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生物传感器在发酵工业中的应用

来源:发布时间:2014-11-19

  各种生物传感器中,微生物传感器适合发酵工业中的测量.因为发酵过程中常存在对酶的干扰物质,并且发酵液往往不是清澈透明的,不适用于光谱等方法测定.应用微生物传感器则极有可能消除干扰,并且不受发酵液混浊程度的限制.同时,由于发酵工业是大规模的生产,微生物传感器具有的成本低、设备简单的特点占了极大的优势.
  微生物传感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的测量,代谢产物如头孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇类、青霉素、乳酸等的测量.测量的装置基本上都是由适合的微生物电极与氧电极组成,原理是利用微生物的同化作用耗氧,通过测量氧电极电流的变化量来测量氧气的减少量,从而达到测量底物浓度的目的.
  2002年,Tkac等人将一种以铁氰化物为媒介的葡萄糖氧化酶细胞生物传感器用于测量发酵工业中的乙醇含量,在13s内可以测量达到灵敏度为3.5nA?mM-1.该微生物传感器的检测极限为0.85nM,测量范围为2到270nM,稳定性能很好.在连续8.5h的检测中,灵敏度没有任何降低.该生物传感器已经成功地应用于乙醇发酵工业中的测量.
  微生物传感器还能用来进行代谢试验的鉴定.
  传统的微生物代谢类型的鉴定都是根据微生物在某种培养基上的生长情况进行的,这些实验方法需要较长的培养时间和专门的技术.微生物对底物的同化作用可以通过其呼吸活性进行测定.用氧电极可以直接测量微生物的呼吸活性.因此,可以用微生物传感器来测定微生物的代谢特征.这个系统已用于微生物的简单鉴定,微生物培养基的选择,微生物酶活性的测定,废水中可被生物降解的物质估计,用于废水处理的微生物选择,活性污泥的同化作用试验,生物降解物的确定,微生物的保存方法选择等.
  除了在食品工业、发酵工业、环境监测方面的应用,生物传感器还广泛应用于军事和医学领域.在军事上使用多的是乙酰胆碱酯酶传感器,可以检测出0.1?0.5ppm的沙林,这一方法至今仍被各国普遍应用于神经性毒剂毒包和报警器中.还可以将单克隆抗体与微电子技术相结合,制成可以快速检测和识别许多病原体的有用工具.在医学方面,生物传感器多用于测定pH值,一些电解质离子浓度,葡萄糖、胆固醇等物质浓度,还可以利用抗体-抗原生物传感器进行免疫分析等.

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