本研究提出利用自供电微生物燃料电池（MFC）生物传感器检测废水中的生物毒性。针对现有 MFC 生物传感器难以区分不同污染物的问题，作者利用阳极生物膜的适应性，将电活性细菌（EAB）在三维多孔碳毡阳极上培养，并在培养过程中加入模型毒物，形成对特定毒物具有耐受性的阳极生物膜。研究以 Pb2+ 和新霉素硫酸盐（NS）为模型毒物，在 MFC...
生物发光是生物体通过化学反应自发产生光的现象。发光细菌在生物发光生物中具有独特性，其发光强度可反映代谢活性，并直接体现环境因素对细胞存活的影响。此外，细菌生物发光全过程由基因编码，无需额外添加底物，因此已成为生物分析和生物成像中全细胞生物传感器及生物报告系统的重要工具。本综述系统总结了野生型和重组发光细菌在检测环境污染物及生物分子毒...
本研究通过合理设计生物膜基底制备了一种高性能微生物生物传感器。以碳化丝瓜（Luffa cylindrica, LC）气凝胶作为负载生物膜的支架，并用二硫化铁纳米粒子（FeS2NPs）修饰该气凝胶，得到 FeS2NPs/GelLC。所制备的 FeS2NPs/GelLC 保留了类似原始 LC 的弹簧状结构，有利于支架连接并提高机械强度，...
开发用于实时水质预警的电化学活性生物膜（EAB）生物传感器的主要挑战是EAB形成需要数天至数周。除制备过程繁琐耗时外，自然形成的EAB即使在同一实验条件下也难以输出可重复电信号，因而备受关注。为解决这些问题，本研究以海藻酸钠为固定化剂包埋Shewanella oneidensis MR-1，在不到1 h内制备EAB并构建生物传感器。...
微生物生物传感器可为环境毒性监测提供比经典分析更快、更灵敏的替代方案，但细菌通常依赖生物膜与电极连接，存在固定不均匀、器件制备周期长等问题。本研究提出一种可控且可重复的电活性细菌修饰电极制备方法：先将大肠杆菌包埋于纤维素基质中固定于丝网印刷工作电极，再在铁氰化物和葡萄糖存在下对电极施加极化并干燥，使细菌快速适应细胞外电子传递。该方法...
由于多数毒性风险评估基于单一物种试验，外推到生态系统评估存在不确定性。本文开发了一种基于混合微生物的介导型微生物电化学生物传感器，利用微电极阵列（MEA）进行水中毒性检测。为调动混合微生物参与电子传递并放大电流，采用1,4-苯醌（BQ）作为脂溶性介质介导胞内代谢；同时采用亲水性K3[Fe(CN)6]作为胞外电子受体，将氢醌（HQ）电...
石油炼制产生大量含污染物的废水，若处理不当可能危害水生生物和人类健康。然而，部分炼油废水即使经处理仍具有毒性，且导致生物效应的化学物质长期不明确，使处理缺乏针对性。本研究采用效果导向分析（EDA）方法，以发光细菌 Aliivibrio fischeri 作为生物传感器，对重质原油加工产生的炼油废水进行非靶向毒性筛查与化学归因。结果表...
生物电化学系统（BES）因在废水处理、发电和环境污染物监测中的环境友好应用而受到广泛关注。近十年来，微生物燃料电池（MFC）、微生物电解池（MEC）、微生物脱盐池、酶燃料电池和微生物太阳能池等BES变体被深入研究。这类微生物生物电催化系统相比现有分析技术，具有可在现场、宽环境条件下以最少人工干预运行的优势，因而具备不可替代性和经济可...
本文综述了基于微生物燃料电池（MFC）的生物传感器用于废水水质快速、实时在线监测的最新进展。MFC 生物传感器利用电活性微生物作为生物识别元件，通过阳极氧化有机物产生电子和质子，经外电路和质子交换膜形成电流，从而将水质参数转化为电信号。其结构简单、紧凑、可一次性使用且成本较低，无需额外信号换能器或外部电源，适合长期和远程监测。文章重...
在水生态系统中，实时水质生物监测已成为利用活体生物作为生物传感器监测毒性事件的有效技术。本研究开发并测试了一种基于硫氧化细菌（SOB）的在线水质监测系统，用于实时监测自然溪流中的水质变化。该系统由三个 SOB 反应器组成，其中一台为连续流模式，两台为半连续流模式。在相对未污染的自然溪流中连续运行超过6个月后，系统未检测到毒性。当向进...
