kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2023-3(11)-6kaz44-447Research ArticleСТАТЬИПоследние достижения биосенсора в области микробного зондированияRecent advances of the biosensor in microbial sensingТемиржановаЗ. Н.TemirzhanovaZ. N.

Зухра Нуржановна Темиржанова - магистр технических наук, специалист центра коммерциализациии инновации,

071412, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Master of Technical Sciences, Specialist of the Center for Commercialization and Innovation,

071412, Semey, st. Glinka, 20 A

zukhra_94g@mail.ruУниверситет имени Шакарима города СемейКазахстанShakarim University of SemeyKazakhstan20232809202303(11)5059Copyright © Темиржанова З.Н., 20232023Темиржанова З.Н.Temirzhanova Z.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tech.vestnik.shakarim.kz/jour/article/view/447

В настоящем обзоре мы обсудили разработку и изготовление устройств тесты по месту оказания помощи (РОСТ) для обнаружения микробных патогенов, в том числе бактерий, вирусов, грибков и паразитов. Были освещены электрохимические методы и текущие достижения в этой области с точки зрения интегрированных электрохимических платформ, которые включают в основном подходы на основе микрофлюидов и интегрированные системы смартфонов и Интернета вещей (IoM) и Интернета медицинских вещей (IoMT). Кроме того, будет сообщено о доступности коммерческих биосенсоров для обнаружения микробных патогенов. В конце были обсуждены проблемы при изготовлении биосенсоров по месту оказания помощи (РОС) и ожидаемые будущие достижения в области биосенсоров. Интегрированные платформы на основе биосенсоров с IoM / IoMT обычно собирают данные для отслеживания распространения инфекционных заболеваний в сообществе, что было бы полезно с точки зрения лучшей готовности к текущим и будущим пандемиям и, как ожидается, предотвратит социальные и экономические потери.

В последнее десятилетие наука о биосенсорах добилась огромного прогресса в диагностике заболеваний. Лекарственно-устойчивые бактерии превосходят усилия по поиску лекарств, ставя под угрозу современные антибиотики и угрожая многочисленным неизбежным медицинским процедурам, которые считаются само собой разумеющимися. Борьба с этой всемирной угрозой потребует изобретения и применения все более широкой диагностики инфекционных заболеваний.

In this review, we discussed the design and manufacture of point-of-care test (POST) devices for the detection of microbial pathogens, including bacteria, viruses, fungi, and parasites. Electrochemical methods and current advances in the field were highlighted in terms of integrated electrochemical platforms, which include mainly microfluidic based approaches and integrated smartphone and Internet of things (IoM) and internet of medical things (IoMT) systems. In addition, the availability of commercial biosensors for the detection of microbial pathogens will be reported. At the end, challenges in point-of-care (POC) biosensor fabrication and expected future advances in biosensor technology were discussed. Integrated biosensor-based platforms with IoM/IoMT typically collect data to track the spread of infectious diseases in the community, which would be useful in terms of better preparedness for current and future pandemics and is expected to prevent social and economic losses.

In the last decade, the science of biosensors has made tremendous progress in diagnosing diseases. Drug-resistant bacteria are outperforming drug discovery efforts, jeopardizing modern antibiotics and threatening many inevitable medical procedures that are taken for granted. Combating this worldwide threat will require the invention and application of ever-wider diagnostics of infectious diseases.

