eng
Выпуск #5/2023
Б. Л. Мильман, И. К. Журкович
Карта аналитики – 2022: миниатюрные приборы, COVID 19, микропластик, глубокая эвтектика
Карта аналитики – 2022: миниатюрные приборы, COVID 19, микропластик, глубокая эвтектика
Просмотры: 622
doi.org/10.22184/2227-572X.2023.13.5.360.365
Эта публикация – шестая в серии статей, содержащих результаты регулярного мониторинга развития аналитической химии. Передовые области (фронты) исследований традиционно соотносятся с группами высокоцитируемых профильных публикаций, часто цитируемых (социтируемых) совместно. В 2022 году, как и в предыдущие годы, продолжались интенсивные исследования, связанные с медикализацией и миниатюризацией химического анализа (сенсорные и микрофлюидные устройства). Многие работы направлены на обнаружение патогенов, в том числе вируса COVID 19. К экологически значимым направлениям работ принадлежат определение микропластика и экстракция глубокими эвтектическими растворителями. Применение спектрометрии ионной подвижности дополняет широкое распространение хромато-масс-спектрометрии.
Эта публикация – шестая в серии статей, содержащих результаты регулярного мониторинга развития аналитической химии. Передовые области (фронты) исследований традиционно соотносятся с группами высокоцитируемых профильных публикаций, часто цитируемых (социтируемых) совместно. В 2022 году, как и в предыдущие годы, продолжались интенсивные исследования, связанные с медикализацией и миниатюризацией химического анализа (сенсорные и микрофлюидные устройства). Многие работы направлены на обнаружение патогенов, в том числе вируса COVID 19. К экологически значимым направлениям работ принадлежат определение микропластика и экстракция глубокими эвтектическими растворителями. Применение спектрометрии ионной подвижности дополняет широкое распространение хромато-масс-спектрометрии.
Теги: analytical chemistry covid 19 deep eutectic solvents ion mobility spectrometry microfluidics microplastics research fronts scientometrics sensors аналитическая химия глубокие эвтектические растворители микропластик микрофлюидика наукометрия сенсоры спектрометрия ионной подвижности фронты исследований
Карта аналитики – 2022: миниатюрные приборы,
COVID‑19, микропластик,
глубокая эвтектика
Б. Л. Мильман, д. х. н. 1, 2, И. К. Журкович, к. х. н. 1
Эта публикация – шестая в серии статей, содержащих результаты регулярного мониторинга развития аналитической химии. Передовые области (фронты) исследований традиционно соотносятся с группами высокоцитируемых профильных публикаций, часто цитируемых (социтируемых) совместно. В 2022 году, как и в предыдущие годы, продолжались интенсивные исследования, связанные с медикализацией и миниатюризацией химического анализа (сенсорные и микрофлюидные устройства). Многие работы направлены на обнаружение патогенов, в том числе вируса COVID‑19. К экологически значимым направлениям работ принадлежат определение микропластика и экстракция глубокими эвтектическими растворителями. Применение спектрометрии ионной подвижности дополняет широкое распространение хромато-масс-спектрометрии.
Ключевые слова: аналитическая химия, наукометрия, фронты исследований, сенсоры, микрофлюидика, COVID‑19, микропластик, глубокие эвтектические растворители, спектрометрия ионной подвижности
Все, кто активно занимается научной работой, так или иначе следят за развитием науки. Стандартная практика – просмотр журналов, материалов конференций и сайтов в своей области. В последние годы возможности мониторинга науки возросли. Современная информатика позволяет выделить те исследования, которые в наибольшей степени определяют развитие научной сферы. При этом степень влияния/воздействия тех или иных работ оценивается по количеству (индексу) их цитирования в последующих публикациях.
Углубленная статистика ссылок позволяет выявить не только отдельные важные публикации, но и сформировавшиеся направления интенсивного развития науки и технологии на их переднем крае. Это «горячие» области или фронты исследований. Их основу составляют группы статей, которые не только часто цитируются в отдельности, но и цитируются совместно (социтируются) в одних и тех же последующих публикациях. В этом проявляется общая закономерность: работы общей тематики и высокой значимости часто социтируются.
В последние годы такого рода наукометрией занимается американская компания Clarivate совместно с институтами Академии наук КНР. Результат этой работы – ежегодные отчеты, информирующие о новых «горячих» областях во всех основных науках; последний отчет – «Фронты исследований – 2022» [1]. Совместно анализируется вся значимая периодическая научная литература, результаты распределяются по отдельным разделам. Химическим исследованиям соответствует раздел «Химия и наука о материалах». Как и в других науках, здесь выявляют 10 (или несколько больше) фронтов исследований, которые базируются на высокоцитируемых и высокосоцитируемых публикациях шести последних лет, предшествующих 2022 году, и ссылках на эти работы.
Указанные отчеты очень важны, но они отражают развитие далеко не всех разделов химии и других специальностей, хотя бы потому, что этих разделов гораздо больше, чем основных наук (рассматривается 11 областей), между которыми распределяют статьи – лидеры цитирования и социтирования. «Не везет», в частности, аналитической химии, где проявляются некоторые важные направления исследований, но, в целом, уровни цитирования в аналитике чаще всего оказываются ниже, чем в других, «конкурирующих», областях, покрываемых американо-китайским мониторингом. Своеобразное восстановление справедливости – цель наших публикаций, в которых мы самостоятельно выявляем высокоцитируемые и высокосоцитируемые статьи в аналитике и определяем «горячие» области соответствующих исследований [2–6].
