[发明专利]基于微生物电化学信号在线监测污染沉积物毒性的方法

说明书

本发明公开了一种基于微生物电化学信号在线监测污染沉积物毒性的方法，其用于检测开放水体下沉积物的毒性，其采用微生物电化学系统进行，该微生物电化学系统包括电极系统与电压检测仪，该电极系统至少包括阳极与阴极，阳极和阴极之间经外部电阻连接在一起；电压检测仪用于对阴极与阳极之间的电压进行检测，获得电压数据；其方法是：用电压检测仪获取阴极与阳极之间的电压数据，根据电压数据对沉积物中毒物的污染程度进行实时监测；上述电压数据至少包括电压值。该方法能够简单、快速地反映出开放水域沉积物中毒性物质的污染状况与污染程度，以对突发毒物泄漏进行应急监测。

技术领域

本发明属于生物电化学技术领域，特别涉及一种利用具有电化学活性的微生物菌群的电信号在线监测污染沉积物毒性的方法。

背景技术

人类活动导致大量毒害污染物进入水体和沉积物，从而对水生态系统造成很多不利影响，如三致效应、遗传毒性、芳香烃受体效应和内分泌干扰效应等。因此，水体沉积物毒性检测显得尤其重要。目前，常用的检测方法主要有物理化学方法和生物方法。物理化学方法主要是指利用物理传感器和化学传感器进行毒性物质检测，此外，还可以利用化学手段模拟检测沉积物中毒性物质的生物有效性的仿生萃取技术，萃取提取和固相萃取净化之后，用气相色谱-电子捕获检测器或色谱-质谱进行分析。应用较多的物理化学传感器虽然可以检测许多有毒物质，包括重金属离子和有机物等，但是其监测范围有限、操作程序复杂，且在开放水体中(比如海洋、湖泊、水库等)，其易受风浪、天气等因素的影响，往往很难实现在线检测与监测。生物方法主要是指利用毒性污染物对细菌、藻类、鱼类等的生理代谢或细胞活性的抑制作用进行检测。此外，还可以采用检测沉积物中微生物脱氢酶活性的变化等。但是，这些检测往往需要较长的实验周期，且操作繁琐、可重复性差，无法满足对水环境实时预报预警、突发毒物泄漏应急监测等的需要。

发明内容

针对现有技术存在缺陷或者不足，本发明的目的在于提供一种在线监测污染沉积物毒性的方法，该方法能够简单、快速地反映出开放水域沉积物中毒性物质的污染状况与污染程度，以对突发毒物泄漏进行应急监测。

具体的技术方案为：

基于微生物电化学信号在线监测污染沉积物毒性的方法，

其用于检测开放水体下沉积物的毒性，其采用微生物电化学系统进行，该微生物电化学系统包括电极系统与电压检测仪，该电极系统至少包括阳极与阴极，阳极和阴极之间经外部电阻连接在一起；电压检测仪用于对阴极与阳极之间的电压进行检测，获得电压数据；

其方法是：用电压检测仪获取阴极与阳极之间的电压数据，根据电压数据对沉积物中毒物的污染程度进行实时监测；上述电压数据至少包括电压值。

优选地，上述电压数据至少包括电压值，依据电压值对沉积物中的污染程度进行监测。

本发明中，利用沉积物中毒物浓度与其所产生的与电压相关的数据具有相应的对应关系，来实现对开阔水域沉积物毒性的检测。当水体中沉积物受到毒性物质污染后，具有电化学活性的微生物能够很快出现应急响应，产生的电压随着污染物毒性的增加而减少，因此本发明具有运行成本低，操作简单，快速获得结果以及实时监测的结果可靠等优点

进一步，阳极和阴极均采用电活性生物材料制备而成；该电活性生物材料为采用石墨烯纳米片复合而成的仿生水草。

以石墨烯复合而成的防生水草作为电活性生物材料来制作阴极和阳极，可以保证阴极和阳极的电化学活性，而且具有较高的生物相容性。采用仿生水草形成，可以使相应的电极在随着水流、风浪等摆动时，不会影响到

本发明所用的电活性生物材料，采用石墨烯纳米片沉积修饰于仿生材料的表面及体内，不仅提高了仿生材料的电化学活性，而且具有很高的生态系统内生物相容性，具有电活性的仿生水草可以随着水流、风浪等摇摆，不会影响到微生物电化学系统的稳定性。

因此，本发明所用的电活性生物材料在开放水域的应用具有抗风浪，电压信号输出具有更加稳定的优点。