Микроволновые сенсорные системы для определения биологически значимых антигенов (обзор)

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Возможность комбинирования узнающих ( чувствительных) биологических компонентов с различными преобразователями создает большое разнообразие биосенсорных систем. Одно из перспективных направлений – разработка биосенсорных систем на основе микроволновых резонаторов. Принцип работы микроволновых датчиков основан на изменении резонансной частоты электромагнитного резонатора при контакте с исследуемым биологическим объектом. В обзоре показана перспективность применения микроволновых сенсорных систем, обсуждаются различные способы проведения анализа при определении биомолекул на примере антибиотиков и маркеров заболеваний, в том числе глюкозы и антител. Представленные результаты демонстрируют перспективность использования микроволновых сенсорных систем для определения биомолекул и дальнейшего их внедрения для биомедицинских применений.

Об авторах

О. И. Гулий

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра “Саратовский научный центр Российской академии наук”

Email: guliy_olga@mail.ru
Саратов, 410049 Россия

Б. Д. Зайцев

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Саратов, 410019 Россия

О. А. Караваева

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра “Саратовский научный центр Российской академии наук”

Саратов, 410049 Россия

И. А. Бородина

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Саратов, 410019 Россия

Список литературы

  1. Soleymani L ., Li F . // ACS Sens . 2017. V . 2. P . 458–467. https :// doi . org /10.1021/ acssensors .7 b 00069
  2. Hendrickson O.D., Taranova N.A., Zherdev A.V., Dzanti- ev B.B., Eremin S.A. // Sensors 2020. V. 20. P. 7132. https://doi.org /10.3390/s20247132
  3. Singh N., Dkhar D.S., Chandra P., Azad U.P. // Biosensors 2023. V. 13. P. 166. https ://doi.org/10.3390/bios13020166
  4. Rudenko N., Fursova K., Shepelyakovskaya A., Karatovskaya A. , Brovko F. // Sensors 2021. V. 21. P. 7614. https://doi.org/10.3390/s21227614
  5. Guliy O.I., Karavaeva O.A., Smirnov A.V., Ere- min S.A., Bunin V.D. // Sensors 2023. V. 23. P. 9391. https://doi.org/10.3390/s23239391
  6. Jain M.C., Nadaraja A.V., Narang R., Zarifi M.H. // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 14775. https://doi.org/10.1038/s41598-021-94139-y7
  7. Lei Y.J., Zhang D.J., Wang Q.J., Mao S., Kim E.S., Kim N.Y. et al. // Biosens. Bioelectron. 2025. V. 269. P. 116908. https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.116908
  8. Camli B., Torun H., Dundar G., Yalcinkaya A.D. // Proceedings 2017. V. 1. P. 542. https://doi.org/10.3390/proceedings1040542
  9. Zhao P., Darabi M.S., Wang X., Slowinski S., Li S., Abbasi Z. et al. // Sens. Actuators A: Phys. 2025. V. 383. P. 116154. https://doi.org/10.1016/j.sna.2024.116154
  10. Yaroshenko I., Kirsanov D., Marjanovic M., Lieber- zeit P.A., Korostynska O., Mason A. et al. // Sensors. 2020. V. 20. P. 3432. https://doi.org/10.3390/s20123432
  11. Jain M.C. , Nadaraja A.V., Mohammadi S., Vizcai- no B.M., Zarifi M.H. // IEEE Trans. Biomed. Circuits Syst. 2021. V. 15. P. 122–132. https:// doi.org/10.1109/TBCAS.2021.3055227
  12. Longo M., Rioual S., Talbot P., Faÿ F., Hellio C., Les- cop B. // Sens. BioSensing Res. 2022. V. 36. P. 100493. https://doi.org/10.1016/j.sbsr.2022.100493
  13. Osterberg J.A., Dahal N., Divan R., Miller C.S., Moli- ne D., Caldwell T.P. et al. // IEEE Trans. Microw. Theory Techn. 202. V. 69. P. 1875 –1886. https://doi.org/10.1109/TMTT.2020.3048176
