[发明专利]一种新型生物阴极水源水质毒性传感系统的制备

说明书

本发明公开了一种新型的水源水质毒性传感器的制备方法及应用，能够实现快速、灵敏、低成本对地表水和地下水等低有机物浓度水源水质的实时在线预警和监测。该传感系统选用我们课题组长期传代筛选的一株阴极特性菌Acinetobacter‑325构造阴极传感元件。利用过滤包埋人工制造生物膜，解决了生物阴极传感器基线电流小的难题。通过对不同浓度毒性物质四环素、磺胺甲恶唑等冲击的响应拟合电流响应，与传统的微生物电化学毒性传感器相比，该传感器有望大幅度提高传感器的灵敏度、稳定性和抗环境干扰能力，并将其拓展到实际水体生物毒性在线监测领域。

技术领域

本发明涉及微生物电化学领域，具体涉及一种人造阴极生物膜的制备方法以及一种针对水源水质毒性物质实时预警和监测的装备。

背景技术

水源水质是关乎人类健康和生命安全的重大问题。为保障饮用水水质，明确水源水标准，我国制定并不断完善相关规范，建设部也颁布了《生活饮用水水源水质标准》的行业标准，并不断对其进行修订。但随着社会的不断发展，一些新型污染物的不断出现所引起的环境污染和人体健康问题以及潜在的生态环境风险十分严峻。当这些污染物进入到天然水体，或是通过面源污染、突发性污染事件进入水源地时，直接威胁到饮用水安全。目前我国对水源地的监测预警主要采用化学监测方法，对水质毒性的评价指标主要是针对特定污染物(如典型重金属、有机农药等)的浓度限值要求，而不断出现的新型污染物以及污染物在环境中的复合体为水源水质毒性预警带来了新的挑战。而开发快速、稳定和可量化的水质毒性在线检测技术是解决该问题的关键。

微生物电化学传感器的兴起使得在线表征水质生物毒性的技术得到了极大的拓展。但近年来，微生物电化学传感器元件多以生物阳极为主。其原理是利用了微生物在阳极氧化有机物进行电子传递，转化为电信号，毒性物质的刺激会抑制微生物的活性从而产生电流响应。但生物阳极型毒性传感器多应用于含有机物的厌氧水体，针对不含/低浓度有机物的地表水或地下水等水源水质的测定需要进行额外添加有机物和消氧处理，这极大的增加了应用成本。另外，由于阳极生物膜中微生物的传质速度较慢以及较厚生物膜形成的传质屏障也限制了传感器的敏感性。而生物阴极型毒性传感器以电自养微生物为敏感元件，以溶解氧(Dissolved Oxygen，DO)为电子受体，能够很好地适应水源水质的毒性预警和实时监测。

生物阴极的微生物利用无机碳源、氧气、无机盐和电极进行自养生长。这类好氧自养型微生物难以在短期内快速形成稳定的生物膜，并且基线电流较低，这极大的制约了生物阴极型毒性传感器的应用。所以，开发一种简单、快速制备人造电自养生物阴极膜的方法是提升生物阴极毒性传感器基线电流的关键。

发明内容

本发明的一个目的是开发低成本，无需外加有机碳源和消氧处理的水源水质实时在线预警和监测的生物阴极型毒性传感器。另外为了克服生物阴极好氧自养型微生物难成膜且成膜时间长等不足，筛选阴极特性菌种，提供一种能简单、快速制备人工生物膜的方法，能够实现快速、灵敏、低成本对水源水质毒性物质的实时监测。

本发明的技术方案是构建一种电自养生物阴极毒性传感系统，以实现快速、灵敏、低成本对水源水质的实时在线预警和监测，具体包括如下步骤：

1)电极的制备

剪取直径为3cm的碳毡作为工作电极，将其用丙酮浸泡过夜以去除加工过程中残留的有机或重金属污染物。然后依次用无水乙醇、超纯水分别超声清洗3次，每次20min以去除丙酮残留，60℃烘箱烘干备用。同样剪取直径为3cm的钢网作为对电极，用钛丝穿引作为电子集流体，乙醇冲洗，烘箱烘干备用。

2)阴极特性菌种的培养富集