CN111992189B - 一种用于生物膜dgt装置的吸附膜、制备方法及应用 - Google Patents

一种用于生物膜dgt装置的吸附膜、制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN111992189B
CN111992189B CN202010885518.3A CN202010885518A CN111992189B CN 111992189 B CN111992189 B CN 111992189B CN 202010885518 A CN202010885518 A CN 202010885518A CN 111992189 B CN111992189 B CN 111992189B
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
solution
dgt
adsorption
dgt device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010885518.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111992189A (zh
Inventor
吴双
李寒冰
昊张·戴维森
成皓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Weishen Environmental Protection Technology Co ltd
Original Assignee
Nanjing Weishen Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Weishen Environmental Protection Technology Co ltd filed Critical Nanjing Weishen Environmental Protection Technology Co ltd
Priority to CN202010885518.3A priority Critical patent/CN111992189B/zh
Publication of CN111992189A publication Critical patent/CN111992189A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111992189B publication Critical patent/CN111992189B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/24—Naturally occurring macromolecular compounds, e.g. humic acids or their derivatives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28033—Membrane, sheet, cloth, pad, lamellar or mat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28047—Gels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6486—Measuring fluorescence of biological material, e.g. DNA, RNA, cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/5005—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells

Abstract

本发明属于环境科学领域，公开了一种用于生物膜DGT装置的吸附膜、制备方法及应用，所述制备方法包括以下步骤：1)制备琼脂糖水溶液并加热、冷却；2)将步骤1)处理后的琼脂糖水溶液与含有传感态微生物的悬浮液均匀混合，得到混合液并制备成胶片；3)将所述胶片在硝酸铁溶液中浸泡一段时间，制备含有传感态微生物和氧化铁的琼脂糖水凝胶片，再进行润洗、浸泡在缓冲溶液中震荡一段时间，冲洗后保存。本发明将传感态微生物与氧化铁相结合，将二者集合于吸附膜中，与现有技术中以氧化铁吸附膜作为吸附膜，将扩散膜中负载传感态微生物的形式相比，毒性响应更敏捷，更有利于低浓度目标物As的准确监测。

Description

一种用于生物膜DGT装置的吸附膜、制备方法及应用
