URN: http://vtn.chdtu.edu.uaurn:2306:44552.2019.172004

DOI: https://doi.org/10.24025/2306-4412.2.2019.172004

ДОСЛІДЖЕННЯ ФАЗОВИХ ПЛОЩИН МОДЕЛІ ІМУНОСЕНСОРА НА ПРЯМОКУТНІЙ РЕШІТЦІ З ВИКОРИСТАННЯМ ДИФЕРЕНЦІАЛЬНИХ РІВНЯНЬ ІЗ ЗАПІЗНЕННЯМ В ПАКЕТІ R

Василь Петрович Марценюк, Андрій Степанович Сверстюк, Наталія Василівна Козодій, Євген Олександрович Давиденко

Анотація


У роботі проведено комп’ютерне моделювання імуносенсора на прямокутній решітці з використанням диференціальних рівнянь із запізненням за допомогою пакета R. Проведено дослідження фазових площин моделі імуносенсора на прямокутній решітці з використанням диференціальних рівнянь із запізненням, наведено параметри моделі, їх числові значення, а також представлено параметри в пакеті R. Проаналізовано останні дослідження в галузі імуносенсорів, їх видів і популярність наукових напрямів дослідження протягом останніх п’яти років. Незважаючи на величезну різноманітність сучасних фізико-хімічних методів детектування аналітичного сигналу в імуноаналізі, лідирують електрохімічні методи, які мають низку незаперечних переваг: висока чутливість і точність, селективність і експресність, невисока собівартість і універсальність. Описано пакет R як середовище програмування для статистичного аналізу даних зі заданими значеннями параметрів моделі імуносенсора на прямокутній решітці з використанням диференціальних рівнянь із запізненням. Наведено посилання на корисні сайти, списки посилань і документацію з встановлення та початку роботи з пакетом R. Результати чисельного моделювання імуносенсора на прямокутній решітці у вигляді фазових площин дають змогу провести дослідження стійкості моделі імуносенсора.

Ключові слова


біосенсор; імуносенсор; математична модель; диференціальні рівняння; пакет R

Повний текст:

PDF

Посилання


L. Mosinska, K. Fabisiak, K. Paprocki, M. Kowalska, P. Popielarski, M. Szybowicz, A. Stasiak et al., "Diamond as a transducer material for the production of biosensors", Przemysl Chemiczny, vol. 92, no. 6, pp. 919- 923, 2013.

P. Mehrotra, "Biosensors and their applications – a review", Journal of Oral Biology and Craniofacial Research, 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.

V. P. Martsenyuk, A. Klos-Witkowska, and A. S. Sverstiuk, "Study of classification of immunosensors from viewpoint of medical tasks", Medical informatics and engineering, no. 1 (41), pp. 13-19, 2018. DOI: https://dx.doi.org/10.11603/mie.1996- 1960.2018.1.8887.

A. Kłos-Witkowska, "The phenomenon of fluorescence in immunosensors", Acta Biochimica Polonica, vol. 63, no. 2, pp. 215- 221, 2016. DOI: 10.18388/abp.2015_1231. [Online]. Available: https://doi.org/ 10.18388/abp.2015_1231.

Ch. Karunakaran, M. Pandiaraj, and P. Santharaman, Chapter 4. Immunosensors, Biosensors and Bioelectronics. New York: Elsevier Inc.

H. Kaspar Binz, P. Amstutz, and A. Plückthun, "Engineering novel binding proteins from nonimmunoglobulin domains", Natural Biotechnology, vol. 23, iss. 10, pp. 1257-1268, 2005.

B. Renberg, J. Nordin, A. Merca, M. Uhlén, and J. Feldwisch, "Affibody molecules in protein capture microarrays: evaluation of multidomain ligands and different detection formats", Journal of Proteome Resourses, vol. 6, pp.171-179, 2007.

Z. Miao, J. Levi, and Z. Cheng, "Protein scaffold-based molecular probes for cancer molecular imaging", Amino Acids, vol. 1, p. 9, 2010.

H. K. Binz, "Engineered proteins as specific binding reagents", Current Opinion in Biotechnology, vol. 16, pp. 459-469, 2005.

