[ 導讀 ] 從1962年，Clark和Lyons最先提出生物傳感器的設想距今已有40 年。生物傳感器在發酵工藝、環境監測、食品工程、臨床醫學、軍事及軍事醫學等方面得到了深度重視和廣泛應用。

　　生物傳感器的研究現狀及應用

　　從1962年，Clark和Lyons最先提出生物傳感器的設想距今已有40 年。生物傳感器在發酵工藝、環境監測、食品工程、臨床醫學、軍事及軍事醫學等方面得到了深度重視和廣泛應用。在最初15年里，生物傳感器主要是以研制酶電極制作的生物傳感器為主，但是由于酶的價格昂貴并不夠穩定，因此以酶作為敏感材料的傳感器，其應用受到一定的限制。 近些年來，微生物固定化技術的不斷發展，產生了微生物電極。微生物電極以微生物活體作為分子識別元件，與酶電極相比有其獨到之處。它可以克服價格昂貴、提取困難及不穩定等弱點。此外，還可以同時利用微生物體內的輔酶處理復雜反應。而目前，光纖生物傳感器的應用也越來越廣泛。而且隨著聚合酶鏈式反應技術(PCR)的發展，應 用PCR的DNA生物傳感器也越來越多。

　　二、 研究現狀及主要應用領域 1、 發酵工業各種生物傳感器中，微生物傳感器最適合發酵工業的測定。因為發酵過程中常存在對酶的干擾物質，并且發酵液往往不是清澈透明的，不適用于光譜等方法測定。而應用微生物傳感器則極有可能消除干擾，并且不受發酵液混濁程度的限制。同時，由于發酵工業是大規模的生產，微生物傳感器其成本低設備簡單的特點使其具有極大的優勢。

　　(1). 原材料及代謝產物的測定 微生物傳感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的測定，代謝產物如頭孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇類、青霉素、乳酸等的測定。測量的原理基本上都是用適合的微生物電極與氧電極組成，利用微生物的同化作用耗氧，通過測量氧電極電流的變化量來測量氧氣的減少量，從而達到測量底物濃度的目的。 在各種原材料中葡萄糖的測定對過程控制尤其重要，用熒光假單胞菌(Psoudomonas fluorescens)代謝消耗葡萄糖的作用，通過氧電極進行檢測，可以估計葡萄糖的濃度。這種微生物電極和葡萄糖酶電極型相比，測定結果是類似的，而微生物電極靈敏度高，重復實用性好，而且不必使用昂貴的葡萄糖酶。 當乙酸用作碳源進行微生物培養時，乙酸含量高于某一濃度會抑制微生物的生長，因此需要在線測定。用固定化酵母(Trichosporon brassicae)，透氣膜和氧電極組成的微生物傳感器可以測定乙酸的濃度。 此外，還有用大腸桿菌(E.coli)組合二氧化碳氣敏電極，可以構成測定谷氨酸的微生物傳感器，將檸檬酸桿菌完整細胞固定化在膠原蛋白膜內，由細菌—膠原蛋白膜反應器和組合式玻璃電極構成的微生物傳感器可應用于發酵液中頭孢酶素的測定等等。

　　(2).[FS:PAGE] 微生物細胞總數的測定 在發酵控制方面，一直需要直接測定細胞數目的簡單而連續的方法。人們發現在陽極表面，細菌可以直接被氧化并產生電流。這種電化學系統已應用于細胞數目的測定，其結果與傳統的菌斑計數法測細胞數是相同的。

　　(3). 代謝試驗的鑒定 傳統的微生物代謝類型的鑒定都是根據微生物在某種培養基上的生長情況進行的。這些實驗方法需要較長的培養時間和專門的技術。微生物對底物的同化作用可以通過其呼吸活性進行測定。用氧電極可以直接測量微生物的呼吸活性。因此，可以用微生物傳感器來測定微生物的代謝特征。這個系統已用于微生物的簡單鑒定、微生物培養基的選擇、微生物酶活性的測定、廢水中可被生物降解的物質估計、用于廢水處理的微生物選擇、活性污泥的同化作用試驗、生物降解物的確定、微生物的保存方法選擇等[2]。

