组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
磺胺甲噁唑（sulfamethoxazole）、磺胺二甲基嘧啶（sulfadiazine）、氯胺B（chloramine B）、铜离子（Cu2+）、银离子（Ag+）、铅离子（Pb2+）、汞离子（Hg2+）；样品基质：废水来源厌氧MFC阳极液（含乙酸底物）
检测原理
在微生物燃料电池中，电活性微生物或浮游细胞以乙酸为电子供体进行厌氧氧化，释放的电子经胞外电子转移途径到达石墨阳极：生物膜可直接将电子传递至电极，浮游细胞则依赖蒽醌-2-磺酸盐（AQ-2S）介体在细胞与电极间穿梭。阴极铁氰化钾接受电子，外电路形成电流和电位。当样品中加入生物杀灭剂时，若毒性物质抑制细胞代谢、膜完整性或电子传递链，乙酸氧化速率下降，阳极电流随之降低；生物膜因胞外基质和群体耐受，对磺胺类、氯胺B及重金属离子表现出低响应，电流基本不变；浮游细胞则出现明显电流下降。该体系无HCR、RCA或酶催化沉积等化学放大，信号放大主要依赖微生物生物电催化和介体循环。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或R^2。
效应效果
实验使用三个独立生物膜，每个生物杀灭剂浓度至少重复两次。电活性生物膜在磺胺甲噁唑、磺胺二甲基嘧啶、氯胺B、Cu2+、Ag+、Pb2+和Hg2+暴露下，电流与电位变化均在实验误差范围内；Cu2+达6 mg/L、氯胺B达4 mg/L时也未见明显抑制，HPLC显示乙酸降解不受影响。同源浮游细胞在蒽醌-2-磺酸盐介导MFC中则对较低浓度生物杀灭剂敏感，电流显著下降且乙酸未完全降解。作者认为该结果说明天然电活性生物膜抗干扰能力强，适合废水处理MFC长期运行，但不适合作为毒性传感器识别元件；浮游细胞或人工固定化细胞更可能用于毒性传感，而生物膜型BOD传感器对毒素具有低交叉选择性。
传感器的构成
- 换能器电极：多晶石墨棒（polycrystalline graphite rod）作阳极工作电极，承载电活性生物膜并采集电流
- 参比电极：Ag/AgCl（饱和KCl）电极，用于恒电位控制与电位测量
- 对电极/阴极：石墨棒与K3Fe(CN)6溶液，作为阴极电子受体
- 识别元件：废水来源电活性微生物生物膜（electroactive microbial biofilms, EAB）或同源浮游细胞（planktonic cells），作为生物电催化识别元件
- 电子供体：乙酸（acetate, 10 mM），被微生物氧化并提供电子
- 电子介体：蒽醌-2-磺酸盐（anthraquinone-2-sulfonate, AQ-2S），用于浮游细胞MFC中促进胞外电子转移
- 离子交换膜：Fumasep阳离子交换膜，分隔阴阳极并允许离子迁移
- 信号读出：Autolab PGSTAT 30/EG&G PAR 263A与Keithley 2700/7700，经100 Ω负载记录电流/电位
中文摘要
微生物电化学系统（BES）如微生物燃料电池（MFC）依赖电活性微生物生物膜在阳极进行生物电催化氧化，是废水处理与在线毒性传感的潜在平台。本研究以废水来源的混合培养电活性微生物生物膜为对象，在恒电位半电池和双室MFC中考察典型生物杀灭剂对其生物电催化性能的影响。测试对象包括磺胺甲噁唑、磺胺二甲基嘧啶、氯胺B以及Cu2+、Ag+、Pb2+、Hg2+，浓度多高于废水常见水平。实验以乙酸为底物，石墨棒为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Fumasep阳离子交换膜分隔阴阳极，铁氰化钾溶液作为阴极电子受体。结果表明，电活性生物膜的电流和电位在暴露于上述生物杀灭剂后基本不变，乙酸降解亦未受抑制；同源浮游细胞在蒽醌-2-磺酸盐介导的MFC中则出现明显性能下降。作者据此认为天然电活性生物膜对生物杀灭剂高度耐受，不适合作为毒性传感器识别元件，而浮游细胞或人工固定化细胞更具传感潜力；该结果支持MFC用于废水处理中的抗干扰稳定性。
英文摘要
Herein, we investigate the effect of exemplary biocides on wastewater-derived electroactive microbial biofilms. We show that the current response of these biofilms as a measure of their bioelectrocatalytic performance is not affected by the presence of antimicrobial compounds such as the sulfonamide-based antibiotics sulfamethaxozole and sulfadiazin, the disinfectant chloramine B and the metal ions Cu(2+), Ag(+), Pb(2+), and Hg(2+), even at concentrations an order of magnitude higher than average concentrations of these compounds in wastewaters. In contrast to the electroactive biofilms, planktonic cells of the same origin, studied in a mediator-based microbial fuel cell, are massively affected by the presence of the antimicrobial agents.