應(yīng)對(duì)化學(xué)生物襲擊的微生物傳感技術(shù)及其應(yīng)用研究

1、應(yīng)對(duì)化學(xué)生物襲擊的微生物傳感技術(shù)及其應(yīng)用研究【摘要】：近幾十年來(lái)，環(huán)境污染物的種類(lèi)、數(shù)量顯著增加，由于毒性物質(zhì)排放所造成的污染對(duì)人類(lèi)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，因此迫切需要進(jìn)行毒性鑒定，從而為環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的安全提供早期的預(yù)警。現(xiàn)行的毒性測(cè)試方法包括浮游生物(Dmagna)、藻類(lèi)、魚(yú)類(lèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)周期長(zhǎng)、操作復(fù)雜。其中發(fā)光菌因其獨(dú)特的生理特性、與現(xiàn)代光電檢測(cè)手段相匹配的特點(diǎn)，更由于其相比于其他生物的快速、經(jīng)濟(jì)、節(jié)省空間且可靠等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，由此發(fā)展了利用發(fā)光菌進(jìn)行毒性檢測(cè)的方法。然而，傳統(tǒng)的微生物環(huán)境監(jiān)測(cè)方法通常采用離線(xiàn)分析方法，其缺點(diǎn)是分析速度慢、操作復(fù)雜且需要昂貴的儀器，不適宜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速監(jiān)測(cè)和連續(xù)在線(xiàn)

2、分析，因此，建立和發(fā)展連續(xù)、在線(xiàn)、快速的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)體系尤其重要。本論文研究了發(fā)光細(xì)菌及大腸桿菌電化學(xué)傳感技術(shù)，將其用于應(yīng)對(duì)化學(xué)生物襲擊毒物毒性的評(píng)估，相對(duì)于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，具有檢測(cè)速度快，靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)也能用于對(duì)納米氧化物紫外屏蔽性能的評(píng)估，根據(jù)細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)度或電流響應(yīng)下降的相對(duì)值建立了一種新的納米氧化物紫外屏蔽性能的評(píng)估方法，可對(duì)納米氧化物在UVA、UVB、UVC區(qū)的紫外屏蔽性能分別進(jìn)行評(píng)估。本論文分為兩大部分：第一部分應(yīng)對(duì)化學(xué)生物襲擊的微生物傳感技術(shù)及其應(yīng)用研究1緒論本章分為化學(xué)生物襲擊物的毒性測(cè)試方法概述，微生物傳感技術(shù)在污染物生物毒性分析中的應(yīng)用，微生物傳感器的固定化技術(shù)三個(gè)部分。簡(jiǎn)

3、要綜述了生物毒性測(cè)試方法的發(fā)展，在此基礎(chǔ)上著重綜述了發(fā)光細(xì)菌毒性測(cè)試法的產(chǎn)生和原理以及發(fā)光細(xì)菌檢測(cè)法的應(yīng)用；綜述了微生物傳感器研究進(jìn)展及在污染物生物毒性分析中的應(yīng)用；對(duì)微生物傳感器的固定化技術(shù)以及溶膠凝膠生物傳感器也進(jìn)行了綜述。2利用發(fā)光細(xì)菌和大腸桿菌電化學(xué)傳感技術(shù)對(duì)毒鼠強(qiáng)和氰化物的毒性分析采用一種發(fā)光細(xì)菌-青海弧菌，利用其自身發(fā)光的特性，當(dāng)毒物襲擊細(xì)菌后發(fā)光強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)降低，將其用于對(duì)氰化物和毒鼠強(qiáng)等的毒性檢測(cè)。同時(shí)制備了一種納米PbO_2AgO修飾電極，利用大腸桿菌在一定電位下在電極表面產(chǎn)生電流響應(yīng)，該電流大小與待測(cè)樣品的毒性有關(guān)，據(jù)此進(jìn)行毒性檢測(cè)。上述方法結(jié)合GC-MS及離子色譜法對(duì)毒物進(jìn)

4、行定性和定量測(cè)定。結(jié)果表明，該方法相對(duì)于傳統(tǒng)的毒物測(cè)試方法具有反應(yīng)迅速，靈敏，所需試樣量少等特點(diǎn)。同時(shí)，該方法還可推廣應(yīng)用到對(duì)其他有毒化學(xué)物質(zhì)的毒物分析。3發(fā)光菌傳感器的研制及其在農(nóng)藥毒性評(píng)估中的應(yīng)用以青海弧菌作為指示生物，利用其自身發(fā)光的特性，當(dāng)毒性物質(zhì)襲擊細(xì)菌后發(fā)光強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)降低，將其作為傳感器的敏感元件，利用溶膠凝膠技術(shù)將青?；【潭ɑ赡ぃc高靈敏度的硅光片組合，構(gòu)筑細(xì)菌發(fā)光傳感器，并以幾種有機(jī)磷和有機(jī)氯農(nóng)藥為毒性對(duì)象進(jìn)行測(cè)定，急性毒性實(shí)驗(yàn)以傳感器與受試物作用后發(fā)光強(qiáng)度被抑制50所需的受試物濃度即EC50表示，實(shí)現(xiàn)了對(duì)有毒物質(zhì)急性毒性的快速檢測(cè)。本方法具有檢測(cè)速度快，靈敏度高，重現(xiàn)性好

