加拿大的亚伯达省油砂中提取沥青需要多达三立方米的苛性碱水，并产生约四立方米的淤浆废物，其中包含沙子，粘土，未回收的沥青，溶解的无机和有机化合物。研究人员已经对生物膜内的微生物群落进行了表征，并证明这些微生物成功地适应了OSPW，并且潜在地能够进行原位生物修复。Unisense微电极传感器是用于研究生物膜的复杂结构和功能的创新实验工具。微小的针型微传感器测量可以提供潜在的局部化学活性，因为在不破坏生物膜的情况下进行了测量。细菌群落和群落活动均得以维持，微传感器信号反映了沿生物膜深度的原位条件。而分子技术则提供了一种无需分离即可研究特定种群的存在和功能多样性的方法。


本研究的目的是使用基于异化亚硫酸盐还原酶亚基（dsrB）基因的聚合酶链反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）组合技术，研究OSPW中生长的生物膜中硫酸盐还原菌的存在，功能多样性和潜在活性。）;定量PCR技术和微传感器测量H 2 S，pH，氧化还原电位（ORP）和溶解氧（O2）。相关研究成果将提供有关OSPW处理工程化生物膜反应器中生物膜形成的信息。


微电极的应用：使用自丹麦Unisense开发的安培型微传感器包括尖端直径为50μm的H2S（H2S-50）微型传感器和尖端直径为50μm的O2（OX-50）微型传感器。用Na2S稀释系列（0-10 mM）对H2S微传感器进行四点校准。在即将进行微传感器测量之前，将平坦的基质生物载体从反应器中取出并放入培养板中。将来自反应器的50 mL水缓慢倒入培养板中，以将生物膜完全浸入水中。立即对生物膜进行微传感器测量。使用H2S和O2微电极传感器的测量过程中，将微传感器安装在微操纵器上，并将微传感器的尖端恰好定位在主体之间的界面上方水和生物膜表面。然后将微传感器尖端以50μm至100μm的步长推进到生物膜中通过操作微操纵器来完成。该信号由皮安计表（PA2000，Unisense，丹麦）记录。在电位ORP和pH微传感器测量期间，将参比电极尖端浸入培养板中的水中，并放置在散装水和生物膜表面之间的界面正上方。

图1、H2S（A）、ORP（B）和pH（C）的校准曲线，使用相应的微传感器（蓝点表示测量后的数据;红点表示测量前的数据）

图2、R2的OSPW生物膜中的溶解氧，pH，ORP和H2S的垂直剖面（微米级）。实线表示生物膜-散装液体界面。溶解氧浓度在生物膜表面附近最高，在生物膜底部附近逐渐降低至零（穿透至水生物膜界面下方约800微米-1000微米溶解氧浓度）。H2S在生物膜的深缺氧区进行检测。从〜750–1000um观察到H2S浓度逐渐增加,表明硫酸盐在生物膜的较深区域有一定的减少。在整个生物膜深度，pH值在0.3个单位内略有变化。ORP曲线表明氧化还原电位从生物膜的表面到底部逐渐降低。大部分水-生物膜界面附近的初始氧化还原电势约为+410 mV。它在550μm的深度下降到负值，在1000μm的深度时为−110 mV。

图3、OSPW生物膜中的H2S净比消耗和生产率（生物膜-本体液界面以0μm的距离表示）。从图中可看出最高硫酸盐还原活性被发现在850微米的大体积的水生物膜界面下方，而硫化物氧化发生650-800微米的界面下方与特定活性。这是由于该区域内存在氧气，产生的H 2 S可能会被氧化，从而导致较高的硫化物氧化活性。