Перспективность акустических сенсорных систем для иммунодетекции вирусов (Обзор)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или 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