加拿大的亞伯達省油砂中提取瀝青需要多達三立方米的苛性堿水，并產(chǎn)生約四立方米的淤漿廢物，其中包含沙子，粘土，未回收的瀝青，溶解的無機和有機化合物。研究人員已經(jīng)對生物膜內(nèi)的微生物群落進行了表征，并證明這些微生物成功地適應(yīng)了OSPW，并且潛在地能夠進行原位生物修復(fù)。Unisense微電極傳感器是用于研究生物膜的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能的創(chuàng)新實驗工具。微小的針型微傳感器測量可以提供潛在的局部化學(xué)活性，因為在不破壞生物膜的情況下進行了測量。細菌群落和群落活動均得以維持，微傳感器信號反映了沿生物膜深度的原位條件。而分子技術(shù)則提供了一種無需分離即可研究特定種群的存在和功能多樣性的方法。

本研究的目的是使用基于異化亞硫酸鹽還原酶亞基（dsrB）基因的聚合酶鏈反應(yīng)-變性梯度凝膠電泳（PCR-DGGE）組合技術(shù)，研究OSPW中生長的生物膜中硫酸鹽還原菌的存在，功能多樣性和潛在活性。）;定量PCR技術(shù)和微傳感器測量H 2 S，pH，氧化還原電位（ORP）和溶解氧（O2）。相關(guān)研究成果將提供有關(guān)OSPW處理工程化生物膜反應(yīng)器中生物膜形成的信息。

微電極的應(yīng)用：使用自丹麥Unisense開發(fā)的安培型微傳感器包括尖端直徑為50μm的H2S（H2S-50）微型傳感器和尖端直徑為50μm的O2（OX-50）微型傳感器。用Na2S稀釋系列（0-10 mM）對H2S微傳感器進行四點校準。在即將進行微傳感器測量之前，將平坦的基質(zhì)生物載體從反應(yīng)器中取出并放入培養(yǎng)板中。將來自反應(yīng)器的50 mL水緩慢倒入培養(yǎng)板中，以將生物膜完全浸入水中。立即對生物膜進行微傳感器測量。使用H2S和O2微電極傳感器的測量過程中，將微傳感器安裝在微操縱器上，并將微傳感器的尖端恰好定位在主體之間的界面上方水和生物膜表面。然后將微傳感器尖端以50μm至100μm的步長推進到生物膜中通過操作微操縱器來完成。該信號由皮安計表（PA2000，Unisense，丹麥）記錄。在電位ORP和pH微傳感器測量期間，將參比電極尖端浸入培養(yǎng)板中的水中，并放置在散裝水和生物膜表面之間的界面正上方。

圖1、H2S（A）、ORP（B）和pH（C）的校準曲線，使用相應(yīng)的微傳感器（藍點表示測量后的數(shù)據(jù);紅點表示測量前的數(shù)據(jù)）

圖2、R2的OSPW生物膜中的溶解氧，pH，ORP和H2S的垂直剖面（微米級）。實線表示生物膜-散裝液體界面。溶解氧濃度在生物膜表面附近最高，在生物膜底部附近逐漸降低至零（穿透至水生物膜界面下方約800微米-1000微米溶解氧濃度）。H2S在生物膜的深缺氧區(qū)進行檢測。從?750–1000um觀察到H2S濃度逐漸增加,表明硫酸鹽在生物膜的較深區(qū)域有一定的減少。在整個生物膜深度，pH值在0.3個單位內(nèi)略有變化。ORP曲線表明氧化還原電位從生物膜的表面到底部逐漸降低。大部分水-生物膜界面附近的初始氧化還原電勢約為+410 mV。它在550μm的深度下降到負值，在1000μm的深度時為?110 mV。

圖3、OSPW生物膜中的H2S凈比消耗和生產(chǎn)率（生物膜-本體液界面以0μm的距離表示）。從圖中可看出最高硫酸鹽還原活性被發(fā)現(xiàn)在850微米的大體積的水生物膜界面下方，而硫化物氧化發(fā)生650-800微米的界面下方與特定活性。這是由于該區(qū)域內(nèi)存在氧氣，產(chǎn)生的H 2 S可能會被氧化，從而導(dǎo)致較高的硫化物氧化活性。