2 研究現狀及主要應用領域
2.1 食品工業
生物傳感器在食品分析中的應用包括食品成分、食品添加劑、有害毒物及食品鮮度等的測定分析。
(1)食品成分分析
在食品工業中，葡萄糖的含量是衡量水果成熟度和貯藏壽命的一個重要指標。已開發的酶電極型生物傳感器可用來分析白酒、蘋果汁、果醬和蜂蜜中的葡萄糖。其它糖類，如果糖，啤酒、麥芽汁中的麥芽糖，也有成熟的測定傳感器。
Niculescu等人研制出一種安培生物傳感器，可用于檢測飲料中的乙醇含量。這種生物傳感器是將一種配蛋白醇脫氫酶埋在聚乙烯中，酶和聚合物的比例不同可以影響該生物傳感器的性能。在目前進行的實驗中，該生物傳感器對乙醇的測量極限為lnM。
(2)食品添加劑的分析
亞硫酸鹽通常用作食品工業的漂白劑和防腐劑，采用亞硫酸鹽氧化酶為敏感材料制成的電流型二氧化硫酶電極可用于測定食品中
的亞硫酸鹽含量，測定的線性范圍為0-6的四次方mol/L。又如飲料、布丁、昔等食品中的甜味素，Guibault等采用天冬氨酶結合氨電極測定，線性
范圍為2x 10-5- 1 x lO-3mol/L。此外，也有用生物傳感器測定色素和乳化劑的報道。
(3)農藥殘留量分析
近年來，人們對食品中的農藥殘留問題越來越重視，各國政府也不斷加強對食品中的農藥殘留的檢測工作。
Yamazaki等人發明了一種使用人造酶測定有機磷殺蟲劑的電流式生物傳感器，利用有機磷殺蟲劑水解酶，對硝基酚和二乙基酚的測定極限為10-7 mol，在40℃下測定只要4min。Albareda等用戊二醛交聯法將乙酞膽堿醋酶固定在銅絲碳糊電極表面，制成一 種可檢測濃度為10-10 mol/L的對氧磷和10-11mol/L的克百威的生物傳感器，可用于直接檢測自來水和果汁樣品中兩種農藥的殘留。
(4)微生物和毒素的檢驗
食品中病原性微生物的存在會給消費者的健康帶來極大的危害，食品中毒素不僅種類很多而且毒性大，大多有致癌、致畸、致突變作用，因此，加強對食品中的病原性微生物及毒素的檢測至關重要。
食用牛肉很容易被大腸桿菌0157.H7.所感染，因此，需要快速靈敏的方法檢測和防御大腸桿菌0157.H7一類的細
菌。Kramerr等人研究的光纖生物傳感器可以在幾min內檢測出食物中的病原體(如大腸桿菌0157.H7.)，而傳統的方法則需要幾天。這種生物傳感器從檢測出病原體到從樣品中重新獲得病原體并使它在培養基上獨立生長總共只需1天時間，而傳統方法需要4天。
還有一種快速靈敏的免疫生物傳感器可以用于測量牛奶中雙氫除蟲菌素的殘余物，它是基于細胞質基因組的反應，通過光學系統傳輸信號。已達到的檢測極限為16.2ng/ml。一天可以檢測20個牛奶樣品。
(5)食品鮮度的檢測
食品工業中對食品鮮度尤其是魚類、肉類的鮮度檢測是評價食品質量的一個主要指標。Volpe等人以黃嗦吟氧化酶為生物敏
感材料，結合過氧化氫電極，通過測定魚降解過程中產生的一磷酸肌昔(IMP)肌昔(IIXR)和次黃嗓吟(HX)的濃度，從而評價魚的鮮度，其線性范圍為
5x10-10 -2x10-4 mol/L。
2.2 環境監測
近年來，環境污染問題日益嚴重，人們迫切希望擁有一種能對污染物進行連續、快速、在線監測的儀器，生物傳感器滿足了人們的要求。目前，已有相當部分的生物傳感器應用于環境監測中。
(1)水環境監測