在生物传感器开发中，藻酸盐水凝胶因可在温和生理条件下形成生物相容膜而常用于稳定包埋生物分子，但多数藻酸盐膜绝缘且重复性差，限制了电化学传感应用。本文研究导电藻酸盐水凝胶中的细菌电捕获，以解决上述问题。通过恒电位电沉积掺入最高4%石墨的藻酸盐前驱液，获得导电藻酸盐涂层电极。石墨掺杂降低了电极钝化并改善电化学响应，但仍低于裸电极。细菌在...
针对快速毒性检测对电极的高要求，本文手工制备了一种稳定、灵敏且低成本的微电极阵列（MEA）。以混合微生物为生物催化剂、铁氰化钾（K3[Fe(CN)6]）为电子介体，通过与大块电极和单微电极对比，评价了所制备MEA在检测3,5-二氯酚（3,5-DCP）毒性中的优势。在450 mV恒电位下，电流可在10 s内达到稳态。进一步验证了MEA...
本综述系列第一部分以日本案例为主，介绍了当前水环境状况，并讨论了面向实际水环境进一步开发微生物生物传感器技术的必要性。本文系统总结了约2010年以来面向水环境的微生物生物传感器发展趋势。在第一部分中，作者在简要回顾历史研究的基础上，介绍了微生物生物传感器原理的最新研究。在第二部分中，作者介绍了这些微生物生物传感器技术在水环境中的应用...
随着环境质量持续恶化，毒性化合物的快速识别对原位实时监测至关重要。传统电化学或生物传感器方法虽已用于毒性化合物检测，但常存在耗时、精度不足或操作繁琐等问题。近年来，微生物燃料电池（MFC）基生物传感器因可持续性和成本效益受到关注，其应用已从厌氧消化过程参数（挥发性脂肪酸，VFA）监测扩展到水质指标（COD、BOD）检测。MFC在适宜...
重金属和类金属污染是严重的环境与健康问题，酸性废水常携带有毒金属并进入农业土壤。已有多种生物检测方法可检测有毒金属，但大多仅适用于中性pH，难以用于酸性环境。本研究从地热土壤分离并鉴定了一株嗜酸铁氧化菌Strain Y10，用于在pH 2.5酸性水中检测有毒金属毒性。该比色嗜酸铁氧化菌（IOB）生物传感器基于金属毒性对Y10铁氧化能...
微生物燃料电池（MFC）技术的进展凸显了这些装置作为生物传感器的潜力。MFC生物传感器具有表型检测优势，可工作在批量检测或流动式格式中，因而适合实验室连续在线监测和现场应用。其选择性主要取决于阳极室中所用微生物，以及人工阳极表面与细菌之间发生的电子转移（ET）过程；该过程强烈决定传感系统的内阻，并进而影响信号输出和响应时间。尽管MF...
本研究采用间歇（batch）和补料间歇（fed-batch）硫氧化细菌（SOB）生物测定法，评估水中三价铬（Cr(III)）和六价铬（Cr(VI)）的毒性。硫主培养反应器（MCR）中，SOB 菌群可在 2 天内快速建立并达到稳定状态。在两种模式下，Cr(III) 浓度高达 100 mg/L 时均未表现出毒性；而 Cr(VI) 在 0...
生物发光是生物体产生的光，细菌生物发光是野生型或基因工程菌产生的冷光。由于合成生物学、微生物学、毒理学和生物物理学的交叉，基于细菌生物发光的全细胞生物传感器被设计并广泛用于生态毒理、食品毒性和环境污染检测。本章首先从光学谱角度介绍生物发光背景，随后介绍用于细菌生物发光检测的各种物理平台，包括光电倍增管（PMT）、电荷耦合器件（CCD...
微生物燃料电池（MFC）作为实际电源仍面临成本高、功率输出低等瓶颈，除为小型传感器件供电外，难以直接用于大规模发电。过去二十年，MFC在反应器设计、电极材料和功率输出方面取得显著进步，功率密度提高约10^4倍，但最高报道功率密度仅为数 W m^-3，远低于能量自给所需的 1 kW m^-3，却足以驱动小型传感器。因此，近年研究将MF...
本综述阐述生物发光酶毒性生物测定的一般原理，并描述这些方法在生态、医疗、工业和环境领域的应用及其在商业生物传感器中的实现。文中提出生物发光酶系统技术（BEST），以细菌偶联酶系统 NADH:FMN-氧化还原酶-荧光素酶替代活体生物，用于快速、低成本地构建酶学毒性检测系统。为推广 BEST，作者开发多组分试剂 Enzymolum，将细...