( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910061526 .3
(22)申请日 2019 .01 .23
(71)申请人 南京信息职业技术学院 地址 210023 江苏省南京市栖霞区仙林大 学城文澜路99号
(72)发明人 高玉玲 王卉 汪宁 兴志 宋维君
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CN 109632919 A
说 明 书
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基于微生物电化学信号在线监测污染沉积物毒性的方法
技术领域 [0001] 本发明属于生物电化学技术领域，特别涉及一种利用具有电化学活性的微生物菌 群的电信号在线监测污染沉积物毒性的方法。
背景技术 [0002] 人类活动导致大量毒害污染物进入水体和沉积物，从而对水生态系统造成很多不 利影响，如三致效应、遗传毒性、芳香烃受体效应和内分泌干扰效应等。因此，水体沉积物毒 性检测显得尤其重要。目前，常用的检测方法主要有物理化学方法和生物方法。物理化学方 法主要是指利用物理传感器和化学传感器进行毒性物质检测，此外，还可以利用化学手段 模拟检 测沉积物中 毒性物 质的 生物有效 性的 仿生萃取技术 ，萃取提取 和固 相萃取净化之 后 ，用气相色谱-电 子捕获检 测器或色谱- 质谱进行分析。应 用较多的 物理化学传感器虽 然 可以 检 测许多有毒物 质 ，包括重金 属离子 和有机物等 ，但是其监 测范围 有限 、操作程 序复 杂，且在开放水体中(比如海洋、湖泊、水库等) ，其易受风浪、天气等因素的影响，往往很难 实现在线检测与监测。生物方法主要是指利用毒性污染物对细菌、藻类、鱼类等的生理代谢 或细胞活性的抑制作用进行检测。此外，还可以采用检测沉积物中微生物脱氢酶活性的变 化等。但是，这些检测往往需要较长的实验周期，且操作繁琐、可重复性差，无法满足对水环 境实时预报预警、突发毒物泄漏应急监测等的需要。
(74)专利代理机构 南京天翼专利代理有限责任 公司 32112
代理人 崔立青
(51)Int .Cl . G01N 27/416(2006632919 A (43)申请公布日 2019.04.16
( 54 )发明 名称 基于微生物电 化学 信号 在线监 测污染沉 积
发明内容 [0003] 针对现有技术存在缺陷或者不足，本发明的目的在于提供一种在线监测污染沉积 物毒性的 方法 ，该方法能 够简单、快速地反映 出开放水域沉积物中毒性物 质的 污染状况与 污染程度，以对突发毒物泄漏进行应急监测。 [0004] 具体的技术方案为： [0005] 基于微生物电化学信号在线监测污染沉积物毒性的方法， [0006] 其用于检测开放水体下沉积物的毒性，其采用微生物电化学系统进行，该微生物 电 化学 系统包括电 极 系统 与电 压检测仪 ，该电 极 系统至 少包括阳极与阴极 ，阳极 和阴极之 间经外部电阻 连接在一起 ；电 压检 测仪 用于对阴极 与阳极之间的电 压进行检 测 ，获得电 压 数据； [0007] 其方法是：用电压检测仪获取阴极与阳极之间的电压数据，根据电压数据对沉积 物中毒物的污染程度进行实时监测；上述电压数据至少包括电压值。 [0008] 优选地，上述电压数据至少包括电压值，依据电压值对沉积物中的污染程度进行 监测。 [0009] 本发明中，利用沉积物中毒物浓度与其所产生的与电压相关的数据具有相应的对 应关系，来实现对开阔水域沉积物毒性的检测。当水体中沉积物受到毒性物质污染后，具有 电 化学活性的 微生物能 够很快出现应急响应 ，产生的电 压随 着污染物毒性的 增加而减 少 ， 因此本发明具有运行成本低，操作简单，快速获得结果以及实时监测的结果可靠等优点
物毒性的方法 ( 57 )摘要
本发明公开了一 种基于微生物电 化学 信号 在线监测污染沉积物毒性的方法 ，其 用于检测开 放水体下沉积物的毒性，其采用微生物电化学系 统进行，该微生物电化学系统包括电极系统与电 压检 测仪 ，该电 极 系统至 少包括阳极 与阴极 ，阳 极和阴极之间经外部电阻连接在一起；电压检测 仪用于对阴极与阳极之间的电压进行检测，获得 电 压数据 ；其方法是 ：用电 压检 测仪获取阴极与 阳极之间的电压数据，根据电压数据对沉积物中 毒物的污染程度进行实时监测；上述电压数据至 少包括电 压值。该方法能 够简单 、快速地反映 出 开放水域沉积物中毒性物质的污染状况与污染 程度，以对突发毒物泄漏进行应急监测。
权利要求书1页 说明书4页 附图1页
CN 109632919 A
CN 109632919 A
权 利 要 求 书
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1 .基于微生物电化学信号在线监测污染沉积物毒性的方法， 其 用于检 测开放水体下沉积物的 毒性 ，其采 用微生物电 化学 系统进行 ，该微生物电 化 学 系统包括电 极 系统 与电 压检测仪 ，该电 极 系统至 少包括阳极与阴极 ，阳极 和阴极之间经 外部电阻连接在一起；电压检测仪用于对阴极与阳极之间的电压进行检测，获得电压数据； 其方法是： 用电压检测仪获取阴极与阳极之间的电压数据，根据电压数据对沉积物中毒物的污染 程度进行实时监测。 2 .根据权利要求1所述的方法，其特征在于，阳极和阴极均采用电活性生物材料制备而 成；该电活性生物材料为采用石墨烯纳米片复合而成的仿生水草。 3 .根据权利要求2所述的方法，其特征在于， 所述仿生水草为 ：以 无纺布为基材 ，并 将该无纺布在石墨 烯纳米片悬浮液中 浸渍并干 燥后制得。 4 .根据权利要求3所述的方法，其特征在于，仿生水草的制备步骤为： (1) 将氧化石墨烯投入水中 ，进行超声处理得到氧化石墨烯悬浊液 ，然后向氧化石墨烯 悬浊液投入氢氧化钠水溶液，继续进行超声处理，得到氧化石墨烯胶体； (2) 将氧化石墨烯胶体与三羟甲基氨基甲烷混合均匀，制成混合液 ，搅拌速度为6080rpm、搅拌反应时间为20-30min，然后向混合液中加入偶联剂，反应得到石墨烯纳米片悬 浮液； (3) 将无纺布加工而成的 基材浸渍于石墨烯纳米片悬浮液内20-24小时 ，取出干燥 ，得 到仿生水草； 偶联剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐。 5 .根据权利要求4所述的方法，其特征在于，氢氧化钠溶液的浓度为2-3mol/L。 6 .根据权利要求4所述的方法，其特征在于，氧化石墨烯胶体、三羟甲基氨基甲烷以及 偶联剂的质量比为(1 .5-3):(1-1 .5):(1-1 .5)。 7 .根据权利要求4所述的方法，其特征在于， 在步骤(1)中，超声处理时，超声波的频率为30-45KHz，超声处理时间为45-90min； 步骤(2)中，搅拌速度为60-80rpm、搅拌反应时间为20-30min；反应温度为60-80℃； 步骤(3)中，干燥温度为60-70℃，干燥时间为24-32h。 8 .根据权利要求1所述的方法，其特征在于，阳极埋设在沉积物中，阴极漂浮于水体的 水面。 9 .根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电阻为一可变电阻 ，该电阻的电阻值 的调节范围为10-1000Ω。 10 .根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 上述电压数据至少包括电压值，依据电压值对沉积物中的污染程度进行监测。