技术领域
本发明属于环境科学领域，具体的说，公开了一种用于生物膜DGT装置的吸附膜、制备方法及应用。
背景技术
梯度扩散薄膜技术(Diffusive gradients in thin films，DGT)是由英国兰卡斯特大学David Williams和张昊发明的一种原位、非破坏性的被动采样技术，由英国科学家Davison和张昊发明的梯度扩散薄膜技术可以有效的测定自然界中重金属生物的有效态，与其他传统的形态分析相比，能更好的反映生物体所吸收的重金属，其引入了一个动态概念，可以通过模拟植物或者其他生物对重金属的吸收过程来进行重金属生物有效性的研究，目前DGT技术在测定水体、土壤和沉积物中有效态的金属阳离子和含氧阴离子方面得到了广泛的应用。
目前采用的DGT装置由过滤膜、扩散膜和吸附膜以及固定3层膜的塑料外壳组成，其中过滤膜主要用于避免待测环境中的颗粒物进入DGT装置，扩散膜能够让溶液态的离子自由扩散，吸附膜可以根据实验目的选择不同的吸附材质，目前现有技术的研究重点在于将吸附膜进行改性，使其具有更特殊、优异的性能。
虽然DGT的装置在采样以及生物体对重金属动态吸收方面具有特殊的优势，却只能进行重金属有效态含量的研究，而重金属对生物体的细胞/遗传毒性却只能依赖于生物化学法的检测技术。近年来生物探针技术得到蓬勃发展，被广泛地被应用于空气污染、农药以及重金属的检测。
经检索，针对生物膜DGT装置对重金属监测的研究，现有技术已有相关的申请案公开，如中国专利申请号为201811429817.5，公布日期为2019年4月5日的申请案公开了一种生物膜DGT装置及同时定量监测目标物有效态含量及细胞遗传毒性的方法，其生物膜DGT装置中的扩散膜为内附有生物传感器的琼脂糖水凝胶片，吸附膜为Chelex吸附膜，利用该生物膜DGT装置可以实现重金属Cd的目标物有效态含量及细胞/遗传毒性监测。该申请案的DGT装置虽然能够满足生物传感器中微生物存活条件，且使扩散膜中的微生物均匀分布，满足Cd进行毒性测定需求，然而实现该技术仍需要满足成本低、制备方法简单，准确度高的需求，对于不同的重金属监测，对于低浓度重金属的监测，灵敏度仍有待提高。
基于现有技术的缺陷，亟需发明一种新的灵敏度高、成本低的生物膜DGT装置及方法。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有生物膜DGT装置在目标物细胞遗传毒性的监测方法中存在的对低浓度目标物监测的灵敏度有待提高的问题，本发明的目的之一在于：通过将传感态微生物与氧化铁结合，制备出含有传感态微生物与氧化铁的吸附膜，从而提高低浓度目标物的监测灵敏度。
本发明的目的之二在于：针对现有的生物膜DGT装置扩散膜制备过程中需要采用琼脂糖水凝胶，投入成本相对较高的问题，本发明的DGT装置的扩散膜可直接利用聚苯稀酰胺水凝胶膜，采用市售的扩散膜即可满足需求，有效降低成本。
进一步的，本发明提供一种具有针对性的对重金属As监测的生物膜DGT装置，应用范围广，在一定范围内不受pH和离子强度的影响，不仅可以满足有效态含量的准确监测，而且能够实现细胞/遗传毒性的准确监测需求，且对低浓度As的灵敏度高。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供了一种用于生物膜DGT装置的吸附膜，所述生物DGT装置中的吸附膜为内附有传感态微生物和氧化铁的琼脂糖水凝胶片。
本发明的方案将传感态微生物和氧化铁结合，制备出适合微生物生存的吸附膜，克服了现有技术的偏见，不会因金属氧化物对微生物的生存产生影响，而且能够实现目标物与微生物的充分接触，从而提高灵敏度，不仅可以应用于重金属As的监测，对于其他能够使用氧化铁进行吸附的污染物监测也可以通用。
优选的方案，本发明提供了一种生物膜DGT装置，包括所述的用于生物膜DGT装置的吸附膜、扩散膜和滤膜。优选的方案，所述扩散膜的商品型号为R-GDC，所述滤膜为PES滤膜。
优选的方案，所述的用于生物膜DGT装置的吸附膜的制备方法，包括以下步骤：
1)制备琼脂糖水溶液并加热、冷却；
2)将步骤1)处理后的琼脂糖水溶液与含有传感态微生物的悬浮液均匀混合，得到混合液并制备成胶片；
3)将所述胶片在硝酸铁溶液中浸泡一段时间，制备含有传感态微生物和氧化铁的琼脂糖水凝胶片，再进行润洗、浸泡在缓冲溶液中震荡，冲洗后保存。
优选的方案，所述的传感态微生物为ADPWH_recA，和/或所述的琼脂糖水溶液的浓度为11～12.5g/L。
优选的方案，所述胶片在硝酸铁溶液中浸泡的时间为1～3小时，和/或所述硝酸铁溶液的浓度为0.03～0.05g/mL。
优选的方案，所述步骤3)中震荡的时间大于40分钟。
优选的方案，所述缓冲液为pH为6.7、浓度为0.05mol/L的MES缓冲溶液。
