[发明专利]基于生物阳极/普鲁士蓝阴极的自供能可视化检测方法

说明书

本发明涉及一种基于生物阳极/普鲁士蓝阴极的自供能可视化检测方法，属于水体检测技术领域。解决了如何提供一种简化了检测设备，降低了能源的消耗，操作简便，响应更灵敏，检测结果可视化，检测成本更低的水体检测方法的问题。该方法先制备生物阳极和PB/ITO片，然后构建生物传感器，分别检测标准液和检测液，利用普鲁士蓝膜独特的电致变色性能及可逆的氧化还原行为，根据阳极微生物(酶)活性监测水体毒性、有机物浓度和生化需氧量的变化，水体对阳极微生物(酶)活性的影响可以完全表现在普鲁士蓝膜颜色变化的快慢及程度上，辅助紫外光谱仪或者荧光光谱仪还可以计算出毒性抑制率、有机物浓度和生化需氧量。

技术领域

本发明属于水体检测技术领域，具体涉及一种基于生物阳极/普鲁士蓝阴极的自供能可视化检测方法。

背景技术

近几十年来，随着我国工、农业的快速发展和污染物的过度排放，以及各种污染物在环境中迁移转化形成复合污染物，环境污染问题日益突出，水污染问题尤为严重，直接危害到人类健康和生态安全。为了应对这一严峻挑战，各种水体综合毒性检测、监测的技术迅速发展，成为人们监测水环境是否污染，并判断受污染程度的重要手段。其中，微生物种群数量大，生长周期短，对环境变化的敏感性高，具有与高等动物类似的物理化学特性以及酶作用过程等特点，因而适合开发省时、低耗、无道德争议的快速生物学毒性测试方法，尤其适合开发小型便携式水体毒性检测设备。近年来，各种类型的微生物被用作毒性检测的受试体，例如发光细菌，电化学活性菌，甚至普通的微生物等，基于微生物的毒性检测方法受到了广泛的关注。

而基于电化学活性菌的微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的发明为水体毒性检测研究提供了新的手段。MFC是一种以产电微生物为阳极催化剂，将化学能直接转化成电能的装置。目前，对MFC的研究主要集中在产电，有机污水处理，环境生物修复，野外电源及传感器等领域的开发。Kim等率先将MFC引入至水体生物毒性的检测，包括有机磷化合物、多氯联苯、重金属如铅和汞，目前已研制出世界上第一台基于MFC的水体生物毒性检测仪(HATOX-2000)，它采用双室型MFC作为核心部件，阴极以溶解氧为最终电子受体，阴极氧还原反应(ORR)采用Pt/C催化剂，氧气还原按4电子途径进行，催化效率很高。但是，HATOX-2000存在以下不足：(1)阴极室需要连续曝气，能源消耗大；(2)缓慢的反应动力学以及催化剂的毒化会降低阴极电位和MFC的整体效率；(3)Pt储量稀少，价格高昂，成本高；(4)结构复杂，操作繁琐；(5)需要昂贵的电化学检测仪器，野外检测携带不方便；(6)检测结果肉眼不可见。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于生物阳极/普鲁士蓝阴极的自供能可视化检测方法，该方法不仅简化了水体检测设备，降低了能源的消耗，而且操作简便，响应更灵敏，检测结果可视化，检测成本更低。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。

基于生物阳极/普鲁士蓝阴极的自供能可视化检测方法，步骤如下：

步骤一、在阳极上富集稳定的产电菌或酶，得到生物阳极；

步骤二、在ITO基底上沉积普鲁士蓝，得到PB/ITO片；

步骤三、取双室生物传感器，先用2～200mM铁氰化钾溶液清洗阴极室，清洗液清洗阳极室，然后将阴极和步骤一得到的生物阳极分别置于阴极室和阳极室中，且阴极和生物阳极分别连接在负载电阻的两端，数据采集器的两端也连接电阻两端，再向阳极室加入标准液，阴极室加入2～200mM铁氰化钾溶液，当数据采集器显示的电压/电流上升至稳定状态，断开电路；