Kompiuterinis daugiapakopių reakcijų kinetikos biojutikliuose modeliavimas

• Main Author: Gaidamauskaitė, Evelina
• Other Authors: Vaicekauskas, Rimantas
• Format: Doctoral Thesis
• Language: Lithuanian
• Published: Lithuanian Academic Libraries Network (LABT) 2011
• Subjects: Informatics; Kompiuterinis modeliavimas; Biojutikliai; Daugiapakopės reakcijos; Computational modeling; Biosensors; Complex reactions
• Online Access: http://vddb.laba.lt/fedora/get/LT-eLABa-0001:E.02~2011~D_20111122_102635-72506/DS.005.0.01.ETD

Biojutikliai yra analitiniai įtaisai sudaryti iš biologiškai aktyvios bei selektyviai atpažįstančios substratą medžiagos, dažniausiai fermento, ir keitiklio formuojančio makroskopinį fizinį signalą. Naujų įtaisų kūrimui būtini lygiagretūs eksperimentiniai tyrimai. Skaitiniai eksperimentai gali patikimai pakeisti fizinius. Modeliuojant tokius biojutiklius, būtina atsižvelgti į juose vykstančių procesų daugiapakopį pobūdį. Šiame darbe nuodugniai ištirtos tokių reakcijų schemų savybės. Sudaryti originalūs matematiniai modeliai optiniam peroksidaziniam bei amperometriniam lakaziniam daugiapakopiams biojutikliams. Deterministinė modelių sudarymo proceso prigimtis leidžia jį automatizuoti. Remiantis šiuo principu sukurtas bendras įrankis kompiuteriniam daugiapakopių biojutiklių modeliavimui. Siekiant optimizuoti skaitinį sprendimą palygintos dažniausiai naudojamos baigtinių skirtumų skaitinio sprendimo schemos sprendžiant reakcijos - difuzijos lygtis. Pastarasis palyginimas parodė, kad greičiausiai reikiamas sprendinio tikslumas pasiekiamas taikant neišreikštinę bei Hopscotch schemas. Uždaviniams, kuriems sparta svarbesnė už tikslumą, turėtų būti taikoma išreikštinė schema. Taikant naują įrankį atliktas kompiuterinis daugiapakopių biojutiklių modeliavimas. Kompiuterinis lakazinio biojutiklio modeliavimas teoriškai paaiškino eksperimentiškai stebėtą sinergetinę mediatoriaus įtaką biojutiklio atsakui. Peroksidazinio biojutiklio kompiuterinio modeliavimo rezultatai parodė, kad plataus... [toliau žr. visą tekstą] === Biosensors are analytical devices made up of a combination of a biological entity, usually an enzyme, that recognizes a specific analyte (substrate) and the transducer that translates the biorecognition event into a signal. In order to create new types of biosensors the corresponding experimental studies are necessary. Computational experiments could very well replace very expensive physical ones. However, the multi-step character of a chemical reaction scheme must be considered and modeled accordingly. In this thesis such reaction schemes were studied in great details. Original mathematical models were developed for optical peroxidase-based and amperometric laccase-based biosensors. The deterministic nature of model construction allows the automated models to be built. Based on this assumption flexible model for computational modeling of different practical multistep biosensors was developed. In order to optimize the numerical solution of the reaction-diffusion type equations common finite difference schemes were compared. The comparison shows that the fastest schemes to achieve the required relative error are implicit and Hopscotch schemes. For the problems where accuracy is not a significant factor but the speed is, the simplest explicit scheme should be used. Applying the new flexible model a computational modeling of the multi-step biosensors were produced. The modeling of laccase biosensor explained and confirmed the synergistic effect. The computational modeling of the... [to full text]