优选的方案，本发明提供了一种利用所述生物膜DGT装置监测目标物有效态含量的方法，所述方法具体包括以下步骤：
将所述的生物膜DGT装置放置在含目标物的溶液中进行吸收采集；
测定目标物有效态含量：将所述装置内的吸附膜在硝酸中洗脱，将洗脱液稀释后采用ICP-MS进行浓度分析。
优选的方案，本发明提供了一种利用所述的生物膜DGT装置监测目标物细胞遗传毒性的方法，所述方法具体包括以下步骤：
将所述的生物膜DGT装置放置在含目标物的溶液中进行吸收采集；
测定目标物的细胞遗传毒性：将所述装置内的吸附膜放置在含有培养液的培养板中，测定吸附膜中目标物的荧光响应值，利用酶标仪进行细胞/遗传毒性分析。
优选的方案，所述目标物为As，含As溶液浓度不超过10mg/L。
优选的方案，所述吸收采集时间不超过7天，和/或所述含重金属As的溶液pH为4～8，所述溶液的离子强度不超过0.5mol/L。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的用于生物膜DGT装置的吸附膜，将现有技术中在扩散层中的传感态微生物与氧化铁吸附层相结合，将二者结合于一层的吸附膜材料中，与现有技术中以氧化铁吸附膜作为吸附膜，利用扩散膜中负载传感态微生物的形式相比，不仅不会因氧化铁的结合对传感态微生物的生存产生不利影响，反而能够利于传感态微生物与目标溶液接触更充分，进而使毒性响应更敏捷；因此对低浓度的目标物检测更灵敏，能够实现目标物细胞遗传毒性的更加准确有效的监测。
(2)本发明的生物膜DGT装置，能够同时满足目标物As有效态含量与细胞遗传毒性的监测需求，结果表明常规DGT装置对As浓度的测量值与生物膜DGT装置对As浓度的测量值没有显著的差异，本发明的传感态微生物ADPWH_recA对DGT有效性浓度的测量没有影响，且满足基本DGT公式的关系。
(3)本发明的生物膜DGT装置，其扩散膜可直接利用聚苯稀酰胺水凝胶膜，成本相对较低，而且采用市售的扩散膜即可满足需求，相比现有生物膜DGT装置所采用的琼脂糖水凝胶扩散膜，能够有效降低成本。
附图说明
图1为本发明的生物膜DGT装置中含有微生物的吸附膜、扩散膜和滤膜的组成示意图；
图2为常规DGT装置和生物膜DGT装置同时暴露在10μg/L的As溶液中，二者的吸附膜上As的富集量随时间变化的关系对比；
图3为实施例4的实验中生物膜DGT的荧光响应率随溶液As浓度的变化；
图4为实施例5的实验中生物膜DGT的荧光响应率随暴露时间、培养时间变化的关系；
图5为实施例6的实验中生物膜DGT的荧光响应率、浓度预测随pH值变化的关系；
图6为实施例6的实验中生物膜DGT的荧光响应率、浓度预测随离子强度变化的关系；
图7为实施例7的实验中两种生物膜DGT在毒性监测的灵敏度对比研究。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
需要说明的是，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
如本文所使用，术语“约”用于提供与给定术语、度量或值相关联的灵活性和不精确性。本领域技术人员可以容易地确定具体变量的灵活性程度。
如本文所使用，术语“......中的至少一个”旨在与“......中的一个或多个”同义。例如，“A、B和C中的至少一个”明确包括仅A、仅B、仅C以及它们各自的组合。
浓度、量和其他数值数据可以在本文中以范围格式呈现。应当理解，这样的范围格式仅是为了方便和简洁而使用，并且应当灵活地解释为不仅包括明确叙述为范围极限的数值，而且还包括涵盖在所述范围内的所有单独的数值或子范围，就如同每个数值和子范围都被明确叙述一样。例如，约1至约4.5的数值范围应当被解释为不仅包括明确叙述的1至约4.5的极限值，而且还包括单独的数字(诸如2、3、4)和子范围(诸如1至3、2至4等)。相同的原理适用于仅叙述一个数值的范围，诸如“小于约4.5”，应当将其解释为包括所有上述的值和范围。此外，无论所描述的范围或特征的广度如何，都应当适用这种解释。
任何方法或过程权利要求中所述的任何步骤可以以任何顺序执行，并且不限于权利要求中提出的顺序。
实施例1
本实施例为传感态微生物吸附膜的制备、生物膜DGT装置的组装及采样。
传感态微生物吸附膜的制备方法包括以下步骤：
1)首先制备含传感态微生物ADPWH_recA的悬浮液：将luxCDABE基因融合进Acinetobacter baylyi ADP1宿主细胞的染色体中构建；
2)将构建好后的该传感态微生物首先在添加了10μg/mL的kanamycin的培养基(Luria-Bertani，LB)中，恒温(30℃)培养16小时；