P. P. Dillon, S. J. Daly, B. M. Manning, and R. O’Kennedy, "Immunoassay for the determination of morphine–3–glucuronide using a surface plasmon resonance-based biosensor", Biosensors and Bioelectronics, vol. 18, pp. 217-227, 2003.

J. Tang, Y. Huang, C. Zhang, H. Liu, and D. Tang, "Amplified impedimetric immunosensor based on instant catalyst for sensitive determination of ochratoxin A", Biosensors and Bioelectronics, vol. 86, pp. 386-392, 2016.

Y. Liu, Y. Liu, R. L. Raymond, and X. Zenga, "Single chain fragment variable recombinant antibody functionalized gold nanoparticles for a highly sensitive colorimetric immunoassay", Biosensors and Bioelectronics, vol. 24, iss. 9, pp. 2853-2857, 2009.

Jon Sáenz, Santos J. González-Rojí, Sheila Carreno-Madinabeitia, and Gabriel IbarraBerastegi, "Analysis of atmospheric thermodynamics using the R package aiRthermo", Computers & Geosciences, vol. 122, pp. 113-119, 2019, ISSN 0098-3004. [Online]. Available: https://doi.org/ 10.1016/j.cageo.2018.10.007.

Carla A. R. S. Fontoura, Gastone Castellani, and José C. M. Mombach, "The R implementation of the CRAN package PATHChange, a tool to study genetic pathway alterations in transcriptomic data", Computers in Biology and Medicine, vol. 78, pp. 76-80, 2016, ISSN 0010-4825, [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/ j.compbiomed.2016.09.010.

Daniel Adler, Duncan Murdoch et al., rgl: 3D Visualization Using OpenGL. R package version 0.96.0, 2016. [Online]. Available: https://CRAN.R-project.org/package=rgl.

V. Martsenyuk, A. Klos-Witkowska, and A. Sverstiuk, "Stability, bifurcation and transition to chaos in a model of immunosensor based on lattice differential equations with delay", Electronic Journal of Qualitative Theory of Differential Equations, no. 27, pр. 1-31, 2018. ISSN: 1417- 3875. Scopus, Web of Science. Impact Factor: 0.881. DOI: 10.14232/ejqtde.2018.1.27.

V. P. Martsenyuk, I. E. Andrushchak, P. N. Zynko, and A. S. Sverstiuk, "On the use of lattice differential equations with a delay for modeling an immunosensor", Problemy upravleniya i informatiki, no. 3, pp. 37-45, 2018 [in Russian].

V. P. Martsenyuk, and A. S. Sverstiuk, "Immunosensor model based on lattice differential equations with delay", Shtuchnyy intelekt, no. 1, pp. 42-47, 2018 [in Ukrainian]. [19] V. P. Martsenyuk, A. S. Sverstiuk, and I. E. Andrushchak, "Approach to the study of the global asymptotic stability of lattice differential equations with delay for modeling immunosensors", Problemy upravleniya i informatiki, no. 1, pp. 62-74, 2019 [in Russian].


Пристатейна бібліографія ГОСТ


[1] L. Mosinska, K. Fabisiak, K. Paprocki, M. Kowalska, P. Popielarski, M. Szybowicz, A. Stasiak et al., "Diamond as a transducer material for the production of biosensors", Przemysl Chemiczny, vol. 92, no. 6, pp. 919- 923, 2013.

[2] P. Mehrotra, "Biosensors and their applications – a review", Journal of Oral Biology and Craniofacial Research, 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.

[3] V. P. Martsenyuk, A. Klos-Witkowska, and A. S. Sverstiuk, "Study of classification of immunosensors from viewpoint of medical tasks", Medical informatics and engineering, no. 1 (41), pp. 13-19, 2018. DOI: https://dx.doi.org/10.11603/mie.1996- 1960.2018.1.8887.

[4] A. Kłos-Witkowska, "The phenomenon of fluorescence in immunosensors", Acta Biochimica Polonica, vol. 63, no. 2, pp. 215- 221, 2016. DOI: 10.18388/abp.2015_1231. [Online]. Available: https://doi.org/ 10.18388/abp.2015_1231.

[5] Ch. Karunakaran, M. Pandiaraj, and P. Santharaman, Chapter 4. Immunosensors, Biosensors and Bioelectronics. New York: Elsevier Inc.

