來源：中國海洋觀測，謝謝

編輯：感知芯視界 Link

海洋是地球上最大的水體，它對人類的生存和發(fā)展具有重要的作用。然而，海洋也面臨著各種來源和類型的污染物的威脅，如重金屬、有機物、營養(yǎng)鹽、微塑料等。這些污染物對海洋的生態(tài)系統(tǒng)和資源可能造成不可逆轉的損害和影響。因此，監(jiān)測和評估海洋污染物的含量和形態(tài)對于保護海洋環(huán)境和資源具有重要意義。

傳感器和生物傳感器是一種利用特定的識別元件與目標分子發(fā)生相互作用，并將其轉化為可檢測的信號的裝置，它可以實現(xiàn)對海洋污染物的快速、靈敏、選擇性的檢測。傳感器和生物傳感器在監(jiān)測海洋污染物方面有廣泛的應用，如測定海水中的重金屬、有機物、營養(yǎng)鹽、微塑料等。傳感器和生物傳感器主要包括以下幾種類型：

01電化學傳感器和生物傳感器

電化學傳感器是一種利用電化學原理進行檢測和測量的生物傳感器，是一種利用電極或電解質作為識別元件，并將目標分子與電極或電解質之間的電化學反應轉化為電信號的裝置，它具有靈敏度高、成本低、操作簡單等優(yōu)點，廣泛應用于生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測和食品安全等領域。電化學沉積法通過電化學反應在傳感器表面沉積目標物質，利用沉積物與電化學信號的相互作用來實現(xiàn)檢測，常用電化學傳感器的制備方法主要包括電化學沉積法、分子印跡法和納米材料修飾法等。電化學傳感器的性能評價主要包括靈敏度、選擇性、響應時間和穩(wěn)定性等指標，與光學傳感器類似。

電化學傳感器和電化學生物傳感器差別就在于“生物”兩個字，其最主要的區(qū)別就是兩者所使用的識別元件不同。它們的不同點是，電化學生物傳感器的識別元件以生物中的活性單元為主，例如抗原、抗體、酶、適配體、微生物或者整個細胞等。相同點在于，它們都是一類以電極作為體系中的信號轉換器，不管使用任何識別元件來識別待測物，并以電流、電導（阻抗）或電勢等變化作為特征檢測信號，利用化學反應原理，把有機物質或者無機物質所含的濃度、組成成分等，轉換為電信號。

相關的傳感器主要包括：

⑴電化學蛋白質傳感器

電化學蛋白質傳感器是以蛋白質作為敏感元件，并把目標物與蛋白質的反應和電化學分析功能相結合，從而輸出電信號的檢測器。作為敏感識別元件的蛋白質主要包括了凝血酶，金屬蛋白酶(MMP)，辣根過氧化酶以及幾種常見的血紅素蛋白如血紅蛋白(Hb)、肌紅蛋白和細胞色素等。

⑵電化學免疫傳感器

基于抗原抗體結合的生物傳感器被稱為免疫傳感器，其識別元件是具有特異性結合能力的生物受體。其特點是易于操作，靈敏度高，成本低，易于集成和體積小?？贵w是目前應用最廣泛的分子之一，因其高度的特異性和親和力，被應用于色譜分析、診斷、免疫分析和生物傳感器等各個方面。

⑶電化學核酸適配體傳感器

核酸適配體(Apt)是通過指數(shù)富集配體系統(tǒng)進化技術(SELEX)由DNA或RNA的隨機序列文庫提取的一種短鏈核酸。其特征在于對于特定靶標具有識別和結合的功能，且性質穩(wěn)定，容易修飾和合成，能夠與毒素、抗生素和病毒等多種目標分子結合。電化學核酸適配體傳感器是指，以核酸適配體為識別元件，通過與靶標發(fā)生特異性反應而產(chǎn)生的信號，從而達到對靶標的定性和定量檢測。

⑷電化學微生物傳感器

電化學微生物傳感器通常以電極生物膜作為傳感元件，并通過細胞外電子轉移(EET)與電極進行通信。電極生物膜通常是自組裝的，電活性微生物可以作為生物膜附著在電極上，因為電極可以作為微生物呼吸過程的固體電子供體或受體。