электрохимическийинфекционные болезниинтернет медицинских вещейтесты по месту оказания помощиметоды амплификации нуклеиновых кислотнуклеиновые кислотыоднонуклеотидные полиморфизмыбумажных сенсорных инструментовмикрожидкостного тестирования на местеCOVID-19electrochemicalinfectious diseaseinternet of medical thingspoint-of-care testsnucleic acid amplification methodsnucleic acidssingle nucleotide polymorphismspaper-based sensory instrumentsmicrofluidic testing in situCOVID-19ReferencesСадик М.А., Ядав С., Ранджан П. и соавт. Высокоэффективные противовирусные наносистемы в качестве щита для подавления вирусных инфекций: SARS-CoV-2 в качестве модельного примера. J Mater Chem B. – 2021; 9(23): 4620-4642.Sadique MA, Yadav S, Ranjan P, et al. High-performance antiviral nano-systems as a shield to inhibit viral infections: SARS-CoV-2 as a model case study. J Mater Chem B. 2021; 9(23): 4620- 4642. (In Russian).Парихар А., Сингхал А., Кумар Н., Хан Р., Хан М., Шривастава А.К. Интеллектуальные электрохимические аптасенсоры следующего поколения на основе MXene для диагностики рака по месту оказания медицинской помощи. Нано-Микро Летт. – 2022. – 14(1): 1-34.Parihar A, Singhal A, Kumar N, Khan R, Khan M, Srivastava AK. Next-generation intelligent MXene-based electrochemical aptasensors for point-of-care cancer diagnostics. Nano-Micro Lett. 2022; 14(1): 1- 34. (In Russian).Сингхал А., Садик М.А., Кумар Н. и др. Многофункциональные углеродные наноматериалы украшают гибридные полимеры с молекулярными отпечатками для эффективного электрохимического обнаружения антибиотиков. J Environ Chem Eng. – 2022. – 10:107703.92Singhal A, Sadique MA, Kumar N, et al. Multifunctional carbon nanomaterials decorated molecularly imprinted hybrid polymers for efficient electrochemical antibiotics sensing. J Environ Chem Eng. 2022; 10:107703. (In Russian).Сингхал А., Парихар А., Кумар Н., Хан Р. Высокопроизводительные электрохимические наносенсоры на основе молекулярно-импринтированных полимеров для диагностики COVID19 в местах оказания медицинской помощи. Матер Летт. 2022 г.; 306:130898.Singhal A, Parihar A, Kumar N, Khan R. High throughput molecularly imprinted polymers based electrochemical nanosensors for point-of-care diagnostics of COVID-19. Mater Lett. 2022; 306:130898. (In Russian).Сингхал А., Ядав С., Садик М.А. и соавт. Молекулярно импринтированный полимер, модифицированный MXene, как платформа искусственного биораспознавания для эффективного электрохимического зондирования: прогресс и перспективы. Phys Chem Chem Phys. – 2022. – 24: 19164-19176.Singhal A, Yadav S, Sadique MA, et al. MXene-modified molecularly imprinted polymer as an artificial bio-recognition platform for efficient electrochemical sensing: progress and perspectives. Phys Chem Chem Phys. 2022; 24: 19164-19176. (In Russian).Парихар А., Ранджан П., Санги С.К., Сривастава А.К., Хан Р. Биосенсорная диагностика COVID-19 в месте оказания медицинской помощи обещает бороться с текущими и будущими пандемиями. ACS Appl Biol Mater. – 2020. – 3(11): 7326-7343.Parihar A, Ranjan P, Sanghi SK, Srivastava AK, Khan R. Point-of-care biosensor-based diagnosis of COVID-19 holds promise to combat current and future pandemics. ACS Appl Biol Mater. 2020; 3(11): 7326- 7343. (In Russian).Хоссейн М.Г., Уеда К. Исследование нового ускользающего мутанта поверхностного антигена вируса гепатита В (HBsAg), влияющего на иммуногенность. ПЛОС Один. – 2017. – 12(1):e0167871.Hossain MG, Ueda K. Investigation of a novel hepatitis B virus surface antigen (HBsAg) escape mutant affecting immunogenicity. PLoS One. 2017; 12(1):e0167871. (In Russian).Рахман М.М., Лим С., Парк Ю.С. Разработка маркера триплексной ПЦР на основе однонуклеотидного полиморфизма (SNP) для обнаружения серотип-специфичной кишечной палочки. Возбудители. – 2022. – 11(2): 115.Rahman M-M, Lim S, Park Y-C. Development of single nucleotide polymorphism (SNP)-based triplex PCR marker for serotype-specific Escherichia coli detection. Pathogens. 