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.
Обнаружение одиночных вирусных частиц с использованием твердотельной нанопоры. Предоставлено: Университет Осаки.
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.
Journal information