利用细菌的新陈代谢来监测石油泄漏，新型探测器将问世

据物理学网日前报道，美国化学学会（ACS）在3月18日举行的“第255届ACS全美大会和博览会”上，发布了一项最新研究成果，新的事故检测技术能让输油管道管理部门在第一时间得到油管泄露的警报，从而有效避免因管道泄漏而导致的环境灾难和燃料输送中断。

“我们研制的传感器，优点在于它能够探测到非常微小的泄漏，这样管道操作员就可以迅速采取行动来修复它们。”项目负责人维拉·南尼斯瓦·古德（Veera Gnaneswar Gude）博士说：“我们再也不用等到泄漏事故失控时才意识到需要采取措施了。此外，如果我们能够在更大规模上开发该警报系统，该装置还能够处理废物，并对被污染的土壤和水进行修复。”

目前检测仪器虽然会对管道定期进行检查，但泄漏事件仍然频频发生。美国密西西比州立大学的古德博士正在开发的新型传感器，可以通过提供关于管道状况的更多信息来对上述检修过程进行辅助和补充。值得注意的是，该传感器会附着在管道外壁上；让人更加意外的是，该技术的核心是一种生物技术——利用细菌的新陈代谢过程来对泄漏情况进行实时监测。

古德之前的研究领域是废水处理中的微生物技术，他最近将研究重点转移到了用类似的微生物种群制造生物传感器。在目前的研究中，他正在测试寻找一种特殊细菌，他希望这种菌类能够产生足够量的——达到可检测的程度——阴极电压，同时也能在海洋环境中存活，从而应用于海洋石油泄漏的检测。然而，要实现这一技术，该菌种必须在一定范围的碱度、压强度和特定酸碱度条件下保持健康活跃。

古德所测试的细菌之一是一种能生电的细菌——它能通过新陈代谢过程将电子释放到环境中。他把这种细菌研制成一种有机传感器，原理是该菌种在消耗碳基材料（汽油或原油）获得能量的同时会释放出电子，从而让该传感器带有细菌生成的阳电极。然后，这些电子会穿过电阻器到达阴电极。阴电极有另一种不同的细菌，因为它们处于渴望获得电子的状态，所以使整个系统中的电子都流动起来了——一旦阳电极的细菌代谢量有所增加，就会导致传感器中电压增加，从而让管道技术人员发觉可能发生了泄漏事故。

古德指出：“传感器其实并不难实现，而要把传感器安置在管道上也不是什么大挑战。这是一种非常通用的技术。”目前，他正在寻找一种培养基来固定细菌，他测试中的材料包括高孔隙率的塑料和生物基薄膜，这两种材料都可以对生电细菌覆盖的表面区域进行优化。

一旦一种耐用菌种被识别和固定下来，它们就能被应用于石油运输和钻井勘探中的泄漏探测器，包括水力压裂开采法等。在未来，该类传感器还有望作为表面涂层被喷涂在输油管道外部，从而确保整条管道都在持续的检测和监控之下。

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 编译：朱明逸 审稿：西莫 编辑：程建兰

来源：https://phys.org/news/2018-03-sensor-potentially-environmental-disasters-fuel.html