Please use this identifier to cite or link to this item: http://rep.btsau.edu.ua/handle/BNAU/16746
Title: Convergence of Artificial Intelligence in Biotechnology: Innovations and Prospects
Other Titles: Конвергенція штучного інтелекту в біонанотехнології: інновації та перспективи
Authors: Bityutskyy, Volodymyr
Бітюцький, Володимир Семенович
Tsekhmistrenko, Svitlana
Цехмістренко, Світлана Іванівна
Tymoshok, Natalia
Тимошок, Наталя Олександрівна
Melnichenko, Alexandr
Мельниченко, Олександр Миколайович
Yekimov, Sergey
Якимов, Сергій
Šálková, Daniela
Салкова, Даніела
Spivak, Mykola
Співак, Микола Якович
Kishko, Karina
Кишко, Каріна Миколаївна
Keywords: artificial intelligence;штучний інтелект;machine learning deep learning;машинне навчання;bionanotechnology;біонанотехнології;green synthesis;зелений синтез;microorganisms;мікроорганізми;nanoparticles;наночастинки;digital twins;цифрові двійники;environmental safety;екологічна безпека;Safe-by-Design.;Safe-by-Design
Issue Date: 2025
Citation: Convergence of Artificial Intelligence in Biotechnology: Innovations and Prospects / V. S. Bityutskyy, S. I. Tsekhmistrenko, N. O. Tymoshok [et al.] // Microbiological journal, 2025 (6).- P. 86–106. https://doi.org/10.15407/microbiolj87.06.086
Abstract: Convergence of artificial intelligence with bionanotechnology shifts the «green» microbial synthesis of nanoparticles from an empirical approach to rational, data-driven design, enhancing reproducibility and technological maturity of the processes. Th e aim of this work was to summarize current knowledge and outline the role of AI, machine learning, and deep learning methods in multifactorial optimization of biosynthesis conditions, prediction of nanoparticle proper- ties prior to their production, guided self-assembly and engineering of producer strains, as well as in ensuring the safety of nanomaterials in line with the Safe-by-Design concept. Methods. Publications from 2020—2025 in PubMed, ACM, ScienceDirect, Google Scholar, and Scilit databases were analyzed, applying double screening and thematic synthesis. It was established that the use of AI significantly reduces the number of experiments, enables coordinated control of process parameters, ensures transfer of synthesis conditions between laboratory and pilot-scale setups, and allows ex-ante pre- diction of nanoparticle stability, bioactivity, and antimicrobial action. In particular, for La-doped ZnO nanoparticles, model accuracy reached R² ≈ 0.96. A promising direction is programmed self-assembly of nanoscale structures, algorithmic selection of surface functionalization, and control of the protein «corona», which determines biocompatibility and immune response. Another important result is the unification of toxicological data and improvement of regulatory compliance of products owing to explainable AI methods and integration with real-time process analytical control, as well as process design with quality built in from the outset. Th us, the convergence of artificial intelligence and «green» microbial synthesis establishes a platform for precision engineering of biogenic nanomaterials with predictable proper- ties, where strategic success depends on high-quality data, algorithm transparency, and interdisciplinary collaboration.
Description: Інтеграція штучного інтелекту з біонанотехнологією переводить «зелений» мікробний синтез наночастинок від емпіричного підходу до раціонального дано-керованого проєктування, підвищуючи відтворюваність і технологічну зрілість процесів. Метою роботи було узагальнити сучасні дані та окреслити роль методів AI, машинного та глибинного навчання в багатофакторній оптимізації умов біосинтезу, передбаченні властивостей наночастинок до їх одержання, керованій самозбірці й інженерії штамів-продуцентів, а також у забезпеченні безпечності наноматеріалів відповідно до концепції Safe-by-Design. Методи. Для цього було проаналізовано публікації 2020–2025 років у базах PubMed, ACM, ScienceDirect, Google Scholar та Scilit, проведено подвійний скринінг та тематичний синтез. Встановлено, що використання AI дозволяє суттєво зменшити кількість експериментів, узгоджено керувати параметрами процесу, забезпечувати перенесення умов синтезу між лабораторними і пілотними установками, а також здійснювати ex-ante прогноз стабільності, біоактивності та антимікробної дії наночастинок, зокрема для La-допованих ZnO наночастинок точність моделей сягала R²≈0,96. Перспективним напрямом є програмована самозбірка нанорозмірних структур, алгоритмічний підбір функціоналізації поверхні та контроль білкової «корони», що визначає біосумісність і імунну відповідь. Важливими результатами є також уніфікація токсикологічних даних і підвищення регуляторної придатності продукції завдяки методам пояснюваного AI та інтеграції з аналітичним контролем процесу в реальному часі та проєктування процесу так, щоб якість була закладена із самого початку. Таким чином, конвергенція штучного інтелекту та «зеленого» мікробного синтезу формує платформу прецизійної інженерії біогенних наноматеріалів із прогнозованими властивостями, де стратегічний успіх залежить від якісних даних, прозорості алгоритмів та міждисциплінарної співпраці.
URI: http://rep.btsau.edu.ua/handle/BNAU/16746
metadata.dc.identifier.udc: 004.8:57.08:620.3
Appears in Collections:Наукові публікації

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
konverhentsiia_shtuchnoho_intelektu_v_bionanotekhnolohii.pdf480,38 kBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.