大阪大学研发出智能纳米孔系统 能够在5分钟内识别各种冠状病毒

2021年06月21日 18:51 次阅读 稿源:大阪大学 条评论

由大阪大学科学与工业研究所领导的一个科学家团队证明,通过一个纳米孔的单个病毒颗粒可以通过机器学习精确识别。他们创建的测试平台非常敏感,可以区分普通感冒、SARS、MERS和COVID的冠状病毒。这项工作可能导致对COVID - 19和其他病毒性疾病进行快速、便携和准确的筛查检测。

全球冠状病毒大流行揭示了快速病原体筛选的关键需求。然而,目前检测RNA病毒(包括导致COVID的SARS-CoV-2病毒)的金标准是逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)检测。这种方法虽然准确,但速度相对较慢,阻碍了控制疫情所需的及时干预。

现在,由大阪大学领导的科学家开发了一种智能纳米孔系统,可以用于检测SARS-CoV-2病毒颗粒。通过使用机器学习方法,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。第一作者Masateru Taniguchi教授说:“我们的创新技术具有很高的灵敏度,甚至可以通过电流识别单个病毒颗粒。”利用这个平台,研究人员能够在短短5分钟内通过临床唾液样本实现对SARS-CoV-2的检测灵敏度为90%,特异性为96%。

为了制造这种设备,在氮化硅薄膜上钻孔了直径只有300纳米的纳米孔。当病毒被电泳力拉过纳米孔时,开口部分被堵塞。这暂时减少了纳米孔内的离子流动,这被检测为电流的变化。电流作为时间的函数提供了被分析目标的体积、结构和表面电荷的信息。然而,要解释这些细微的信号(可能只有几毫安),就需要机器学习。该团队使用了40个pcr阳性和40个pcr阴性的唾液样本来训练算法。

“我们希望这项研究能够在不需要提取RNA的情况下,对SARS-CoV-2进行快速的即时护理和筛选测试,”谷口正捷教授解释说。“这样一种用户友好、非侵入性的方法更适合在医院和人群聚集的地方进行即时诊断和筛查。”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性价比高的半导体纳米孔模块组成。通过使用一种机器学习的方法,研究人员希望该系统能够在未来用于检测新出现的传染病。该小组希望这种方法将彻底改变公共卫生和疾病控制。

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