Биосенсор для оценки загрязненности сточных вод производства синтетических моющих средств

Полезная модель относится к области охраны окружающей среды и биотехнологии, а именно к устройствам для экспресс-анализа проб промышленных сточных вод, содержащих синтетические моющие средства. Предложен биосенсор для оценки загрязненности сточных вод производства синтетических моющих средств на основе ингибирующего действия веществ стоков на метаболизм клеток рецептора, в основном на дыхательную цепь, включающий электрод Кларка, сопряженный с биорецептором, представляющим собой иммобилизованные на носителе клетки бактерий Pseudomonas rathonis ВКПМ-В-2330.

Полезная модель относится к области охраны окружающей среды и биотехнологии, а именно к устройствам для экспресс-анализа проб промышленных сточных вод, содержащих синтетические моющие средства.

Арбитражный метод определения общей загрязненности воды органическими веществами - это определение биохимического потребления кислорода (БПК) скляночным методом (РД 52.24.420-5005. Биохимическое потребление кислорода в водах. Методика выполнения измерений скляночным методом.). Биохимическим потреблением кислорода называют количество кислорода в миллиграммах, израсходованное на окисление находящихся в 1 л сточной воды органических веществ в аэробных условиях в результате происходящих в воде биологических процессов за определенный промежуток времени (5, 10 и 20 суток - соответственно, БПK₅, БПК₁₀, БПК ₂₀). Измерения выполняют в специальных склянках емкостью 100-250 мл (склянки БПК). В качестве стандартных условий измерения приняты: продолжительность инкубации 5 суток, температура -20±1°С, отсутствие доступа света и воздуха. Потребление кислорода, определенное при этих условиях, называется пятисуточным биохимическим потреблением кислорода -БПК₅.

Недостатком указанного метода является его трудоемкость длительное время проведения анализа.

Более оперативные методы оценки загрязненности вод основаны на использовании биосенсорных анализаторов.

Известны биосенсоры для количественного определения в воде синтетических поверхностно-активных веществ [RU 2355760, 2009.05.20; RU 2092838. 1997.10.10].

При определении БПК предлагается с помощью биосенсора на основе Pseudomonas putida [KR 100325424, 2002.02.07] проводить измерение концентраций растворенного кислорода.

Предложена микробная мембрана, содержащая консорциум культур, способных биодеградировать почти все виды органических веществ [GB 2360788, 2001.10.03]. Активность и стабильность мембраны проверялась по референтной глюкозо-глютаматной смеси. Предлагается использовать полученную мембрану для определения БПК в различных промышленных стоках.

Известен биосенсор для экспресс-определения загрязненности воды органическими веществами, в котором в качестве биорецептора используют иммобилизованные клетки дрожжей Arxula adeninovorans BKM-Y-2676 и Arxula adeninovorans ВГИ 78(6). В указанном биосенсоре детектором служит кислородный электрод Кларка. При проведении анализа, с помощью электрода Кларка регистрируют скорость увеличения потребления кислорода в ответ на внесение анализируемого образца. В качестве контрольного раствора здесь используют глюкозо-глютаматную смесь и по калибровке определяют БПК (мг/л).

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, - создание устройства для оценки загрязненности сточных вод производства синтетических моющих средств.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в том, что предлагаемый сенсор позволяет быстро обнаружить наличие загрязнений в стоках, оценить степень их загрязненности по сравнению с очищенными стоками и избежать длительного и трудоемкого метода определения БПК₅ на промежуточных стадиях очистки стоков.

Сущность полезной модели заключается в том, что биосенсор для оценки загрязненности сточных вод производства синтетических моющих средств включает электрод Кларка, сопряженный с биорецептором, содержащим иммобилизованные на носителе клетки бактерий Pseudomonas rathonis ВКПМ-В-2330.

На фиг.1 представлена схема биосенсора для оценки загрязненности сточных вод производства синтетических моющих средств путем измерения результата ингибирующего действия веществ сточных вод на дыхание клеток биорецептора.