3)每1mL上述培养基中的传感态微生物通过离心法回收(3000rpm，10分钟)，回收后的传感态微生物ADPWH_recA重新溶解在10mL的LB培养基中备用。
4)将购买自Sigma-Aldrich的琼脂糖粉末加入到100mL的去离子水中，混匀得到琼脂糖溶液，浓度为11～12.5g/L；
5)将琼脂糖水溶液放入到高压釜中，在121℃的条件下加热15分钟；
6)将加热后的琼脂糖水溶液冷却至50℃，与制备的含传感态微生物ADPWH_recA的悬浮液均匀混合，混合比例为8：1(v/v)，得到混合液；
7)将混合液通过移液枪注入到夹有U形塑料隔间片的两片玻璃板空隙中，并让其在室温中冷却1小时，成胶，将胶片切成2.5cm直径的圆片后，保存在0.01mol/L的硝酸钠溶液中备用；
8)将Fe(NO3)3溶于100mL的去离子水，制备浓度为0.03～0.05g/mL的硝酸铁溶液，将步骤7)中制备的胶浸泡在上述硝酸铁溶液中1～3小时，使铁离子在胶片中分布均匀，达到平衡；
9)将胶片润洗几次后，每片胶分别浸泡在100mL浓度为0.05mol/L的MES缓冲溶液中，该缓冲液提前用4mL浓度为1mol/的NaOH调节pH为6.7；将胶片在缓冲液中震荡40分钟以上，使胶片中的水合氧化铁沉淀完全，取出用去离子水润洗，保存在0.01mol/L氯化钠溶液中备用。
生物膜DGT装置的组装：将按照常规的DGT装置组装方式，将上述制备的传感态微生物吸附膜与常规的扩散膜(商品型号为R-GDD)，PES滤膜(购买自VWR，货号为514-4156)组装到DGT外壳里(商品型号为R-SDU)。图1为本发明的生物膜DGT装置中含有微生物的吸附膜、扩散膜和滤膜的组成示意图。
生物膜DGT装置的采样：将组装好的DGT装置放置到待测水体中一定时间后，取出。需要记录放置的时长和放置阶段内水体的平均温度。温度的获得方式如下：同步放置一颗提前设置好读取频率的纽扣温度计(购买自上海沃第森电子有限公司，型号为：DS1922L)。
实施例3
本实施例为实施例2组装好的生物膜DGT装置与常规DGT装置在的测定水体中的As浓度以及随时间变化关系的对照，常规DGT装置的扩散膜和滤膜均与生物膜DGT装置相同，吸附膜采用对As具有吸附作用的氧化铁吸附膜。该氧化铁吸附膜的制备方法基本与中国专利申请号为“201510781428.9”的专利实施例1中制备混合吸附膜的方法相同，不同之处在于：在最初溶液中仅配制硫酸亚铁溶液，并未引入铝离子和铈离子，仅制备出氧化铁吸附膜。
利用上述两种DGT装置分别测定水体中的As浓度以及随时间变化的关系，具体步骤为：
1)溶液配制：实验溶液具体参数为：体积为8L，As浓度为10μg/L，溶液pH值为6.0±0.5，离子强度为0.01mol/L，离子强度的配制方式为在去离子水中加入NaNO3，配制完成，在开放环境中，利用磁力搅拌器对溶液进行持续搅拌至少24小时，使二氧化碳浓度达到平衡后，再开始实验。实验阶段，磁力搅拌器保持搅拌状态。
2)采样：分别将组装好的常规DGT和生物膜DGT装置放置在步骤1)配制的溶液中，每隔24小时取出2组DGT装置进行分析，直到7天，并对每小时中溶液中重金属浓度和温度进行测量记录。
3)用去离子水冲洗DGT装置表面，去除装置表面可能存在的颗粒物；用滤纸或实验室用无屑纸巾小心地吸干装置表面的水分后封存在食品级自封袋中。如果不马上对装置进行前处理和分析，应该将DGT装置保存在4℃的环境下。
4)利用螺丝刀沿DGT外壳细缝处将装置撬开。利用洁净的PTFE镊子将吸附膜放置在1mL的硝酸(VWR，Aristar级，1M)中进行洗脱，将洗脱液稀释(最终稀释液的基质浓度应与ICP-MS标准曲线中基质的浓度一致)，利用常规的ICP-MS进行浓度分析。吸附膜中，重金属的吸附量(M)和溶液中的DGT有效性浓度(CDGT)可以通过下列公式计算获得：
M＝Ce(Vg+Ve)/fe
其中Ce是ICP-MS分析得出的浓度，Vg为吸附膜体积，Ve为洗脱液体积，fe为对应重金属在该洗脱液中的洗脱效率。
CDGT＝MΔg/DtA
其中Δg为材料扩散层(滤膜+扩散膜)的厚度，D为相应重金属在扩散层中的扩散系数，t为实验的放置时长，A为采样窗口面积。
图2为常规DGT装置和生物膜DGT装置同时暴露在10μg/L的As溶液(离子强度＝0.01mol/L NaNO3,pH＝6.0,25±0.5℃)中，二者的吸附膜上As的吸附动力曲线，如图2所示，常规DGT装置对As浓度的测量值与生物膜DGT装置对As浓度的测量值没有显著的差异。因此可知，在上述实验条件和时长内，传感态微生物ADPWH_recA对本发明的DGT有效性浓度的测量没有影响，且满足基本DGT公式的关系。
实施例4
本实施例是生物膜DGT中的传感态微生物ADPWH_recA对As的响应与基因毒性模型预测值之间的关系。