　　最近，有一種新型的微生物傳感器，用細菌細胞作為生物組成部分，測定地表水中壬基酚(nonyl-phenol etoxylate --NP-80E)的含量。用一個電流型氧電極作傳感器，微生物細胞固定在氧電極上的透析膜上，其測量原理是測量毛孢子菌屬(Trichosporum grablata)細胞的呼吸活性。該生物傳感器的反應時間為15~20min，壽命為7~10天(用于連續測定時)。在濃度范圍0.5~6.0mg/l內，電信號與NP-80E濃度呈線性關系，很適合于污染的地表水中分子表面活性劑的檢測[13]。

　　除此之外，污水中重金屬離子濃度的測定也是不容忽視的。目前已經成功設計了一個完整的，基于固定化微生物和生物體發光測量技術上的重金屬離子生物有效性測定的監測和分析系統。將弧菌屬細菌(Vibrio fischeri)體內的一個操縱子在一個銅誘導啟動子的控制下導入產堿桿菌屬細菌(Alcaligenes eutrophus (AE1239))中，細菌在銅離子的誘導下發光，發光程度與離子濃度成正比。將微生物和光纖一起包埋在聚合物基質中，可以獲得靈敏度高、選擇性好、測量范圍廣、儲藏穩定性強的生物傳感器。目前，這種微生物傳感器可以達到最低測量濃度1´10-9mol[14]。 還有一種專門測量銅離子的電流型微生物傳感器。它用酒釀酵母(Saccharomyces cerevisiae)重組菌株作為生物元件，這些菌株帶有酒釀酵母CUP1基因上的銅離子誘導啟動子與大腸桿菌lacZ基因的融合體。

　　其工作原理，首先是CUP1啟動子被Cu2+誘導，隨后乳糖被用作底物進行測量。如果Cu2+存在于溶液中，這些重組體細菌就可以利用乳糖作為碳源，這將導致這些好氧細胞需氧量的改變。該生物傳感器可以在濃度范圍(0.[FS:PAGE]5~2)´10-3mol范圍內測定CuSO4溶液。目前已經將各類金屬離子誘導啟動子轉入大腸桿菌中，使得大腸桿菌會在含有各種金屬離子的的溶液中出現發光反應。根據它發光的強度可以測定重金屬離子的濃度，其測量范圍可以從納摩爾到微摩爾，所需時間為60~100min[15][16]。 用于測量污水中鋅濃度的生物傳感器也已經研制成功，使用嗜堿性細菌Alcaligenes cutrophus，并用于對污水中鋅的濃度和生物有效性進行測量，其結果令人滿意[17]。

　　還有一種通道生物傳感器可以檢測浮游植物和水母等生物體產生的腰鞭毛蟲神經毒素等毒性物質，目前已經能夠測量在一個浮游生物細胞內含有的極微量的PSP毒素[20]。DNA傳感器也在迅速的得到應用，目前有一種小型化DNA生物傳感器，能將DNA識別信號轉換為電信號，用于測量水樣中隱孢子和其他水源傳染體。該傳感器著重于改進核酸的識別作用和加強該傳感器的特異性和靈敏性，并尋求將雜交信號轉化為有用信號的新方法，目前研究工作為識別裝置和轉換裝置的一體化[21]。

　　總之，常用的微生物電極和酶電極在各種應用中各有其優越之處。若容易獲得穩定、高活性、低成本的游離酶，則酶電極對使用者來說是最理想的。相反的，若生物催化需經過復雜途徑，需要輔酶，或所需酶不宜分離或不穩定時，微生物電極則是更理想的選擇。而其他各種形式的生物傳感器也在蓬勃發展中，其應用也越來越廣泛。隨著固定化技術的進一步完善，隨著人們對生物體認識的不斷深入，生物傳感器必將在市場上開辟出一片新的天地。

【聲明】物流產品網轉載本文目的在于傳遞信息，并不代表贊同其觀點或對真實性負責，物流產品網倡導尊重與保護知識產權。如發現文章存在版權問題，煩請聯系小編電話：010-82387008，我們將及時進行處理。