Перспективность акустических сенсорных систем для иммунодетекции вирусов (Обзор)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Вспышки вирусных инфекционных заболеваний у человека и животных остаются одной из глобальных проблем нашего времени. Одним из наиболее востребованных направлений в прикладной микробиологии является разработка быстрых и чувствительных методов определения вирусов, в том числе на основе биосенсорных методов анализа. В обзоре показана перспективность акустических сенсорных систем для определения вирусов. Обсуждаются оптимальные возможности электроакустических датчиков при определении вирусов, возможность проведения анализа в присутствии мешающих факторов (вирусных частиц и микрофлоры) и многократного использования датчиков. Представленные результаты демонстрируют перспективность использования акустических датчиков для определения вирусов в микробиологии, медицине, ветеринарии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. И. Гулий

Федеральный исследовательский центр “Саратовский научный центр Российской академии наук”

Автор, ответственный за переписку.
Email: guliy_olga@mail.ru

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов

Россия, Саратов, 410049

Б. Д. Зайцев

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Email: guliy_olga@mail.ru

Саратовский филиал

Россия, Саратов, 410019

О. А. Караваева

Федеральный исследовательский центр “Саратовский научный центр Российской академии наук”

Email: guliy_olga@mail.ru

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов

Россия, Саратов, 410049

И. А. Бородина

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Email: guliy_olga@mail.ru

Саратовский филиал

Россия, Саратов, 410019

Список литературы

  1. Santo L., Kang K. National Ambulatory Medical Care Survey: 2019 National Summary Tables. // Series: National Ambulatory Medical Care Survey. 2023. https://doi.org/10.15620/cdc:123251
  2. Ruhan A., Wang H., Wang W., Tan W. // Virol Sin. 2020. V. 35. № 6. P. 699–712. https://doi.org/10.1007/s12250-020-00331-1
  3. Beeching N.J., Fletcher T.E., Fowler R. COVID-19. // BMJ Best Practices. BMJ Publishing Group. 2020. http://bestpractice.bmj.com/topics/en-gb/3000168
  4. Rabi F.A., Al Zoubi M.S., Kasasbeh G.A., Salameh D.M., Al-Nasser A.D. // Pathogens 2020. V. 9. 231. https://doi.org/10.3390/pathogens9030231
  5. Jackson J.K., Weiss M.A., Schwarzenberg A.B., Nelson R.M. Global Economic Effects of Covid-19. 2020. www.hsdl.org/?view&did=835306
  6. Kang J., Tahir A., Wang H., Chang J. // Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol. 2021. 13. № 4. e1700. https://doi.org/10.1002/wnan.1700
  7. Hematian A., Sadeghifard N., Mohebi R., Taherikalani M., Nasrolahi A., Amraei M., Ghafourian S. // Osong Public Health Res Perspect 2016. V. 7. № 2. P. 77–82. https://doi.org/10.1016/j.phrp.2015.11.011
  8. Lukose J., Barik A.K., Mithun N., Sanoop Pavithran M., George S.D., Murukeshan V.M., Chidangil S. // Biophys Rev. 2023. V. 15. № 2. P. 199–221. https://doi.org/10.1007/s12551-023-01059-4
  9. Chen L., Ruan F., Sun Y., Chen H., Liu M., Zhou J., Qin K. // J. Med. Virol. 2019. V. 91. № 6. P. 1168–1171. https://doi.org/10.1002/jmv.25408
  10. Lin B., Blaney K.M., Malanoski A.P., Ligler A.G., Schnur J.M., Metzgar D. et al. // J. Clin. Microbiol. 2007. V. 45. № 2. P. 443–452. https://doi.org/10.1128/JCM.01870-06
