重庆理工大学钟年丙&常海星：高精度微藻生物膜生长及苯酚降解的微结构光纤传感器

在生物膜降解有毒有机污染物的反应体系中，生物膜厚度是联系反应器流体力学特性和生化反应动力学特性的关键参数，同时也是影响生物降解效率的重要参数。当生物膜厚超过临界生物膜厚时，生物膜生长速率、代谢活性及产氧能力减弱，进而影响到有毒有机物效率。研究表明，生物膜厚度随着反应器操作条件、液相底物及产物成分及浓度、流体流动、时间和空间的改变而发生变化。因此，在线准确地对生化转化过程生-化-物多参数进行实时监测，对于优化控制生化转化过程参数，探明其机理与规律十分重要。

针对微藻生物膜降解苯酚过程全生命周期在线准确监测难题，近日，重庆市光纤传感与光电检测重点实验室钟年丙（点击查看介绍）课题组联合重庆理工大学化学化工学院常海星副教授（点击查看介绍）研发了用于微藻生物膜解苯酚废水的微藻生物厚度及苯酚浓度在线检测的微结构光纤传感器。生物膜厚度检测单元由传感探针和参考探针构成。其中，传感器探针用于监测生物膜的生长和液相组成及其在生物膜内部的浓度变化信息；参考探针用于检测生化转化过程液相变化浓度及成分信息；苯酚光纤传感器用于选择性的监测生化过程苯酚浓度变化信息。传感器对Chlorella vulgaris生物膜的检测上限为290 µm，苯酚的检测下限为40  μg/L。Chlorella vulgaris生物膜降解苯酚的活性厚度在191–222 µm范围，在该厚度下，生物膜对50 mg/L苯酚的降解速率最快。该传感器可用于在线准确无损地监测生物膜生长和苯酚降解的全过程，在生物反应过程参数在线检测中具有很大的潜在适用性，可为探明光生物催化转化过程机理与规律提供重要支撑，从而提高生物质生产和废水降解的性能。

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，该研究得到国家自然科学基金项目（51876018、51806026）、重庆市科技局（cstc2017jcyjAX0268、cstc2018jcyjA2331）、重庆市教委科技项目（KJQN201801117）的资助。

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Monitoring Microalgal Biofilm Growth and Phenol Degradation with Fiber-Optic Sensors

Nianbing Zhong*, Yongwu Wu, Zhengkun Wang, Haixing Chang*, Dengjie Zhong, Yunlan Xu, Xinyu Hu, Liwen Huang

Anal. Chem., 2019, 91, 15155-15162, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b03923

导师介绍

钟年丙

https://www.x-mol.com/university/faculty/94624

课题组介绍

https://dz.cqut.edu.cn/info/1088/6158.htm

常海星

https://www.x-mol.com/university/faculty/57535