生化需氧量(BOD)是一種廣泛采用的表征有機污染程度的綜合性指標。在水體監測和污水處理廠的運行控制中，生化需氧量
也是最常用、最重要的指標之一。常規的BOD測定需要5d的培養期，而且操作復雜，重復性差，耗時耗力，干擾性大，不適合現場監測。
SiyaWakin 等人利用一種毛抱子菌(Trichosporoncutaneum)和芽抱桿菌
(Bacillus licheniformis)制作一種微生物 BOD傳感器。該BOD生物傳感器能同時精確測量葡萄糖和谷氨酸的濃度。測量范圍
為0.5-40mg/L，靈敏度為5.84 nA/mgL。該生物傳感器穩定性好，在58次實驗中，標準偏差僅為0.0362。所需反應時間為5-
10min。
NO3離子是主要的水污染物之一，如果添加到食品中，對人體的健康極其有害。Zatsll等人提出了一種整體化酶功能 場效應管裝置檢測NO3-離子的方法。該裝置對NO,’離子的檢測極限為7x 10-5mol，響應時間不到50s，系統操作時間約為85s。
此外，還有報道Han等人將假單胞菌固定在抓離子電極上，實時監測工業廢水中三氯乙烯，檢測范圍0.1--4 mg/L，檢測時間在l0min內。
(2)大氣環境監測
二氧化硫(S02)是酸雨酸霧形成的主要原因，傳統的檢測方法很復雜。Martyr等人將亞細胞類脂類(含亞硫酸鹽氧化 酶的肝微粒體)固定在醋酸纖維膜上，和氧電極制成安培型生物傳感器，對S02形成的酸雨酸霧樣品溶液進行檢測，l0min可以得到穩定的測試結果。
NOx不僅是造成酸雨酸霧的原因之一，同時也是光化學煙霧的罪魁禍首。Charles等人用多孔滲透膜、固定化硝化細 菌和氧電極組成的微生物傳感器來測定樣品中亞硝酸鹽含量，從而推知空氣中NOx的濃度。其檢測極限為0.01 x l0-6 mo1/L。
2.3 發酵工業
在各種生物傳感器中，微生物傳感器具有成本低、設備簡單、不受發酵液混濁程度的限制、可能消除發酵過程中干擾物質的干擾等特點。因此，在發酵工業中廣泛地采用微生物傳感器作為一種有效的測量工具。
(1)原材料及代謝產物的測定
微生物傳感器可用于測量發酵工業中的原材料(如糖蜜、乙酸等)和代謝產物(如頭抱霉素、谷氨酸、甲酸、醇類、乳酸等)。
測量的裝置基本上都是由適合的微生物電極與氧電極組成，原理是利用微生物的同化作用耗氧，通過測量氧電極電流的變化量來測量氧氣的減少量，從而達到測量底
物濃度的目的。
2002年，Tkac等人將一種以鐵氰化物為媒介的葡萄糖氧化酶細胞生物傳感器用于測量發酵工業中的乙醇含量，13s 內可以完成測量，測量靈敏度為3.SnAlnmol.L-1。該微生物傳感器的檢測極限為0.85nmo1.L-1，測量范圍為2-270nmo1.L- 1,穩定性能很好。在連續8.5h的檢測中，靈敏度沒有任何降低。
(2)微生物細胞數目的測定
發酵液中細胞數的測定是重要的。細胞數(菌體濃度)即單位發酵液中的細胞數量。一般情況下，需取一定的發酵液樣品，采用
顯微計數方法測定，這種測定方法耗時較多，不適于連續測定。在發酵控制方面迫切需要直接測定細胞數目的簡單而連續的方法。人們發現:在陽極(Pt)表面
上，菌體可以直接被氧化并產生電流。這種電化學系統可以應用于細胞目的側定。側定結果與常規的細胞計數法測定的數值相近。利用這種電化學微生物細胞數傳感
器可以實現菌體濃度連續、在線的測定。
