近几十年来，环境污染物的种类、数量显著增加，由于毒性物质排放所造成的污染对人类构成严重威胁，因此迫切需要进行毒性鉴定，从而为环境和生态系统的安全提供早期的预警。现行的毒性测试方法包括浮游生物（D．magna）、藻类、鱼类试验，试验周期长、操作复杂。其中发光菌因其独特的生理特性、与现代光电检测手段相匹配的特点，更由于其相比于其他生物的快速、经济、节省空间且可靠等优点而备受关注，由此发展了利用发光菌进行毒性检测的方法。然而，传统的微生物环境监测方法通常采用离线分析方法，其缺点是分析速度慢、操作复杂且需要昂贵的仪器，不适宜进行现场快速监测和连续在线分析，因此，建立和发展连续、在线、快速的现场监测体系尤其重要。本论文研究了发光细菌及大肠杆菌电化学传感技术，将其用于应对化学生物袭击毒物毒性的评估，相对于传统的检测方法，具有检测速度快，灵敏度高的优点；同时也能用于对纳米氧化物紫外屏蔽性能的评估，根据细菌发光强度或电流响应下降的相对值建立了一种新的纳米氧化物紫外屏蔽性能的评估方法，可对纳米氧化物在UVA、UVB、UVC区的紫外屏蔽性能分别进行评估。本论文分为两大部分：第一部分应对化学生物袭击的微生物传感技术及其应用研究1．绪论本章分为化学生物袭击物的毒性测试方法概述，微生物传感技术在污染物生物毒性分析中的应用，微生物传感器的固定化技术三个部分。简要综述了生物毒性测试方法的发展，在此基础上着重综述了发光细菌毒性测试法的产生和原理以及发光细菌检测法的应用；综述了微生物传感器研究进展及在污染物生物毒性分析中的应用；对微生物传感器的固定化技术以及溶胶凝胶生物传感器也进行了综述。2．利用发光细菌和大肠杆菌电化学传感技术对毒鼠强和氰化物的毒性分析采用一种发光细菌-青海弧菌，利用其自身发光的特性，当毒物袭击细菌后发光强度会相应降低，将其用于对氰化物和毒鼠强等的毒性检测。同时制备了一种纳米PbO₂／AgO修饰电极，利用大肠杆菌在一定电位下在电极表面产生电流响应，该电流大小与待测样品的毒性有关，据此进行毒性检测。上述方法结合GC-MS及离子色谱法对毒物进行定性和定量测定。结果表明，该方法相对于传统的毒物测试方法具有反应迅速，灵敏，所需试样量少等特点。同时，该方法还可推广应用到对其他有毒化学物质的毒物分析。3．发光菌传感器的研制及其在农药毒性评估中的应用以青海弧菌作为指示生物，利用其自身发光的特性，当毒性物质袭击细菌后发光强度会相应降低，将其作为传感器的敏感元件，利用溶胶凝胶技术将青海弧菌固定化成膜，与高灵敏度的硅光片组合，构筑细菌发光传感器，并以几种有机磷和有机氯农药为毒性对象进行测定，急性毒性实验以传感器与受试物作用后发光强度被抑制50％所需的受试物浓度即EC50表示，实现了对有毒物质急性毒性的快速检测。本方法具有检测速度快，灵敏度高，重现性好等特点，并能进行在线检测，在污染物急性毒性检测中有良好的应用前景。4．核壳型CdTe@SiO₂荧光纳米复合粒子的制备及其在发光细菌传感器毒性评估中的应用利用反相微乳液法，以巯基乙酸（HSCH₂COOH）修饰的水溶性CdTe量子点为核，包裹SiO₂，制备得到CdTe@SiO₂荧光纳米复合粒子。利用溶胶凝胶技术将青海弧菌及CdTe@SiO₂荧光纳米复合粒子固定化成膜，与高灵敏度的硅光片组合，构筑细菌发光传感器，发现掺杂了CdTe@SiO₂荧光纳米复合粒子的细菌发光传感器与未掺杂CdTe@SiO₂荧光纳米复合粒子的细菌发光传感器相比，信号响应值得到了提高，这可能是由于细菌的生物发光二次激发了荧光纳米复合粒子的荧光，从而使响应信号得到了较大的提高。实验结果表明掺杂了CdTe@SiO₂荧光纳米复合粒子的细菌发光传感器与未掺杂CdTe@SiO₂荧光纳米复合粒子的细菌发光传感器相比，对毒性物质的检测灵敏度得到了较大的提高，方法具有很好的应用前景。5．ATP生物发光法在微生物检测中的应用ATP广泛存在于各种活的生物体中，活的细菌菌体中，因此通过测定样品中的ATP浓度可换算成活体菌数，并与传统的平板计数法进行比较。采用ATP生物发光法，并探讨了实验的最佳条件。与标准方法比较，本方法简单、快速。第二部分微生物传感技术在纳米氧化物紫外屏蔽性能评估中的应用6．发光细菌在纳米氧化物紫外屏蔽性能评估中的应用采用一种发光细菌-青海弧菌，利用其在紫外光照射条件下由于细胞的活性受到损伤而发光强度降低，将其应用于纳米氧化物紫外屏蔽性能的评估；讨论了不同材料以及不同浓度的纳米氧化物对紫外光照下细菌发光强度的影响，并根据细菌发光强度下降的相对值建立了一种新的纳米氧化物紫外屏蔽性能的评估方法，四种纳米氧化物的紫外屏蔽性能依次为Fluka-TiO₂＞P25-TiO₂＞CFA-TiO₂＞ZnO。7．大肠细菌电化学传感技术在纳米氧化物紫外屏蔽性能评估中的应用采用电沉积法制备了一种纳米PbO₂／AgO修饰电极，大肠杆菌在一定电位下在该电极表面存在电流响应，氧化电流大小与大肠杆菌的浓度在一定范围内呈良好的线性关系。因此该电极可作为微生物传感器用于大肠杆菌菌数的测定，其反应的机理可能是由于在较高电位下，PbO₂／AgO修饰电极表面产生的强氧化性羟基自由基氧化了大肠杆菌细胞壁中的活性物质，并产生了氧化电流。将该电极用于测定紫外光照条件下大肠杆菌在有无纳米氧化物紫外屏蔽剂时存活率的变化，为纳米氧化物的紫外屏蔽性能评估和纳米氧化物紫外屏蔽剂的筛选提供了一种新的电化学手段。