Настоящая статья продолжает эту серию работ и характеризует направления исследований переднего края в области аналитической химии в 2022 году. Выводы общенаучного мониторинга (американо-китайские отчеты) также приняты во внимание.
Методология
Методика исследования опубликована в предшествующих статьях [2–6] и, по существу, оставлена без изменений. Выбрано 100 профильных статей (точнее, 102 публикации), наиболее цитируемых в период 2017–2021 годов. При этом использован список основных журналов по аналитической химии и статей в них за указанный период времени (опубликован в июне 2022 года [7]). Работы из выборки 102 статей были сгруппированы нами по степени их социтирования в 2022 году, другими словами, по показателю их тематического сходства. Ранее чаще всего мы использовали порог значимого социтирования, равный трем совместным ссылкам, в этой работе – четырем (за единичными исключениями). Выбор порога социтирования означает пренебрежение слабыми его значениями и появление кластеров (высокоцитируемых) публикаций, внутри которых каждая из статей связана хотя бы с одной другой прочной (надпорогововой) связью социтирования. Суммы слабых связей соединяют кластеры между собой.
В 2022 году появилось 11 таких кластеров, каждый из которых, вместе с соответствующими цитируемыми статьями, образует отдельный фронт (направление) исследований (рис. 1, табл. 1). Эти направления могут быть близки или отдалены тематически, что показывает карта аналитики, на которой родственные направления работ связаны сильнее (рис. 1).
Суперкластер
миниатюрных приборов
На карте аналитики‑2023 (рис. 1) можно увидеть, что большинство «горячих» направлений связано с малыми приборами – химическими сенсорами и микрофлюидными устройствами. Эти области аналитики – постоянно «в топе», начиная с первого года нашего мониторинга (2012 год [2]). Как правило, сенсоры и микрофлюидика представлены несколькими фронтами, как и в этом году. Если сравнивать с предыдущим анализом (карта 2020 года [6]), то, несмотря на новые цитируемые и цитирующие статьи, тематика во многом повторилась. Так, в добавление к широкому/общему направлению исследований в области сенсорики (фронт № 1, рис. 1), вновь представлены сравнительно большими фронтами углеродные квантовые точки (фронт № 3) и носимые сенсоры (фронт № 4). Работы в последней области развивают новые способы медицинской диагностики (рис. 2). Трехмерная (№ 9) и бумажная (№ 6) микрофлюидика также проявлялись как самостоятельные области в двух последних мониторингах [5, 6].
Наша карта аналитики и подобные ей карты науки отражают прежде всего развитие научных исследований и начальные этапы технологических разработок. За ними в наукоемких отраслях промышленности следует полноценное развитие технологии и организация производства. Обзоры рынков показывают, что технология миниатюрных аналитических приборов – сенсоров и микрофлюидики – достигла достаточно высокого уровня, и эти приборы находят широкий спрос в медицине. Так, мировые продажи электрохимических биосенсоров в 2022 и 2023 годах оценены суммами 15,9 и 16,9 млрд долл. соответственно [9]. Глобальный рынок микрофлюидных устройств еще шире: 21,7 млрд долл. в 2021 году с перспективой роста более 20% в год [10].
Масштаб этих продаж можно оценить, если сравнить ситуацию с рынками традиционных аналитических приборов, например хроматографов. Их продажи скромнее: 8,7 млрд долл. в 2020 году, уровень 15,3 млрд будет достигнут только в 2030 году. [11]. Далее, трудно переоценить значение масс-спектрометров, но их рынок еще меньше: 5,9 млрд долл. в 2020 году и прогноз 12,7 млрд в 2030 году [12].
Проведенное сравнение носит, конечно, условный характер, поскольку «большие» и миниприборы имеют различную стоимость, у них разные сегменты рынка и т. д. В любом случае, размеры продаж показывают, что новая миниатюрная техника пользуется широким спросом, демонстрирующим значение аналитики в медицинской диагностике и мониторинге состояния здоровья.
Сенсоры против COVID‑19
Пандемия COVID‑19 затронула все стороны современной цивилизации. Помимо огромной смертности, в немалой степени пострадали экономика и социальная сфера, вынужденно изменилась жизнь большинства населения планеты. Появилось множество проблем, и научные организации не осталась в стороне от их решения. Широкие исследования, например, посвящены различным аспектам распространения вируса SARS-CoV‑2. Многие из таких работ, понятно, оказались передовыми и попали в списки фронтов разных наук 2022 года [1]. В первую очередь это относится к биомедицине. Так, в области клинической медицины 24 из 27 фронтов принадлежат к рассматриваемой теме (основное направление – «безопасность и эффективность вакцины против COVID‑19»). В биологии к тематике COVID‑19 принадлежат 17 из 21 фронта. Своя роль проявилась у экологии и наук об окружающей среде. По четырем основным направлениям представлены исследования, связанные с попаданием вирусов в медицинские отходы и сточные воды и способами нейтрализации этих отходов.