2022; 11(2): 115. (In Russian).Тевено Д.Р., Тот К., Дерст Р.А., Уилсон Г.С. Электрохимические биосенсоры: рекомендуемые определения и классификация. Биосенс Биоэлектрон. – 2001. – 16(1): 121- 131.Thévenot D.R., Toth K., Durst R.A., Wilson G.S. Electrochemical biosensors: recommended definitions and classification. Biosens Bioelectron. 2001; 16(1): 121- 131. (In Russian).Ранджан П., Ядав С., Садик М.А., Хан Р., Чаурасия Дж.П., Шривастава А.К. Функциональные ионные жидкости декорировали углеродные гибридные наноматериалы для электрохимических биосенсоров. Биосенсоры. – 2021. – 11(11): 414.Ranjan P., Yadav S., Sadique M.A., Khan R., Chaurasia J.P., Srivastava A.K. Functional ionic liquids decorated carbon hybrid nanomaterials for the electrochemical biosensors. Biosensors. 2021; 11(11): 414. (In Russian).Бисвас Г.К., Чоудхури С., Раббани М.М., Дас Дж. Обзор потенциальных электрохимических тестов по месту оказания медицинской помощи, направленных на выявление пандемических инфекционных заболеваний: COVID-19 в качестве эталона. Хемосенсоры. – 2022. – 10(7): 269.Biswas G.C., Choudhury S., Rabbani M.M., Das J. A review on potential electrochemical pointof-care tests targeting pandemic infectious disease detection: COVID-19 as a reference. Chemosensors. 2022; 10(7): 269. (In Russian).Macovei D-G, Irimes MB, Hosu O, Cristea C, Tertis M. Электрохимическое тестирование биомаркеров в местах оказания медицинской помощи, связанных с воспалительными и связанными с воспалением заболеваниями. Анальный биоанальный хим. – 2022. – 1- 31.Macovei D-G, Irimes M-B, Hosu O, Cristea C, Tertis M. Point-of-care electrochemical testing of biomarkers involved in inflammatory and inflammatory-associated medical conditions. Anal Bioanal Chem. 2022; 1-31. (In Russian).Карбелькар А.А., Фурст А.Л. Электрохимическая диагностика бактериальных инфекционных заболеваний. ACS Infect Dis. – 2020. – 6(7): 1567-1571.Karbelkar A.A., Furst A.L. Electrochemical diagnostics for bacterial infectious diseases. ACS Infect Dis. 2020; 6(7): 1567-1571. (In Russian).Кордейро ТАР, де Резенде МАК, Мораес СКС, Франко Д.Л., Перейра А.С., Феррейра Л.Ф. Электрохимические биосенсоры для забытых тропических болезней: обзор. Таланта. – 2021. – 234:122617.Cordeiro TAR, de Resende MAC, Moraes SCS, Franco D.L., Pereira A.C., Ferreira L.F. Electrochemical biosensors for neglected tropical diseases: a review. Talanta. 2021; 234:122617.Гоуд К.Ю., Редди К.К., Хоршед А. и др. Электрохимическая диагностика инфекционных вирусных заболеваний: тенденции и проблемы. Биосенс Биоэлектрон. – 2021. – 180:113112.Goud K.Y., Reddy K.K., Khorshed A., et al. Electrochemical diagnostics of infectious viral diseases: trends and challenges. Biosens Bioelectron. 2021; 180:113112. (In Russian).Чесевски Э., Джонсон Б.Н. Электрохимические биосенсоры для обнаружения патогенов. Биосенс Биоэлектрон. – 2020. – 159:112214.Cesewski E., Johnson B.N. Electrochemical biosensors for pathogen detection. Biosens Bioelectron. 2020; 159:112214. (In Russian).Чжао З., Хуан С., Хуан З. и др. Достижения в области электрохимического биозондирования для обнаружения респираторных вирусов: обзор. Trends Analyt Chem. 2021; 139:116253. Абубакар Садик М., Ядав С., Ранджан П., Акрам Хан М., Кумар А., Хан Р. Быстрое обнаружение SARS-CoV-2 с использованием усовершенствованного электрохимического биосенсора, интегрированного в Интернет вещей на основе графена. Матер Летт. – 2021. – 305:130824.Zhao Z., Huang C., Huang Z., et al. Advancements in electrochemical biosensing for respiratory virus detection: a review. Trends Analyt Chem. 2021; 139:116253. Abubakar Sadique M., Yadav S., Ranjan P., Akram Khan M., Kumar A., Khan R. Rapid detection of SARS-CoV-2 using graphenebased IoT integrated advanced electrochemical biosensor. Mater Lett. 2021; 305:130824. (In Russian).