  11. Mehlmann M., Bonner A.B., Williams J.V., Dankbar D.M., Moore C.L., Kuchta R.D. et al.// J. Clin. Microbiol. 2007. V. 45 № 4. P. 1234–1237. https://doi.org/10.1128/JCM.02202-06
  12. Huguenin A., Moutte L., Renois F., Lévêque N., Talmud D., Abely M. et al.. // J. Med. Virol. 2012. V. 84. № 6. P. 979–985. https://doi.org/10.1002/jmv.23272
  13. Choi Y., Hwang J.H., Lee S.Y. // Small Methods. 2018. V. 2. 1700351. https://doi.org/10.1002/smtd.201700351
  14. Mokhtarzadeh A., Eivazzadeh-Keihan R., Pashazadeh P., Hejazi M., Gharaatifar N., Hasanzadeh et al. // Trends Analyt Chem. 2017. V. 97. P. 445–457. https://doi.org/10.1016/j.trac.2017.10.005
  15. Goksu O., Kaya S.I., Cetinkaya A., Ozkan S.A. // Biosens. Bioelectron: X 2022. V. 12. 100260. https://doi.org/10.1016/j.biosx.2022.100260
  16. Guliy О.I., Zaitsev B.D., Borodina I.A. Biosensors for Virus Detection in the Book Macro, Micro and Nano-biosensors. Potential Applications and Possible Limitations. /Eds.: M. Rai, A. Reshetilov, Y. Plekhanova, A.P. Ingle. 2020. Chapter 6. Р. 95-116. ISBN 978-3-030-55489-7. Chapter doi: 10.1007/978-3-030-55490-3_6.
  17. Гулий О.И., Зайцев Б.Д., Ларионова О.С., Бородина И.А. //Биофизика. 2019. Т. 64, № 6. С. 1094–1102. https://doi.org/10.1134/S0006302919060073
  18. Alhalaili B., Popescu I.N., Kamoun O., Alzubi F., Alawadhia S., Vidu R. // Sensors (Basel). 2020. V. 20. № 22. 6591. https://doi.org/10.3390/s20226591
  19. Grabowska I., Malecka K., Jarocka U., Radecki J., Radecka H. // Acta Biochim Pol. 2014. V. 61. № 3. P. 471–478.
  20. Khan M.Z.H., Hasan M.R., Hossain S.I., Ahommed M.S., Daizy M. // Biosens. Bioelectron. 2020. V. 166. 112431. https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112431
  21. Han J.-H., Lee D., Chew C.H.C., Kim T., Pak J.J. // Sens. Actuators B Chem. 2016. V. 228. 36–42. https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.07.068
  22. Han K.N., Li C.A., Bui M.-P.N., Pham X.-H., Kim B.S., Choa Y.H. et al. // Sens. Actuators B Chem. 2013. V. 177. P. 472–477. https://doi.org/10.1016/j.snb.2012.11.030
  23. Yadav A.K., Verma D., Dalal N., Kumar A., Solanki P.R. // Biosens. Bioelectron: X. 2022. V. 12. 100257. https://doi.org/10.1016/j.biosx.2022.100257
  24. Guliy O.I, Kanevskiy M.V., Fomin A.S., Staroverov S.A., Bunin V.D. // Optics Communications. 2020. V. 465. 125605. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2020.125605
  25. Erickson D., Mandal S., Yang A., Cordovez B. // J. Microfluid Nanofluid. 2008. V. 4. P. 33–52. https://doi.org/10.1007/s10404-007-0198-8
  26. Fan X., White I.M., Shopova S.I., Zhu H., Suter J.D., Sun Y. // Anal Chim Acta. 2008. V. 620. № 1–2. P. 8–26. https://doi.org/10.1016/j.aca.2008.05.022
  27. Garcia–Aljaro C., Munoz–Berbel X., Jenkins A.T.A., Blanch A.R., Munoz F.X. // Appl. Environ. Microbiol. 2008. V. 74. № 13. Р. 4054–4058. https://doi.org/10.1128/AEM.02806-07
  28. Homola J. Surface Plasmon Resonance Based Sensors. Berlin, Germany: Springer, 2006. 251 p. https://doi.org/10.1007/b100321
  29. Monzon-Hernandez D., Villatoro J. // Sens. Actuator B. Chem. 2006. V. 115 № 1. P. 227–231. https://doi.org/10.1016/j.snb.2005.09.006.
  30. Saylan Y., Denizli A. In Nanosensors for Smart Cities. /Eds. B. Han, , V.K. Tomer, T.A. Nguyen, A. Farmani, P. Kumar Singh., Amsterdam, The Netherlands: Elsevier, 2020. P. 501–511.