Химические науки проявляются здесь в меньшей, но также очень важной степени. В американо-китайских отчетах указаны новые фронты «быстрое обнаружение вируса COVID‑19, используя химический сенсор» (2021 год [13]) и «технология электрохимической сенсорики, используемая для обнаружения вируса-возбудителя COVID‑19» (2022 год [1]). Это перекликается с нашими результатами наукометрического мониторинга, где электрохимические и биосенсоры (вместе с родственными техниками) занимают основное место. Для обсуждаемого вируса нет отдельного кластера, но самое большое направление № 1 (табл. 1) включает две высокоцитируемые статьи 2020 года [14, 15], связанные с разными методами обнаружения COVID‑19, и 14 публикаций 2022 года, цитирующих по меньшей мере две статьи этого направления. Продемонстрированы, например, весьма большие возможности быстрого выявления коронавируса с использованием электрохимических биосенсоров на основе наноматериалов. Для них характерны неинвазивность, чувствительность, достаточная селективность, способность обеспечивать результаты в режиме реального времени при минимальных затратах [16].
Загрязнение микропластиком
Передовых направлений развития аналитики, непосредственно не связанных с медициной и малыми приборами, не так много, но они есть. Среди них (табл. 1) определение микропластика – нового, умеренно опасного вида загрязнений окружающей среды, как водных объектов, так и суши. Первый небольшой фронт в этой области был зафиксирован два года назад [6], сейчас он резко вырос в размерах и стал вторым по величине. Это соответствует постоянному росту публикаций в этой области [17].
Значимые исследования воздействия микропластика, не всегда прямо связанные с аналитикой, также были выявлены в результате общенаучного мониторинга ряда последних лет (2016–17, 2020–22 годы [1, 13, 18–20]).
Глубокие эвтектические растворители
Второй фронт, не относящийся непосредственно к малым аналитическим приборам, связан с глубокими эвтектическими растворителями [21]. Так называют легкоплавкие смеси малолетучих химических соединений; их использование в качестве экстрагентов отвечает задачам «зеленой» химии (нет потерь растворителей при испарении). По свойствам они подобны популярным ионным жидкостям (фронты аналитики 2014 и 2016 годов [3, 4]), но обходятся дешевле и, по-видимому, менее токсичны. В 2022 году эта тематика проявилась достаточно большим единым направлением (шесть цитируемых работ, табл. 1), тогда как ранее – отдельными высокоцитируемыми статьями (в 2016 и 2018 годах). Упоминавшийся общенаучный анализ литературы (работы Clarivate и китайских соавторов) здесь также оказался результативным, выделив направление «Глубокие эвтектические растворители и их применение» в 2018 году [22].
Другие результаты и выводы
В заключение следует указать на небольшой фронт исследований в области спектрометрии ионной подвижности (СИП, № 10, табл. 1). Это направление, однако, далеко не последнее по своему значению. Блок СИП встраивается в хромато-масс-спектрометры и способствует большей селективности определения аналитов в их смесях и более надежной идентификации этих соединений [23]. Такое направление работ было выделено и двумя годами ранее [6].
Метод СИП удачно применяется в нецелевом химическом анализе в дополнение к масс-спектрометрии и хроматографии. Эти техники определяли многие предыдущие направления исследований, отраженные нашим мониторингом, такие как протеомика и метаболомика [6]. Сейчас зафиксированы лишь отдельные высокоцитируемые публикации, связанные с этими методами; массовые направления соответствующих работ отсутствуют. Тем не менее, нет никаких оснований считать, что значимость масс-спектрометрии и хроматографии в химическом и биохимическом анализе падает. Отсутствие специальных фронтов здесь разумно связать с ограничениями применяемого мониторинга (цитируемые статьи – только по аналитической химии). В реальности произошло распространение этих методов на самые разные объекты исследования и сферы научной деятельности, что сопровождалось рассеянием публикаций по разным наукам и их разделам. В журналы по аналитике, учитываемые нами, попадает уже не так много хроматографических и масс-спектрометрических статей, связанных с единым направлением исследований.
Исследования в области метаболомики и протеомики, вначале опиравшиеся на развитие хроматографии и масс-спектрометрии и поэтому часто отраженные журналами по аналитике, сейчас в большей степени касаются биологии и медицины и поэтому попадают преимущественно в биомедицинские издания. Химическая сенсорика и микрофлюидика, не менее важные для медицины, еще продолжают совершенствоваться как аналитические методы и поэтому не исчезают с карт аналитики. Пандемия COVID‑19 повысила потребность в этих быстрых и достаточно дешевых методах мониторинга патогенной среды. Неослабевающее внимание к экологии и соответственно «зеленой» химии определяет высокую актуальность работ по аналитике микропластика и экстракции эвтектическими растворителями.
Продолжение мониторинга аналитики следует…
Литература
2022 Research Fronts.
URL: https://discover.clarivate.com/2022ResearchFronts_EN.
Мильман Б., Журкович И. Аналитика и биоаналитика на картах науки. АНАЛИТИКА. 2013; (2):34–41.
Мильман Б., Журкович И. Аналитика‑2014: «горячие» области глобальных исследований. АНАЛИТИКА. 2015; (4):56–62.
Мильман Б. Л., Журкович И. К. Новые рапорты с фронтов науки: наноматериалы, микрофлюидика, протеомика. АНАЛИТИКА. 2017; (5):30–33.
Мильман Б. Л., Островидова Е. В., Журкович И. К. Химия‑2018. Новые «горячие» области исследований. АНАЛИТИКА. 2019; 9(4):314–319.
Мильман Б. Л., Луговкина Н. В., Журкович И. К. Передовые исследования в химии. 2012–2020 годы. АНАЛИТИКА. 2021; 11(5): 402–408.
Google Scholar Metrics.
URL: https://scholar.google.ru/citations?view_op=top_venues&hl=ru&vq=chm_analyticalchemistry.
