生物传感器在环境污染物检测中的应用

韩 璐，黄大波

(1. 营口理工学院 化学与材料工程系， 辽宁 营口 115014；2. 营口市公安局刑警支队， 辽宁 营口 115000)

生物传感器在环境污染物检测中的应用

韩 璐1，黄大波2

(1. 营口理工学院 化学与材料工程系， 辽宁 营口 115014；2. 营口市公安局刑警支队， 辽宁 营口 115000)

总结了近年来国内外的研究成果，分别从有机磷农药检测、有机氯农药检测、酚类及其他有机污染物检测、重金属离子检测等几方面综述了生物传感器在环境污染物检测中的最新研究进展。

生物传感器；环境；污染物；检测；综述

环境是人类赖以生存的基础，然而随着近代石油、化工、农药等行业的快速发展，污染物的排放量与日俱增，环境问题日益凸显，引起了全世界的普遍关注，环境监测越来越受到重视[1]。传统的污染物检测方法主要以色谱及其联用技术为主，但是这种方法往往前处理比较复杂，测试周期长，设备昂贵。近年来，随着生物传感技术的不断开发与发展，生物传感器因其灵敏度高、选择性好、环境污染小、体积小、携带方便、易于实现实时、原位、在线连续监测等优点[2]，被广泛地用于食品科学、生命科学、环境科学等多领域。本文总结了近年来国内外的研究成果，重点阐述了生物传感器在环境污染物检测中的应用。

1 在农药检测中的应用

1.1 有机磷农药

Zourob M等[3]利用pH敏感水凝胶薄膜和有机磷水解酶制备了一种无线磁弹性传感器。有机磷水解酶可以催化多种有机磷化合物的水解，从而改变水凝胶的pH值，引起水凝胶的膨胀与收缩，通过测量这一粘弹性变化就可以实现对有机磷农药的检测。该传感器用于对氧磷和对硫磷的测定，检出限分别为1×10-7mol/L和8.5×10-7mol/L。

为了评价农药和实际废水的生物毒性，Qian J等[4]研究了一种生物膜修饰的电流型微生物传感器。以酿酒酵母细胞为高活性生物催化剂，3,5-二氯酚为参考毒物，运用该方法测定了包括乙酰甲胺磷、莠灭净、福美双等农药溶液，并且分析评价了四种实际废水的生物毒性。

1.2 有机氯农药

Murthy M R等[5]研制了一种用于有机氯农药检测的电位生物传感器。滴滴涕和六六六在脱氢卤化酶作用下降解，降解过程中脱氯，氯离子被释放后，可以通过离子选择性电极来进行测定，并且电位的响应值与滴滴涕和六六六的降解产物浓度成正比。该方法可以有效的检测水样中的滴滴涕和六六六含量。

2 在酚类有机污染物检测中的应用

酪氨酸酶常用来检测酚类化合物。Pérez L B等[6]制备了基于酪氨酸酶和碳纳米管修饰电极的生物传感器，用于儿茶酚的检测。多壁碳纳米管促进了酶和电极表面的电子转移，在最佳工作电位下，测得该传感器的灵敏度为294mA( mmol/L)-1cm-2，儿茶酚的检测线性范围为0.0～0.15mmol/L，检出限为0.01mmol/L。

Zhou Y等[7]研究了一种基于介孔碳-金/L-赖氨酸膜/金纳米粒子表面固定酪氨酸酶的生物传感器，并将此传感器与人工神经网络相结合，实现了堆肥垃圾中邻苯二酚和对苯二酚的同时测定。人工神经网络模型的运用可以更好的对堆肥系统的动态、非线性和不确定度等数据进行分析。该方法将邻苯二酚和对苯二酚的直接检测线性范围拓宽到了1.0×10-7～1.1×10-4mol/L 。

3 在其他有机污染物检测中的应用

Zhou X C等[8]开发了一种免疫型压电传感器，通过酶联免疫竞争法来实现多氯代二苯并二噁英的快速测定。不同浓度的2,3,7,8-四氯二苯并二噁英与固定浓度的酶标记物竞争结合固定在石英晶体表面的小鼠单克隆抗体，抗原抗体的结合产生石英晶体微天平频率的变化，并且这一变化与2,3,7,8-四氯二苯并二噁英的浓度成比例，线性检出范围为 0.01～1.3ng /mL。

Wang H等[9]构建了一种基于RNA核酸适配体的电化学生物传感器，用于高选择性的测定孔雀石绿。该传感器依靠自组装的方式将孔雀石绿适配体固定在修饰电极上，并通过抗原抗体之间的识别作用，将辣根过氧化物酶标记的孔雀石绿抗体连接到修饰电极上。最后，通过记录酶催化过氧化氢反应产生的还原电流来实现对孔雀石绿的测定。该方法检测线性范围宽至五个数量级，检出限低至16.3pg/mL。

4 在重金属离子检测中的应用

Guo Y等[10]介绍了一种荧光生物传感器用于Pb2+的检测。Pb2+存在可以显著的增强体系的荧光信号，并且当Pb2+浓度在0～100nm范围内具有线性响应，检出限为530pM。在多个干扰离子的存在的情况下，该传感器仍然能表现出良好的选择性。运用本方法对河水样品进行了测定，结果令人满意。

Zhuo B等[11]提出了一种基于DNA修饰电极的电化学发光生物传感器，用于Hg2+的检测。当体系中有Hg2+存在时，Hg2+会与电极上的DNA形成稳定的T-Hg2+-T类双链结构，从而导致淬灭剂从电极表面脱离，降低淬灭效率，根据淬灭效率与Hg2+的浓度关系可以实现Hg2+的定量检测。该方法检出限低至18pM，为水体中汞离子的检测提供了一条简单有效的新途径。

Wang D等[12]设计了一种基于点击化学的非酶式生物传感器，用于铜离子的快速检测。在抗坏血酸钠的存在下，Cu2+被还原为Cu+，能够催化水溶液中DNA的叠氮炔基环加成反应，形成红色的频带。通过优化实验条件，该方法对Cu2+的检出限可低至100nm。

5 结语与展望

生物传感器的出现，为环境污染物的分析与监测提供了一种新手段。虽然生物传感器在环境领域的应用已经取得了一定的进展，但是仍然存在一些不足，发展尚不完善，真正的生产使用并不多，仍有大量的可开发空间亟待探索。相信随着科技的进步以及相关学科的不断发展，生物传感器的应用前景必定越来越好。

[1] 韩 璐,黄大波.石墨烯修饰电极在环境分析中的应用[J]. 炭素技术, 2017, 36 (1):10-12.

[2] 梁 刚,刘新会.电化学DNA生物传感器在检测环境有机污染物中的应用[J]. 环境化学, 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.

(本文文献格式：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，2017，46(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

韩 璐(1983—)，女，实验师，主要从事污染物检测研究。

TP212.3

A

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

分析与测试