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
2,4-二氯苯酚（2,4-dichlorophenol, 2,4-DCP）及其降解中间产物的毒性；样品基质为 PEC 阳极室水样、蒸馏水标准溶液
检测原理
该生物传感器以 lux 标记大肠杆菌 HB101 pUCD607 为全细胞识别元件。2,4-DCP 及其降解中间产物进入细胞环境后，作用于能量转导膜并作为解偶联剂，改变细胞代谢状态；代谢变化通过 lux 荧光素酶报告基因转化为生物发光强度变化。被测物毒性越强，细胞代谢受抑制越明显，相对发光单位 RLU 越低。通过不同浓度 2,4-DCP 的剂量-响应曲线计算 EC20、EC50 和 EC80，并在 PEC 降解过程中按时间取样，比较生物发光变化与 HPLC 测定的母体化合物浓度变化，从而识别可能出现的毒性中间产物。该方法无化学放大，依赖全细胞代谢与报告基因发光。
检测灵敏度
未报告
效应效果
该 lux 标记大肠杆菌对 2,4-DCP 表现出明显的剂量依赖性毒性响应。在 15、30 和 60 min 孵育条件下，EC20 分别为 0.131、0.147 和 0.155 mM，EC50 分别为 0.193、0.221 和 0.237 mM，EC80 分别为 0.341、0.402 和 0.432 mM，说明该生物传感器对目标污染物具有较高响应灵敏度。光电催化反应器在 48 h 内使初始 40 ppm 的 2,4-DCP 去除 53%，光电流由约 7.5 mA 降至约 5 mA，样品 pH 由 5.5 降至 3.5；无催化剂或无光照的阴性对照均无显著降解，统计差异 P=0.001。生物传感器在 t24 和 t32 出现短暂发光下降，提示降解过程中可能形成毒性中间产物。作者认为，该生物毒性评估可补充 HPLC 化学分析，用于判断生物可利用性和毒性变化，并支持将 PEC 处理水回用至常规生物废水处理系统。
传感器的构成
- 反应介质：0.1 M KCl 复苏液及待测水样/2,4-DCP 标准溶液，提供离子环境并传递被测物
- 识别元件：多拷贝质粒 lux 标记大肠杆菌 E. coli HB101 pUCD607，全细胞代谢活性作为毒性识别与响应元件
- 信号标记物：lux 荧光素酶报告基因，细胞代谢状态变化时产生生物发光
- 读出装置：Jade 台式生物发光仪，测量相对发光单位 RLU 并计算 EC20/EC50
中文摘要
可见光驱动的光电催化（PEC）技术有望用于处理受有机异生物质污染的水体。本研究采用三室批式 PEC 反应器，以三氧化钨（WO3）薄膜光电极为阳极，在可见光（450–650 nm）照射下降解模型污染物 2,4-二氯苯酚（2,4-DCP），并同时用化学分析和毒性生物传感评估其降解性能。毒性评估采用多拷贝质粒 lux 标记的大肠杆菌 HB101 pUCD607 全细胞生物传感器，通过生物发光强度反映母体化合物及降解中间产物的生物可利用性和毒性。HPLC 测定显示 48 h 内 2,4-DCP 去除率为 53%，其浓度下降与记录的光电流变化相对应。生物传感器追踪了 2,4-DCP 的去除，并在部分时间点提示存在短暂毒性中间产物。结果表明，可见光驱动 PEC 对氯化烃类污染物修复具有潜力，且生物毒性结果提示该技术可与常规生物废水处理兼容。
英文摘要
Photoelectrocatalysis driven by visible light offers a new and potentially powerful technology for the remediation of water contaminated by organo-xenobiotics. In this study, the performance of a visible light-driven photoelectrocatalytic (PEC) batch reactor, applying a tungsten trioxide (WO(3)) photoelectrode, to degrade the model pollutant 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP) was monitored both by toxicological assessment (biosensing) and chemical analysis. The bacterial biosensor used to assess the presence of toxicity of the parent molecule and its breakdown products was a multicopy plasmid lux-marked E. coli HB101 pUCD607. The bacterial biosensor traced the removal of 2,4-DCP, and in some case, its toxicity response suggests the identification of transient toxic intermediates. The loss of the parent molecule, 2,4-DCP determined by HPLC, corresponded to the recorded photocurrents. Photoelectrocatalysis offers considerable potential for the remediation of chlorinated hydrocarbons, and that the biosensor based toxicity results identified likely compatibility of this technology with conventional, biological wastewater treatment.