Глобальная пандемия создала острую потребность в экспресс-тестах, которые могут диагностировать наличие вируса SARS-CoV-2, патогена, вызывающего COVID-19, и отличить его от других респираторных вирусов. Исследователи из Японии продемонстрировали новую систему для идентификации распространенных респираторных патогенов с использованием алгоритма машинного обучения. Работа, опубликованная в журнале ACS Sensors, приведет к быстрым и точным скрининговым тестам на COVID-19 и грипп.
Ученые из Университета Осаки представили новую систему, использующую кремниевые нанопоры. Они остаточно чувствительные, чтобы обнаруживать даже одиночную вирусную частицу, используя алгоритм машинного обучения.
К слою нитрида кремния толщиной всего 50 нм, ученые добавили крошечные нанопоры. Когда к раствору прикладывается разное напряжение тока с обеих сторон пластины, ионы проходят через нанопоры в процессе электрофореза.
Движение ионов можно отслеживать по генерируемому ими току. Когда вирусная частица входит в нанопору, она блокирует прохождение некоторых ионов, что приводит к кратковременному провалу тока. Каждый угол наклона отражает физические свойства частицы — такие как ее объем, поверхностный заряд и форма. Эти показатели можно использовать для определения типа вируса.
Естественное изменение физических свойств вирусных частиц ранее препятствовало реализации этого подхода. Но используя машинное обучение, команда создала алгоритм классификации для идентификации новых образцов. «Объединив одночастичное зондирование нанопор с искусственным интеллектом, мы смогли добиться высокоточной идентификации нескольких видов вирусов», — объясняет старший автор исследования, Макусу Цуцуи.
Команда считает, что коронавирусы особенно хорошо подходят для этого метода. Их шипастые внешние белки даже позволяют классифицировать разные штаммы по отдельности.
По сравнению с другими быстрыми вирусными тестами, такими как ПЦР или скрининг на основе антител, новый метод намного быстрее и не требует дорогостоящих реагентов.
Читать также
Ледник «Судного дня» оказался опаснее, чем думали ученые. Рассказываем главное
Ученые обнаружили в Австралии двух новых млекопитающих
Добровольная смерть. Рассказываем, как работает процедура эвтаназии во всем мире
