微生物电化学生物传感器实时原位监测地下水中石油烃污染的研究

本研究针对石油烃污染地下水监测难题，开发了一种基于微生物电化学系统(MET)的生物传感器，可在2小时内快速检测BTEX（苯系物）和ETBE（含氧添加剂）。通过微/中宇宙实验验证，该传感器兼具电活性菌与烃降解菌协同作用，为地下水污染实时预警提供了创新技术方案。

　　

随着全球变暖加剧水资源短缺，地下水石油烃污染成为严峻的环境挑战。传统监测方法无法实现原位实时检测，而自然衰减过程在电子受体受限环境中效率低下。石油工业衍生的苯系物（BTEX）和乙基叔丁基醚（ETBE）具有高毒性和持久性，常规采样分析存在明显滞后性。西班牙研究团队在《Bioelectrochemistry》发表的研究，创新性地将微生物电化学技术(MET)应用于地下水污染监测领域。

研究采用极化电压0.6 V的微生物电解池(MEC)构型生物传感器，通过微宇宙（250 mL）和中宇宙（模拟真实井筒）两级实验验证。关键技术包括：1）人工地下水体系中构建电化学系统；2）BTEX/ETBE暴露实验的电信号采集；3）阳极生物膜的16S rRNA测序分析。

【BTEX detection by biosensor in microcosm】
微宇宙实验显示传感器对单组分BTEX响应差异显著：甲苯引发80 μA最强电流，苯（35 μA）、乙苯（30 μA）、二甲苯（20 μA）依次递减。全组分BTEX混合时出现协同效应，电流响应达60 μA，证明传感器可区分不同烃类污染物。

【Conclusion】
中宇宙尺度验证表明，未污染地下水中的天然微生物群落可自发形成包含电活性菌和烃降解菌的功能性生物膜。传感器对BTEX和ETBE的响应时间<2小时，显著优于传统方法。阳极生物膜分析揭示地杆菌属(Geobacter)和假单胞菌属(Pseudomonas)的共存，证实了生物电化学氧化与烃降解的耦合机制。

该研究的重要意义在于：1）首次实现地下水烃类污染的原位电化学监测；2）验证天然微生物群落构建传感器的可行性，避免工程菌株的环境风险；3）为智能监测网络提供技术基础。研究者特别指出，这种基于MEC的传感器比微生物燃料电池(MFC)构型更适用于持续监测场景，其稳定极化电压能准确关联污染物浓度与电流信号。未来可通过合成生物学手段扩展检测污染物谱，推动环境监测技术的革新。