1)溶液配制：配制As浓度分别为1μg/L、10μg/L、100μg/L、1mg/L、10mg/L、100mg/L的As溶液，溶液pH值为6.0±0.5，离子强度为0.01mol/L，离子强度的配制方式为在去离子水中加入NaNO3配制，配制完成，在开放环境中，利用磁力搅拌器对溶液进行持续搅拌至少24小时，使二氧化碳浓度达到平衡后，再开始实验。实验阶段，磁力搅拌器保持搅拌状态。
2)将实施例2的DGT装置分别在上述不同As浓度的溶液中放置48小时后，取出进行预处理与分析，预处理过程如下：用洁净的PTFE镊子，将吸附膜放置在6孔/或12孔的平底培养板中。培养板中分别含有5mL或2mL的培养液(LB)。并利用酶标仪(BMG Labtech,UK)进行相应的重金属细胞遗传毒性分析。
重金属细胞/遗传毒性分析步骤如下：
a)分析过程中，需将吸收了As的吸附膜置于30℃和持续摇晃(100rpm)的条件下；b)每隔10分钟，对生物发光量和溶液600nm波长处的吸光值(OD600)进行测量；c)在Gene5软件中，采用生物发光量除以OD600获得相对光单位(relative bioluminescence unit，RLU)，最佳RLU的取值方法为：250分钟至300分钟间获得的RLU的平均值；d)采用实验样品的最佳RLU与控制样品的最佳RLU的比值计算荧光响应率，用于预测重金属的细胞遗传毒性。
实验结果如图3所示，在48小时的实验中，溶液中As浓度0.001ppm时，As浓度对传感态微生物没有明显的细胞和遗传毒性作用，毒性随As浓度变化的趋势符合基因毒性表达模型，在浓度为1ppm左右时达到峰值，并随着浓度的继续增长迅速下降。
实施例5
本实施例是生物膜DGT装置中传感态微生物ADPWH_recA的荧光响应与暴露时间的关系研究。溶液的配制基本同实施例4。
将本发明的生物膜DGT装置在As溶液中进行放置，每隔24小时从溶液中取出生物膜DGT装置进行检测，同时设置未处理的生物膜DGT装置作为对照。预处理与分析步骤基本同实施例4。
结果如图4显示，生物膜DGT装置的荧光响应数值基本稳定，荧光响应率为1，不同暴露时间的对照组的荧光响应在培养10小时左右达到峰值，前6小时的低荧光响应值可以归结为As对生物生长的抑制作用。当DGT放置7天后，荧光响应率明显小于其他时长，过度积累的As影响了细胞的发光反应，使得荧光响应率下降。因此，在不超过7天的监测时长范围内，本发明的生物膜DGT装置不受影响。
实施例6
本实施例为溶液环境的pH值和离子强度对本发明的生物膜DGT装置的影响实验。
溶液pH值对生物膜DGT装置的影响研究：分别配制pH＝4、pH＝6、pH＝8的As溶液，溶液离子强度始终为0.01mol/L，配制完成，在开放环境中，利用磁力搅拌器对溶液进行持续搅拌至少24小时，使二氧化碳浓度达到平衡后，再开始实验。实验阶段，磁力搅拌器保持搅拌状态，实验时长为2天。
溶液离子强度对生物膜DGT装置的影响研究：配制离子强度分别为0.1mol/L、0.01mol/L、0.5mol/L的As溶液，上述As溶液pH值均为6.0，配制完成，在开放环境中，利用磁力搅拌器对溶液进行持续搅拌至少24小时，使二氧化碳浓度达到平衡后，再开始实验。实验阶段，磁力搅拌器保持搅拌状态，实验时长为2天。
实验结果如图5所示，pH的改变(4～8)对生物膜DGT的荧光响应和溶液As浓度的预测没有显著的影响。图6为生物膜DGT的荧光响应率、浓度预测随离子强度变化的关系。当离子强度小于0.1mol/L时，生物膜DGT的荧光响应没有显著的降低，当离子强度为0.5mol/L时，由于离子强度对微生物生长的抑制作用，荧光相应明显降低。因此在离子强度不超过0.5mol/L时，离子强度对DGT测量溶液中的As浓度无显著影响。
因此本发明的生物膜DGT能满足大部分的环境监测需求。
实施例7
本实施例为两种DGT装置在进行生物毒性监测的灵敏度对比研究。
实验组为本发明实施例2中制备的生物膜DGT装置，对比组的生物膜DGT装置中含有微生物的扩散膜制备过程按照申请号为201811429817.5的专利中实施例1的方法制备，将含有传感态微生物的扩散膜，常规氧化铁吸附膜(具体同实施例3)和滤膜组装成氧化铁吸附膜生物DGT装置。
将两种生物膜DGT放置在不同浓度的As溶液中，溶液配置和实验操作过程同实施例4，
实验组的重金属细胞遗传毒性分析基本同实施例4，对照组中操作不同之处在于：a)分析过程中，需将吸收了As的扩散膜置于30℃和持续摇晃(100rpm)的条件下。其他步骤基本相同。
由于本发明的DGT装置将微生物集合于吸附膜，因此重金属细胞遗传毒性分析不需要利用扩散膜，仅利用吸附膜即可，因此同时进行有效态含量监测和重金属细胞遗传毒性分析时都可以只利用装置中的吸附膜即可完成监测目的。
