酸用作碳源进行微生物培养时乙酸含量高于某一浓度会抑制微生物的生长因此需要在线测定用固定化酵母(Trichosporonbrassicae)透气膜和氧电极组成的微生物传感器可以测定乙酸的浓度此外还有用大肠杆菌(E.coli)组合二氧化碳气敏电极可以构成测定谷氨酸的微生物传感器将柠檬酸杆菌完整细胞固定化在胶原蛋白膜内由细菌—胶原蛋白膜反应器和组合式玻璃电极构成的微生物传感器可应用于发酵液中头孢酶素的测定等等(2).微生物细胞总数的测定在发酵控制方面一直需要直接测定细胞数目的简单而连续的方法人们发现在阳极表面细菌可以直接被氧化并产生电流这种电化学系统已应用于细胞数目的测定其结果与传统的菌斑计数法测细胞数是相同的[1](3).代谢试验的鉴定传统的微生物代谢类型的鉴定都是根据微生物在某种培养基上的生长情况进行的这些实验方法需要较长的培养时间和专门的技术微生物对底物的同化作用可以通过其呼吸活性进行测定用氧电极可以直接测量微生物的呼吸活性因此可以用微生物传感器来测定微生物的代谢特征这个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、废水中可被生物降解的物质估计、用于废水处理的微生物选择、活性污泥的同化作用试验、生物降解物的确定、微生物的保存方法选择等[2]2、环境监测(1).生化需氧量的测定生化需氧量(biochemicaloxygendemand–BOD)的测定是监测水体被有机物污染状况的最常用指标常规的BOD测定需要5天的培养期操作复杂、重复性差、耗时耗力、干扰性大不宜现场监测所以迫切需要一种操作简单、快速准确、自动化程度高、适用广的新方法来测定目前有研究人员分离了两种新的酵母菌种SPT1和SPT2并将其固...

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