[发明专利]一种氧化还原水溶胶、用于水体生物毒性快速检测的一体化微生物电极的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于微生物传感器技术领域，具体涉及用于水体生物毒性快速检测的氧化还原水溶胶、一体化微生物电极的制备方法及应用。

背景技术

随着近代工业的发展，日益增多的环境污染给水生态系统造成了很大的冲击，对其进行毒性检测已经成为评价水环境质量的重要环节。目前，用于污染物毒性测试的方法主要有理化方法和生物学方法。传统理化方法可以精确定量分析某一种或某一类污染物的种类和含量；但这些方法不能直接、全面地反映有毒物质对环境的综合影响。生物学方法是通过检测毒性物质对生物生理行为的改变，进而反映水体毒性大小，其能较全面地反映废水中复合污染物的联合毒性作用，并能充分了解各种环境因子(如pH值、温度、溶解度等)对污染物毒性效应的具体影响，有很大的优势。因此，在水污染研究中，作为常规理化方法的有效补充，使用生物学方法进行生物毒性检测已经成为监测和评价水体环境质量的重要手段之一。

近些年兴起了介体型微生物传感器应用在生物毒性检测领域的研究。这种方法具有成本低，易操作，检测灵敏等特点。它不仅克服了国标方法中发光法易受体系浊度的影响，生物需氧量法（BOD）中溶解氧浓度低，不稳定等缺点。并且具有便携、灵敏、快速和可实时在线分析检测等特点，有望用于大量污染水体的综合急性生物毒性连续在线检测。

对于介体型传感器，电子介体基本都是分散在溶液中。专利号为200810036317.5的中国专利《水质毒性生物传感器的微生物电极制备方法》公开了一种采用双面胶制备微生物传感器电极的方法，此方法生产的电极上只包含微生物菌群，在传感器的检测过程中依然需要依赖分散在溶液中的电子介体，且电子介体分散在溶液中消耗量较大，不可避免的对检测样品或参比电极有一定的污染和影响。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是制备一种氧化还原水溶胶，这种溶胶克服了有机材料溶胀性和无机材料易脆裂的缺点，综合了两者的优点，并且把电子介体固定在了溶胶里，制备方法简单，生物兼容性好。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种用于水体生物毒性快速检测的一体化微生物电极的制备方法，本方法采用由有机无机复合溶胶制备的氧化还原水溶胶将微生物菌群和电子介体固定在电极板上，简化了电极的操作步骤，同时减少了电子介体的消耗量，降低了电子介体对检测样品和参比电极的污染，且易于电化学传感器的仪器化和现场检测，易于检测设备的小型化、便携化，提高检测的方便性及速度，可以用于无试剂的检测，并可作成一次性电极使用。

本发明要解决的第三个技术问题是用于水体生物毒性快速检测的一体化微生物电极的应用，采用氧化还原水溶胶固定微生物的一体化微生物电极用于制备即时监测和监测水体生物毒性的系统，该系统包括工作电极、对电极、参比电极、电解池，在即时监测水体生物毒性的改变和检测水体生物毒性大小的过程中，达到即时、在线、连续的检测，不仅可以实现快速检测，且具有分析灵敏度高、成本低廉、操作简单、便于携带等特点。

为了解决第一个技术问题，本发明采用如下方法制备氧化还原水溶胶：将天然高分子材料溶解在水中配制有机溶液，调节pH至3~7，加入氨基硅烷偶联剂，在30~70℃下搅拌至形成均匀的无机有机复合溶胶；取无机有机复合溶胶与电子介体水溶液混合，搅拌2小时以上，形成氧化还原水溶胶。

优选的，所述高分子材料为明胶或壳聚糖；所配制的有机溶液中天然高分子材料的质量浓度为10mg/ml~100mg/ml。

优选的，所述氨基硅烷偶联剂选自氨丙基三甲氧基硅烷（APTMOS）、氨丙基三乙氧基硅烷（APTEOS）或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷；优选的，所述复合溶胶中氨基硅烷偶联剂的质量分数为0.5%~5%。

优选的，所述电子介体包括苯醌、2,6-二甲基苯醌或甲萘醌；优选的，所述电子介体水溶液浓度为0.01mol/L~0.1mol/L；所述无机有机复合溶胶与电子介体水溶液混合的体积比为10:1~1:10。

为了解决第二个技术问题，本发明采用如下方法制备用于水体生物毒性快速检测的一体化微生物电极，具体包括如下步骤：

（1）培养微生物菌液；

（2）取氧化还原水溶胶与微生物菌液混合均匀，得到混合溶胶；

（3）取混合溶胶滴涂在电极表面，干燥，清洗，再次干燥，得到氧化还原水溶胶固定微生物的一体化微生物电极。