实验结果如图7所示：在48小时的实验中，溶液中As浓度低于10mg/L时(10ppm)，本发明的生物膜DGT在对低浓度As的检测更灵敏。
本发明制备的生物膜DGT的吸附膜有效的将传感态微生物和氧化铁结合于一层膜材料中，与现有技术中以氧化铁吸附膜作为吸附膜，将扩散膜中负载传感态微生物形式相比，不仅不会因氧化铁的结合对传感态微生物的生存产生影响，反而能够促进传感态微生物与目标溶液接触更充分，毒性响应更敏捷。

Claims (9)

1.一种用于生物膜DGT装置的吸附膜，其特征在于：所述生物膜DGT装置中的吸附膜为内附有传感态微生物和氧化铁的琼脂糖水凝胶片，所述吸附膜的制备方法包括以下步骤：
1）制备琼脂糖水溶液并加热、冷却；
2）将步骤1）处理后的琼脂糖水溶液与含有传感态微生物的悬浮液均匀混合，得到混合液并制备成胶片；
3）将所述胶片在硝酸铁溶液中浸泡一段时间，制备含有传感态微生物和氧化铁的琼脂糖水凝胶片，再进行润洗、浸泡在缓冲溶液中震荡，冲洗后保存；所述的传感态微生物为ADPWH_recA。
2.根据权利要求1所述的一种用于生物膜DGT装置的吸附膜，其特征在于：所述的琼脂糖水溶液的浓度为11~12.5g/L。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于生物膜DGT装置的吸附膜，其特征在于：所述胶片在硝酸铁溶液中浸泡的时间为1~3小时，和/或所述硝酸铁溶液的浓度为0.03~0.05g/mL。
4.根据权利要求3所述的一种用于生物膜DGT装置的吸附膜，其特征在于：所述步骤3）中震荡的时间大于40分钟。
5.根据权利要求4所述的一种用于生物膜DGT装置的吸附膜，其特征在于：所述缓冲溶液为pH值为6.7、浓度为0.05mol/L的MES缓冲溶液。
6.一种生物膜DGT装置，其特征在于：包括扩散膜、滤膜和权利要求1-5任一所述的用于生物膜DGT装置的吸附膜。
7.一种根据权利要求6所述的生物膜DGT装置监测目标物有效态含量的方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：
7-1）将所述的生物膜DGT装置放置在含目标物的溶液中进行吸收采集；
7-2）测定目标物有效态含量：将所述装置内的吸附膜在硝酸中洗脱，将洗脱液稀释后采用ICP-MS进行浓度分析。
8.一种根据权利要求6所述的生物膜DGT装置监测目标物细胞遗传毒性的方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：
8-1）将所述的生物膜DGT装置放置在含目标物的溶液中进行吸收采集；
8-2）测定目标物的细胞遗传毒性：将所述装置内的吸附膜放置在含有培养液的培养板中，测定吸附膜中目标物的荧光响应值，利用酶标仪进行细胞遗传毒性分析。
9.根据权利要求8所述的生物膜DGT装置监测目标物细胞遗传毒性的方法，其特征在于：所述目标物为As，含As溶液浓度不超过10mg/L。
CN202010885518.3A 2020-08-28 2020-08-28 一种用于生物膜dgt装置的吸附膜、制备方法及应用 Active CN111992189B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010885518.3A CN111992189B (zh) 2020-08-28 2020-08-28 一种用于生物膜dgt装置的吸附膜、制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010885518.3A CN111992189B (zh) 2020-08-28 2020-08-28 一种用于生物膜dgt装置的吸附膜、制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111992189A CN111992189A (zh) 2020-11-27
CN111992189B true CN111992189B (zh) 2023-05-12

Family

ID=73464561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010885518.3A Active CN111992189B (zh) 2020-08-28 2020-08-28 一种用于生物膜dgt装置的吸附膜、制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111992189B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022252217A1 (zh) * 2021-06-04 2022-12-08 山东省科学院生态研究所(山东省科学院中日友好生物技术研究中心) 一种基于薄膜扩散梯度技术的多环芳烃被动采样装置及其应用