Sempionatto J. R., Lasalde-Ramírez J.A., Mahato K., Wang J., Gao W. Wearable chemical sensors for biomarker discovery in the omics era. Nat. Rev. Chem. 2022; 6(12):899–915.
Global electrochemical biosensors market overview.
URL: https://www.marketresearchfuture.com/reports/electrochemical-biosensors-market‑2792.
Microfluidic Devices Market Research 2031. URL: https://www.alliedmarketresearch.com/microfluidic-devices-market-A17085.
Chromatography Market Overview 2030. URL: https://www.alliedmarketresearch.com/chromatography-market-A13099.
Mass Spectrometry Market Overview. URL: https://www.alliedmarketresearch.com/mass-spectrometry-market.
Research Fronts 2021. URL: https://discover.clarivate.com/ResearchFronts2021_EN.
Ravi N., Cortade D. L., Ng E., Wang S. X. Diagnostics for SARS-CoV‑2 detection: A comprehensive review of the FDA-EUA COVID‑19 testing landscape. Biosens. Bioelectron. 2020; 165:112454.
Chen Z., Zhang Z., Zhai X., Li Y., Lin L., Zhao H., Bian L., Li P., Yu L., Wu Y., Lin G. Rapid and sensitive detection of anti-SARS-CoV‑2 IgG, using lanthanide-doped nanoparticles-based lateral flow immunoassay. Anal. Chem. 2020; 92(10): 7226–7231.
Naikoo G. A., Arshad F., Hassan I. U., Awan T., Salim H., Pedram M. Z., Ahmed W., Patel V., Karakoti A. S., Vinu A. Nanomaterials-based sensors for the detection of COVID-19: A review. Bioeng. Transl. Med. 2022; 7(3): e10305.
He D., Bristow K., Filipović V., Lv J., He H. Microplastics in terrestrial ecosystems: a scientometric analysis. Sustainability. 2020; 12(20): 8739.
Research fronts 2016. URL: http://www.casisd.cn/zkcg/zxcg/201706/P020170630548078477885.pdf.
Research fronts 2017. URL: https://panel.gelisim.edu.tr/assets/2018/dokumanlar/Research-Fronts‑2017-EN-final_9a67f8da96f444ea964a67b2251f23d3.pdf.
2020 Research Fronts. URL: http://english.casisd.cn/research/rp/202011/P020201115257647013713.pdf.
Shishov A., Bulatov A., Locatelli M., Carradori S., Andruch V. Application of deep eutectic solvents in analytical chemistry. A review. Microchem. J. 2017; (135): 33–38.
2018 Research Fronts. URL: http://english.casisd.cn/research/rp/201812/P020181226516012285926.pdf.
Мильман Б. Л., Журкович И. К. Новое в методологии химической идентификации. Ж. аналит. хим. 2024; 79 (в печати).
References
2022 Research Fronts.
URL: https://discover.clarivate.com/2022ResearchFronts_EN.
Milman B., Zhurkovich I. Analytics and bioanalytics on maps of science. Analytics. 2013; (2):34–41.
Milman B., Zhurkovich I. Analytics‑2014: hot fields of global research. Analytics. 2015; (4):56–62.
Milman B. L., Zhurkovich I. K. New reports from the fronts of science: nanomaterials, microfluidics, proteomics. Analytics. 2017; (5):30–33.
Milman B. L., Ostrovidova E. V., Zhurkovich I. K. Chemistry‑2018. New hot research fields. Analytics. 2019; 9(4):314–319.
Milman B. L., Lugovkina N. V., Zhurkovich I. K. Front research in chemistry. 2012–2020. Analytics. 2021; 11(5): 402–408.
Google Scholar Metrics.
URL: https://scholar.google.ru/citations?view_op=top_venues&hl=ru&vq=chm_analyticalchemistry.
Sempionatto J. R., Lasalde-Ramírez J.A., Mahato K., Wang J., Gao W. Wearable chemical sensors for biomarker discovery in the omics era. Nat. Rev. Chem. 2022; 6(12):899–915.
Global electrochemical biosensors market overview.
URL: https://www.marketresearchfuture.com/reports/electrochemical-biosensors-market‑2792.
Microfluidic Devices Market Research 2031. URL: https://www.alliedmarketresearch.com/microfluidic-devices-market-A17085.
Chromatography Market Overview 2030. URL: https://www.alliedmarketresearch.com/chromatography-market-A13099.
Mass Spectrometry Market Overview. URL: https://www.alliedmarketresearch.com/mass-spectrometry-market.
Research Fronts 2021. URL: https://discover.clarivate.com/ResearchFronts2021_EN.
Ravi N., Cortade D. L., Ng E., Wang S. X. Diagnostics for SARS-CoV‑2 detection: A comprehensive review of the FDA-EUA COVID‑19 testing landscape. Biosens. Bioelectron. 2020; 165:112454.
Chen Z., Zhang Z., Zhai X., Li Y., Lin L., Zhao H., Bian L., Li P., Yu L., Wu Y., Lin G. Rapid and sensitive detection of anti-SARS-CoV‑2 IgG, using lanthanide-doped nanoparticles-based lateral flow immunoassay. Anal. Chem. 2020; 92(10): 7226–7231.
Naikoo G. A., Arshad F., Hassan I. U., Awan T., Salim H., Pedram M. Z., Ahmed W., Patel V., Karakoti A. S., Vinu A. Nanomaterials-based sensors for the detection of COVID-19: A review. Bioeng. Transl. Med. 2022; 7(3): e10305.
