韓 璐，黃大波

(1. 營(yíng)口理工學(xué)院 化學(xué)與材料工程系， 遼寧 營(yíng)口 115014；2. 營(yíng)口市公安局刑警支隊(duì)， 遼寧 營(yíng)口 115000)

生物傳感器在環(huán)境污染物檢測(cè)中的應(yīng)用

韓 璐1，黃大波2

(1. 營(yíng)口理工學(xué)院 化學(xué)與材料工程系， 遼寧 營(yíng)口 115014；2. 營(yíng)口市公安局刑警支隊(duì)， 遼寧 營(yíng)口 115000)

總結(jié)了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究成果，分別從有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)、有機(jī)氯農(nóng)藥檢測(cè)、酚類(lèi)及其他有機(jī)污染物檢測(cè)、重金屬離子檢測(cè)等幾方面綜述了生物傳感器在環(huán)境污染物檢測(cè)中的最新研究進(jìn)展。

生物傳感器；環(huán)境；污染物；檢測(cè)；綜述

環(huán)境是人類(lèi)賴(lài)以生存的基礎(chǔ)，然而隨著近代石油、化工、農(nóng)藥等行業(yè)的快速發(fā)展，污染物的排放量與日俱增，環(huán)境問(wèn)題日益凸顯，引起了全世界的普遍關(guān)注，環(huán)境監(jiān)測(cè)越來(lái)越受到重視[1]。傳統(tǒng)的污染物檢測(cè)方法主要以色譜及其聯(lián)用技術(shù)為主，但是這種方法往往前處理比較復(fù)雜，測(cè)試周期長(zhǎng)，設(shè)備昂貴。近年來(lái)，隨著生物傳感技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)與發(fā)展，生物傳感器因其靈敏度高、選擇性好、環(huán)境污染小、體積小、攜帶方便、易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、原位、在線連續(xù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)[2]，被廣泛地用于食品科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多領(lǐng)域。本文總結(jié)了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究成果，重點(diǎn)闡述了生物傳感器在環(huán)境污染物檢測(cè)中的應(yīng)用。

1 在農(nóng)藥檢測(cè)中的應(yīng)用

1.1 有機(jī)磷農(nóng)藥

Zourob M等[3]利用pH敏感水凝膠薄膜和有機(jī)磷水解酶制備了一種無(wú)線磁彈性傳感器。有機(jī)磷水解酶可以催化多種有機(jī)磷化合物的水解，從而改變水凝膠的pH值，引起水凝膠的膨脹與收縮，通過(guò)測(cè)量這一粘彈性變化就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測(cè)。該傳感器用于對(duì)氧磷和對(duì)硫磷的測(cè)定，檢出限分別為1×10-7mol/L和8.5×10-7mol/L。

為了評(píng)價(jià)農(nóng)藥和實(shí)際廢水的生物毒性，Qian J等[4]研究了一種生物膜修飾的電流型微生物傳感器。以釀酒酵母細(xì)胞為高活性生物催化劑，3,5-二氯酚為參考毒物，運(yùn)用該方法測(cè)定了包括乙酰甲胺磷、莠滅凈、福美雙等農(nóng)藥溶液，并且分析評(píng)價(jià)了四種實(shí)際廢水的生物毒性。

1.2 有機(jī)氯農(nóng)藥

Murthy M R等[5]研制了一種用于有機(jī)氯農(nóng)藥檢測(cè)的電位生物傳感器。滴滴涕和六六六在脫氫鹵化酶作用下降解，降解過(guò)程中脫氯，氯離子被釋放后，可以通過(guò)離子選擇性電極來(lái)進(jìn)行測(cè)定，并且電位的響應(yīng)值與滴滴涕和六六六的降解產(chǎn)物濃度成正比。該方法可以有效的檢測(cè)水樣中的滴滴涕和六六六含量。

