streszczenie pl - Wydział Chemiczny Politechniki Warszawskiej

mgr inż. Anna Kutyła-Olesiuk
Wydział Chemiczny Politechniki Warszawskiej
Zakład Mikrobioanalityki
Streszczenie rozprawy doktorskiej
Elektrochemiczne matryce czujnikowe
do rozpoznawania próbek biologicznych
Promotor: prof. dr hab. Wojciech Wróblewski
Promotor pomocniczy: dr inż. Patrycja Ciosek
Rozprawa doktorska w postaci spójnego tematycznie cyklu artykułów przedstawia
wyniki badań dotyczących możliwości zastosowania systemów typu elektroniczny język do
rozróżnienia i klasyfikacji próbek rzeczywistych: farmaceutycznych, środowiskowych,
spożywczych i biotechnologicznych.
Elektroniczny język jest to nowoczesny system analityczny, który może być
wykorzystywany do analizy ilościowej i jakościowej próbek ciekłych. Składa się z dwóch
części: matrycy częściowo selektywnych czujników oraz bloku rozpoznawania obrazu.
Działanie takiego systemu nawiązuje do zmysłu smaku u ssaków. W naturalnych warunkach
receptorami odpowiedzialnymi za wstępną analizę znaczących cech próbki są kubki
smakowe. Następnie sygnał jest przenoszony przez układ nerwowy i poddawany wnikliwej
analizie przez mózg. W przypadku elektronicznego języka rolę receptorów spełniają czujniki,
a analiza odbywa się za pomocą oprogramowania komputerowego wyposażonego
w różnorodne procedury numeryczne. W literaturze można odnaleźć szereg prac
wykorzystujących
sensory
elektrochemiczne
(potencjometryczne,
amperometryczne),
masowe czy optyczne oraz zróżnicowane techniki chemometryczne, takie jak Analiza
Głównych Składowych (PCA), Regresja Metodą Cząstkowych Najmniejszych Kwadratów
(PLS) oraz sieci neuronowe różnego rodzaju: Sieci Neuronowe ze Wsteczną Propagacją
Błędu (BPNN), Samoorganizujące Sieci Neuronowe (SOM). Wśród analizowanych obiektów
można wyróżnić próbki spożywcze, farmaceutyczne, środowiskowe, biotechnologiczne,
kliniczne, a dzięki zastosowanemu systemowi możliwe jest znalezienie różnic, potwierdzenie
autentyczności czy też określenie właściwości próbki na etapie produkcji bądź kontroli
jakości.
Ważnym zagadnieniem rozpatrywanym w związku z matrycami czujnikowymi jest
fuzja danych pomiarowych, czyli stworzenie hybrydowego elektronicznego języka. Takie
rozwiązanie pozwala na uzyskanie lepszego rozróżnienia i poprawniejszej klasyfikacji niż
w przypadku układów wykorzystujących jeden typ czujników.
W pracy opisano zastosowanie elektronicznego języka do rozpoznawania wybranych
próbek biologicznych. Za pomocą matrycy klasycznych elektrod jonoselektywnych
przeprowadzono rozróżnienie próbek czystych substancji leczniczych oraz preparatów
zawierających substancje maskujące i modyfikujące smak. Z powodzeniem określono
trwałość takich modyfikacji, a także ich wpływ na obraz chemiczny substancji czystych.
Kolejnym etapem była analiza możliwości użycia zminiaturyzowanego potencjometrycznego
elektronicznego języka jako narzędzia do badania bioróżnorodności. W tym celu wykonano
badania akumulacji jonów ołowiu w różnych częściach liścia kukurydzy. Wysoki stopień
trudności analizy próbek biologicznych (skomplikowany skład, duża liczba związków
organicznych czy brak możliwości wyboru jednego parametru umożliwiającego ocenę różnic
czy podobieństw pomiędzy badanymi obiektami) wymusza konieczność projektowania
hybrydowych matryc czujnikowych. Dlatego w dalszej części pracy wykorzystano takie
systemy do oceny wpływu sposobu obróbki wstępnej na właściwości suszy owocowych.
Przeprowadzono analizę jakościową i ilościową próbek, porównując odpowiedzi matryc
czujnikowych z danymi uzyskanymi za pomocą panelu ludzkiego. Ostatnią częścią pracy była
kontrola
procesów
biotechnologicznych
(monitoring
produkcji
piwa
oraz
kwasu
cytrynowego). Hybrydowy elektroniczny język został zastosowany jako narzędzie do
określenia postępu hodowli, jak i do wykrycia infekcji mikrobiologicznej.
Wyniki badań świadczą o wielkości potencjalnych zastosowań elektrochemicznych
matryc czujnikowych do rozpoznawania próbek biologicznych. Układy tego typu mogą być
zastosowane na etapie produkcji oraz kontroli jakości farmaceutyków, podczas oceny stanu
środowiska i stopnia zanieczyszczenia metalami ciężkimi. Hybrydowy elektroniczny język
z powodzeniem można wykorzystać także do oceny właściwości produktów spożywczych
oraz do monitoringu fermentacji. Informacje uzyskane za pomocą takiego systemu mogą
uzupełniać dotychczas przeprowadzane analizy o nowe dane, niezbędne do określenia jakości
produktu, a także wyeliminować stosowanie subiektywnego panelu ludzkiego.