He D., Bristow K., Filipović V., Lv J., He H. Microplastics in terrestrial ecosystems: a scientometric analysis. Sustainability. 2020; 12(20): 8739.
Research fronts 2016. URL: http://www.casisd.cn/zkcg/zxcg/201706/P020170630548078477885.pdf.
Research fronts 2017. URL: https://panel.gelisim.edu.tr/assets/2018/dokumanlar/Research-Fronts‑2017-EN-final_9a67f8da96f444ea964a67b2251f23d3.pdf.
2020 Research Fronts. URL: http://english.casisd.cn/research/rp/202011/P020201115257647013713.pdf.
Shishov A., Bulatov A., Locatelli M., Carradori S., Andruch V. Application of deep eutectic solvents in analytical chemistry. A review. Microchem. J. 2017; (135): 33–38.
2018 Research Fronts. URL: http://english.casisd.cn/research/rp/201812/P020181226516012285926.pdf.
Milman B.L, Zhurkovich I. K. New in the procedure of chemical identification. J. Anal. Chem. 2024. 79 (in print).
Статья поступила в редакцию 26.08.2023
Принята к публикации 18.09.2023
COVID‑19, микропластик,
глубокая эвтектика
Б. Л. Мильман, д. х. н. 1, 2, И. К. Журкович, к. х. н. 1
Эта публикация – шестая в серии статей, содержащих результаты регулярного мониторинга развития аналитической химии. Передовые области (фронты) исследований традиционно соотносятся с группами высокоцитируемых профильных публикаций, часто цитируемых (социтируемых) совместно. В 2022 году, как и в предыдущие годы, продолжались интенсивные исследования, связанные с медикализацией и миниатюризацией химического анализа (сенсорные и микрофлюидные устройства). Многие работы направлены на обнаружение патогенов, в том числе вируса COVID‑19. К экологически значимым направлениям работ принадлежат определение микропластика и экстракция глубокими эвтектическими растворителями. Применение спектрометрии ионной подвижности дополняет широкое распространение хромато-масс-спектрометрии.
Ключевые слова: аналитическая химия, наукометрия, фронты исследований, сенсоры, микрофлюидика, COVID‑19, микропластик, глубокие эвтектические растворители, спектрометрия ионной подвижности
Все, кто активно занимается научной работой, так или иначе следят за развитием науки. Стандартная практика – просмотр журналов, материалов конференций и сайтов в своей области. В последние годы возможности мониторинга науки возросли. Современная информатика позволяет выделить те исследования, которые в наибольшей степени определяют развитие научной сферы. При этом степень влияния/воздействия тех или иных работ оценивается по количеству (индексу) их цитирования в последующих публикациях.
Углубленная статистика ссылок позволяет выявить не только отдельные важные публикации, но и сформировавшиеся направления интенсивного развития науки и технологии на их переднем крае. Это «горячие» области или фронты исследований. Их основу составляют группы статей, которые не только часто цитируются в отдельности, но и цитируются совместно (социтируются) в одних и тех же последующих публикациях. В этом проявляется общая закономерность: работы общей тематики и высокой значимости часто социтируются.
В последние годы такого рода наукометрией занимается американская компания Clarivate совместно с институтами Академии наук КНР. Результат этой работы – ежегодные отчеты, информирующие о новых «горячих» областях во всех основных науках; последний отчет – «Фронты исследований – 2022» [1]. Совместно анализируется вся значимая периодическая научная литература, результаты распределяются по отдельным разделам. Химическим исследованиям соответствует раздел «Химия и наука о материалах». Как и в других науках, здесь выявляют 10 (или несколько больше) фронтов исследований, которые базируются на высокоцитируемых и высокосоцитируемых публикациях шести последних лет, предшествующих 2022 году, и ссылках на эти работы.
Указанные отчеты очень важны, но они отражают развитие далеко не всех разделов химии и других специальностей, хотя бы потому, что этих разделов гораздо больше, чем основных наук (рассматривается 11 областей), между которыми распределяют статьи – лидеры цитирования и социтирования. «Не везет», в частности, аналитической химии, где проявляются некоторые важные направления исследований, но, в целом, уровни цитирования в аналитике чаще всего оказываются ниже, чем в других, «конкурирующих», областях, покрываемых американо-китайским мониторингом. Своеобразное восстановление справедливости – цель наших публикаций, в которых мы самостоятельно выявляем высокоцитируемые и высокосоцитируемые статьи в аналитике и определяем «горячие» области соответствующих исследований [2–6].
Настоящая статья продолжает эту серию работ и характеризует направления исследований переднего края в области аналитической химии в 2022 году. Выводы общенаучного мониторинга (американо-китайские отчеты) также приняты во внимание.
Методология
Методика исследования опубликована в предшествующих статьях [2–6] и, по существу, оставлена без изменений. Выбрано 100 профильных статей (точнее, 102 публикации), наиболее цитируемых в период 2017–2021 годов. При этом использован список основных журналов по аналитической химии и статей в них за указанный период времени (опубликован в июне 2022 года [7]). Работы из выборки 102 статей были сгруппированы нами по степени их социтирования в 2022 году, другими словами, по показателю их тематического сходства. Ранее чаще всего мы использовали порог значимого социтирования, равный трем совместным ссылкам, в этой работе – четырем (за единичными исключениями). Выбор порога социтирования означает пренебрежение слабыми его значениями и появление кластеров (высокоцитируемых) публикаций, внутри которых каждая из статей связана хотя бы с одной другой прочной (надпорогововой) связью социтирования. Суммы слабых связей соединяют кластеры между собой.
