环工系（所）化学与生物传感器在环境分析中的应用工作介绍-- 牛承岗、汤琳
发布日期：2004年02月20日 阅读： 次
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| 无论评价环境还是管理环境，一切环保战略都基于确定合适的危险限值。要深刻了解环境污染程度，追溯污染来源，认识污染进程，都需要有足够选择性、灵敏度高的环境分析测试方法，因此环境分析无疑是保护环境、发展环境科学所必需的一门既有基础性又具前沿性的学科。 运用先进的科学技术发展新的分析原理并研究建立有效而实用的原位（in situ）、在体（in vivo）、实时（real time）、高灵敏度、高选择性的新型动态分析检测和无损探测方法及多元多参数的检测监视方法，是环境分析面临的主要任务。化学与生物传感器正是为了满足这种新的要求而产生与发展起来的一种新型分析技术。光化学传感器由于能选择性地将分析对象的化学组分及其含量直接、连续转化为可测量的光信号引起了研究者的极大兴趣。随着新材料、新技术的出现，光化学传感器已经在短时间内迅速成为化学传感器领域中最活跃的前沿研究领域之一。荧光化学传感器由于灵敏度高、选择性好而成为研究的热点。电化学传感器是用电化学换能器制作成的传感器，主要组成部分是可置入样品中的用识别分子修饰的电极。按照其检测的电信号不同，主要可分为电流型传感器、电位型传感器、电导型传感器。电化学传感器由于制作简单、检测方便、灵敏度高而得到了广泛的应用。 基于生物识别分子的生物传感器（包括是酶传感器、微生物传感器及免疫传感器等）利用生化反应原理，实现了对环境样品中多种有毒有害物质浓度等指标的高灵敏度在线监测。用酶、微生物、抗原（抗体）作为敏感材料固定在基体传感器的表面，通过传感技术及使生化反应发生时产生电化学或光化学上的变化，转变成可检测的信号测定环境中待测分子的浓度。 已完成的研究工作：合成了多种荧光载体并直接共价键合于传感器表面，研制了一系列共价键合敏感试剂的光导纤维荧光化学传感器；成功制备了多种电化学酶抑制传感器，用于环境样品中重金属离子、农药等的高灵敏度检测。以上传感器部分已应用于堆肥过程监测。已在Analytical and Bioanalytical Chemistry, Analytical Science, The Analyst, Sensors and Actuators B等SCI核心源刊上发表论文17篇。 正在进行的工作：1室温磷光传感器由于利用了时间分辨方法，可以消除样品中的背景干扰，特别有利于环境、生物样品的测定。室温磷光传感器有其独特的优点，它的研究是环境分析化学和传感器领域的热点和前沿课题。磷光传感器在环境科学中的应用还非常少见，构建新型磷光传感器，研究传感器的响应机理、特性，并应用于环境中有毒重金属离子、有机污染物、生物代谢产物的实时、在线动态无损分析检测，具有重要的理论意义与实际价值。目前此工作正在进行中。 2免疫传感器利用动物体内抗原、抗体能发生特异性的吸附反应的性质，将抗原（或抗体）固定在载体上，能识别较大分子之间的微小差异，具有很强的专一性，并可以很方便地与未反应的抗体（或抗原）分离，实现对单（多）种物质进行实时、在体、在线测定。可用于分析从复杂的病毒、微生物、生物毒素到简单的农药分子、工业有机污染物、重金属离子等各种物质，成为检测环境中痕量有害物质方法的研究热点。目前此工作正在进行中。 下一步拟进行的工作：1 在环境治理和研究过程中，对许多生物大分子的定量分析提出了要求，环境生物化学分析已成为环境分析化学重要的前沿领域之一。检测它们的最好方法是利用各种荧光、磷光探针，磷光探针由于可以利用时间分辨的方法消除样品中的背景干扰而具有更大的优势。由于生物体系的特殊性和复杂性，对荧光、磷光探针有很高的要求，现有的方法存在着各种缺陷。利用纳米粒子作为生物荧光、磷光探针可以较好的解决这些问题。在下一步的研究工作拟制备性能优良的荧光、磷光探针并应用于环境生物分析。 2堆肥生物传感器的研制与开发：本研究旨在开发新型酶传感器、微生物传感器及免疫传感器等进行堆肥过程中腐熟度（包含多种有机物浓度）、有毒有害物质浓度等指标的在线监测。 1）葡萄糖氧化酶、碱性／酸性磷酸酯酶、纤维素酶等传感器用于检测堆肥过程中葡萄糖、磷酸盐、纤维素等成分的浓度。 2）多种以堆肥菌株作为敏感材料的传感器用于跟踪监测堆肥中各阶段微生物降解过程的中间产物及最终产物的浓度。 3）免疫传感器、酶传感器用于测定堆肥菌株含量、有效酶的浓度以及各种重金属、难降解有机污染物、病毒、病原菌、生物毒素等有毒有害组分的浓度。 |
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发布时间：2004-02-20 |
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