CN113769717A (zh) * 2021-08-11 2021-12-10 南京维申环保科技有限公司 一种dgt装置中吸附膜的制备方法及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10178077A (ja) * 1996-12-17 1998-06-30 Nec Corp 半導体基板の定量汚染試料の作製方法
CN101982420A (zh) * 2010-10-20 2011-03-02 北京惟馨雨生物科技有限公司 磁性纳米颗粒溶液、其制备方法及用途
CN104155215A (zh) * 2014-08-22 2014-11-19 中国环境科学研究院 Dgt探针及使用该探针进行沉积物/水界面微区测定的方法
CN105381781A (zh) * 2015-11-13 2016-03-09 南京大学 一种混合三种金属氧化物的吸附膜及其制备方法和基于梯度扩散薄膜技术测定氟离子的方法
CN109580762A (zh) * 2018-11-28 2019-04-05 南京维申环保科技有限公司 一种生物膜dgt装置及同时定量监测目标物有效态含量及细胞遗传毒性的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10178077A (ja) * 1996-12-17 1998-06-30 Nec Corp 半導体基板の定量汚染試料の作製方法
CN101982420A (zh) * 2010-10-20 2011-03-02 北京惟馨雨生物科技有限公司 磁性纳米颗粒溶液、其制备方法及用途
CN104155215A (zh) * 2014-08-22 2014-11-19 中国环境科学研究院 Dgt探针及使用该探针进行沉积物/水界面微区测定的方法
CN105381781A (zh) * 2015-11-13 2016-03-09 南京大学 一种混合三种金属氧化物的吸附膜及其制备方法和基于梯度扩散薄膜技术测定氟离子的方法
CN109580762A (zh) * 2018-11-28 2019-04-05 南京维申环保科技有限公司 一种生物膜dgt装置及同时定量监测目标物有效态含量及细胞遗传毒性的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于DGT技术分析土壤重金属Cd、Ni的老化特征;张璠等;《农业环境学报》;20191120;第38卷(第11期);第2487-2495页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111992189A (zh) 2020-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Odobašić et al. Biosensors for determination of heavy metals in waters
CN111992189B (zh) 一种用于生物膜dgt装置的吸附膜、制备方法及应用
McKelvie et al. Analytical perspective. Techniques for the quantification and speciation of phosphorus in natural waters
Zhou et al. Determination of malachite green in fish by a modified MOF-based electrochemical sensor
Batley et al. Speciation and bioavailability of trace metals in water: progress since 1982
Gardea-Torresdey et al. Bioaccumulation and measurement of copper at an alga-modified carbon paste electrode
Ding et al. Gel-based coloration technique for the submillimeter-scale imaging of labile phosphorus in sediments and soils with diffusive gradients in thin films