В 2022 году появилось 11 таких кластеров, каждый из которых, вместе с соответствующими цитируемыми статьями, образует отдельный фронт (направление) исследований (рис. 1, табл. 1). Эти направления могут быть близки или отдалены тематически, что показывает карта аналитики, на которой родственные направления работ связаны сильнее (рис. 1).
Суперкластер
миниатюрных приборов
На карте аналитики‑2023 (рис. 1) можно увидеть, что большинство «горячих» направлений связано с малыми приборами – химическими сенсорами и микрофлюидными устройствами. Эти области аналитики – постоянно «в топе», начиная с первого года нашего мониторинга (2012 год [2]). Как правило, сенсоры и микрофлюидика представлены несколькими фронтами, как и в этом году. Если сравнивать с предыдущим анализом (карта 2020 года [6]), то, несмотря на новые цитируемые и цитирующие статьи, тематика во многом повторилась. Так, в добавление к широкому/общему направлению исследований в области сенсорики (фронт № 1, рис. 1), вновь представлены сравнительно большими фронтами углеродные квантовые точки (фронт № 3) и носимые сенсоры (фронт № 4). Работы в последней области развивают новые способы медицинской диагностики (рис. 2). Трехмерная (№ 9) и бумажная (№ 6) микрофлюидика также проявлялись как самостоятельные области в двух последних мониторингах [5, 6].
Наша карта аналитики и подобные ей карты науки отражают прежде всего развитие научных исследований и начальные этапы технологических разработок. За ними в наукоемких отраслях промышленности следует полноценное развитие технологии и организация производства. Обзоры рынков показывают, что технология миниатюрных аналитических приборов – сенсоров и микрофлюидики – достигла достаточно высокого уровня, и эти приборы находят широкий спрос в медицине. Так, мировые продажи электрохимических биосенсоров в 2022 и 2023 годах оценены суммами 15,9 и 16,9 млрд долл. соответственно [9]. Глобальный рынок микрофлюидных устройств еще шире: 21,7 млрд долл. в 2021 году с перспективой роста более 20% в год [10].
Масштаб этих продаж можно оценить, если сравнить ситуацию с рынками традиционных аналитических приборов, например хроматографов. Их продажи скромнее: 8,7 млрд долл. в 2020 году, уровень 15,3 млрд будет достигнут только в 2030 году. [11]. Далее, трудно переоценить значение масс-спектрометров, но их рынок еще меньше: 5,9 млрд долл. в 2020 году и прогноз 12,7 млрд в 2030 году [12].
Проведенное сравнение носит, конечно, условный характер, поскольку «большие» и миниприборы имеют различную стоимость, у них разные сегменты рынка и т. д. В любом случае, размеры продаж показывают, что новая миниатюрная техника пользуется широким спросом, демонстрирующим значение аналитики в медицинской диагностике и мониторинге состояния здоровья.
Сенсоры против COVID‑19
Пандемия COVID‑19 затронула все стороны современной цивилизации. Помимо огромной смертности, в немалой степени пострадали экономика и социальная сфера, вынужденно изменилась жизнь большинства населения планеты. Появилось множество проблем, и научные организации не осталась в стороне от их решения. Широкие исследования, например, посвящены различным аспектам распространения вируса SARS-CoV‑2. Многие из таких работ, понятно, оказались передовыми и попали в списки фронтов разных наук 2022 года [1]. В первую очередь это относится к биомедицине. Так, в области клинической медицины 24 из 27 фронтов принадлежат к рассматриваемой теме (основное направление – «безопасность и эффективность вакцины против COVID‑19»). В биологии к тематике COVID‑19 принадлежат 17 из 21 фронта. Своя роль проявилась у экологии и наук об окружающей среде. По четырем основным направлениям представлены исследования, связанные с попаданием вирусов в медицинские отходы и сточные воды и способами нейтрализации этих отходов.
Химические науки проявляются здесь в меньшей, но также очень важной степени. В американо-китайских отчетах указаны новые фронты «быстрое обнаружение вируса COVID‑19, используя химический сенсор» (2021 год [13]) и «технология электрохимической сенсорики, используемая для обнаружения вируса-возбудителя COVID‑19» (2022 год [1]). Это перекликается с нашими результатами наукометрического мониторинга, где электрохимические и биосенсоры (вместе с родственными техниками) занимают основное место. Для обсуждаемого вируса нет отдельного кластера, но самое большое направление № 1 (табл. 1) включает две высокоцитируемые статьи 2020 года [14, 15], связанные с разными методами обнаружения COVID‑19, и 14 публикаций 2022 года, цитирующих по меньшей мере две статьи этого направления. Продемонстрированы, например, весьма большие возможности быстрого выявления коронавируса с использованием электрохимических биосенсоров на основе наноматериалов. Для них характерны неинвазивность, чувствительность, достаточная селективность, способность обеспечивать результаты в режиме реального времени при минимальных затратах [16].
Загрязнение микропластиком
Передовых направлений развития аналитики, непосредственно не связанных с медициной и малыми приборами, не так много, но они есть. Среди них (табл. 1) определение микропластика – нового, умеренно опасного вида загрязнений окружающей среды, как водных объектов, так и суши. Первый небольшой фронт в этой области был зафиксирован два года назад [6], сейчас он резко вырос в размерах и стал вторым по величине. Это соответствует постоянному росту публикаций в этой области [17].
