[发明专利]微生物传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明提供高通透电化学微生物传感器及其制备方法和应用，其中制备步骤包括：S1制备菌液；S2油包水型高内相乳液的制备；S3微生物传感器制备。该生物传感器采用三电极线性循环伏安法检测不同浓度的甲基磺草酮溶液的电化学行为来分析甲基磺草酮对两种不同细菌的急性生物毒性结果进而使实现其应用。通过该方法得到的微生物传感器，检测快速灵敏，可反映不同毒性物质浓度下微生物的应激电流响应。

技术领域

本发明涉及生物传感器电化学领域，具体涉及微生物传感器及其制备方法和应用。

背景技术

农业科技的进步离不开农药的大规模使用。近年来，农药对环境污染的影响，特别是通过土壤经雨淋而后到河流、湖泊等天然水体，从而影响大范围人群的健康问题而日益引起人们的重视。目前在各大水体和沉积物中已监测到了有机氯、有机磷、三唑类和拟除虫菊酯类等多种农药。这些农药通过水生生物体富集、再通过食物链传递进而危害人类的健康。然而，许多农药及其代谢产物的毒性和对环境的影响在使用多年后才被认识到或尚未被完全评估出来。

例如1957年发明的莠去津（2-氯-4-二乙胺基-6-异丙胺基-1，3，5-三嗪，阿特拉津，atrazine），是世界上最大的除草剂农药品种。经多年研究发现，莠去津的脱氯与烷基代谢产物会造成严重的地下水体污染，其在环境中的积累30年后仍然可被测出。而在2017年10月莠去津才被世卫组织列为3类致癌物，在欧洲已被禁用。于2000年注册的甲基磺草酮（2-（4-甲磺酰基-2-硝基-苯甲酰基）环己烷-1,3-二酮）是莠去津的替代农药，被认为是一种安全的除草剂，用量在近年来快速增加。甲基磺草酮可通过光、植物代谢、土壤微生物代谢、芬顿反应等方式降解。然而，近来的研究表明，甲基磺草酮会造成鱼体DNA损伤，对微生物酯酶有毒性作用，其代谢产物（主要是4-甲砜基-2-硝基苯甲酸，MNBA和2-氨基-4-甲砜基苯甲酸，AMBA）的毒性更强。长期食用含有甲基磺草酮残留的食物会对人畜产生致癌作用，或引起胎儿畸形。这些研究的出现对深入了解甲基磺草酮对环境和生物体的影响至关重要，但所用方法复杂，涉及仪器（高效液相色谱-质谱等）昂贵，处理样品耗时长、分析条件苛刻。因此建立快速测定甲基磺草酮的生物毒性的方法有其迫切性和必要性。

农药的生物毒性可以从对微生物的毒性，最初通过在不同浓度的所测农药的培养基中通过培养微生物数量来反映。但这种做法耗时很长，因细菌多样性、突变性、驯化或菌株感染等因素导致其结果重现性不佳。同时，反映不出引起不同微生物生长结果的影响机理。生物传感器是20世纪60年代发展起来的，由生物或生物有关的敏感元件和物理化学传感器（换能器）相结合，提供定量或半定量分析信息的小型分析仪器。其中利用全细胞微生物作为生物传感器的敏感元件具有制备容易、成本低、检测重现性好、使用寿命长、不易失活等优点。但当前微生物传感器面临的主要问题有用于固定微生物的载体膜制备工艺复杂，测试时膜阻力大，影响被测物质和营养物质在膜中的扩散，测量时间长，影响测量效率和结果准确性等。

发明内容

（一）要解决的技术问题

鉴于以上所述，本发明的目的之一在于提供微生物传感器的制备方法，以微生物为载体匹配特制电极来构建微生物传感器。

本发明的另一个目的在于提供该微生物传感器在生物毒性测量方面的应用。

本发明的第三个目的在于提供该微生物传感器对水体中甲基磺草酮的生物毒性快速测定方法。

（二）技术方案

为解决所述技术问题，本发明提供微生物传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备菌液，以土壤细菌胶质芽孢杆菌和大肠杆菌为载体通过培养及后处理工序制备菌液；

S2、制备油包水型高内相乳液，以苯乙烯-二甲基丙烯酸乙二醇酯为油相，以Span80-Tween80为乳化剂体系，以过硫酸铵-亚硫酸氢钠为引发剂体系，以后处理的菌液为水相制备油包水型高内相乳液；