專利名稱：用于生物化學(xué)需氧量生物傳感器的微生物有機(jī)－無機(jī)雜化材料膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用于生物化學(xué)需氧量生物傳感器的微生物有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜。
背景技術(shù)：
生物化學(xué)需氧量(BOD)是天然水、用水和廢水的經(jīng)常必測的水質(zhì)指標(biāo)之一。但現(xiàn)行的BOD5法存在許多不足之處，如時間長、工作量大、操作繁瑣、受干擾因素多、重復(fù)性差而不能及時反映水質(zhì)變化，近年來陸續(xù)出現(xiàn)了一些新的測定方法如自動測定法，快速測定法和利用微生物膜傳感器技術(shù)的BOD測定法等，其中以微生物膜傳感器技術(shù)的BOD測定法發(fā)展最為迅速。該技術(shù)將微生物膜固定在氧電極的透氧膜上，利用所固定的微生物呼吸活性的變化測定BOD值，已被日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(Japanese Industrial Standard Committee)采用為標(biāo)準(zhǔn)方法。但這一技術(shù)的核心問題即生物膜的制備和菌種的選擇以及兩者的匹配尚未得到很好的解決，從而限制了這一技術(shù)的推廣和應(yīng)用。近年來發(fā)展的溶膠-凝膠衍生的玻璃材料已發(fā)展成適合于固定生物分子的一類新型材料，這一類無機(jī)材料具有物理剛性、化學(xué)惰性、高的光、熱穩(wěn)定性及可忽略的溶脹性而特別適合于構(gòu)建生物傳感器；另一方面接枝共聚物所含有的大量羥基有助于為固定化的生物分子提供生物相容性的微環(huán)境，故以接枝共聚物為基的生物傳感器有高的靈敏度和很好的生物相容性。將兩種材料結(jié)合起來而制備新型有機(jī)-無機(jī)雜化材料固定化膜，其生物相容性好，而且能防止溶膠-凝膠成膜時的開裂問題和接枝共聚物成膜時的溶脹性。
采用有機(jī)-無機(jī)雜化材料，通過對前驅(qū)體改良，可在較溫和的實驗條件和較簡單的程序下包埋微生物，并使前驅(qū)體不含對生物有毒性的單體。通過選擇適當(dāng)鏈長的前驅(qū)體可控制凝膠的孔徑，而凝膠的物理化學(xué)特性可以在合成前驅(qū)體的過程中控制。這樣包埋在凝膠中的微生物量易于控制，其貯存和工作穩(wěn)定性都較以往吸附法高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于生物化學(xué)需氧量生物傳感器的微生物有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜的制備方法。
本發(fā)明采用有機(jī)-無機(jī)雜化材料包埋微生物，把正乙氧基硅烷或正甲氧基硅烷的溶膠-凝膠和聚乙烯醇接枝4-乙烯基吡啶相混合時，可形成互穿網(wǎng)絡(luò)，使微生物牢固的固定在雜化材料膜中。
本發(fā)明選擇無機(jī)材料正乙氧基硅烷或正甲氧基硅烷溶于甲醇或乙醇，再加入0.1mol L-1鹽酸作催化劑，加入水，其體積比為硅烷∶甲醇或乙醇∶鹽酸∶水＝1∶0.5-0.7∶0.125-0.25∶4-6，混勻，超聲振蕩，得溶膠A；選擇接枝度為10-15％聚乙烯醇接枝4-乙烯基吡啶配成濃度為8-12％的水溶液，向此溶液中加入微生物，具體為皮狀絲孢酵母、枯草芽孢桿菌、異常漢遜酵母、擬內(nèi)孢霉、熱帶假絲酵母、擲孢酵母中的一種或兩種的混合，加入水，其質(zhì)量比為接枝共聚物∶微生物∶水＝1∶1.4-2∶3-5.5，混勻，得溶液B；然后將溶膠A與溶液B按1∶2-3的比例混勻，用取樣器移取80-120μL該混合液滴涂到載玻片表面，2-6℃下放置40-72小時，形成厚度為10-30μm的膜，即制得用于生物化學(xué)需氧量檢測的微生物有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜，將該微生物膜固定在氧電極表面即構(gòu)成BOD生物傳感器。該傳感器用于BOD的實時檢測，響應(yīng)時間為3-20分鐘，線性范圍為1-60mg L-1；連續(xù)工作穩(wěn)定性保持4周以上。該雜化材料膜的性質(zhì)優(yōu)于單獨使用每一種材料的性質(zhì)，所制備的微生物膜易保存，性能穩(wěn)定，微生物膜在2-6℃下保存4個月經(jīng)活化后仍能用于BOD的檢測。用該傳感器測定生活污水、湖水及合成污水等，所得結(jié)果與用標(biāo)準(zhǔn)稀釋法的結(jié)果一致。這種微生物傳感器制備與操作簡便，檢測速度快，靈敏度高，適用范圍廣，成本低，易保存，性能穩(wěn)定，簡化了傳統(tǒng)的測定分析，具有很好的實用意義。
