生物传感器在环境监测中的应用

温度和pH对1,2-二溴乙烷的生物传感器响应 的影响
浓度与响应强度的关系
结论
•由于生物传感器具有快速、在线、连续监测的优点，越来越受到 人们的重视。经过近30年的研究，生物传感器已获得了很大发展。 但是真正应用于环境监测领域的实例并不太多，这主要是由于目 前的生物传感器还存在诸多不足之处，如稳定性差、对许多有毒 物质缺乏抵抗性、使用寿命短、维护较为复杂等。 •未来生物传感器发展的方向主要集中在两个方面：换能器的发展 和检测元件的改进。此外，便携式微型生物传感器的研究也是未 来的一个发展方向，新生物材料的合成、纳米技术的应用等都将 进一步推进生物传感器在环境监测领域的应用。
氧化石墨烯氧化物生物传感器检测双酚A
•双酚A（BPA），聚碳酸酯（PC），环氧树脂和塑料行业的一 种重要的工业化学品，作者基于氧化石墨烯和防BPA适配体 设计了一种检测双酚A的新方法。氧化石墨烯可以特异性地 吸附和淬灭荧光修饰的单链DNA探针。同时，BPA可以结合抗 双酚A适配体并防止核酸适体吸附在氧化石墨烯（GO）表面。 不同浓度的双酚A下，基于目标诱导抗BPA适体和相互作用的 荧光修饰抗BPA适体之间的构象变化,实验结果表明，荧光信 号的强度改变。在范围0.1−10毫微克/毫升内，获得了检出 限为0.05 ng / mL。在实际水样的回收率添加BPA可以96%到 104.5%。
铅的检测示意图
最初TB和AF链杂交（标有BHQ2 淬火）和AF应变（用Cy3荧光） 在缓冲液中检测Hg2+的þ[图1 （a）]。在添加汞离子后，AF 展开和T-A对形成自由的AF和 T–Hg2+–T.上述混合物形成随 后被传递到光纤的探针链TS， 而自由AF被俘，固定于纤维表 面，随后通过倏逝波激发产生 荧光信号的检测。检测完成后， 通过清洗探针，就可用于下一 轮的检测。
参考文献
•[1] Rodríguez-Delgado M M, Alemán-Nava G S, Rodríguez-Delgado J M, et al. Laccase-based biosensors for detection of phenolic compounds[J]. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2015, 74: 21-45. •[2] Rodríguez-Delgado M M, Alemán-Nava G S, Rodríguez-Delgado J M, et al. Laccase-based biosensors for detection of phenolic compounds[J]. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2015, 74: 21-45. •[3] Wang R, Xiang Y, Zhou X, et al. A reusable aptamer-based evanescent wave all-fiber biosensor for highly sensitive detection of Ochratoxin A[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2015, 66: 11-18. •[4] Han S, Zhou X, Tang Y, et al. Practical, highly sensitive, and regenerable evanescent-wave biosensor for detection of Hg 2+ and Pb 2+ in water[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2016, 80: 265-272. •[5] Bidmanova S, Kotlanova M, Rataj T, et al. Fluorescence-based biosensor for monitoring of environmental pollutants: From concept to field application[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2015.
酵母生物传感器
•酵母生物传感器因为相比其他传感技术它具有各种优势，所 以主要用来筛选和检测环境污染物。另一方面，在一些情况 下许多限制仍然是关于它们的最佳性能和适用性，如低浓度 样品和现场测试。酵母生物传感器，特别侧重于筛选和评估 环境污染物的影响。
酵母生物传感器
（1）化学或环境样本的制备
（例如，提取或预浓缩的样品） 和酵母细胞的曝光（曝光时间 变化取决于酵母）。 （2）该化合物在酵母细胞中引 发生物反应，如报告基因的诱 导活性损害Biblioteka Baidu代谢反应。
相关实验因子对传感系 统荧光强度的影响。 （a）氧化石墨烯浓度 （b）pH值 （c）温度 （d）反应时间
在10 nm和2μFAM ssDNA 克/毫升到20mM HCl缓冲 溶液−存在系统荧光光谱 （pH 8）含有不同浓度 的双酚A（0.1−100纳克/ 毫升）
确定该方法的特异性和 选择性，双酚A类似物对 荧光强度的影响也通过 评估其对干扰的其他类 似物的评估。在添加类 似物后，在所研制的传 感器的荧光强度几乎没 有任何变化