02光學傳感器和生物傳感器

光學傳感器是一種利用光學原理進行檢測和測量的生物傳感器，是一種利用光纖或光學材料作為識別元件，并將目標分子與光纖或光學材料之間的光學性質變化轉化為光信號的裝置，它具有選擇性高、干擾小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。常用的光學傳感器和生物傳感器有吸收法、熒光法、發(fā)光法、表面等離子體共振法等。它可以通過測量光的吸收、散射、發(fā)射等特性來獲得目標物質的信息，光學傳感器具有高靈敏度、快速響應和非破壞性等特點，廣泛應用于生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測和食品安全等領域。

光學傳感器的制備方法主要包括吸附法、光纖傳感法和表面增強拉曼散射法等。吸附法通過將目標物質吸附在傳感器表面，利用吸附物質與光的相互作用來實現(xiàn)檢測；光纖傳感法利用光纖的傳輸特性，將光信號傳輸?shù)絺鞲衅髦羞M行檢測；表面增強拉曼散射法通過表面增強拉曼散射效應來增強光信號，提高傳感器的靈敏度。

光學傳感器的性能評價主要包括靈敏度、選擇性、響應時間和穩(wěn)定性等指標。靈敏度是指傳感器對目標物質的檢測能力，選擇性是指傳感器對目標物質與其他物質的區(qū)分能力，響應時間是指傳感器從檢測到目標物質的響應所需的時間，穩(wěn)定性是指傳感器在長時間使用過程中的性能變化情況。

生物傳感器在生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測和食品安全等領域具有廣泛的應用。在生物醫(yī)學領域，生物傳感器可以用于疾病診斷、藥物篩選和治療監(jiān)測等。在環(huán)境監(jiān)測領域，生物傳感器可以用于水質監(jiān)測、大氣污染監(jiān)測和土壤污染監(jiān)測等。在食品安全領域，生物傳感器可以用于食品質量檢測、食品添加劑檢測和食品中毒物質檢測等。

03納米傳感器和生物傳感器

是一種利用納米材料或納米結構作為識別元件，并將目標分子與納米材料或納米結構之間的特殊性質變化轉化為信號的裝置，它具有靈敏度高、響應快、功能多樣等優(yōu)點。常用的納米傳感器和生物傳感器有金屬納米粒子、碳納米管、石墨烯、量子點等。主要組成部分是納米材料，如納米電子、納米氣相沉積、納米顆粒等，這些納米材料可以與水中的各種元素發(fā)生化學反應，從而實現(xiàn)對水質的實時檢測。

利用納米技術制作的傳感器，尺寸減小、精度提高、性能大大改善，納米傳感器是站在原子尺度上，從而極大地豐富了傳感器的理論，推動了傳感器的制作水平，拓寬了傳感器的應用領域。納米技術傳感器主要包括納米化學和生物傳感器、納米氣敏傳感器和其他類型的納米傳感器（壓力、溫度和流量等），現(xiàn)已在生物、海洋環(huán)境、化學、機械、航空、軍事等領域獲得廣泛的發(fā)展。

納米傳感器已經(jīng)應用于水質監(jiān)測中，可以檢測水中的氧氣、二氧化碳、pH值、氨氮、硝酸鹽、有機物等參數(shù)。例如，納米傳感器可以檢測水中的氧氣濃度，并將其轉化為電信號輸出，從而實現(xiàn)水質的實時監(jiān)測。納米傳感器還可以檢測水中的二氧化碳濃度，并將其轉化為光信號輸出，從而實現(xiàn)水質的可視化監(jiān)測。

綜上所述，傳感器技術在水質監(jiān)測中起著至關重要的作用，其創(chuàng)新與應用將對未來水質監(jiān)測技術的發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。傳感器和生物傳感器在監(jiān)測海洋污染物方面還有很多潛力和應用前景，例如：利用電化學傳感器和生物傳感器測定海水中的重金屬和有機物，如鉛、鎘、汞、苯、酚等；利用光學傳感器和生物傳感器測定海水中的營養(yǎng)鹽和微塑料，如氮、磷、硅、聚乙烯、聚丙烯等；利用納米傳感器和生物傳感器測定海水中的生物標志物和病原體，如藻類色素、蛋白質、DNA、細菌、病毒等。

審核編輯 黃宇