5、等特點(diǎn)，并能進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)，在污染物急性毒性檢測(cè)中有良好的應(yīng)用前景。4核殼型CdTeSiO_2熒光納米復(fù)合粒子的制備及其在發(fā)光細(xì)菌傳感器毒性評(píng)估中的應(yīng)用利用反相微乳液法，以巰基乙酸(HSCH_2COOH)修飾的水溶性CdTe量子點(diǎn)為核，包裹SiO_2，制備得到CdTeSiO_2熒光納米復(fù)合粒子。利用溶膠凝膠技術(shù)將青?；【癈dTeSiO_2熒光納米復(fù)合粒子固定化成膜，與高靈敏度的硅光片組合，構(gòu)筑細(xì)菌發(fā)光傳感器，發(fā)現(xiàn)摻雜了CdTeSiO_2熒光納米復(fù)合粒子的細(xì)菌發(fā)光傳感器與未摻雜CdTeSiO_2熒光納米復(fù)合粒子的細(xì)菌發(fā)光傳感器相比，信號(hào)響應(yīng)值得到了提高，這可能是由于細(xì)菌的生物發(fā)光二次激發(fā)了熒光納

6、米復(fù)合粒子的熒光，從而使響應(yīng)信號(hào)得到了較大的提高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明摻雜了CdTeSiO_2熒光納米復(fù)合粒子的細(xì)菌發(fā)光傳感器與未摻雜CdTeSiO_2熒光納米復(fù)合粒子的細(xì)菌發(fā)光傳感器相比，對(duì)毒性物質(zhì)的檢測(cè)靈敏度得到了較大的提高，方法具有很好的應(yīng)用前景。5ATP生物發(fā)光法在微生物檢測(cè)中的應(yīng)用ATP廣泛存在于各種活的生物體中，活的細(xì)菌菌體中，因此通過(guò)測(cè)定樣品中的ATP濃度可換算成活體菌數(shù)，并與傳統(tǒng)的平板計(jì)數(shù)法進(jìn)行比較。采用ATP生物發(fā)光法，并探討了實(shí)驗(yàn)的最佳條件。與標(biāo)準(zhǔn)方法比較，本方法簡(jiǎn)單、快速。第二部分微生物傳感技術(shù)在納米氧化物紫外屏蔽性能評(píng)估中的應(yīng)用6發(fā)光細(xì)菌在納米氧化物紫外屏蔽性能評(píng)估中的應(yīng)用采用

7、一種發(fā)光細(xì)菌-青?；【?，利用其在紫外光照射條件下由于細(xì)胞的活性受到損傷而發(fā)光強(qiáng)度降低，將其應(yīng)用于納米氧化物紫外屏蔽性能的評(píng)估；討論了不同材料以及不同濃度的納米氧化物對(duì)紫外光照下細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)度的影響，并根據(jù)細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)度下降的相對(duì)值建立了一種新的納米氧化物紫外屏蔽性能的評(píng)估方法，四種納米氧化物的紫外屏蔽性能依次為Fluka-TiO_2P25-TiO_2CFA-TiO_2ZnO。7大腸細(xì)菌電化學(xué)傳感技術(shù)在納米氧化物紫外屏蔽性能評(píng)估中的應(yīng)用采用電沉積法制備了一種納米PbO_2AgO修飾電極，大腸桿菌在一定電位下在該電極表面存在電流響應(yīng)，氧化電流大小與大腸桿菌的濃度在一定范圍內(nèi)呈良好的線(xiàn)性關(guān)系。因此該電極

8、可作為微生物傳感器用于大腸桿菌菌數(shù)的測(cè)定，其反應(yīng)的機(jī)理可能是由于在較高電位下，PbO_2AgO修飾電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性羥基自由基氧化了大腸桿菌細(xì)胞壁中的活性物質(zhì)，并產(chǎn)生了氧化電流。將該電極用于測(cè)定紫外光照條件下大腸桿菌在有無(wú)納米氧化物紫外屏蔽劑時(shí)存活率的變化，為納米氧化物的紫外屏蔽性能評(píng)估和納米氧化物紫外屏蔽劑的篩選提供了一種新的電化學(xué)手段?！娟P(guān)鍵詞】：發(fā)光細(xì)菌大腸桿菌傳感器毒性【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)【學(xué)位級(jí)別】：博士【學(xué)位授予年份】：2007【分類(lèi)號(hào)】：TP212.3【目錄】：摘要10-13英文摘要13-17第一章:緒論17-451.1化學(xué)生物襲擊物的毒性測(cè)試方法概述17-221.

9、1.1化學(xué)生物毒性測(cè)試方法的重要性及其發(fā)展17-191.1.2發(fā)光細(xì)菌毒性檢測(cè)法的產(chǎn)生和原理19-201.1.3發(fā)光菌檢測(cè)法的應(yīng)用20-221.2微生物傳感技術(shù)在污染物生物毒性分析中的應(yīng)用22-311.2.1生物傳感器的基本結(jié)構(gòu)和發(fā)展23-261.2.2微生物傳感器研究進(jìn)展26-271.2.3微生物傳感器在污染物生物毒性分析中的應(yīng)用27-311.3微生物傳感器的固定化技術(shù)31-361.3.1生物傳感器中生物分子的固定化技術(shù)311.3.2溶膠凝膠生物傳感器31-361.4本論文的工作及意義36-38參考文獻(xiàn)38-45第一部分:應(yīng)對(duì)化學(xué)生物襲擊的微生物傳感技術(shù)的研究45-88第二章:利用發(fā)光細(xì)菌和

10、大腸桿菌傳感技術(shù)對(duì)毒鼠強(qiáng)和氰化物的毒性分析45-572.1前言45-462.2利用發(fā)光細(xì)菌對(duì)氰化物和毒鼠強(qiáng)的毒性分析46-492.2.1儀器及試劑462.2.2實(shí)驗(yàn)操作46-472.2.3結(jié)果與討論47-492.3利用大腸桿菌電化學(xué)傳感技術(shù)對(duì)氰化物和毒鼠強(qiáng)的分析49-522.3.1儀器及試劑492.3.2實(shí)驗(yàn)操作49-502.3.3結(jié)果與討論50-522.4對(duì)氰化物和毒鼠強(qiáng)的定性定量測(cè)定52-552.4.1儀器與試劑522.4.2離子色譜-安培檢測(cè)法對(duì)氰化物的定性和定量測(cè)定52-532.4.3GC-MS對(duì)毒鼠強(qiáng)的定性分析532.4.4結(jié)果與討論53-552.5結(jié)論55參考文獻(xiàn)55-57第三章:

11、發(fā)光細(xì)菌傳感器的研制及其在毒性檢測(cè)中的研究和應(yīng)用57-673.1前言57-583.2實(shí)驗(yàn)部分58-603.2.1儀器與試劑583.2.2工作原理583.2.3實(shí)驗(yàn)操作58-603.3結(jié)果與討論60-663.3.1測(cè)量條件的選擇60-623.3.2對(duì)農(nóng)藥急性毒性的測(cè)定62-643.3.3重現(xiàn)性643.3.4與Microtox方法比較64-663.4結(jié)論66參考文獻(xiàn)66-67第四章:核殼型CdTeSiO_2熒光納米復(fù)合粒子的制備及其在發(fā)光細(xì)菌傳感器評(píng)估農(nóng)藥毒性中的應(yīng)用67-804.1前言67-684.2實(shí)驗(yàn)部分68-714.2.1儀器與試劑68-694.2.2實(shí)驗(yàn)操作69-714.3結(jié)果與討論71

12、-784.3.1CdTe以及CdTeSiO_2納米粒子的結(jié)構(gòu)及性能表征71-734.3.2測(cè)量條件的選擇73-754.3.3對(duì)農(nóng)藥急性毒性的測(cè)定75-774.3.4重現(xiàn)性774.3.5與Microtox方法比較77-784.4結(jié)論78-79參考文獻(xiàn)79-80第五章:利用ATP生物發(fā)光法對(duì)微生物數(shù)量的測(cè)定80-885.1前言80-815.2實(shí)驗(yàn)部分81-825.2.1儀器與試劑815.2.2實(shí)驗(yàn)操作81-825.3結(jié)果與討論82-875.3.1ATP生物發(fā)光法檢測(cè)微生物的原理825.3.2最佳實(shí)驗(yàn)條件的選擇82-855.3.3ATP測(cè)定工作曲線(xiàn)855.3.4微生物ATP淬取方法的比較85-865

13、.3.5生物發(fā)光法對(duì)微生物的測(cè)定結(jié)果865.3.6生物發(fā)光法對(duì)麗娃河中的微生物數(shù)量測(cè)定86-875.4結(jié)論87參考文獻(xiàn)87-88第二部分:微生物傳感技術(shù)在納米氧化物紫外屏蔽性能評(píng)估中的應(yīng)用88-106第六章:發(fā)光細(xì)菌在納米氧化物紫外屏蔽性能評(píng)估中的應(yīng)用88-976.1前言88-896.2實(shí)驗(yàn)部分89-906.2.1儀器和試劑896.2.2實(shí)驗(yàn)操作89-906.3結(jié)果與討論90-956.3.1發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光光譜90-916.3.2細(xì)菌在不同區(qū)域的紫外幅射下發(fā)光強(qiáng)度的變化916.3.3紫外屏蔽劑對(duì)不同區(qū)域的紫外輻射下細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)度的影響91-956.4結(jié)論95參考文獻(xiàn)95-97第七章:大腸桿菌電化學(xué)傳感技術(shù)在納米氧化物紫外屏蔽性能評(píng)估中的應(yīng)用97-1067.1前言97-987.2實(shí)驗(yàn)部分98-997.2.1試劑及修飾電極的制備987.2.2大腸桿菌的培養(yǎng)和微生物傳感器計(jì)數(shù)987.2.3紫外屏蔽實(shí)驗(yàn)98-997.3結(jié)果與