2 在酚類(lèi)有機(jī)污染物檢測(cè)中的應(yīng)用

酪氨酸酶常用來(lái)檢測(cè)酚類(lèi)化合物。Pérez L B等[6]制備了基于酪氨酸酶和碳納米管修飾電極的生物傳感器，用于兒茶酚的檢測(cè)。多壁碳納米管促進(jìn)了酶和電極表面的電子轉(zhuǎn)移，在最佳工作電位下，測(cè)得該傳感器的靈敏度為294mA( mmol/L)-1cm-2，兒茶酚的檢測(cè)線性范圍為0.0～0.15mmol/L，檢出限為0.01mmol/L。

Zhou Y等[7]研究了一種基于介孔碳-金/L-賴(lài)氨酸膜/金納米粒子表面固定酪氨酸酶的生物傳感器，并將此傳感器與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了堆肥垃圾中鄰苯二酚和對(duì)苯二酚的同時(shí)測(cè)定。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的運(yùn)用可以更好的對(duì)堆肥系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、非線性和不確定度等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。該方法將鄰苯二酚和對(duì)苯二酚的直接檢測(cè)線性范圍拓寬到了1.0×10-7～1.1×10-4mol/L 。

3 在其他有機(jī)污染物檢測(cè)中的應(yīng)用

Zhou X C等[8]開(kāi)發(fā)了一種免疫型壓電傳感器，通過(guò)酶聯(lián)免疫競(jìng)爭(zhēng)法來(lái)實(shí)現(xiàn)多氯代二苯并二噁英的快速測(cè)定。不同濃度的2,3,7,8-四氯二苯并二噁英與固定濃度的酶標(biāo)記物競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合固定在石英晶體表面的小鼠單克隆抗體，抗原抗體的結(jié)合產(chǎn)生石英晶體微天平頻率的變化，并且這一變化與2,3,7,8-四氯二苯并二噁英的濃度成比例，線性檢出范圍為 0.01～1.3ng /mL。

Wang H等[9]構(gòu)建了一種基于RNA核酸適配體的電化學(xué)生物傳感器，用于高選擇性的測(cè)定孔雀石綠。該傳感器依靠自組裝的方式將孔雀石綠適配體固定在修飾電極上，并通過(guò)抗原抗體之間的識(shí)別作用，將辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記的孔雀石綠抗體連接到修飾電極上。最后，通過(guò)記錄酶催化過(guò)氧化氫反應(yīng)產(chǎn)生的還原電流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)孔雀石綠的測(cè)定。該方法檢測(cè)線性范圍寬至五個(gè)數(shù)量級(jí)，檢出限低至16.3pg/mL。

4 在重金屬離子檢測(cè)中的應(yīng)用

Guo Y等[10]介紹了一種熒光生物傳感器用于Pb2+的檢測(cè)。Pb2+存在可以顯著的增強(qiáng)體系的熒光信號(hào)，并且當(dāng)Pb2+濃度在0～100nm范圍內(nèi)具有線性響應(yīng)，檢出限為530pM。在多個(gè)干擾離子的存在的情況下，該傳感器仍然能表現(xiàn)出良好的選擇性。運(yùn)用本方法對(duì)河水樣品進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果令人滿(mǎn)意。

Zhuo B等[11]提出了一種基于DNA修飾電極的電化學(xué)發(fā)光生物傳感器，用于Hg2+的檢測(cè)。當(dāng)體系中有Hg2+存在時(shí)，Hg2+會(huì)與電極上的DNA形成穩(wěn)定的T-Hg2+-T類(lèi)雙鏈結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致淬滅劑從電極表面脫離，降低淬滅效率，根據(jù)淬滅效率與Hg2+的濃度關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)Hg2+的定量檢測(cè)。該方法檢出限低至18pM，為水體中汞離子的檢測(cè)提供了一條簡(jiǎn)單有效的新途徑。

Wang D等[12]設(shè)計(jì)了一種基于點(diǎn)擊化學(xué)的非酶式生物傳感器，用于銅離子的快速檢測(cè)。在抗壞血酸鈉的存在下，Cu2+被還原為Cu+，能夠催化水溶液中DNA的疊氮炔基環(huán)加成反應(yīng)，形成紅色的頻帶。通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，該方法對(duì)Cu2+的檢出限可低至100nm。