Абубакар Садик М., Ядав С., Ранджан П., Акрам Хан М., Кумар А., Хан Р. Быстрое обнаружение SARS-CoV-2 с использованием интегрированного усовершенствованного электрохимического биосенсора Интернета вещей на основе графена. Матер Летт. 2021;305:130824. https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.4467efbd-651e7e5cd3258177-74722d776562/https/pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36540867/Abubakar Sadique M., Yadav S., Ranjan P., Akram Khan M., Kumar A., Khan R. Rapid detection of SARS-CoV-2 using graphene-based IoT integrated advanced electrochemical biosensor. Mater Lett. 2021;305:130824. (In Russian).Тингам П., Сиангпрох В., Тонтисирин С. и др. Портативный амперометрический иммуносенсор на базе смартфона с поддержкой NFC для обнаружения вируса гепатита В. Приводы Sens B. – 2021. – 326:128825.Teengam P., Siangproh W., Tontisirin S., et al. NFC-enabling smartphone-based portable amperometric immunosensor for hepatitis B virus detection. Sens Actuators B. 2021; 326:128825.Каушик А.К., Дхау Дж.С., Гохел Х. и др. Электрохимическое обнаружение SARS-CoV-2 в местах оказания медицинской помощи и искусственный интеллект для интеллектуального управления COVID-19. Приложение ACS Bio Mater. – 2020. – 3(11): 7306-7325.Kaushik A.K., Dhau J.S., Gohel H., et al. Electrochemical SARS-CoV-2 sensing at point-of-care and artificial intelligence for intelligent COVID-19 management. ACS Appl Bio Mater. 2020; 3(11): 7306- 7325. (In Russian).Pham QV, Nguyen DC, Huynh-The T, Hwang WJ, Pathirana PN. Искусственный интеллект (ИИ) и большие данные для пандемии коронавируса (COVID-19): обзор современного состояния. IEEE-доступ. – 2020. – 8:130820.Pham Q-V., Nguyen D.C., Huynh-The T., Hwang W-J., Pathirana P.N. Artificial intelligence (AI) and big data for coronavirus (COVID-19) pandemic: a survey on the state-of-the-arts. IEEE Access. 2020; 8:130820. (In Russian).Бреретон Р.Г., Янсен Дж., Лопес Дж. и соавт. Хемометрика в аналитической химии: часть I - история, дизайн эксперимента и инструменты анализа данных. Анальный биоанальный хим. – 2017; 409(25): 5891-5899.Tortorella S., Cinti S. How can Chemometrics Support the Development of Point of Need Devices? ACS Publications; 2021. (In Russian).Джалали-Херави М., Аррастия М., Гомес Ф.А. Как хемометрия может улучшить микрофлюидику. Anal Chem. 7 апреля 2015; 87 (7): 3544-55. doi: 10.1021/ac504863y. Epub 2015, 17 февраля.Brereton R.G., Jansen J., Lopes J., et al. Chemometrics in analytical chemistry: part I-history, experimental design and data analysis tools. Anal Bioanal Chem. 2017; 409(25): 5891-5899. (In Russian).Мартынко Е., Кирсанов Д. Применение хемометрики в биосенсинге: краткий обзор. Биосенсоры. 2020; 10(8): 100.Martynko E., Kirsanov D. Application of chemometrics in biosensing: a brief review. Biosensors. 2020; 10(8): 100. (In Russian).Зингер С. Психосоциальные последствия рака. Психоонкология. Спрингер; 2018: 1-11.Singer S. Psychosocial impact of cancer. Psycho-Oncology. Springer; 2018: 1- 11. (In Russian).Парихар А., Пандита В., Кумар А. и др. 3D-печать: прогресс в биогенеративной инженерии для борьбы с нехваткой органов и биоприменяемых материалов. Regen Eng Transl Med. 2021; 8:1- 27.Parihar A., Pandita V., Kumar A., et al. 3D printing: advancement in biogenerative engineering to combat shortage of organs and bioapplicable materials. Regen Eng Transl Med. 2021; 8: 1- 27. (In Russian).Парихар А., Пандита В., Хан Р. Органоиды человека, напечатанные на 3D-принтере: высокопроизводительная система для скрининга и тестирования лекарств в условиях текущей пандемии COVID-19. Биотехнология Биоинж. 2022 г.; 119(10): 2669-2688.Parihar A., Pandita V., Khan R. 3D printed human organoids: high throughput system for drug screening and testing in current COVID-19 pandemic. Biotechnol Bioeng. 2022; 119(10): 2669- 2688. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.