Статья

Название статьи ПОСТРОЕНИЕ БИОСЕНСОРНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА НА ОСНОВЕ ИМИТАЦИОННОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ БИОСЕНСОРА
Автор В.Ю. Вишневецкий, Т.П. Строчан
Рубрика РАЗДЕЛ III. ПРОЦЕССЫ УПРАВЛЕНИЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Месяц, год 12, 2015
Индекс УДК 543.9+621.3.082.73+57.083.3
DOI
Аннотация Обозначены основные задачи и требования проведения экологического мониторинга для экспресс методов обработки проб водных объектов. Из проведенного анализа и характеристик техники такого уровня выделен кластер биосенсорных систем (БСС). Разработана общая структурная схема БСС, наглядно отражающая особенности и взаимодействия блоков всей структуры конструкции. На основе математической модели, полученной из соотношения Заурберея, связывающего резонанс датчика относительно изменения его массы, строится компьютерная имитационная модель пьезокварцевого биосенсора. Исходя из полученных результатов моделирования, проведены обзор различной конфигурации биосенсоров и оценка отклики по трем элементам: хлору, кадмию и цинку. Рассмотрены способы построения биосенсорной системы и ее основные параметры, такие как подача пробы и конфигурация биосенсорного моста. Определенны взаимовоздействия сенсоров в системе, а также возможность детектирование ряда загрязнителей одним элементом. Предложены варианты обработки полученных данных, а так же способы их отображения в зависимости от количества биосенсоров. Построена диаграмма откликов БСС, состоящей из двух биосенсоров для хлора, кадмия и цинка. В полученной имитационной модели биосенсорной системы реализовано отображение всего спектра значений по каждому элементу. При увеличении количества определяемых веществ и увеличении сенсоров на n штук, отображаются либо усредненные результаты измерений, либо только их максимальные значения. Для построения компьютерной имитационной модели использовалась программа Visual Studio 2012, так как она обладает широкими возможностями программирования и гибкостью представления результатов. Разработана программная реализация системы (BioResours), которая включает в себя несколько имитационных моделей биосенсоров. Проведена разработка интерфейса компьютерной имитационной модели, а именно отображение полученных результатов производится графически в одном рабочем окне. Обозначена актуальность моделирования и перспективы полученных конфигураций. Рассмотрены возможные перспективы развития БСС, их преимущества и недостатки по отношению к традиционным методам мониторинга.

Скачать в PDF

Ключевые слова Биосенсор; биосенсорная система; мониторинг; модель; пьезоэлемент.
Библиографический список 1. Тернер Э., Карубе И., Уилсон Д. Биосенсоры: основы и приложения. – М.: Мир, 1992. – 614 с.
2. Вишневецкий В.Ю. Проектирование системы мониторинга водных ресурсов // Известия ТРТУ. 2004. – № 6 (41). – С. 207-209.
3. Егоров А.А. Систематика, принципы работы и области применения датчиков // Журнал радиоэлектроники. – 2009. – № 3. – С. 35-46.
4. Вишневецкий В.Ю. Строчан Т.П. Имитационная модель кварцевого биосенсора для экологических исследований // Инженерный вестник Дона. – 2013. – № 2. http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1755.
5. Вишневецкий В.Ю., Старченко И.Б., Ледяева В.С. Строчан Т.П. Моделирование биосенсоров для построения системы определения степени токсичности водной среды // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. – 2013. – № 3. – C. 129-139.
6. Вишневецкий В.Ю., Строчан Т.П. Биосенсор для мониторинга водной среды // Материалы Шестой Всероссийской научной конференции «Экология 2011-море и человек». – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. – С. 138-144.
7. Шпигун Л.К. Проточно-инжекционный анализ // Журнал аналитической химии. – 1990. – Т. 45, № 6. – С. 1045-1091
8. Van der Linden. Classification and Definition of Analytical Methods Based on Flowing Media // Pure and Appl. Chem. – 1994. – Vol. 66, No. 12. – P. 2494-2500.
9. Trojanowicz M. Flow Analysis as Advanced Branch of Flow Chemistry // Mod Chem appl. – 2013. – No. 1: 104. doi:10.4172/mca.1000104.
10. Будников Г.К. Биосенсоры как новый тип аналитических устройств // Соросовский образовательный журнал. – 1996. – № 12. – С. 26-32.
11. Юрченко М.А., Шикульская О.М. Разработка математического и информационно-программного обеспечения для исследования влияния тяжелых металлов на состояние водной экосистемы // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. – 2012. – № 2 (18). – С. 85-93.
12. Krцger S., Law R.J. Biosensors for marine applications: We all need the sea, but does the sea need biosensors? // Biosensors and Bioelectronics. – 2005. – Vol. 20, Issue 10. – P. 1903-1913.
13. Bogdanovskaya V.A., Tarasevich M.R. Electrochemical biosensors for medicine and ecology // Biosensors and Bioelectronics, 1996. – Vol. 11, Issue 9. – P. 853-861.
14. Korpan Y.I., Dzyadevich S.V., Zharova V.P., El'skaya A.V. Conductometric biosensor for ethanol detection based on whole yeast cells // Ukr Biokhim Zh. – 1994. – Vol. 66 (1). – P. 78-82.
15. Mwinyihija M., Strachan N.J.C., Meharg A., Killham K. Biosensor based toxicity dissection of tannery and associated environmental samples // Journal of the American Leather Chemists Association. – 2005. – Vol. 100 (12). – P. 481490.
16. Sakaguchi T., Kitagawa K., Ando T., Murakami Y., Morita Y., Yamamura A., Yokoyama K., Tamiya E. A rapid BOD sensing system using luminescent recombinants of Escherichia coli // Biosens. Bioelectron. – 2003. – Vol. 19 (2). – P. 115-121.
17. Van der Linden. Classification and Definition of Analytical Methods Based on Flowing Media // Pure and Appl. Chem. – 1994. – Vol. 66, No. 12. – P. 2494-2500.
18. Ruzicka J., Elo H. Hansen Flow injection analysis principles, applications and trends // Chem. Papers. – 1980. – Vol. 114, No. 15. – P. 19-44.
19. Кузнецов В.В. Проточно-инжекционный анализ // Соросовский образовательный журнал. – 1999. – № 11. – С. 56-60.
20. Merlos Rodrigo M.A., Zitka O. Analysis of Cadmium-Phytochelatins 2 Complexes Using Flow Injection Analysis Coupled with Electrochemical Detection Mass Spectrometry. Sci. 8. – 2013. – P. 4409-4421.

Comments are closed.