AI解密奈米粒子:早期疾病檢測的重大突破
深層奈米測量技術(Deep Nanometry, DNM)是一項結合高速光學檢測與AI驅動噪音降低的創新技術,讓研究人員能夠發現如細胞外囊泡(EVs)這類稀有的奈米粒子。由於EVs在疾病檢測中扮演重要角色,DNM有望徹底改變癌症的早期診斷。這項技術的應用不僅限於醫療領域,更在疫苗研究與環境科學中展現出巨大的潛力。
來自東京大學等機構的研究團隊開發了這項尖端技術,它結合了先進的光學技術與AI驅動的噪音去除演演算法。這項技術利用無監督深度學習,能夠快速且精確地檢測醫療樣本中的奈米粒子。透過識別微量稀有粒子,DNM已展現出其在檢測細胞外囊泡方面的潛力——這些微小的生物標記可能是結腸癌早期徵兆的訊號。研究人員希望這項突破能進一步應用於其他醫療與工業領域。
人體內充滿了比細胞更微小的粒子,包括細胞外囊泡(EVs)。這些微小粒子在早期疾病檢測與藥物傳遞中扮演關鍵角色。然而,由於EVs極為稀有,傳統上要在數百萬個其他粒子中識別它們,需要耗時且昂貴的前處理過程。為瞭解決這一挑戰,東京大學先端科學技術研究中心的研究員巖本雄一郎與其團隊開發了一種更快、更可靠的EVs檢測方法,讓我們離更高效且普及的疾病診斷更近一步。
巖本表示:「傳統的檢測技術通常受限於處理量,難以在短時間內可靠地檢測稀有粒子。為此,我們開發了深層奈米測量技術(DNM),這是一種新的奈米粒子檢測裝置,並結合無監督深度學習的噪音降低方法來提升其靈敏度。這使得高處理量成為可能,從而能夠檢測如EVs這類稀有粒子。」
DNM的核心在於其能夠檢測小至30奈米(十億分之一米)的粒子,同時每秒可檢測超過10萬個粒子。傳統的高速檢測工具雖然能捕捉到強訊號,但弱訊號可能會被忽略,而DNM則能成功捕捉這些微弱訊號。這就好比在波濤洶湧的海洋中尋找一艘小船——如果海浪平息,海洋恢復平靜,尋找小船就會變得容易許多。AI元件在這方面發揮了重要作用,它學習了海浪的特性,從而幫助過濾掉這些幹擾。
這項技術可擴充套件至依賴粒子檢測的多種臨床診斷,並在疫苗開發與環境監測等領域具有潛力。此外,基於AI的訊號去噪技術也可應用於電訊號等其他領域。
巖本表示:「DNM的開發對我來說是一段非常個人的旅程。這不僅是一項科學進步,也是對我已故母親的致敬,她啟發了我對癌症早期檢測的研究。我們的夢想是讓拯救生命的診斷技術更快、更普及地應用於每個人。」
參考文獻:Yuichiro Iwamoto, Benjamin Salmon, Yusuke Yoshioka, Ryosuke Kojima, Alexander Krull 與 Sadao Ota 於2025年2月20日發表於《Nature Communications》的「High throughput analysis of rare nanoparticles with deep-enhanced sensitivity via unsupervised denoising」,DOI: 10.1038/s41467-025-56812-y。