[6] H. Kaspar Binz, P. Amstutz, and A. Plückthun, "Engineering novel binding proteins from nonimmunoglobulin domains", Natural Biotechnology, vol. 23, iss. 10, pp. 1257-1268, 2005.

[7] B. Renberg, J. Nordin, A. Merca, M. Uhlén, and J. Feldwisch, "Affibody molecules in protein capture microarrays: evaluation of multidomain ligands and different detection formats", Journal of Proteome Resourses, vol. 6, pp.171-179, 2007.

[8] Z. Miao, J. Levi, and Z. Cheng, "Protein scaffold-based molecular probes for cancer molecular imaging, Amino Acids, vol. 1, p. 9, 2010.

[9] H. K. Binz, "Engineered proteins as specific binding reagents", Current Opinion in Biotechnology, vol. 16, pp. 459-469, 2005.

[10] P. P. Dillon, S. J. Daly, B. M. Manning, and R. O’Kennedy, "Immunoassay for the determination of morphine–3–glucuronide using a surface plasmon resonance-based biosensor", Biosensors and Bioelectronics, vol. 18, pp. 217-227, 2003.

[11] J. Tang, Y. Huang, C. Zhang, H. Liu, and D. Tang, "Amplified impedimetric immunosensor based on instant catalyst for sensitive determination of ochratoxin A", Biosensors and Bioelectronics, vol. 86, pp. 386-392, 2016.

[12] Y. Liu, Y. Liu, R. L. Raymond, and X. Zenga, "Single chain fragment variable recombinant antibody functionalized gold nanoparticles for a highly sensitive colorimetric immunoassay", Biosensors and Bioelectronics, vol. 24, iss. 9, pp. 2853-2857, 2009.

[13] Jon Sáenz, Santos J. González-Rojí, Sheila Carreno-Madinabeitia, and Gabriel Ibarra-Berastegi, "Analysis of atmospheric thermodynamics using the R package aiRthermo", Computers & Geosciences, vol. 122, pp. 113-119, 2019, ISSN 0098- 3004. [Online]. Available: https://doi.org/ 10.1016/j.cageo.2018.10.007.

[14] Carla A. R. S. Fontoura, Gastone Castellani, and José C. M. Mombach, "The R implementation of the CRAN package PATHChange, a tool to study genetic pathway alterations in transcriptomic data", Computers in Biology and Medicine, vol. 78, pp. 76-80, 2016, ISSN 0010-4825, [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/ j.compbiomed.2016.09.010.

[15] Daniel Adler, Duncan Murdoch et al., rgl: 3D Visualization Using OpenGL. R package version 0.96.0, 2016. [Online]. Available: https://CRAN.R-project.org/package=rgl.

[16] V. Martsenyuk, A. Klos-Witkowska, and A. Sverstiuk, "Stability, bifurcation and transition to chaos in a model of immunosensor based on lattice differential equations with delay", Electronic Journal of Qualitative Theory of Differential Equations, no. 27, pр. 1-31, 2018. ISSN: 1417- 3875. Scopus, Web of Science. Impact Factor: 0.881. DOI: 10.14232/ejqtde.2018.1.27.

[17] В. П. Марценюк, И. Е. Андрущак, П. Н. Зинько, и А. С. Сверстюк, "Об использовании решетчастых дифференциальных уравнений с запаздыванием для моделирования иммуносенсора", Проблемы управления и информатики: междунар. науч.-техн. журн., № 3, с. 37-45, 2018.

[18] В. П. Марценюк, та А. С. Сверстюк, "Модель імуносенсора на основі решітчастих диференціальних рівнянь із запізненням", Штучний інтелект, № 1, с. 42-47, 2018.

[19] В. П. Марценюк А. С. Сверстюк, и И. Е. Андрущак, "Подход к исследованию глобальной асимптотической устойчивости решетчатых дифференциальных уравнений с запаздыванием для моделирования иммуносенсоров", Проблемы управления и информатики: междунар. науч.-техн. журн., № 1, с. 62-74, 2019.





Copyright (c) 2019 Євген Олександрович Давиденко, Василь Петрович Марценюк, Андрій Степанович Сверстюк, Наталія Василівна Козодій