综述：通过生物传感技术提升微藻培养的可持续性

这篇综述系统阐述了生物传感技术（Biosensing Technology）如何通过实时监测关键参数（如NO3 ? /PO4 3? 、CO2 浓度）优化微藻培养系统，结合人工智能（AI）、机器学习（ML）和物联网（IoT）实现精准调控，解决高能耗、污染等环境挑战，推动微藻在生物燃料、碳捕集等领域的可持续发展。

　　

引言

微藻因其在多样化环境中的生长能力，成为生物基经济转型的重要工具，广泛应用于生物燃料生产、废水处理和碳封存等领域。然而，大规模培养面临高水耗、营养需求及能源密集等挑战，亟需通过生物传感技术实现精准监控。

微藻培养的环境可持续性问题

微藻培养系统存在水资源消耗、营养污染（如氮磷排放导致富营养化）、高碳足迹等问题。例如，开放式培养池的雨水溢流可能导致营养盐流入周边水体，而光生物反应器的温控能耗加剧了环境负担。生物传感技术通过实时监测溶解氧、pH等参数，可减少20-30%的肥料浪费，并预防污染事件。

生物传感技术的演进与应用

从基础电化学检测到AI集成的智能系统，生物传感技术已实现多参数实时监测。例如：

• 纳米传感器：如铜基硝酸盐传感器（检测限5.2 ppm）优化营养供给；
• 非侵入式光学传感：光纤传感器通过折射率变化追踪微藻代谢活性；
• 高通量筛选（HTS）：结合自动化技术快速筛选高产脂藻株，如利用Biolog Plate评估藻类异养生长。

新兴技术赋能生物传感

• 人工智能与机器学习：AI算法分析传感器数据，预测最佳生长条件并自动调节光照、CO₂
  浓度；
• 物联网（IoT）：无线传感器网络（WSNs）实时传输温度、pH数据至云端，实现远程管理；
• 芯片实验室（LOC）：微流控芯片整合混合、检测功能，如电化学-光学联用器件可检测0.1 μM除草剂。

挑战与未来方向

当前瓶颈包括传感器生物污损、长期稳定性不足及高成本。未来需开发：

1. 仿生传感器：如模拟藻类应激反应的纳米探针；
2. 多组学联用：结合基因组学与代谢组学数据优化培养策略；
3. 气候适应性系统：通过遥感技术应对户外培养的环境波动。

结论

生物传感技术通过精准监控和智能调控，显著提升微藻培养的可持续性。跨学科合作将进一步推动其在可再生能源和环保领域的应用，而解决成本与稳定性问题将是实现商业化落地的关键。