由大阪大學科學與工業研究所領導的一個科學家團隊證明，通過一個納米孔的單個病毒顆粒可以通過機器學習精確識別。他們創建的測試平台非常敏感，可以區分普通感冒、SARS、MERS和COVID的冠狀病毒。這項工作可能導致對COVID
– 19和其他病毒性疾病進行快速、便攜和準確的篩查檢測。
全球冠狀病毒大流行揭示了快速病原體篩選的關鍵需求。然而，目前檢測RNA病毒(包括導致COVID的SARS-CoV-2病毒)的金標準是逆轉錄-聚合酶鏈反應(RT-PCR)檢測。這種方法雖然準確，但速度相對較慢，阻礙了控制疫情所需的及時干預。
現在，由大阪大學領導的科學家開發了一種智能納米孔系統，可以用於檢測SARS-CoV-2病毒顆粒。通過使用機器學習方法，該平台可以準確區分導致不同呼吸道疾病的類似大小的冠狀病毒。第一作者Masateru
Taniguchi教授說:“我們的創新技術具有很高的靈敏度，甚至可以通過電流識別單個病毒顆粒。”利用這個平台，研究人員能夠在短短5分鐘內通過臨床唾液樣本實現對SARS-CoV-2的檢測靈敏度為90%，特異性為96%。
為了製造這種設備，在氮化硅薄膜上鑽孔了直徑只有300納米的納米孔。當病毒被電泳力拉過納米孔時，開口部分被堵塞。這暫時減少了納米孔內的離子流動，這被檢測為電流的變化。電流作為時間的函數提供了被分析目標的體積、結構和表面電荷的信息。然而，要解釋這些細微的信號(可能只有幾毫安)，就需要機器學習。該團隊使用了40個pcr陽性和40個pcr陰性的唾液樣本來訓練算法。
“我們希望這項研究能夠在不需要提取RNA的情況下，對SARS-CoV-2進行快速的即時護理和篩選測試，”谷口正捷教授解釋說。“這樣一種用戶友好、非侵入性的方法更適合在醫院和人群聚集的地方進行即時診斷和篩查。”完整的測試平台由服務器上的機器學習軟件、便攜式高精度電流測量儀和性價比高的半導體納米孔模塊組成。通過使用一種機器學習的方法，研究人員希望該系統能夠在未來用於檢測新出現的傳染病。該小組希望這種方法將徹底改變公共衛生和疾病控制。