5 結(jié)語(yǔ)與展望

生物傳感器的出現(xiàn)，為環(huán)境污染物的分析與監(jiān)測(cè)提供了一種新手段。雖然生物傳感器在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但是仍然存在一些不足，發(fā)展尚不完善，真正的生產(chǎn)使用并不多，仍有大量的可開(kāi)發(fā)空間亟待探索。相信隨著科技的進(jìn)步以及相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展，生物傳感器的應(yīng)用前景必定越來(lái)越好。

[1] 韓 璐,黃大波.石墨烯修飾電極在環(huán)境分析中的應(yīng)用[J]. 炭素技術(shù), 2017, 36 (1):10-12.

[2] 梁 剛,劉新會(huì).電化學(xué)DNA生物傳感器在檢測(cè)環(huán)境有機(jī)污染物中的應(yīng)用[J]. 環(huán)境化學(xué), 2013(7):1388-1397.

[3] Zourob M, Ong K G, Zeng K, et al. A wireless magnetoelastic biosensor for the direct detection of organophosphorus pesticides[J]. Analyst, 2007, 132(4):338.

[4] Qian J, Li J, Fang D, et al. A disposable biofilm modified amperometric biosensor for sensitive determination of pesticide biotoxicity in water[J].Rsc Advances, 2014, 4(98):55473-55482.

[5] Murthy M R, Mandappa I M, Latha R, et al. An immobilized dehydrohalogenase based potentiometric biosensor for the detection of chlorinated pesticides[J]. Analytical Methods, 2010, 9(9):1355-1359.

[7] Zhou Y, Tang L, Zeng G, et al. Simultaneous determination of hydroquinone and catechol in compost bioremediation using a tyrosinase biosensor and artificial neural networks[J]. Analytical Methods, 2014, 6(7):2371-2378.

[8] Zhou X C, Cao L. High sensitivity microgravimetric biosensor for qualitative and quantitative diagnostic detection of polychlorinated dibenzo-p-dioxins[J]. Analyst, 2001, 126(1):71-78.

[9] Wang H, Wang Y, Liu S, et al. An RNA aptamer-based electrochemical biosensor for sensitive detection of malachite green[J]. Rsc Advances, 2014, 4(105):60987-60994.

[10] Guo Y, Li J, Zhang X, et al. A sensitive biosensor with a DNAzyme for lead(II) detection based on fluorescence turn-on.[J]. Analyst, 2015, 140(13):4642-7.

[11] Zhuo B, Li Y, Zhang A, et al. An electrochemiluminescence biosensor for sensitive and selective detection of Hg2+based on π-π interaction between nucleotides and ferrocene-graphene nanosheets[J]. Journal of Materials Chemistry B, 2014, 2(21):3263-3270.

[12] Wang D, Ge C, Wang L, et al. A simple lateral flow biosensor for the rapid detection of copper(II) ions based on click chemistry[J]. Rsc Advances, 2015, 5(92):75722-75727.

(本文文獻(xiàn)格式：韓 璐，黃大波.生物傳感器在環(huán)境污染物檢測(cè)中的應(yīng)用[J].山東化工，2017，46(12)：84-85.)

Application of Biosensor for the Detection of Environmental Pollutants

HanLu1，HuangDabo2

(1.Department of Chemical and Material Engineering, Yingkou Institute of Technology, Yingkou 115014，China；2. Criminal Police Detachment of Yingkou Public Security Bureau, Yingkou 115000，China)

This paper summarized the recent studies of biosensor for the detection of environmental pollutants both at home and abroad, and reviewed the application of biosensor in determination of organophosphorus pesticides, organochlorine pesticides, phenols and other organic pollutants and heavy metal ions.

biosensor; environmental; pollutant; detection; review

2017-04-14

韓 璐(1983—)，女，實(shí)驗(yàn)師，主要從事污染物檢測(cè)研究。

TP212.3

A

1008-021X(2017)12-0084-02

分析與測(cè)試