  31. Deng J., Zhao S., Liu Y., Liu C., Sun J. // ACS Appl. Bio Mater. 2021, 4, 5, 3863–3879. https://doi.org/10.1021/acsabm.0c01247.
  32. Yong Xiang Leong, Emily Xi Tan, Shi Xuan Leong, Charlynn Sher Lin Koh, Lam Bang Thanh Nguyen, Jaslyn Ru Ting Chen, Kelin Xia, Xing Yi Ling // ACS Nano 2022, V. 16. № 9. 13279–13293. https://doi.org/10.1021/acsnano.2c05731
  33. Singh N., Dkhar D.S., Chandra P., Azad U.P. // Biosensors 2023. V. 13. 166. https://doi.org/10.3390/ bios13020166
  34. Guliy O.I., Zaitsev B.D., Borodina I.A. in Nanobioanalytical Approaches to Medical Diagnostics, Eds. P.K. Maurya, P. Chandra, Sawston: Woodhead Publishing, 2022. P. 143–177. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-85147-3.00004-9
  35. Purohit B., Vernekar P.R., Shetti N.P., Chandra P. // Sensors International. 2020. V. 1. 100040. https://doi.org/10.1016/j.sintl.2020.100040
  36. Gözde Durmuşa N., Linb R.L., Kozbergc M., Dermicid D., Khademhosseinie A., Demirci U. // Encyclopedia of microfluidics and Nanofluidics. New York: Springer Science+Business Media, 2014. https://doi.org/10.1007/978-3-642-27758-0_10-2
  37. Rocha-Gaso M.-I., Garc´ıa J.-V., Garc´ıa P., March-Iborra C., Jim´enez Y., Francis L.-A., Montoya A., Arnau A. // Sensors 2014. V. 14. № 9. P. 16434–16453. https://doi.org/10.3390/s140916434
  38. Guliy O.I., Zaitsev B.D., Borodina I.A. // Sensors 2023. V. 23. 6292. https://doi.org/10.3390/s23146292
  39. Tamarin O., Comeau S., Déjous C., Moynet D., Rebière D., Bezian J., Pistré J. // Biosens. Bioelectron. 2003. V. 18. № 5-6. P. 755–763. https://doi.org/10.1016/S0956-5663(03)00022-8
  40. Koenig B. Graetzel М. // Anal. Chem. 1994. V. 66. № 3. P. 341–348. https://doi.org/10.1021/ac00075a005
  41. Bisoffi M., Hjelle B., Brown D.C., Branch D.W., Edwards T.L., Brozik, et al. // Biosens. Bioelectron. 2008. V. 23. № 9. Р. 1397–1403. https://doi.org/10.1016/j.bios.2007.12.016
  42. Drobe H., Leidl A., Rost M., Ruge I. // Sensors and Actuators A: Physical. 1993. V. 37. P. 141–148. https://doi.org/10.1016/0924-4247(93)80026-D
  43. Petroni S., Tripoli G., Combi C., Vigna B., De Vittorio M., Todaro M., et al.. // Applied physics letters 2004. V. 85 (6). P. 1039–1041. https://doi.org/10.1063/1.1780598
  44. Go D. B., Atashbar M.Z., Ramshani Z., Chang H.-C. // Analytical Methods 2017. V. 9. № 28. P. 4112–4134. https://doi.org/10.1039/C7AY00690J
  45. Caliendo C. // Sensors 2023. V. 23. 2988. https://doi.org/10.3390/s23062988
  46. Skládal P. // Microchim. Acta. 2024. V. 191. 184. https://doi.org/10.1007/s00604-024-06257-9
  47. Kizek R., Krejcova L., Michalek P., Rodrigo M.M., Heger Z., Krizkova S. et al. // Dis. Diagn. 2015. V. 4. P. 47–66. https://doi.org/10.2147/NDD.S56771
  48. Srivastava A.K., Dev A., Karmakar S. // Environ. Chem. Lett. 2018. V. 16. № 4. P. 161–182. https://doi.org/10.1007/s10311-017-0674-7
  49. Wang R.,Wang L., Callaway Z.T., Lu H., Huang T.J., Li Y. // Sens. Actuators B Chem. 2017. V. 240. P. 934–940. https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.09.067
  50. Erofeev A.S., Gorelkin P.V., Kolesov D.V., Kiselev G.A., Dubrovin E.V., Yaminsky I.V. // R. Soc. Open Sci. 2019. V. 6. 190255. https://doi.org/10.1098/rsos.190255
