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
萘（naphthalene, Nap）；样品基质：含 HgCl2 灭活水相、高岭土、活性炭、沉积物（Lake Mekrijärvi、Varparanta、Ketelmeer）及顶空气相。
检测原理
该全细胞生物传感器以工程菌 Pseudomonas putida pPG7gfp 为识别与换能单元。萘从水相或固体基质中释放并进入顶空，经气相扩散到达玻璃塞液滴中的报告菌。菌内萘响应遗传回路被激活，驱动增强绿色荧光蛋白 eGFP 表达。eGFP 荧光强度以背景校正后的平均灰度值（AGV，取 75th–90th 百分位）定量，随萘浓度增加而线性增强。顶空隔离使细胞不直接接触固体样品，排除生物动员干扰，使响应主要反映气相中生物可利用萘。该方法与 Tenax 萃取-HPLC 化学法比较，用于评估沉积物和模型材料中萘的生物可利用性。
检测灵敏度
线性范围: 0.01–10 mM；R^2 > 0.99；Tenax 对比 R^2 = 0.95（去空白 0.85），斜率 = 1.05；Kd-est vs Kbiosensor R^2 = 0.998
效应效果
该全细胞生物传感器对萘呈剂量依赖响应，线性范围内 R^2 >0.99。与 Tenax 萃取-HPLC 化学法相比，独立实验的相对响应呈 1:1 相关，R^2=0.95，斜率 1.05；去除空白点后 R^2=0.85。重复实验 RSD 约 5%–9%。模型材料验证显示高岭土不改变萘可利用性，活性炭显著降低响应；沉积物响应随总有机碳和黑碳含量变化。方法无需二次溶剂萃取和色谱分析，响应时间较短，具有固有生物相关性，并可微型化至约 500 个细胞，适合现场部署。生物传感器推断的 Kd 与估算 Kd 相关 R^2=0.998，支持其用于环境风险评估。
传感器的构成
- 识别/换能元件：工程菌 Pseudomonas putida pPG7gfp，含萘响应遗传回路，识别萘并启动报告基因表达。
- 信号标记物：增强绿色荧光蛋白 eGFP，诱导后产生荧光，强度反映萘浓度。
- 传质/样品接触层：玻璃顶空反应管与玻璃塞液滴，使细胞仅经气相接触萘，避免直接接触固体。
- 样品基质/灭活层：含 50 mg/L HgCl2 的水相及固体样品（高岭土、活性炭、沉积物），提供萘源并抑制原生微生物。
- 细胞承载/固定层：聚-L-赖氨酸处理玻璃片，用于固定细胞进行落射荧光显微镜成像。
- 读出层：Olympus BX-60 落射荧光显微镜、Spot Insight QE 相机与 Metamorph 软件，读取 eGFP 平均灰度值。
中文摘要
本研究开发了一种基于全细胞生物传感器快速测定萘生物可利用性的方法，并将其与 Tenax 萃取结合化学分析的方法进行比较。作者利用遗传工程改造的 Pseudomonas putida pPG7gfp 报告菌，该菌株在萘诱导下表达增强绿色荧光蛋白（eGFP）。顶空法将生物传感器细胞置于玻璃塞液滴中，使其仅通过气相接触含萘的灭活样品，从而避免细胞与固体基质直接接触及原生微生物干扰。对萘污染模型材料和沉积物的测定显示，生物传感器响应与 Tenax 萃取后的化学分析结果呈 1:1 相关，且测定速度更快。结果表明，全细胞生物传感器技术可达到标准化学方法的性能，并具有固有生物相关性、响应快速和潜在现场部署等优势。文献与本研究结果还表明，非平衡条件下的生物可利用性与 Koc 或 Kd 具有良好相关性，作者推测化学阻力在其中起作用。
英文摘要
A rapid biological method for the determination of the bioavailability of naphthalene was developed and its value as an alternative to extraction-based chemical approaches demonstrated. Genetically engineered whole-cell biosensors are used to determine bioavailable naphthalene and their responses compared with results from Tenax extraction and chemical analysis. Results show a 1:1 correlation between biosensor results and chemical analyses for naphthalene-contaminated model materials and sediments, but the biosensor assay is much faster. This work demonstrates that biosensor technology can perform as well as standard chemical methods, though with some advantages including the inherent biological relevance of the response, rapid response time, and potential for field deployment. A survey of results from this work and the literature shows that bioavailability under non-equilibrium conditions nonetheless correlates well with K(oc) or K(d). A rationale is provided wherein chemical resistance is speculated to be operative.