  14. Dahal N., Osterberg J.A., Braun B. , Caldwell T.P., Divan R., Harcum S.W. et al. // IEEE J. Electromagn. RF Microw. Med. Biol. 2022. V. 6. P. 566–573. https://doi.org/10.1109/JERM.2022.3201698
  15. Tamra A., Dubuc D. , Rols M.-P., Grenier K. // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 2017. V. 65. № 9. P. 3512–3518. https://doi.org/10.1109/TMTT.2017.2653776
  16. Shahri A.A., Omidvar A.H., Rehder G.P., Serra- no A.L.C. // Sensors. 2022. V. 22. P. 3265. https://doi.org/10.3390/s22093265
  17. Afshar S. , Salimi E., Braasch K., Butler M., Thom-son D.J., Bridges G.E. // IEEE Trans. Microw. Theory 2016. V. 64. Р . 991–998. https://doi.org/10.1109/TMTT.2016.2518178
  18. Tamra A., Zedek A., Rols M.P., Dubuc D., Greni-er K. // IEEE Trans Biomed Eng. 2022. V. 69 (11). P. 3407–3414. https://doi.org/10.1109/TBME.2022.3170267
  19. Yu-FuChen, Hung-WeiWu, Yong-HanHong, Hsin-Ying Lee // Biosens. Bioelectron. 2014. V. 61 . P. 417–421. https://doi.org/10.1016/j.bios.2014.05.060 0956-5663
  20. Piekarz I., Górska S., Razim A., Sorocki J., Wincza K., Drab M. et al. // Sens. Actuators B Chem. 2022. V. 351. P. 130899. https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130899
  21. Dahal N., Peak C. , Ehrett C., Osterberg J., Cao M., Divan R., Wang P. // Sensors. 2024. V. 24 . P. 2870. https://doi.org/10.3390/s24092870
  22. Sen Yang, Yanxiong Wang, Yanfeng Jiang, Tian Qiang // Biosensors 2025. V. 15. P. 45. https://doi.org/10.3390/bios15010045
  23. Li Z., Wang Y., Yang S., Chen Q., Li Y., Liang J. et al. // Adv. Mater. Technol. 2025. 2401613. https://doi .org/10.1002/admt.202401613
  24. Guliy O.I., Zaitsev B.D., Smirnov A.V., Karavaeva O.A., Borodina I.A. // Appl. Biochem. Microbiol. 2017. V. 53 . № 6. P. 725–732. https://doi.org/10.1134/S0003683817060084
  25. Narang R., Mohammadi S., Ashani M.M., Sadaba- di H., Hejazi H., Zarifi M.H. et al. // Sci. Rep. 2018. V. 8. P. 15807. https://doi.org/10.1038/s41598-018-34001-w
  26. Nyfors E. // Subsurface Sensing Technologies and Applications . 2000. V. 1. № 1. P. 23–43.
  27. von Hippel A.R. Dielectric M aterials and Applications. Cambridge, MA: MIT Press,. 1954. 438 p.
  28. Mehrotra P. , Chatterjee B., Sen S. // Sensors. 2019. V. 19. P. 1013. https://doi.org/10.3390/s19051013
  29. Berggren C., Bjarnason B., Johansson G. // Electroanalysis. 2001. V. 13. P. 173–180 . https://doi.org/10.1002/1521-4109(200103)13:3<173::AID-ELAN173>3.0.CO;2-B
  30. Rowe D.J., al-Malki S., Abduljabar A.A., Porch A. , Barrow D.A., Allender C.J. // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 2014. V. 62. P. 689–699.
  31. Guliy O.I., Evstigneeva S.S., Karavaeva O.A. // Front. Biosci. (Elite Ed .) 2023. V. 15. № 9. P. 19. https://doi.org/10.31083/j.fbe1503019
  32. Mason A., Soprani M., Korostynska O., Amirthalin gam A., Cullen J., Muradov M. et al. // Hindawi Journal of Sensors. 2028. V. 2018. Article ID 7976105. https://doi.org/10.1155/2018/7976105
  33. Korostynska O., Jansomboon W. , Nakouti I., Mason A., Al-Shamma’ A. //Adv. Mater. Sci. 2018 . V. 3. № 1. P. 1–6. https://doi.org/10.15761/AMS.1000138
  34. Guliy О.I., Zaitsev B.D., Smirnov A.V., Karavaeva O.A., Borodina I.A. // Biosens. Bioelectron. 2019. V. 130. P. 95–102. https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.01.030
  35. Tsui O.K.C. Polymer thin films. – World Scientific/ Сo-edited by O. K. C. Tsui and T. P. Russell, World Scientific, Singapore, 2008. P. 267– 294. https://doi.org/10.1142/6893
  36. Otero T.F. Polymer sensors and actuators. / Eds. Y. Osada, D.E. De Rossi. Berlib; Springer, 2000. Р. 295–324.