Значимые исследования воздействия микропластика, не всегда прямо связанные с аналитикой, также были выявлены в результате общенаучного мониторинга ряда последних лет (2016–17, 2020–22 годы [1, 13, 18–20]).
Глубокие эвтектические растворители
Второй фронт, не относящийся непосредственно к малым аналитическим приборам, связан с глубокими эвтектическими растворителями [21]. Так называют легкоплавкие смеси малолетучих химических соединений; их использование в качестве экстрагентов отвечает задачам «зеленой» химии (нет потерь растворителей при испарении). По свойствам они подобны популярным ионным жидкостям (фронты аналитики 2014 и 2016 годов [3, 4]), но обходятся дешевле и, по-видимому, менее токсичны. В 2022 году эта тематика проявилась достаточно большим единым направлением (шесть цитируемых работ, табл. 1), тогда как ранее – отдельными высокоцитируемыми статьями (в 2016 и 2018 годах). Упоминавшийся общенаучный анализ литературы (работы Clarivate и китайских соавторов) здесь также оказался результативным, выделив направление «Глубокие эвтектические растворители и их применение» в 2018 году [22].
Другие результаты и выводы
В заключение следует указать на небольшой фронт исследований в области спектрометрии ионной подвижности (СИП, № 10, табл. 1). Это направление, однако, далеко не последнее по своему значению. Блок СИП встраивается в хромато-масс-спектрометры и способствует большей селективности определения аналитов в их смесях и более надежной идентификации этих соединений [23]. Такое направление работ было выделено и двумя годами ранее [6].
Метод СИП удачно применяется в нецелевом химическом анализе в дополнение к масс-спектрометрии и хроматографии. Эти техники определяли многие предыдущие направления исследований, отраженные нашим мониторингом, такие как протеомика и метаболомика [6]. Сейчас зафиксированы лишь отдельные высокоцитируемые публикации, связанные с этими методами; массовые направления соответствующих работ отсутствуют. Тем не менее, нет никаких оснований считать, что значимость масс-спектрометрии и хроматографии в химическом и биохимическом анализе падает. Отсутствие специальных фронтов здесь разумно связать с ограничениями применяемого мониторинга (цитируемые статьи – только по аналитической химии). В реальности произошло распространение этих методов на самые разные объекты исследования и сферы научной деятельности, что сопровождалось рассеянием публикаций по разным наукам и их разделам. В журналы по аналитике, учитываемые нами, попадает уже не так много хроматографических и масс-спектрометрических статей, связанных с единым направлением исследований.
Исследования в области метаболомики и протеомики, вначале опиравшиеся на развитие хроматографии и масс-спектрометрии и поэтому часто отраженные журналами по аналитике, сейчас в большей степени касаются биологии и медицины и поэтому попадают преимущественно в биомедицинские издания. Химическая сенсорика и микрофлюидика, не менее важные для медицины, еще продолжают совершенствоваться как аналитические методы и поэтому не исчезают с карт аналитики. Пандемия COVID‑19 повысила потребность в этих быстрых и достаточно дешевых методах мониторинга патогенной среды. Неослабевающее внимание к экологии и соответственно «зеленой» химии определяет высокую актуальность работ по аналитике микропластика и экстракции эвтектическими растворителями.
Продолжение мониторинга аналитики следует…
Литература
2022 Research Fronts.
URL: https://discover.clarivate.com/2022ResearchFronts_EN.
Мильман Б., Журкович И. Аналитика и биоаналитика на картах науки. АНАЛИТИКА. 2013; (2):34–41.
Мильман Б., Журкович И. Аналитика‑2014: «горячие» области глобальных исследований. АНАЛИТИКА. 2015; (4):56–62.
Мильман Б. Л., Журкович И. К. Новые рапорты с фронтов науки: наноматериалы, микрофлюидика, протеомика. АНАЛИТИКА. 2017; (5):30–33.
Мильман Б. Л., Островидова Е. В., Журкович И. К. Химия‑2018. Новые «горячие» области исследований. АНАЛИТИКА. 2019; 9(4):314–319.
Мильман Б. Л., Луговкина Н. В., Журкович И. К. Передовые исследования в химии. 2012–2020 годы. АНАЛИТИКА. 2021; 11(5): 402–408.
Google Scholar Metrics.
URL: https://scholar.google.ru/citations?view_op=top_venues&hl=ru&vq=chm_analyticalchemistry.
Sempionatto J. R., Lasalde-Ramírez J.A., Mahato K., Wang J., Gao W. Wearable chemical sensors for biomarker discovery in the omics era. Nat. Rev. Chem. 2022; 6(12):899–915.
Global electrochemical biosensors market overview.
URL: https://www.marketresearchfuture.com/reports/electrochemical-biosensors-market‑2792.
Microfluidic Devices Market Research 2031. URL: https://www.alliedmarketresearch.com/microfluidic-devices-market-A17085.
Chromatography Market Overview 2030. URL: https://www.alliedmarketresearch.com/chromatography-market-A13099.
Mass Spectrometry Market Overview. URL: https://www.alliedmarketresearch.com/mass-spectrometry-market.
Research Fronts 2021. URL: https://discover.clarivate.com/ResearchFronts2021_EN.
Ravi N., Cortade D. L., Ng E., Wang S. X. Diagnostics for SARS-CoV‑2 detection: A comprehensive review of the FDA-EUA COVID‑19 testing landscape. Biosens. Bioelectron. 2020; 165:112454.
