近年來(lái)，生態(tài)環(huán)境與飲用水安全越來(lái)越受到社會(huì)關(guān)注，除了常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)之外，下一步微量污染物指標(biāo)可能會(huì)得到廣泛的關(guān)注。9月4日，在“2020（第五屆）供水高峰論壇”上，清華大學(xué)教授/北京協(xié)同創(chuàng)新研究院環(huán)境工程研究所所長(zhǎng)施漢昌介紹了水中微量污染物與生物傳感技術(shù)的發(fā)展情況。

施漢昌　　

新形勢(shì)下對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的要求

　　“環(huán)境監(jiān)測(cè)是生態(tài)文明建設(shè)中的重要抓手，沒(méi)有監(jiān)測(cè)就沒(méi)有數(shù)據(jù)，沒(méi)有數(shù)據(jù)就不知道水怎么樣，所以環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)污染物精準(zhǔn)預(yù)警、污染區(qū)有效治理和合理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估來(lái)說(shuō)非常重要?！笔h昌指出，我國(guó)這些年來(lái)水質(zhì)有了很大改善，但是從全國(guó)水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)、癌癥村分布地圖、抗生素污染地圖上來(lái)看，總的來(lái)講并不樂(lè)觀。

　　水環(huán)境中有一類很重要的污染物稱為微量污染物，包括農(nóng)藥殘留、抗生素、內(nèi)分泌干擾物等。它們?cè)诃h(huán)境中的含量較少，通常在納克或微克/升(μg/L)量級(jí)，又稱新興污染物，但是對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康的威脅卻很大。

中國(guó)飲用水標(biāo)準(zhǔn)中的微量污染物(GB5749-2006)

美國(guó)EPA標(biāo)準(zhǔn) (UCMR3)中的微量污染物

日本2015年飲用水標(biāo)準(zhǔn)中新增雌激素活性污染物

　　《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》中提到，2020年，長(zhǎng)江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河、遼河等七大重點(diǎn)流域水質(zhì)優(yōu)良（達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類）比例總體達(dá)到70%以上，地級(jí)及以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內(nèi)，地級(jí)及以上城市集中式飲用水水源水質(zhì)達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類比例總體高于93%。

　　施漢昌指出，實(shí)際上我國(guó)的地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有將微量污染物指標(biāo)納入其中，還只是涉及一些常規(guī)指標(biāo)。而我國(guó)是抗生素、內(nèi)分泌污染物和農(nóng)藥的世界第一生產(chǎn)大國(guó)和第一消費(fèi)大國(guó)，和很多歐美地區(qū)相比，我國(guó)水體中的微量污染物濃度較高。因此，微量有毒污染物將成為水質(zhì)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。

　　微量污染物的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法多采用GC-MS、LC-MS、AA、ICP等大型儀器，價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜。因此，我國(guó)需要具有強(qiáng)抗干擾能力、快速、靈敏、操作簡(jiǎn)單、成本低的監(jiān)測(cè)手段，并發(fā)展廉價(jià)易操作的檢測(cè)技術(shù)和裝備以及自動(dòng)化的新型監(jiān)測(cè)技術(shù)。

　　生物傳感技術(shù)及其發(fā)展

　　近年來(lái)，國(guó)際上出現(xiàn)了一類新型監(jiān)測(cè)技術(shù)，即生物傳感技術(shù)。生物傳感技術(shù)發(fā)展很快，可以在飲用水和水環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)中起到預(yù)警作用，用于突發(fā)事件的預(yù)警、污染物監(jiān)測(cè)等。

　　生物傳感器由生物識(shí)別元件和信號(hào)轉(zhuǎn)換單元/換能器兩部分組成，它的特點(diǎn)是響應(yīng)快速，能及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)性污染；能夠?qū)崿F(xiàn)在線、連續(xù)監(jiān)測(cè)，成本低；可實(shí)現(xiàn)高通量檢測(cè)；具有微型化潛力，可實(shí)現(xiàn)原位監(jiān)測(cè)。這為快速監(jiān)測(cè)和預(yù)警水體安全設(shè)置了一道防線。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)生物傳感器的構(gòu)成

　　生物傳感需要識(shí)別材料，常用的是抗體（蛋白質(zhì)）和功能核酸。它們的親和力高、穩(wěn)定性好，有特異的結(jié)合性。生物識(shí)別材料通過(guò)換能器的轉(zhuǎn)換，信號(hào)的轉(zhuǎn)換增強(qiáng)處理輸出，形成生物傳感器。（如上圖所示）

基于光學(xué)原理的生物傳感元件

　　施漢昌介紹了一種基于光學(xué)原理的生物傳感元件——平面波導(dǎo)陣列傳感芯片。它是一種特殊的光學(xué)玻璃，左邊是激光器，通過(guò)光學(xué)元件把激光打到玻片里，在玻片里形成折射，然后有很小的能量釋放出來(lái)，這個(gè)能量可以把熒光染料激發(fā)，右圖有8條激發(fā)的熒光光帶，其能量可激發(fā)熒光染料并可以進(jìn)行污染物的識(shí)別。

　　他提到，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)與化學(xué)監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，聯(lián)合生物-化學(xué)監(jiān)測(cè)可提升擴(kuò)展監(jiān)測(cè)功能，這是國(guó)際監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容，代表著環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展的前沿方向。

平面波導(dǎo)型熒光免疫生物傳感器

　　“常見(jiàn)生物識(shí)別材料的固定方法有吸附法、包埋法、共價(jià)偶聯(lián)法、交聯(lián)法，我們采用的是共價(jià)偶聯(lián)法?！笔h昌介紹，在生物傳感器的應(yīng)用與檢測(cè)上，生物傳感器對(duì)微囊藻毒素-LR具有良好的特異性響應(yīng)，而非特異性響應(yīng)微弱。這個(gè)芯片每次測(cè)試后可以進(jìn)行再生，一個(gè)芯片可以再生100~200次，大大降低了檢測(cè)成本，再生后的檢測(cè)信號(hào)也很穩(wěn)定。清華大學(xué)用生物傳感器檢測(cè)了各種各樣的水，比如頤和園、肖家河、太湖、巢湖的水，效果很好。

編輯：徐冰冰