具體實施例方式
如下實施例1.皮狀絲孢酵母有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜將40μL正甲氧基硅烷溶于20μL的甲醇中，加入200μL水和5μL0.1mol L-1鹽酸混合溶液，混勻，超聲振蕩1小時后，得溶膠A；另將接枝度為10％聚乙烯醇接枝4-乙烯基吡啶配成濃度為8％的水溶液，向150μL此溶液中加入30毫克的皮狀絲孢酵母和80μL水，混勻，得溶液B；然后將溶膠A與溶液B按1∶2的比例混勻，用取樣器移取80μL該混合液滴涂到載玻片表面，2℃下放置約48小時，即得到厚度為10μm的皮狀絲孢酵母有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜，用于BOD的檢測時，對BOD為5mg L-1溶液的響應(yīng)時間為3min；對BOD為60mg L-1溶液的響應(yīng)時間為15min，線性范圍為5-60mg L-1。該傳感器連續(xù)工作穩(wěn)定性保持4個周以上，6℃下保存4個月經(jīng)活化后仍能用于BOD的檢測。
實施例2異常漢遜酵母有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜將60μL正乙氧基硅烷溶于30μL乙醇中，加入15μL 0.1mol L-1鹽酸和300μL水，混勻，超聲振蕩1小時后，得溶膠A；另將接枝度為15％聚乙烯醇接枝4-乙烯基吡啶配成濃度為10％的水溶液，向300μL此溶液中加入50毫克的異常漢遜酵母和120μL水，混勻，得溶液B；然后將溶膠A與溶液B按1∶2.5的比例混勻，用取樣器移取120μL該混合液滴涂到載玻片表面，6℃下放置約40小時，即得到厚度為15μm的異常漢遜酵母有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜，固定于氧電極上所構(gòu)造的BOD生物傳感器對BOD為5mg L-1溶液的響應(yīng)時間為6min；對BOD為40mgL-1溶液的響應(yīng)時間為18min，線性范圍為5-40mg L-1。該生物膜所構(gòu)造的BOD傳感器連續(xù)工作穩(wěn)定性保持4周以上，4℃下保存4個月經(jīng)活化后仍能用于BOD的檢測。
實施例3皮狀絲孢酵母和枯草芽孢桿菌有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜將50μL正乙氧基硅烷溶于30μL乙醇中，加入10μL 0.1mol L-1鹽酸和250μL水溶液，混勻，超聲振蕩1小時后，得溶膠A；另取250μL濃度為10％、接枝度為12.5％聚乙烯醇接枝4-乙烯基吡啶，向此溶液中加入80μL水及皮狀絲孢酵母和枯草芽孢桿菌各20毫克，混勻，得溶液B；然后將溶膠A與溶液B按1∶3的比例混勻，用取樣器移取100μL該混合液滴涂于載玻片表面，4℃下放置約48小時，即得到厚度為15μm的皮狀絲孢酵母和枯草芽孢桿菌有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜，該微生物膜所構(gòu)造的BOD生物傳感器，對BOD為2mg L-1溶液的響應(yīng)時間為3min；對BOD為20mg L-1溶液的響應(yīng)時間為8min；對BOD為60mg L-1溶液的響應(yīng)時間為15min，線性范圍為1-60mg L-1。該生物膜所構(gòu)造的BOD傳感器連續(xù)工作穩(wěn)定性保持4周以上，4℃下保存4個月經(jīng)活化后仍能用于BOD的檢測。
實施例4擬內(nèi)孢霉和皮狀絲孢酵母有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜將60μL正甲氧基硅烷溶于40μL乙醇中，加入15μL 0.1mol L-1鹽酸和280μL水溶液，混勻，超聲振蕩1小時后，得溶膠A；另取280μL濃度為12％、接枝度為12.5％聚乙烯醇接枝4-乙烯基吡啶，向此溶液中加入80μL水及擬內(nèi)孢霉和皮狀絲孢酵母各25毫克，混勻，得溶液B；然后將溶膠A與溶液B按1∶3的比例混勻，用取樣器移取120μL該混合液滴涂于載玻片表面，3℃下放置約72小時，即得到厚度為30μm的擬內(nèi)孢霉和皮狀絲孢酵母有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜，該微生物膜傳感器對BOD為2mg L-1溶液的響應(yīng)時間為5min；對BOD為20mg L-1溶液的響應(yīng)時間為12min；對BOD為60mg L-1溶液的響應(yīng)時間為20min，線性范圍為5-60mg L-1。該生物膜所構(gòu)造的BOD傳感器連續(xù)工作穩(wěn)定性保持4周以上，5℃下保存4個月經(jīng)活化后仍能用于BOD的檢測。
