关键词：生物传感器；环境污染；环境检测
引言：环境是人类得以生存的基础条件，但是当代经济、社会的迅猛发展，污染物的排放量不断提高，环境问题日益显著，引发了在全球环境检测愈发被重视。以往的污染物检测方法有机分析主要以色谱及其联用技术为主，其工艺复杂，又测试时间长，设备价格不菲。而生物传感器的产生，且经不断开发、优化，已具有较高的灵敏性、该法可减少化学试剂的环境污染、具有在线连接等优势，受到了广泛应用。本文着重讲述生物传感器在环境检测中的应用。
一、生物传感器的特征
生物传感器是作为新型的检测方法，跟传统的分析方法比较，有如下几个优点：
（一）生物传感器通常选用材料良好分子识别元件，因此一般不用特别处置样品，它能够依靠优异的选择，把样品成分区分开且加以并合为一体，检测过程不需添加试剂；有较小的体积，能够完成连续的在线监测；反应速度快，样品用量少，并且敏感原料固定化，可以反复多次运用；传感器连同测定仪器的投入远远没有大型分析仪器高，所以得到了广泛的使用，小体积就可以在野外接连工作，对于经过固化的敏感原料能够多次应用，分析的成本远小于大型设备。
（二）工作原理
随着科学技术的进步，细胞受体和自由振荡等原理被发现，应运而生了生物传感器。此设备应用范围宽广，品种多样。生物传感器一般构成部件有识别和转换元件及机械和电器元件。其原理关键取决于生物敏感元件和经量取物质间的相互作用，关键是将化学变化和热变化转变成电信号并产生电信号的方式。下图（1）为其工作原理图。
.png)
二、生物传感器环境检测中的运用
（一）BOD生物传感器
生化需氧量（BOD）作为最常用、最关键的水质有机污染评价指标之一，从其技术角度来说，当前多使用稀释接种法，该方法培养和测样时间持续一般有5日，不可能及时将水质的状况反映。但生物传感器能够在10~15分钟检测出水质的BOD数据，对于水质变动的情况可以进行实时测量，具备较好的应用前景。其工作原理是：当其机械放置在恒温缓冲液内，在不停的搅拌中，溶液会产生氧饱和作用，生物膜中的生物会维持内源呼吸状况，溶液中的氧经过微生物扩增作用和内源呼吸消耗氧维持在一个平衡的状况中，传感器输送一根部外源呼吸把氧气损耗维持平衡状况，微生物从内源呼吸转换为外源呼吸，扩增呼吸活性增加，扩散到传感器氧气降低，使得输出的电流变小，一小段时间便又会产生新的平衡。在适当的状况下，传感器传送的电流会和BOD浓度同时显示出一种线性关系。
（二）阴离子变慢活性传感器
生活污水中LAS这类阴离子变慢的活性十分多，有助自发降解能力不强，会在水面上生出不易消除的泡沫，也会让溶解氧大量损失，更甚会代替污水装置内活性微生物的生态系统。从而降解出LAS细菌，Nomura等人研制了用于检测阴离子的表面活性剂浓度的传感器，其作用为：能间接将LAS细菌和一个氧电极，工作原理为：在阴离子表面活性剂存在时，细菌的呼吸作用会增多，此时将溶解氧加以改变[1]。
（三）在有机污染物分析方面的应用
现有的农业生产中一般必须用到大量化肥和农药等，这就引发了食品安全问题，同时会致使环境受到污染。化肥，农药之中留有的成分才是有机污染物的根本来源。使用这类机械能够处理土壤、农牧产品里有机污染的速率、加快成本测验。是时下农学和环境专业探究的主要方向。我国的段誉瑶、王辉等人使用四氧化三铁纳米颗粒、石墨烯纳米材料等，研发出了一种生物传感器，能成功杀死测定农药中的细菌，具备检测结果线性相关好、检测精度高、检出限低等特点。适合使用在蔬菜等农产品中农药残留物毒死蜱迅速检测。
（四）在重金属污染物检测方面的应用
重金属离子是在水、土壤、副食品中持续存有的环境污染物，因为重金属污染物一般具有复集性、长久性等特征，并且多数的重金属离子对人体毒害，易让喝了污染水的人中毒并对人身体康健产生危害。因而重金属污染物的控制必须严格。
生物传感器运用于检测重金属离子方面能够起到及时、高效、高选择性的特点，所以利用稀释的生物传感器几乎对农田、土壤、水和农产品中的重金属离子加以分析以及检测是很多学者与环境工作者关注热点。在现已有探究结果中，浙大的周沾等人设计出了一种基于DNA的生物传感器，完成了对HG2+ 、CL2 等金属离子对肝细胞毒理作用的探究，揭示了此类物质可以吸收持续作用的细胞毒性机理[2]。王志强利用纳米技术与电化学传感器结合，成功研发了电化学生物传感器，完成了对于农田土壤和灌溉用水中汞的检测。
三、结束语：
生物传感器这门新兴环境分析技术，对环境污染物的分析和检测中使用愈发广泛，已逐渐成为常用的技术方法。因此在某些水体，如环境污染物种类较多，污染物具有极为复杂的系统过程等，在对重金属离子，有机污染物、微生物进行检测时，应该融合化学、现代仪器、分子生物学等众多学科知识，采取适宜的理化、生化分析模型，才可以完成对于各种污染物的分析与测量。
参考文献：
[1]王建龙. DNA生物传感器在环境污染监测中的应用[J]. 生物化学与生物物理进展(1):125-128.
[2]韩璐, 黄大波. 生物传感器在环境污染物检测中的应用[J]. 山东化工, 2017(12):93-94.
论文作者:周春丽
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第23期
论文发表时间:2020/1/9
标签：传感器论文; 生物论文; 污染物论文; 环境论文; 重金属论文; 阴离子论文; 离子论文; 《工程管理前沿》2019年第23期论文;