组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
检测对象：2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）、2,4,5-三氯苯氧乙酸（2,4,5-T）、2,4-二硝基苯酚（2,4-DNP）、氟乙酸盐（fluoroacetate）、苯酚（phenol）、铅(II)（Pb(II)）、硒(IV)（Se(IV)）、汞(II)（Hg(II)）、铬(VI)（Cr(VI)）、砷(III/V)（As(III)/As(V)）、铜(II)（Cu(II)）、镉(II)（Cd(II)）、锌(II)（Zn(II)）；样品基质：水样/Tris-NaCl缓冲水溶液。
检测原理
该传感器基于全细胞生物发光毒性检测。冻干发光细菌复水后与污染物接触，细菌内源发光反应与其呼吸和电子传递链耦合，可反映细胞代谢状态。当水样中存在重金属或有机污染物时，毒性物质可能干扰细胞代谢、呼吸或能量产生，使发光强度随污染物浓度增加而下降。检测时，将菌悬液与污染物溶液置于96孔微孔板中，用光度计在15和60 min读取相对发光单位（RLU）或电压信号（mV），并通过线性回归计算EC50。系统无外源标记或酶促放大，信号变化直接来自活菌代谢抑制，因此可评估水样中生物可利用毒性。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
冻干后实验室菌量降至约10^4 cfu/mL，Lux2复水发光维持17 d，Lux3维持8 d；加Tris或Hepes后信号稳定时间由90 min缩至1 h，1 h波动由10%降至4%，PBS信号近零。工业冻干存活率约90%（三批）和50%（一批），小瓶仅6%；30 d后复水发光至第10 d，菌量降约3 log（10^9至10^6 cfu/mL）但不影响信号。与Microtox相比，对2,4-D、2,4,5-T、苯酚、Se(IV)、Cr(VI)、Cu(II)、Cd(II)的EC50更低，对2,4-DNP、氟乙酸盐、Pb(II)更高，Hg(II)、As(V)、Zn(II)可变，As(III)无法计算。作者认为其便于运输、可室温多通道分析，适合水样毒性监测。
传感器的构成
- 检测腔/样品容器：96孔黑色聚苯乙烯多标签微孔板（Multilabel microplates, ThermoLabsystem），用于容纳菌悬液与污染物并减少环境光干扰
- 传感/识别元件：冻干发光细菌费氏弧菌 Vibrio fischeri Lux2 或发光杆菌 Photobacterium phosphoreum Lux3，作为全细胞识别元件，污染物抑制其代谢导致发光下降
- 冻干保护介质：SF3（乳糖 120 g/L、可溶性淀粉 20 g/L、NaCl 10 g/L，pH 7）或 SUC（蔗糖 100 g/L、NaCl 30 g/L，pH 7），用于冻干保护并维持复水后信号稳定
- 缓冲体系：Tris 0.01 M 或 Hepes 0.01 M（可加 NaCl 0.05 M，pH 7），用于降低渗透压、提高信号稳定性与毒性响应
- 复水/反应介质：无菌蒸馏水用于复水，Tris/NaCl、Hepes/NaCl 或 PBS/NaCl 缓冲液用于毒性反应
- 信号读出装置：多标签计数器 Victor Light 1420 或 LKB-Wallac 1250 光度计（含光电倍增管检测器），测量相对发光单位 RLU 或 mV
中文摘要
发光细菌已长期用于生物毒性分析，但受外界因素影响时实验重复性较低。本研究旨在获得准确、灵敏且可重复的稳定信号，用于水分析设备检测污染物。作者优化了发光细菌的培养条件，并针对组成性发光细菌费氏弧菌（Vibrio fischeri，Lux2）和发光杆菌（Photobacterium phosphoreum，Lux3）建立了冻干程序。研究考察了复水后的发光稳定性，发现冻干是决定细菌存活和信号稳定的关键步骤，因此评估了不同悬浮液及菌体/悬浮液比例（g/mL）。随后测定了水中重金属和有机化合物的毒性，并与法定限值比较。作者还利用工业技术建立了放大工艺，获得复水后能发出稳定光信号的冻干细菌，并计算了其中位有效浓度（EC50）。结果表明，合适的悬浮液和缓冲体系可维持细菌活力与发光强度，为环境水样毒性监测中的全细胞生物传感器应用提供了基础。
英文摘要
Bioluminescent bacteria have been used for many years for biotoxicological analysis. One of the main concerns with this microorganism is the low experimental repeatability when subjected to external factors. The aim of the present study was to obtain accurate, sensitive, and repeatable measurements with stable signals (during the detection and over days) for application in a water-analysis device for the detection of pollutants. Growth conditions were tested and optimized. An optimal freeze-drying procedure for the constitutive bioluminescent bacteria Vibrio fischeri and Photobacterium phosphoreum was developed. The luminescence stability after rehydration was also investigated. Freeze drying was found to be a critical process in survival and signal stability of luminescent bacteria; for this reason, different suspension fluids and various bacterial pellet/suspension fluid ratios (g/ml) were evaluated. The toxicity of heavy metals and organic compounds in water was determined to investigate the applicability of a test based on bacteria obtained in this way, comparing the data with legal limits. A scale-up process was developed with industrial technology: freeze-dried bacteria that emitted a stable luminous signal after rehydration were obtained. Moreover, the median effective concentration (EC50) was calculated with these bacteria.