[发明专利]一种提高微生物燃料电池传感性能的方法

说明书

本发明属于微生物电化学领域，更具体地，涉及一种利用群体感应从微生物层面提升微生物燃料电池传感器性能的方法。该方法通过在MFC传感器运行全过程中向培养液中加入群体感应自诱导剂；当MFC传感器稳定启动之后，将其应用于水环境重金属传感。本发明利用微生物群体感应现象调控MFC传感器阳极生物膜产电菌比例及活性，与现有技术相比能够有效解决阳极生物膜死细胞比例过大导致传感性能下降的问题，具有操作简单、效果稳定等优点，有效地提高了MFC传感器传感的灵敏性以及抗毒性冲击能力，加快了MFC传感器实现原位在线监测的进程。

技术领域

本发明属于微生物电化学领域，更具体地，涉及一种利用群体感应从微生物层面提升微生物燃料电池传感器性能的方法。

背景技术

由于环境监管制度不够完善以及清洁生产技术不达标，近年来，我国环境污染问题频频发生。各类重金属及毒性较高的有机、无机化合物通过工业废水、城市生活废水等途径向自然环境中排放，严重损害自然生态功能，直接危害民众健康及社会安定。因此亟需一种行之有效的水体毒性预警系统。现阶段对水体环境毒性物质进行的检测多采用非原位化学手段，时效性较差，成本高，需额外提供电源，难以实现实时监测预警。

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)以富含微生物的市政废水作为接种体对MFC阳极进行生物驯化，使其表面附着丰富产电菌，在代谢废水有机物质的同时产生电能；废水中毒性物质可直接抑制MFC阳极产电菌活性，从而通过其电信号输出的骤减实现对毒性物质的实时监测。基于MFC技术的微生物毒性MFC传感器具有反应迅速、结构简单、成本低廉和自我供能等优势，在原位在线预警监测领域具有广阔的应用前景。

以电活性生物膜作为传感元件的MFC传感器，其性能受到基质类型与浓度、电极材料与传感器结构、进水方式、pH等环境因素的影响。现有的研究大多通过优化外部运行环境来提升MFC传感器性能，比如寻找不同的阳极材料或通过优化阳极液进水方式来提高MFC传感器的电压降，但是以上方法都不能从根本上提高MFC传感器的灵敏性和稳定性。

因此，需要寻找一种方法，从根本上调控产电生物膜内在性能，提高MFC传感器传感性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种提高微生物燃料电池传感器性能的方法，其通过向微生物燃料电池传感器的培养液中加入群体感应自诱导剂，在MFC传感器全周期对电活性生物膜中微生物群落及活性的调控，能够有效解决阳极生物膜死细胞比例过大导致传感性能下降的问题，并显著提高MFC传感器的灵敏性及抗环境冲击能力，由此解决现有技术不能从根本上提高MFC传感器的灵敏性和稳定性的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种提高微生物燃料电池传感性能的方法，向微生物燃料电池传感器的培养液中加入群体感应自诱导剂，通过微生物的群体感应现象和产电菌对自诱导剂分子的响应，提高阳极生物膜中产电菌的比例以及活性，增强该传感器对毒性物质的响应灵敏性和抵抗能力，并能够在一定时间内恢复其电化学活性。

优选地，所述的方法，包括如下步骤：

(1)MFC传感器的构建；构建MFC传感器，该传感器包括串联的阳极、阴极和外接电阻；

(2)MFC传感器的接种：采用培养液接种构建的MFC传感器，所述培养液包括污水和基质溶液，还包括群体感应自诱导剂；

(3)MFC传感器阳极微生物膜驯化：更换培养液对所述MFC传感器的阳极微生物膜进行驯化，当外接电阻两端电压达到一定值并稳定数个周期时，表示MFC传感器阳极微生物膜驯化完成，MFC传感器稳定启动成功；且保证在所述MFC传感器的驯化和稳定启动过程中，所述培养液中含有所述群体感应自诱导剂。

优选地，所述群体感应自诱导剂为N-己酰高丝氨酸内酯、N-(3-羟基丁酰基)-L-高丝氨酸内酯、N-辛酰基-L-高丝氨酸内酯和N-氧代十二烷酰化高丝氨酸内脂中的一种或多种。