Штучний інтелект

Науковий журнал

ISSN 2710-1673

ONLINE: ISSN 2710-1681

Шукати за:

Роком видання
Автором
Назвою статті

Про підходи щодо математичного моделювання біосенсорних та імуносенсорних динамічних систем

Марценюк В.П.1, Сверстюк А.С.2
1 Тернопільський державний медичний університет імені І.Я. Горбачевського
2 Тернопільський державний медичний університет ім. І.Я. Горбачевського

Повний текст (PDF)

УДК: 602.1:519.85:53.082.9:616-07
Мова публікації: Українська
Stuc. intelekt. 2018; 23; (2):94-102

Анотація: У роботі розглянуто математичні моделі біосенсорних та імуносенсорних динамічних систем у вигляді диференціальних рівнянь у частинних похідних. Запропоновано моделі для оптимізації розробки біосенсорів, модель біосенсора в циліндричних координатах, на основі використання кінетики Міхаеліса-Ментена та рівнянь реакції-дифузії. Розроблено модель імуносенсора у вигляді решітчастих деференціальних рівнянь із запізненням. Побудова моделі грунтується на ряді біологічних припущень щодо взаємодії колоній антигенів та антитіл, а також дифузії антигенів. Для опису дискретних у просторі колоній, локалізованих у відповідних пікселях, використовується апарат решітчастих диференціальних рівнянь.

Ключові слова:

Посилання:

  1. L. Mosinska, K. Fabisiak, K. Paprocki,M. Kowalska, P. Popielarski, M. Szybowicz,A. Stasiak, et al., “Diamond as a transducer materialfor the production of biosensors,” PrzemyslChemiczny, vol. 92, no. 6, pp. 919–923, 2013.
  2. C. Adley, “Past, present and future of sensors infood production,” Foods, vol. 3, no. 3, pp. 491–510,Aug. 2014. doi: 10 . 3390 / foods3030491. [Online]. Available: https://doi.org/10.3390/foods3030491.
  3. A. Kłos-Witkowska, “Enzyme-based fluorescentbiosensors and their environmental, clinical andindustrial applications,” Polish Journal ofEnvironmental Studies, vol. 24, pp. 19–25, 2015.doi: 10.15244/pjoes/28352. [Online]. Available:https://doi.org/10.15244/pjoes/28352.
  4. M. Burnworth, S. Rowan, and C. Weder,“Fluorescent sensors for the detection of chemicalwarfare agents,” Chemistry - A European Journal,vol. 13, no. 28, pp. 7828–7836, Sep. 2007. doi:10.1002/chem.200700720. [Online]. Available:https://doi.org/10.1002/chem.200700720.
  5. P. Mehrotra, “Biosensors and their applications – areview,” Journal of Oral Biology and CraniofacialResearch, vol. 6, no. 2, pp. 153–159, May 2016.doi: 10.1016/j.jobcr.2015. 12.002. [Online].Available:https://doi.org/10.1016/j.jobcr.2015.12.002.
  6. Martsenyuk V.P. Study of classification ofimmunosensors from viewpoint of medical tasks /A. Klos-Witkowska, A.S. Sverstiuk // Medicalinformatics and engineering. – 2018.-№ 1(41). –p.13-19. doi: https://dx.doi.org/10.11603/mie.1996-1960.2018.1.8887.
  7. Бігуняк Т.В. Деякі аспекти використанняімуносенсорів у медицині / Т.В. Бігуняк,А.С. Сверстюк, К.О. Бігуняк // Медичнийфорум. – 2018. – № 14 (14). – С. 8-11.
  8. Martsenyuk V.P. On principles, methods and areasof medical and biological application of opticalimmunosensors / A. Klos-Witkowska,A.S. Sverstiuk, T.V. Bihunyak // Medicalinformatics and engineering. – 2018.-№ 2 (42). –p.28-36. doi: https://dx.doi.org/10.11603/mie.1996-1960.2018.2.9289.
  9. C. Moina and G. Ybarra, “Fundamentals andapplications of immunosensors,” Advances inimmunoassay technology, pp. 65–80, 2012.
  10. A. Kłos-Witkowska, “The phenomenon offluorescence in immunosensors,” Acta BiochimicaPolonica, vol. 63, no. 2, pp. 215–221, 2016. doi:10.18388/abp.2015_1231. [Online]. Available:https://doi.org/10.18388/abp.2015_1231.
  11. V. Marzeniuk, “Taking into account delay in theproblem of immune protection of organism,”Nonlinear Analysis: Real World Applications, vol.2, no. 4, pp. 483–496, 2001, cited By 2. doi:10.1016/S1468-1218(01)00005-0. [Online].Available: https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-0041331752&doi=10.1016%2fS1468-1218%2801%2900005-0&partnerID=40&md5=9943d225f352151e77407b48b18ab1a9.
  12. A. Prindle, P. Samayoa, I. Razinkov, T. Danino, L.S. Tsimring, and J. Hasty, “A sensing array ofradically coupled genetic ‘biopixels’,” Nature, vol.481, no. 7379, pp. 39–44, Dec. 2011. doi: 10 .1038/nature10722. [Online]. Available: https : // doi .org/ 10 .1038/nature10722.
  13. T. D. Gibson, “Biosensors: The stabilité problem,”Analusis, vol. 27, no. 7, pp. 630–638,1999.
  14. Y. Kuang, Delay differential equations withapplications in population dynamics. NewYork:Academic Press, 1993.
  15. 3 11 Romas Baronas, Antanas Žilinskas, LinasLitvinas, Optimal design of amperometricbiosensors applying multi-objective optimizationand decision visualization, Electrochimica Acta,Volume 211, 2016, Pages 586-594, ISSN 0013-4686,https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.06.101.
  16. V. Ašeris, E. Gaidamauskaitė, J. Kulys, R. Baronas,Modelling glucose dehydrogenase-basedamperometric biosensor utilizing synergisticsubstrates conversion, Electrochimica Acta,Volume 146, 2014, Pages 752-758, ISSN 0013-4686,https://doi.org/10.1016/j.electacta.2014.08.125.]
  17. Juozas Kulys, Lidija Tetianec, Synergisticsubstrates determination with biosensors,Biosensors and Bioelectronics, Volume 21, Issue 1,2005, Pages 152-158, ISSN 0956-5663,https://doi.org/10.1016/j.bios.2004.08.013.
  18. Rachela Popovtzer, Amir Natan, Yosi ShachamDiamand, Mathematical model of whole cell basedbio-chip: An electrochemical biosensor for watertoxicity detection, Journal of ElectroanalyticalChemistry, Volume 602, Issue 1, 2007, Pages 17-23, ISSN 1572-6657,https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2006.11.022.
  19. Romas Baronas, Nonlinear effects of diffusionlimitations on the response and sensitivity ofamperometric biosensors, Electrochimica Acta,Volume 240, 2017, Pages 399-407, ISSN 0013-4686,https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.04.075.
  20. Vytautas Ašeris, Romas Baronas, Juozas Kulys,Modelling the biosensor utilising parallel substratesconversion, Journal of Electroanalytical Chemistry,Volume 685, 2012, Pages 63-71, ISSN 1572-6657,https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2012.06.025.
  21. Mikhail A. Vorotyntsev, Anatoly E. Antipov,Reduction of bromate anion via autocatalytic redoxmediation by Br2/Br− redox couple. Theory forstationary 1D regime. Effect of different Nernstlayer thicknesses for reactants, Journal ofElectroanalytical Chemistry, Volume 779, 2016,Pages 146-155, ISSN 1572-6657,https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2016.06.004.
  22. H. Niu, “Spreading speeds in a lattice differentialequation with distributed delay,” Turkish Journal ofMathematics, vol. 39, no. 2, pp. 235–250, 2015.
  23. A. Hoffman, H. Hupkes, and E. Van Vleck, “Entiresolutions for bistable lattice differential equationswith obstacles,” 2017.
  24. G. Marchuk, R. Petrov, A. Romanyukha, andG. Bocharov, “Mathematical model of antiviralimmune response. i. data analysis, generalizedpicture construction and parameters evaluation forhepatitis b,” Journal of Theoretical Biology,vol. 151, no. 1, pp. 1–40, 1991, cited By 38. doi:10.1016/S0022-5193(05)80142-0. [Online].Available: https:// www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-0025819779&doi=10.1016%2fS0022-5193%2805%2980142&partnerID=40&md5=f850637085913 dc18f8e 52c5b3f28600.
  25. A. Nakonechny and V. Marzeniuk, “Uncertaintiesin medical processes control,” LectureNotes inEconomics and Mathematical Systems, vol. 581,pp. 185–192, 2006, cited By 2.doi: 10.1007/3- 540-35262- 7_11. [Online]. Available:https://www.scopus.com/inward / record . uri? eid =2 - s2 . 0 - 53749093113 & doi = 10 . 1007 % 2f3 -540 - 35262 -7_11&partnerID=40&md5=03be7ef103cbbc1e94cacbb471daa03f.
  26. Марценюк В.П. Модель імуносенсора на основірешітчастих диференціальних рівнянь іззапізненням / А.С. Сверстюк // Штучнийінтелект. – 2018. – № 1. – С. 42-47.
  27. Martsenyuk V. Stability, bifurcation and transitionto chaos in a model of immunosensor based onlattice differential equations with delay / A. KlosWitkowska, A. Sverstiuk // Electronic Journal ofQualitative Theory of Differential Equations: No.2018(27), р. 1-31. ISSN: 1417-3875. doi:10.14232/ejqtde.2018.1.27.
  28. Martsenyuk V. On Application of LatticedDifferential Equations with a Delay forImmunosensor Modeling / I. Andrushchak,P. Zinko, A. Sverstiuk // Journal of Automation andInformation Sciences – 2018. – Volume 50 – Issue6 – ISSN:1064-2315 – Scopus Journal Metrics SJR:0.238, SNIP: 0.464 – p. 55-65. doi:10.1615/JAutomatInfScien.v50.i6.50.http://www.dl.begellhouse.com/journals/2b6239406278e43e,5157b39e78fe0c7d,4cf3a70e5bbff6aa.html.

Переглянути повний текст статті (PDF)