  51. Wangchareansak T., Sangma C., Ngernmeesri P., Thitithanyanont A., Lieberzeit P.A. // Anal. Bioanal. Chem. 2013. V. 405. P. 6471–6478. https://doi.org/10.1007/s00216-013-7057-0
  52. Gajendragad M.R., Kamath K.N.Y., Anil P.Y., Prabhudas K., Natarajan C. // Veterinary Microbiology 2001. V.78. P. 319–330. https://doi.org/10.1016/s0378-1135(00)00307-2
  53. Rickert J., Weiss T., Kraas W., Jung G., Göpel W. // Biosens. Bioelectron. 1996. V. 11. P. 591–598. https://doi.org/10.1016/0956-5663(96)83294-5
  54. Baca J.T., Severns V., Lovato D., Branch D.W., Larson R.S. // Sensors. 2015. V. 15. № 4. P. 8605–8614. https://doi.org/10.3390/s150408605
  55. Towner J.S., Rollin P.E., Bausch D.G., Sanchez A., Crary M.S., Vincent M., et al. // J. Virol. 2004. V. 78. № 8. P. 4330–4341. https://doi.org/10.1128/jvi.78.8.4330-4341.2004
  56. Vetelino J.F. In: Proc. of the IEEE Ultrason. Symp. 2010, San-Diego, 2269–2272. Publisher IEEE. https://doi.org/10.1109/ULTSYM.2010.5935621
  57. Narita F., Wang Z., Kurita H., Li Z., Shi Y., Jia Y., Soutis C. // Adv. Mater. 2021. V. 33. 2005448. https://doi.org/10.1002/adma.202005448
  58. Zuo B., Li S., Guo Z., Zhang J., Chen C. // Anal. Chem. 2004. V. 76. 3536–3540. https://doi.org/10.1021/ac035367b
  59. Guliy O.I., Zaitsev B.D., Semyonov A.P., Karavaeva O.A., Fomin A.S., Burov et al.// Ultrasound in Medicine & Biology. 2022. V. 48. № 5. P. 901–911. https://doi.org/10.1016/j.ultrasmedbio.2022.01.013
  60. Borodina I.A., Zaitsev B.D., Burygin G.L., Guliy O.I. // Sens. Actuators B Chem. 2018. V. 268. P. 217–222. https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.04.063
  61. Guliy O., Zaitsev B., Teplykh A., Balashov S., Fomin A., Staroverov S., Borodina I. // Sensors (Switzerland) 2021. V. 21. № 5. 1822. https://doi.org/10.3390/s21051822
  62. Jiang Y., Tan C.Y., Tan S.Y., Wong M.S.F., Chen Y.F., Zhang L. et al. // Sens. Actuators B Chem. 2015. V. 209. Р. 78–84. https://doi.org/10.1016/j.snb.2014.11.103
  63. Albano D., Shum K., Tanner J., Fung Y. In: Proceedings of the 17th International Meeting on Chemical Sensors—IMCS 2018, Vienna, Austria, 2018. P. 211–213.
  64. Pandey L.M. // Expert Rev. Proteom. 2020. V. 17. P. 425–432. https://doi.org/10.1080/14789450.2020.1794831

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Происхождение коронавирусов человека (коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV), коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2), коронавирус ближневосточного респираторного синдрома (MERS-CoV), коронавирус человека (HCoV), коронавирус синдрома острой диареи свиней (SADS-CoV) [4].

Скачать (148KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Общая схема биосенсора [15].

Скачать (204KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Классификация акустических датчиков: ОАВ – объемные акустические волны, ПАВ – поверхностные акустические волны; и АПМ – акустические пластинчатые моды [38].

Скачать (141KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схема сенсорной системы на основе пьезоэлектрического резонатора с поперечным электрическим полем для детекции вирусов с помощью специфичных антител.

Скачать (261KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Анализ вируса ТГС акустическим датчиком на основе щелевой моды в акустической линии задержки.

Скачать (442KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024