實施例5熱帶假絲酵母和擲孢酵母有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜將45μL正乙氧基硅烷溶于25μL甲醇中，加入10μL 0.1mol L-1鹽酸和200μL水溶液，混勻，超聲振蕩1小時后，得溶膠A；另取220μL濃度為11％、接枝度為12.5％聚乙烯醇接枝4-乙烯基吡啶，向此溶液中加入80μL水及熱帶假絲酵母和擲孢酵母各18毫克，混勻，得溶液B；然后將溶膠A與溶液B按1∶2.8的比例混勻，用取樣器移取100μL該混合液滴涂于載玻片表面，6℃下放置約56小時，即得到厚度為25μm的熱帶假絲酵母和擲孢酵母有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜，該微生物膜BOD生物傳感器對BOD為5mg L-1溶液的響應(yīng)時間為4min；對BOD為20mg L-1溶液的響應(yīng)時間為10min；對BOD為50mgL-1溶液的響應(yīng)時間為18min，線性范圍為5-50mg L-1。該生物膜所構(gòu)造的BOD傳感器連續(xù)工作穩(wěn)定性保持4周以上，2℃下保存4個月經(jīng)活化后仍能用于BOD的檢測。
權(quán)利要求
1.一類用于生物化學(xué)需氧量生物傳感器的微生物有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜的制備方法，其特征在于選擇無機(jī)材料正乙氧基硅烷或正甲氧基硅烷溶于甲醇或乙醇，再加入0.1mol L-1鹽酸作催化劑，加入水，其體積比為硅烷∶甲醇或乙醇∶鹽酸∶水＝1∶0.5-0.7∶0.125-0.25∶4-6，混勻，超聲振蕩，得溶膠A；選擇接枝度為10-15％聚乙烯醇接枝4-乙烯基吡啶配成濃度為8-12％的水溶液，向此溶液中加入微生物，具體為皮狀絲孢酵母、枯草芽孢桿菌、異常漢遜酵母、擬內(nèi)孢霉、熱帶假絲酵母、擲孢酵母中的一種或兩種的混合，加入水，其質(zhì)量比為接枝共聚物∶微生物∶水＝1∶1.4-2∶3-5.5，混勻，得溶液B；然后將溶膠A與溶液B按1∶2-3的比例混勻，用取樣器移取80-120μL該混合液滴涂到載玻片表面，2-6℃下放置40-72小時，形成厚度為10-30μm的膜，即制得用于生物化學(xué)需氧量檢測的微生物有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜。
2.如權(quán)利要求1所述的用于生物化學(xué)需氧量生物傳感器的微生物有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜，其特征在于無機(jī)材料為正乙氧基硅烷。
3.如權(quán)利要求1所述的用于生物化學(xué)需氧量生物傳感器的微生物有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜，其特征在于無機(jī)材料為正甲氧基硅烷。
4.如權(quán)利要求1所述的用于生物化學(xué)需氧量生物傳感器的微生物有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜，其特征在于有機(jī)材料為接枝度為10-15％聚乙烯醇接枝4-乙烯基吡啶。
5.如權(quán)利要求1所述的用于生物化學(xué)需氧量生物傳感器的微生物有機(jī)-無機(jī)雜化材料膜，其特征在于微生物為皮狀絲孢酵母、枯草芽孢桿菌、異常漢遜酵母、擬內(nèi)孢霉、熱帶假絲酵母、擲孢酵母中的一種或兩種的混合。
全文摘要
本發(fā)明屬于用于生物化學(xué)需氧量生物傳感器的微生物有機(jī)－無機(jī)雜化材料膜。選擇無機(jī)材料正甲氧基硅烷或正乙氧基硅烷水解制得的溶膠－凝膠與含微生物的聚乙烯醇接枝4－乙烯基吡啶水溶液混合,混勻后滴涂于載玻片表面,晾干,得到含微生物均勻的有機(jī)－無機(jī)雜化材料膜,將該膜置于氧電極的透氧膜上即制得BOD微生物傳感器,這樣制備出的微生物傳感器響應(yīng)時間為3－20分鐘,線性范圍為1－60mgL
文檔編號G01N27/327GK1372137SQ0211645
公開日2002年10月2日 申請日期2002年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月5日
發(fā)明者董紹俊, 郟建波, 王炳全, 齊力, 唐明宇 申請人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所