  37. Chu P.K., Chen J.Y., Wang L.P., Huang N. // Mat. Sci. Eng. R. 2002. V. 36. № 5. P . 143–206.
  38. Jacobs T., Morent R., De Geyter N., Dubruel P., Leys С . // Plasma Chem. Plasma P. 2012. V. 32. № 5. P . 1039–1073. https://doi.org/10.1007/s11090-012-9394-8
  39. Guliy O.I., Simakov V.V., Karavaeva O.A., Smir- nov A.V . // Appl. Biochem. Microbiol. 2020. V. 56. № 2. P. 237– 243. https://doi.org/10.1134/S0003683820020076
  40. Korostynska O., Arshak A., Creedon P. , Arshak K., Wendling L., Al-Shamma’a A.I. et al . In: Glucose Monitoring Using E lectromagnetic Waves and Microsensor with Interdigitated Electrodes. // IEEE Sensors Applications Symposium, SAS, New Orleans, LA, USA, 2009. P. 34– 37.
  41. Mason A., Korostynska O., Ortoneda-Pedrola M., Shaw A., Al-Shamma’a A. // Sens. Actuators A: Phys. 2013. V. 202. P. 170–175. https://doi.org/10.1016/j.sna.2013.04.015
  42. Camli B., Kusakci E., Lafci B., Salman S., Torun H., Yalcinkaya A.D. // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2017. V. 23. № 2. 6900706. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2017.2659226
  43. Choi H., Naylon J., Luzio S., Beutler J. , Birchall J., Martin C., Porch A . // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 2015. V. 63. P. 3016–3025. https://doi.org/10.1109/TMTT.2015.2472019
  44. Tura A., Sbrignadello S., Cianciavicchia D., Pacini G., Ravazzani P. // Sensors (Basel). 2010. V. 10. № 6. P. 5346–5358. https://doi.org/10.3390/s100605346
  45. Kim N.Y., Adhikari K.K., Dhakal R., Chuluunbaatar Z., Wang C., Kim E.S. // Sci. Rep. 2015. № 5. P. 7807. https://doi.org /10.1038/srep07807
  46. Kim N.Y., Dhakal R., Adhikari K.K., Kim E.S., Wang C. // Biosens Bioelectron. 2015. V. 67. P. 687–693. https://doi.org/10.1016/ j.bios.2014.10.021
  47. Dhakal R., Wang C., Kim E.-S., Kim N.-Y. // Appl. Phys. Lett. 2015. V. 106. P . 073702. https://doi.org/10.1063/1.4909545
  48. Qiang T., Wang C., Kim N.Y. // Biosens . Bioelectron. 2017. V. 98. P. 357–363. https://doi.org/10.1016/j.bios.2017.06.057
  49. Li Y., Yao Z., Yue W., Zhang C., Gao S., Wang C. // Sensors (Basel). 2020. 20. № 6. P. 1565. https://doi.org/10.3390/s20061565
  50. Saha S., Cano-Garcia H., Sotiriou I., Lipscombe O. , Gouzouasis I., Koutsoupidou M. et al. // Sci. Rep. 2017. V. 7. № 1. P. 6855. https://doi.org/10.1038/s41598-017-06926-1
  51. Lee H.-J., Lee H.-S., Yoo K.-H., Yook J.-G. // J. Appl. Phys. 2010. V. 108 . № 1. P. 014908. https://doi.org/10.1063/1.3459877
  52. Lee H.-J., Yook J.-G. // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 92. P. 254103. https://doi.org/10.1063/1.2946656
  53. Lee H.-J. , Lee J.-H., Moon H.-S., Jang I.-S., Choi J.-S., Yook J.-G. et al. // Sens. Actuators B Chem. 2012. V. 169. P. 26–31. https://doi.org/ 10.1016/j.snb.2012.01.044
  54. Torun H., Cagri Top F., Dundar G., Yalcinkaya A.D. // J. Appl. Phys. 2014. V. 116. P. 124701. https://doi.org/10.1063/1.4896261
  55. Tiu C.K., Zhu F., Wang L.-F., de Alwis R. // Pathogens 2022. V. 11. P. 568. https://doi.org/10.3390/pathogens11050568
  56. Guliy O.I., Zaitsev B.D., Smirnov A.V., Karavaeva O.A., Burygin G.L., Borodina I.A. // Int. J. Biol. Macromol. 2023. V. 242. Р art 1. P. 124613. https ://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.124613
  57. Khan N.Z., Martin D., Pliquett U., Zaikou Y., Tho- mas N., Heinrich D. et al. // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. P. 14395. https://doi. org/10.3390/ ijms232214395

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».