Chen Z., Zhang Z., Zhai X., Li Y., Lin L., Zhao H., Bian L., Li P., Yu L., Wu Y., Lin G. Rapid and sensitive detection of anti-SARS-CoV‑2 IgG, using lanthanide-doped nanoparticles-based lateral flow immunoassay. Anal. Chem. 2020; 92(10): 7226–7231.
Naikoo G. A., Arshad F., Hassan I. U., Awan T., Salim H., Pedram M. Z., Ahmed W., Patel V., Karakoti A. S., Vinu A. Nanomaterials-based sensors for the detection of COVID-19: A review. Bioeng. Transl. Med. 2022; 7(3): e10305.
He D., Bristow K., Filipović V., Lv J., He H. Microplastics in terrestrial ecosystems: a scientometric analysis. Sustainability. 2020; 12(20): 8739.
Research fronts 2016. URL: http://www.casisd.cn/zkcg/zxcg/201706/P020170630548078477885.pdf.
Research fronts 2017. URL: https://panel.gelisim.edu.tr/assets/2018/dokumanlar/Research-Fronts‑2017-EN-final_9a67f8da96f444ea964a67b2251f23d3.pdf.
2020 Research Fronts. URL: http://english.casisd.cn/research/rp/202011/P020201115257647013713.pdf.
Shishov A., Bulatov A., Locatelli M., Carradori S., Andruch V. Application of deep eutectic solvents in analytical chemistry. A review. Microchem. J. 2017; (135): 33–38.
2018 Research Fronts. URL: http://english.casisd.cn/research/rp/201812/P020181226516012285926.pdf.
Мильман Б. Л., Журкович И. К. Новое в методологии химической идентификации. Ж. аналит. хим. 2024; 79 (в печати).
References
2022 Research Fronts.
URL: https://discover.clarivate.com/2022ResearchFronts_EN.
Milman B., Zhurkovich I. Analytics and bioanalytics on maps of science. Analytics. 2013; (2):34–41.
Milman B., Zhurkovich I. Analytics‑2014: hot fields of global research. Analytics. 2015; (4):56–62.
Milman B. L., Zhurkovich I. K. New reports from the fronts of science: nanomaterials, microfluidics, proteomics. Analytics. 2017; (5):30–33.
Milman B. L., Ostrovidova E. V., Zhurkovich I. K. Chemistry‑2018. New hot research fields. Analytics. 2019; 9(4):314–319.
Milman B. L., Lugovkina N. V., Zhurkovich I. K. Front research in chemistry. 2012–2020. Analytics. 2021; 11(5): 402–408.
Google Scholar Metrics.
URL: https://scholar.google.ru/citations?view_op=top_venues&hl=ru&vq=chm_analyticalchemistry.
Sempionatto J. R., Lasalde-Ramírez J.A., Mahato K., Wang J., Gao W. Wearable chemical sensors for biomarker discovery in the omics era. Nat. Rev. Chem. 2022; 6(12):899–915.
Global electrochemical biosensors market overview.
URL: https://www.marketresearchfuture.com/reports/electrochemical-biosensors-market‑2792.
Microfluidic Devices Market Research 2031. URL: https://www.alliedmarketresearch.com/microfluidic-devices-market-A17085.
Chromatography Market Overview 2030. URL: https://www.alliedmarketresearch.com/chromatography-market-A13099.
Mass Spectrometry Market Overview. URL: https://www.alliedmarketresearch.com/mass-spectrometry-market.
Research Fronts 2021. URL: https://discover.clarivate.com/ResearchFronts2021_EN.
Ravi N., Cortade D. L., Ng E., Wang S. X. Diagnostics for SARS-CoV‑2 detection: A comprehensive review of the FDA-EUA COVID‑19 testing landscape. Biosens. Bioelectron. 2020; 165:112454.
Chen Z., Zhang Z., Zhai X., Li Y., Lin L., Zhao H., Bian L., Li P., Yu L., Wu Y., Lin G. Rapid and sensitive detection of anti-SARS-CoV‑2 IgG, using lanthanide-doped nanoparticles-based lateral flow immunoassay. Anal. Chem. 2020; 92(10): 7226–7231.
Naikoo G. A., Arshad F., Hassan I. U., Awan T., Salim H., Pedram M. Z., Ahmed W., Patel V., Karakoti A. S., Vinu A. Nanomaterials-based sensors for the detection of COVID-19: A review. Bioeng. Transl. Med. 2022; 7(3): e10305.
He D., Bristow K., Filipović V., Lv J., He H. Microplastics in terrestrial ecosystems: a scientometric analysis. Sustainability. 2020; 12(20): 8739.
Research fronts 2016. URL: http://www.casisd.cn/zkcg/zxcg/201706/P020170630548078477885.pdf.
Research fronts 2017. URL: https://panel.gelisim.edu.tr/assets/2018/dokumanlar/Research-Fronts‑2017-EN-final_9a67f8da96f444ea964a67b2251f23d3.pdf.
2020 Research Fronts. URL: http://english.casisd.cn/research/rp/202011/P020201115257647013713.pdf.
Shishov A., Bulatov A., Locatelli M., Carradori S., Andruch V. Application of deep eutectic solvents in analytical chemistry. A review. Microchem. J. 2017; (135): 33–38.
2018 Research Fronts. URL: http://english.casisd.cn/research/rp/201812/P020181226516012285926.pdf.
Milman B.L, Zhurkovich I. K. New in the procedure of chemical identification. J. Anal. Chem. 2024. 79 (in print).
Статья поступила в редакцию 26.08.2023
Принята к публикации 18.09.2023
Отзывы читателей
