用于冠状病毒检测的人工智能纳米孔的工作原理
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大阪大学的研究人员开发了一种新的高度敏感的SARS-CoV-2病毒测试，该测试利用人工智能和纳米孔技术的融合，可以实现 COVID 的快速即时检测。
由大阪大学 SANKEN（科学与工业研究所）领导的一组科学家证明，可以使用机器学习准确识别穿过纳米孔的单个病毒颗粒。他们创建的测试平台非常敏感，可以区分导致普通感冒、SARS、MERS 和 COVID 的冠状病毒。这项工作可能会导致对 COVID 和其他病毒性疾病进行快速、便携和准确的筛查测试。
全球冠状病毒大流行揭示了快速病原体筛查的迫切需求。然而，目前检测RNA病毒（包括导致 COVID 的病毒 SARS-CoV-2）的金标准是逆转录聚合酶链反应 (RT-PCR) 检测。虽然准确，但这种方法相对较慢，这阻碍了控制爆发所需的及时干预。
现在，由大阪大学领导的科学家们开发了一种智能纳米孔系统，可用于检测 SARS-CoV-2 病毒颗粒。使用机器学习方法，该平台可以准确区分导致不同呼吸道疾病的类似大小的冠状病毒。“我们的创新技术具有很高的灵敏度，甚至可以电识别单个病毒颗粒，”第一作者 Masateru Taniguchi 教授说。使用该平台，研究人员能够在短短五分钟内使用临床唾液样本实现 SARS-CoV-2 检测的 90% 的灵敏度和 96% 的特异性。
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为了制造该装置，将直径仅为 300 纳米的纳米孔钻入氮化硅膜中。当病毒被电泳力拉过纳米孔时，开口被部分堵塞。这暂时降低了纳米孔内的离子流，这被检测为电流的变化。作为时间函数的电流提供了关于被分析目标的体积、结构和表面电荷的信息。然而，为了解释可能小至几纳安的细微信号，需要机器学习。该团队使用 40 个 PCR 阳性和 40 个 PCR 阴性唾液样本来训练算法。
“我们希望这项研究能够实现对 SARS-CoV-2 的快速护理点和筛查测试，而无需提取 RNA，”Masateru Taniguchi 教授解释说。“像这种用户友好且非侵入性的方法更适合在医院立即诊断并在人群聚集的地方进行筛查。” 完整的测试平台由服务器上的机器学习软件、便携式高精度电流测量仪和具有成本效益的半导体纳米孔模块组成。通过使用机器学习方法，研究人员预计该系统可以适用于未来新发传染病的检测。该团队希望这种方法将彻底改变公共卫生和疾病控制。
