Mathematical Modeling of Biosensors: An Introduction for Chemists and Mathematicians

این کتاب توسعه و مدل‌سازی حسگرهای زیستی را از دیدگاه شیمیایی و ریاضی ارائه می‌کند. این شامل روش های مدل سازی منحصر به فرد برای حسگرهای زیستی کاتالیستی (آمپرومتریک، پتانسیومتر و نوری) است. فرآیندهایی را که در لایه‌های حسگرها و در سطح مشترک آنها اتفاق می‌افتد را بررسی می‌کند و روش‌های تحلیلی و عددی را برای حل معادلات جنبشی و انتشار آنزیمی ارائه می‌کند. عمل حسگرهای زیستی تک آنزیمی و پلی آنزیمی مورد مطالعه قرار می‌گیرد و مدل‌سازی حسگرهای زیستی که حاوی غشاهای سوراخ‌دار و پروفایل‌های حمل و نقل جرم چندبخشی هستند به‌طور انتقادی مورد بررسی قرار می‌گیرد. علاوه بر این، به طور کامل توضیح داده شده است که چگونه سیگنال ها می توانند به صورت بیوشیمیایی تقویت شوند، چگونه آبشارهای تبدیل سوبسترای آنزیمی ایجاد می شوند، و چگونه سیگنال ها از طریق رویکرد شیمی سنجی و شبکه های عصبی مصنوعی پردازش می شوند. نتایج مدل‌سازی دیجیتال با راه‌حل‌های تحلیلی پروگزیمال و داده‌های تجربی مقایسه می‌شوند.

This book presents biosensor development and modeling from both a chemical and a mathematical point of view. It contains unique modeling methods for catalytical (amperometric, potentiometer and optical) biosensors. It examines processes that occur in the sensors' layers and at their interface, and it provides analytical and numerical methods to solve enzymatic kinetic and diffusion equations. The action of single enzyme as well as polyenzyme biosensors is studied, and the modeling of biosensors that contain perforated membranes and multipart mass transport profiles is critically investigated. Furthermore, it is fully described how signals can be biochemically amplified, how cascades of enzymatic substrate conversion are triggered, and how signals are processed via a chemometric approach and artificial neuronal networks. The results of digital modeling are compared with both proximal analytical solutions and experimental data.