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
生化需氧量（BOD/BOD5）；样品基质：市政废水、生物技术/食品制造废水、自然水体
检测原理
该传感器以酵母全细胞为生物识别元件，以 Clark 型氧电极为换能器。样品中的可生物降解有机物被固定化酵母细胞氧化代谢，细胞呼吸消耗电极附近溶解氧，使局部氧浓度下降。Clark 电极通过分子氧还原产生电流，电流强度与溶解氧浓度成正比；在流动注射模式下记录电流-时间曲线 I(t)，经平滑和微分后取最大电流变化率作为响应 R。响应随 BOD 增加而增大，整体符合 Michaelis–Menten 方程，在线性区可用 BOD5 = kR + b 定量。系统无外源信号放大，灵敏度依赖酵母细胞氧化活性和氧电极响应。
检测灵敏度
C. maltosa: 灵敏度: 0.05 nA dm3/min mg；线性范围: 9.3–422 mg/dm3；校准式: BOD5 = 21.7R −13.1。C. blankii: 灵敏度: 0.11 nA dm3/min mg；线性范围: 3.0–56 mg/dm3；校准式: BOD5 = 9.4R −3.7。D. hansenii: 灵敏度: 0.21 nA dm3/min mg；线性范围: 2.2–177 mg/dm3；校准式: BOD5 = 4.8R −18.1；与标准法相关系数: 0.98。
效应效果
三种传感器相对标准偏差分别为3%、5%和4%；长期稳定性中，C. maltosa和D. hansenii超过30天，C. blankii 8天响应下降50%。D. hansenii灵敏度最高（0.21 nA dm3/min mg），线性下限最低（2.2 mg/dm3），单次测量10–17 min。其底物特异性最宽，可氧化20种底物，并对SDS和SDBS有响应且短时接触无毒性。pH 5.4–7.8内工作，最适pH 7.0；可耐受16.5–132 mM离子强度及0–6×10−4 mol/dm3 Zn、Ni、Cr(VI)。实际废水中，D. hansenii传感器与标准BOD5法结果一致，相关系数0.98，作者认为其可作市政和生物技术废水快速BOD检测原型。
传感器的构成
- 换能器电极：Clark 型氧电极（Clark oxygen electrode），通过分子氧还原产生电流，电流与溶解氧浓度成正比。
- 固定化载体：Whatman GF/A 玻璃纤维滤纸（glass-fiber filter），吸附固定湿细胞沉淀，保持细胞代谢特性。
- 机械固定层：尼龙网（nylon mesh），将生物受体元件固定在 Clark 电极表面。
- 生物识别层：酵母全细胞（Candida maltosa VKM Y-2359、Candida blankii VKM Y-2675、Debaryomyces hansenii VKM Y-2482），氧化可生物降解有机物并消耗溶解氧。
- 测量介质：20 mM 磷酸盐缓冲液（phosphate buffer, pH 6.8），维持酵母细胞活性与测量环境。
- 校准标准：葡萄糖–谷氨酸钠混合物（GGA），用于 BOD5 校准，BOD5=205 mg/dm3 对应 150 mg/dm3 葡萄糖和 150 mg/dm3 谷氨酸。
- 信号标记物：无外源标记物，依赖酵母细胞自身氧化代谢产生耗氧信号。
中文摘要
本文比较了基于酵母菌株 Candida maltosa VKM Y-2359、Candida blankii VKM Y-2675 和 Debaryomyces hansenii VKM Y-2482 的生化需氧量（BOD）生物传感器参数。传感器以 Clark 型氧电极为换能器，将酵母全细胞吸附固定于 Whatman GF/A 玻璃纤维滤纸上，并用尼龙网固定于电极表面。在流动注射模式下，酵母细胞氧化可生物降解有机物并消耗溶解氧，电极电流变化反映耗氧速率。研究分析了各菌株催化活性与生长阶段的关系，发现三株酵母在指数生长期末或线性期初氧化活性最高。以葡萄糖–谷氨酸钠混合物（GGA）为校准标准，D. hansenii 传感器具有最宽底物特异性、最高灵敏度和最低线性下限，长期稳定性超过30天，并能耐受一定 pH、离子强度和重金属离子。实际废水检测中，D. hansenii 传感器结果与标准 BOD5 稀释法一致，相关系数为0.98，表明其可用于市政和生物技术废水的快速 BOD 检测。
英文摘要
The parameters of biosensors based on the yeast strains Candida maltosa VKM Y-2359, Candida blankii VKM Y-2675, and Debaryomyces hansenii VKM Y-2482 for biochemical oxygen demand (BOD) detection are compared. The catalytic activity of the strains was analyzed in relation to the growth phase. The possibility of using D. hansenii as a basis for receptor element of a biosensor for BOD detection in municipal and biotechnological wastewaters was shown.