На фиг.2 представлены зависимости ответа (нА/с) биосенсора на основе клеток бактерий Pseudomonas rathonis ВКПМ-В-2330 от содержания пробы в буферном растворе (%) для сточных вод разной степени очистки.

Биосенсор для оценки загрязненности сточных вод включает электрод Кларка 1. на котором размещен биорецептор 2, содержащий иммобилизованные на носителе клетки бактерий Pseudomonas rathonis ВКПМ-В-2330, с помощью фиксатора 3.

Для создания биорецептора используют штамм Pseudomonas rathonis ВКПМ-В-2330. Штамм может быть использован для детекции поверхностно-активных веществ в водных растворах [Е.В.Емельянова, А.Н.Решетилов, Микробиология, 2002. том 71, 2. стр.277-280].

Штамм Pseudomonas rathonis ВКПМ-В-2330. Поддерживают на пептон-триптонной агаризованной среде следующего состава: амино-пептид - 60 мл/л, триптон - 5 г/л, дрожжевой экстракт - 1 г/л, соевый пептон - 5 г/л, агар-агар - 20 г/л. вода дистиллированная - до 1 литра, рН - 6.9-7.3, - при +4°С, пересев осуществляют каждые 6 месяцев. Для получения биомассы, культуру выращивают в пробирках на агаризованной пептон-триптонной среде указанного состава при температуре 28°С в течение 18 часов. Биомассу снимают с поверхности агара и суспензируют в 50 мМ калий-натрий фосфатном буфере (рН 7.4); концентрация суспензии - 100 мг влажных клеток в мл. Полученную суспензию бактериальных клеток выдерживают в течение 24 часов при температуре +4°С, а затем используют для приготовления биорецептора.

Для формирования биорецептора, суспензию бактерий Pseudomonas rathonis ВКПМ-В-2330 иммобилизуют на мембране (хроматографическая бумага Whatman GF/A) методом физической сорбции: 10 микролитров суспензии наносят на бумагу в виде капли диаметром 3-4 мм. Полученный биорецептор подсушивают на воздухе в течение 30 минут и фиксируют на измерительной поверхности кислородного электрода Кларка.

Принцип оценки загрязненности сточных вод основан на измерении скорости снижения потребления кислорода клетками штамма бактерий биорецептора в результате ингибирующего действия веществ стоков на метаболизм клеток рецептора, в основном на дыхательную цепь.

Биосенсор для оценки загрязненности работает следующим образом. Электрод Кларка 1 с зафиксированным на нем биорецептором 2, содержащим иммобилизованные клетки штамма Pseudomonas rathonis ВКПМ-В-2330, помещают в измерительную кювету с 50 мМ калий-натрий фосфатным буфером (рН 7.4) и регистрируют силу тока, отражающую содержание кислорода в буфере (базовый уровень). Все измерения проводят при комнатной температуре и при постоянном перемешивании. Добавляют аликвоту анализируемого образца и регистрируют изменение (увеличение) силы тока, отражающее повышение содержания кислорода в растворе. Рассчитывают максимальную скорость изменения силы тока (ответ биосенсора, dI/dt - нА/с), которая пропорциональна максимальной скорости снижения потребления кислорода. Полученную величину сравнивают с ответом биосенсора на очищенные стоки (dI/dt0) и оценивают степень загрязненности стоков.,

Таким образом, предлагаемый биосенсор позволяет быстро оценить степень загрязненности сточных вод производства синтетических моющих средств и не требует больших затрат на изготовление.

Биосенсор для оценки загрязненности сточных вод производства синтетических моющих средств, включающий электрод Кларка, сопряженный с биорецептором, содержащим на носителе иммобилизованные клетки, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью регистрирования параметра скорости снижения потребления кислорода биорецептором в ответ на внесение анализируемого образца, при этом в качестве иммобилизованных клеток использованы бактерии Pseudomonas rathonis ВКПМ-В-2330.