Lin et al. Aptamer-functionalized stir bar sorptive extraction coupled with gas chromatography–mass spectrometry for selective enrichment and determination of polychlorinated biphenyls in fish samples
Gieseke et al. Use of microelectrodes to measure in situ microbial activities in biofilms, sediments, and microbial mats
JP2003507733A (ja) 水性受動サンプリング装置及びその使用方法
Zhao et al. Hollow molecularly imprinted polymer based quartz crystal microbalance sensor for rapid detection of methimazole in food samples
Wang et al. Electrochemical immunosensor based on an antibody-hierarchical mesoporous SiO 2 for the detection of Staphylococcus aureus
Singh et al. Chlorella sp. based biosensor for selective determination of mercury in presence of silver ions
Khoshbin et al. A fluorescence imaging-supported aptasensor for sensitive monitoring of cadmium pollutant in diverse samples: A critical role of metal organic frameworks
Yang et al. Highly selective preconcentration of ultra-trace cadmium by yeast surface engineering
He et al. Origami-based “Book” shaped three-dimensional electrochemical paper microdevice for sample-to-answer detection of pathogens
Pescim et al. Speciation of lead in seawater and river water by using Saccharomyces cerevisiae immobilized in agarose gel as a binding agent in the diffusive gradients in thin films technique
Moustafa et al. A novel bulk optode for ultra-trace detection of antimony coupled with spectrophotometry in food and environmental samples
CN111504988A (zh) 一种测定有效态磷含量二维分布的方法
CN112540094A (zh) 一种土壤易解离态重金属的快速纳米纤维膜测定方法
CN111359597A (zh) 一种选择性固定三价砷、三价锑、四价硒的吸附膜及其制备方法
Calvo-Lozano et al. Integration of Metal–Organic Polyhedra onto a Nanophotonic Sensor for Real-Time Detection of Nitrogenous Organic Pollutants in Water
CN109580762A (zh) 一种生物膜dgt装置及同时定量监测目标物有效态含量及细胞遗传毒性的方法
WO2021156392A1 (en) Method, device, sensor cartridge and kit of parts for culturing and detecting microorganisms
CN113049655A (zh) 罐头食品中镉、铅含量的检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant