大阪大学 使用固态纳米孔检测单个病毒颗粒
学分:大阪大学 当前的全球大流行迫切需要快速检测，以诊断导致新冠肺炎的病原体——非典病毒的存在，并将其与其他呼吸道病毒区分开来
现在，来自日本的研究人员展示了一种新的系统，该系统使用机器学习算法对硅纳米孔中的电流变化进行训练，从而对常见的呼吸道病原体进行单病毒体识别
这项工作可能导致快速和准确的疾病筛查测试，如新冠肺炎和流感
在本月发表在《美国化学学会传感器》杂志上的一项研究中，大阪大学的科学家引入了一种新系统，该系统使用硅纳米孔，其灵敏度足以在与机器学习算法结合时检测到哪怕一个病毒粒子
在这种方法中，一个只有50纳米厚的氮化硅层悬浮在硅晶片上，添加了微小的纳米孔，它们本身的直径只有300纳米
当电压差施加到晶片两侧的溶液上时，离子在一个叫做电泳的过程中穿过纳米孔
离子的运动可以通过它们产生的电流来监测，当病毒颗粒进入纳米孔时，它会阻止一些离子通过，导致电流短暂下降
每一次倾斜都反映了粒子的物理性质，如体积、表面电荷和形状，因此它们可以用来识别病毒的种类
病毒粒子物理性质的自然变化先前已经阻碍了这种方法的实施，然而，使用机器学习，研究小组构建了一种分类算法，该算法使用来自已知病毒的信号进行训练，以确定新样本的身份
“通过将单粒子纳米孔传感与人工智能相结合，我们能够实现对多种病毒物种的高度准确识别，”资深作者马库苏·楚翠解释道
计算机可以辨别人眼无法识别的电流波形差异，从而实现高度准确的病毒分类
除了冠状病毒，该系统还用类似的病原体进行了测试——呼吸道合胞病毒、腺病毒、甲型流感和乙型流感
该团队认为冠状病毒特别适合这种技术，因为它们尖锐的外部蛋白质甚至可以让不同的菌株被分开分类
“这项工作将有助于开发一种优于传统病毒检测方法的病毒检测试剂盒，”最后一位作者河井友治说
与聚合酶链反应或基于抗体的筛查等其他快速病毒检测相比，新方法速度快得多，并且不需要昂贵的试剂，这可能会提高对导致新冠肺炎等传染病的新出现病毒颗粒的诊断检测
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