Сидорова В. Ю. Биосенсоры в животноводстве и области их применения // Научная жизнь. 2025. Т. 20. Вып. 1 (139). С. 77-83. DOI: 10.35679/1991-9476-2025-20-1-77-83

Сидорова Виктория Юрьевна, д-р с.-х. наук, гл. науч. сотр. лаборатории инновационных технологий и технических средств кормления в животноводстве, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»: Россия, 109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, 5.

Тел.: (916) 863-83-78
E-mail: gdi20071@yandex.ru

Введение. Актуальность исследования связана с применением различных видов датчиков-сенсоров в скотоводстве для контроля эффективности использования инновационных роботизированных систем кормления, содержания, размножения, разведения и ухода за сельскохозяйственными животными. Цель исследования – определить природу функционирования электронных биодатчиков и условия эффективности их применения на фермах молочного и мясного крупного рогатого скота. Методы исследования – сбора и анализа научной информации, а также имитационного моделирования продолжительности производственных процессов на фермах крупного рогатого скота, технических фермерских робосистем и их моделей. Результаты исследований. Применение для их контроля уникальных возможностей аналого-цифровых био-нейро-девайсов, в число которых входят биосенсоры, связано с тем, что они позволяют с высокой эффективностью решать ряд интеллектуальных задач, например, распознавания образов, адаптивного управления, прогнозирования, диагностики и т. д, то есть определяют характеристики изменения формы, цвета, химико-физических характеристик животных. Наши исследования показали, что возможности применения биосенсоров для использования цифровых моделей в скотоводстве и создания различных видов логических моделей технических систем применяются в основном для следующих видов интеллектуального оборудования: определения изменения формы, качества и структуры биообъектов на основе параметров предметов; определения терморегуляции окружающей среды; сохранения экологической безопасности окружающей среды. Заключение. В перспективе биосенсоры будут находить свое применение не только в системах обработки сигналов, но и в методах прогноза и диагностики, что делает их особенно привлекательными для интеллектуальных систем нейро-кибирнетики и механотроники, с использованием логических элементов моделей Маккалоха, Розенблата, Хопфилда, в сочетании с такими формами нейро-информационной техники как когнитроны, нейроБИСы, электронные приложения и платформы, и т. д.

сенсоры, биодатчики, фермы молочного и мясного скота, роботизированные системы кормления, содержания, размножения, разведения и ухода за сельскохозяйственными животными

Список литературы:

1. Авдеева Л. В. Биохимия / Л. В. Авдеева, Е. С. Северин. – Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2015 – 759 c.
2. Kilic T. Electrochemical Detection of a Cancer Biomarker mir-21 in Cell Lysates Using Graphene Modified Sensors / T. Kilic, A. Erdem, Y. Erac [и др.] // Electroanalysis. – 2015 – V. 27, iss. 2 – Pp. 317-326.
3. Ren X. Nanosheet Au/Co3O4-based ultrasensitive nonenzymatic immunosensor for melanoma adhesion molecule antigen / X. Ren, T. Yan, Y. Zhang [et al.] // Biosensors and bioelectronics. – 2014 – V. 58 – P. 345-350.
4. Jia H. Ultrasensitive electrochemical immunosensor for squamous cell carcinoma antigen detection using lamellar montmorillonite-gold nanostructures as signal amplification / H. Jia, P. Gao, H. Ma [et al.] // Talanta. – 2015. – V. 132. – P. 803-808.
5. Teixeira S. Novel single-wall carbon nanotube screen-printed electrode as an immunosensor for human chorionic gonadotropin / S. Teixeira, R. S. Conlan, O. J. Guy, M. G. F. Sales // Electrochimica Acta. – 2014 – V. 136 – P. 323-329.
6. Бурункова Ю. Э., Самуйлова Е. О. Сенсорные системы и материалы. – СПб: ИТМО, 2023. – 117 с.
7. Liu L. A label-free amperometric immunosensor for detection of zearalenone based on trimetallic Au-core / AgPt-shell nanorattles and mesoporous carbon / L. Liu, Y. Chao, W. Cao [et al.] // Analytica Chimica Acta. – 2014. – V. 847. – P. 29-36.
8. Braiek M. An Electrochemical immunosensor for Detection of Staphylococcus aureus Bacteria Based on Immobilization of Antibodies on Self-Assembled Monolayers - Functionalized Gold Electrode / M. Braiek, K. B. Rokbani, A. Chrouda [et al.] // Biosensors. – 2012 – V. 2, iss. 4 – P. 417-426.
9. Ma C. 3D origami electrochemical immunodevice for sensitive point-of-care testing based on dual-signal amplification strategy / C. Ma, W. Li, Q. Kong [et al.] // Biosensors & bioelectronics. – 2015. – V. 63. – P. 7-13.
10. Wei F. Serum creating detection by a conducting-polymer-based electrochemical sensor to identify allograft dysfunction / F. Wei, S. Cheng, Y. Korin [et al.] // Analytical chemistry. – 2012 – V. 84, iss. 18. – P. 7933–7937.
11. Park J. ZnO nanorod matrix based electrochemical immunosensors for sensitivity enhanced detection of Legionella pneumophila / J. Park, X. You, Y. Jang [et al.] // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2014. – V. 200, – P. 173-180.
12. Tertiş M. A novel label-free immunosensor based on activated graphene oxide for acetaminophen detection / M. Tertiş, O. Hosu, L. Fritea [et al.] // Electroanalysis. – 2015. – V. 27, iss. 3. – P. 638-647.
13. Scheller F. W. Frontiers in Biosensorics I: Fundamental Aspects / F. W. Scheller, Fl. Schubert, J. Fedrowitz. – Basel: Birkhäuser Basel, 2013. – 290 p.
14. Biosensors for security and bioterrorism applications / ed. D. P. Nikolelis, G.-P. Nikoleli. – Switzerland: Springer, 2016. – 508 p.
15. Черноиванов В. И., Толоконников Г. К. Биомашсистемы – исторический аспект / В. И. Черноиванов, Г. К. Толоконников // Техника и оборудование для села. – 2022. – № 1 (295). – С. 2-7.
16. Сидорова В. Ю., Иванов Ю. А., Петров Е. Б. Использование сенсорных моделей для решения инженерных задач в животноводстве / В. Ю. Сидорова, Ю. А. Иванов, Е. Б. Петров // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. – 2020. – № 1 (38). – С. 40-42.

THE BIOSENSORS AND THEIR APPLICATIONS IN LIVESTOCK

Sidorova Victoria Yurievna, Dr. of Agr. Sci., Chief Researcher, Federal scientific agroengineering center of VIM, Moscow, Russia.

Keywords: sensors, bio-sensors, dairy and beef cattle farms, farm animals, feeding, keeping, breeding, breeding and caring robotic systems.

Abstract. Introduction. The relevance of this study is related to various types of cattle breeding’s sensors for innovative robotic systems for farm animals’ feeding, keeping, breeding, raising and caring use effectiveness monitoring. The purpose of this study is the electronic bio–sensors’ nature functioning and the conditions for their use effectiveness on dairy and beef farms determining. Research methods – collection and analysis of scientific information, as well as duration of producing processes on cattle farms, technical robosystems and their models’ simulating. This research results. The analog-digital bio-neuro devices unique capabilities use for their control, including biosensors, is due to the fact that they allow to solve a number of intellectual tasks with high efficiency, for example, pattern recognition, adaptive control, prediction, diagnostics, etc., that is, they the animals’ characteristics of shape, color, chemical and physical characteristics determining. Our research has shown that the possibilities of biosensors using for the systems are mainly used for of digital models in cattle breeding and the creation of various types of logical models of technical the following types of intelligent equipment: determining changes in the shape, quality and structure of biological objects using based on the objects’ parameters; the environment thermoregulation determining; the environment environmental safety of the preserving. Conclusion. In the future, biosensors will find their application not only in signal’s processing systems, but also in prediction and diagnostical methods, that makes them especially attractive for intelligent systems of neuro-cybernetics and mechanotronics, logical elements of McCulloch, Rosenblatt, Hopfield models using, in combination with such forms of neuro-information technology as cognitrons, neurobioses, electronic applications and platforms, etc.