Hg2+浓度在0–10 nM范围内对信号 谱收缩
0–10 nM的范围内号强度和Hg2+浓度 之间的线性关系
高浓度的铅溶液会产生更多的自由 AF，因为T–Hg2+–T变多。
荧光生物传感器
•传感器主要优点是体积小，便于携带，测量时间短，是环境 监测分析的常规技术。该传感器已成功地用于在实验室条件 下，对几种重要的卤代烃污染物的检测，1,2-二氯乙烷、 1,2,3-三氯丙烷。最低检出限分别为2.7、1.4mg/L。通过重 复注射卤代化合物于测量溶液证明能够连续监测。浓度由传 感器结合气相色谱-质谱仪测定，具有高效的相关系数0.92， 为生物传感器系统在现场筛查和日常监测提供了一个良好的 技术。
生物传感器在环境监测中的应用
〉
简要介绍了生物传感器的原理、分类和发 展概况，着重讲述了其在环境监测方面的 应用。综述了测定双酚A、Hg2+、Pb2+、、 农药残留，卤代烃污染物的水环境监测的 生物传感器。
生物传感器发展概况
生物传感器是对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行
检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括 酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物 质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、 压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。根
THANKS
据生物传感器中分子识别元件即敏感元件可分为五类：酶传
感器，微生物传感器，细胞传感器，组织传感器和免疫传感 器。
生物传感器发展概况
•生物传感器的工作原理如下： 待测物→生物识别元件→信息→信号转换→电信号或光信号 →信号放大信息处理→信号输出 •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。
（3）与生物反应有关的信号是
（4）测量、放大和用一个电子 换能器转化成可量化的值进行 分析，以评估化学物质的影响 或环境样品。
• 酵母生物传感器是用于化合物的检测的合适的筛选工具，在某 些情况下，他们用于环境监测的具有一定的局限性，如比哺乳动 物细胞具有较低的灵敏度。然而，随着检测系统的改进，和新的 特定的生物传感器的发展，最近已经实现。结果表明，酵母生物 传感器现在可以替代的其他分析工具，并正在被标准化作为环境 监测。然而，目前覆盖的酵母生物化合物的数量限制了生物降解 有机物（BOD测定）、内分泌干扰物、金属、细胞毒素和抗生素。 只能检测少部分的环境污染物。因为监测所有潜在的有毒化合物 是不可能的。发展的合理的优先级方案是未来的筛选程序的一个 主要挑战。进一步发展酵母生物传感器的新类别和提高灵敏度， 检测低浓度的分子。
•传统的检测Hg2+、Pb2+方法，如原子吸收光谱法（AAS）和电感耦合等 离子体质谱（ICP-MS），可在非常低的浓度下检测Hg2+、Pb2+，但是他 们很难用于现场应用。因其可移植性差、成本高。所以探索一种新的简 单、快速、廉价、实时的重金属检测技术是重要的。倏逝波光纤生物传 感器基于功能核酸测定Hg2+、Pb2+环境水样中的现场检测。采用两步方 案旨在利用T–T与Hg2+错配和8–17脱氧核酶与Pb2+溶液中底物裂解的快 速结合，以及基于倏逝波–液固界面敏感的DNA检测。该传感器表现出高 的灵敏度和选择性没有任何信号的放大、检测快速（13分钟内每测试）， 成本低（10–20元人民币每样），和多循环再生（至少18次）。该方法 也被成功地应用于汞和实际环境水样中铅的检测
生物传感器在环境监测中的应用
•1：酶生物传感器检测酚 •2 用于检测环境污染物的酵母生物传感器
•3 氧化石墨烯生物传感器检测双酚A
•4 倏逝波光纤生物传感器检测Pb2+和Hg2+ •5 荧光生物传感器检测农药残留物
摘要
•近年来，食品工业和环境和医疗卫生领域酚类化合物的监测 有重大的意义。传统的这些化合物的检测和定量的方法有分 光光度法和色谱法，但是耗时和昂贵。然而，漆酶的生物传 感器是一种快速的方法，能在线监测这些化合物。我们讨论 的主要传导原则。我们根据电化学原理分为电流型、伏安法、 电位、电导传感器。我们将光学传感器分为荧光和吸收。安 培传感器的方法是最广泛的研究和应用酶生物传感器。光学 生物传感器比其他生物传感器具有更高的灵敏度。漆酶的生 产由少数菌属为主：栓菌，曲霉，和灵芝。
氧化石墨烯生物传感器检测双酚A
在无BPA存在的情况下，GO 会与适配体产生吸附作用， 从而会使FAM的荧光发生淬 灭。在BPA存在的情况下， BPA会与适配体结合，从而 改变了适配体的构型，并 且阻止了适配体在GO表面 的吸附，从而降低了荧光 猝灭作用，荧光强度增强。 不同浓度的BPA，荧光的强 度不同，这也是定量检测 BPA的依据。
酶生物传感器机理
酶生物传感器机理
漆酶的催化机制开始于T1铜给电子 给底物，随后从减少T1内部电子转 移到T2和T3铜。T3铜功就像在好氧 氧化过程中两电子受体，其中T2铜 的存在是必要的。氧还原成水发生 在T2和T3集群，通过过氧化物中间 体。
漆酶是不能直接氧化非酚类底物或 具有高氧化还原电位的大分子。在 这样的背景下，漆酶介体物质作为 漆酶中间基板，产生高氧化还原电 位中间能够间接氧化非酚类底物。