用于监测有机淡水污染的自供电微生物燃料电池生物传感器

将有机废水(植物和动物的可生物降解废物)排放到淡水水体中是一个重大的环境问题，影响这些水生生态系统的健康和可持续性。然而，目前可用于检测水质的方法复杂且成本高昂。

在这方面，立命馆大学的研究人员最近开发了一种自供电、廉价、漂浮的生物传感器，用于监测淡水湖泊和河流输入处的水质。该论文于2023年9月9日在线发布，并于2023年11月1日发表在《生化工程杂志》第200卷上。

“我们开发了一种基于微生物燃料电池 (MFC) 的自供电、独立、浮动生物传感器，用于早期有机废水检测。MFC 外壳由 3D 打印机制造，电极由低成本碳基材料制成。”领导这项研究的立命馆大学电气与电子工程系科学与工程学院 Kozo Taguchi 教授说道。

MFC 在产电细菌的帮助下发电。这些微生物由于其生物新陈代谢而产生电流。MFC 产生的电量与产电微生物消耗的有机废物的浓度成正比。因此，这一特征可用于设计由 MFC 驱动的有机废物生物传感器。

研究小组使用廉价的碳基材料，开发了一种基于浮动 MFC (FMFC) 的自供电生物传感器，用于持续跟踪湖泊和河流中的有机污染水平。为此，研究小组在 FMFC 的阳极(发生氧化并释放电子的电极)中填充了含有产电细菌的土壤。阳极细菌随后分解水中存在的有机物，并将储存的化学能转化为电能。然后用电力输出来衡量受污染水中存在的有机废物。

尽管研究人员没有描述土壤样本中存在的细菌群落，但他们合理地假设，地杆菌属、希瓦氏菌属和假单胞菌属的微生物对电活动做出了贡献。先前的研究表明，稻田土壤天然含有属于这些属的产电细菌。

接下来，该团队在可漂浮的生物传感器组件中添加了一个发光二极管(LED)。LED 能够利用产电细菌产生的电力，并直观地指示所调查的水样中的有机污染程度。当化学需氧量 (COD)(用于测量水中有机污染物水平的参数)超过 60 毫克/升的阈值时，它开始闪烁。此外，当 COD 显着超过阈值时，LED 闪烁的速度会加快。

田口教授补充道：“由于 FMFC 生物传感器可以自行发电，因此不需要外部电源。此外，它还可用于监测淡水体中有机废水流入的早期检测系统。”

来自科学与工程学院的 Trang Nakamoto 先生和 Dung Nakamoto 先生对生物传感器的开发做出了贡献。

总之，研究作者设计、开发并测试了一种 3D 打印且经济高效的 FMFC 生物传感器，可有效监测淡水体中的有机污染。

感谢研究团队开发了一种新型生物传感器，可用于监测和保护我们的淡水生态系统!

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