[發明專利]一種富集微生物的電化學方法,用于分析有機物和生化需氧量的生物傳感器

有效

• 申請號: 00809995.2
• 申請日: 2000-03-17
• 公開（公告）號: CN1360677A
• 公開（公告）日: 2002-07-24
• 發明（設計）人: 金炳弘;長仁燮;玄文湜;金亨周;樸亨洙
• 申請（專利權）人: 韓國科學技術研究院
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 劉國平

技術領域

本發明涉及用于測定有機物濃度和生化需氧量的生物傳感器。更具體地說，本發明涉及用于測定有機物濃度和生化需氧量的生物傳感器，該生物傳感器具有簡單和快速測定的功能，并且其本身制造、使用、維護和修理所需成本相對較低。

背景技術

一般來說，生物傳感器是指一種測量裝置，其中有機體或源自有機體的物質用作與電裝置結合的測量單元的至少一部分。由于生物傳感器能夠依靠生物反應的高度專一性對待測物質的濃度和性質進行精確測定的優點，因此從二十世紀六十年代以來人們一直在對其進行研究。并開發了多種生物傳感器，其所測物質的范圍也在不斷地變化。例如，已經實際應用并且廣泛使用由結合到氧電極上的葡糖氧化酶構成的葡萄糖濃度測定生物傳感器，以及含有抗體的醫用生物傳感器(參見：Tuner等，1987，Biosensors，Fundamentalsand?Applications，Oxford?Science?Publication)。

同時，工業廢水或家庭污水的污染情況一般用化學需氧量(COD)或生化需氧量(BOD)來表示。其快速測定在環境治理和污染防治工業中具有十分重要的作用。但是，現有的體現可磁化微生物有機物的量的測定生化需氧量的方法存在的問題是耗時長，并且需要復雜的程序和裝置。而且現有方法存在測定值隨操作工人的熟練程度而變化的缺點。另外，這種方法難以用于污染狀態需要快速確定時或者用于自動污水處理設施。

為了解決這些問題，提出了幾種測定生化需氧量的生物傳感器(參見：Hikuma等，1979，European?Journal?of?Microbiology?and?Biotechnology，8，289；Riedel等，1990，Water?Research，24，883；和Hyun等，1993，Biotechnologyand?Bioengineering，41，1107)。一般來說，這些生化需氧量生物傳感器的結構是在溶解氧測定電極上安裝有膜，在該膜上固定有一定的微生物。這些生化需氧量生物傳感器與待測樣品反應，固定在膜上的微生物將樣品中所含有機物磁化并消耗氧。將所得樣品中溶解氧的值與對比樣品中溶解氧的值進行對比并轉化為生化需氧量。但是這些生物傳感器存在下列問題：

首先，這些生物傳感器使用一種微生物。因此，由于所用微生物的物種專一性，它們對存在于廢水中的復雜營養物組分缺乏磁敏感性，從而不能指示生化需氧量的總值。

第二，微生物被固定在多孔膜上。因此膜需要頻繁更換或修理以使所測生化需氧量具有高的再現性。但是可固定微生物的膜價格昂貴，因此這種生物傳感器不經濟，而且可維護性差。

第三，由于需要使用對比樣品的溶解氧電極，設備復雜，價格昂貴且失效率高。

第四，這些測定生化需氧量的生物傳感器中使用的微生物不能將電子直接傳遞出來。因此，這些生物傳感器需要使用電轉移傳遞器或獨立的轉換器。

同時，微生物在厭氧環境中的生長通常可以使用電子受體而不是氧。使用這些電子受體的新陳代謝稱為微生物的厭氧呼吸。可以在有機物被厭氧呼吸的微生物氧化的氧化作用中使用的電子受體包括氧化鐵，硝酸鹽，六價錳，硫酸鹽，碳酸鹽等。如果電子供體相同，在由相應的電子受體和電子供體之間的氧化還原反應產生的能量中，與硝酸鹽、硫酸鹽和碳酸鹽所產生的低的能量水平相比，氧化鐵還原成氧化亞鐵產生最大水平的能量。該能量水平與氧化還原勢相關，氧化還原勢是相應電子受體的固有特性(參見：Byoung-Hong，Kim，Microorganism?Physiology，Academy?Press?Co.，Ltd.，Seoul，Korea，1995)。