测序人类基因组经过了13年，耗资十亿美元，这是一项重大的科学项目，开启了医学的新纪元。今天基因测序科技方面的进步，让同样的工作能以更少的费用在更短的时间内完成。未来的科技能将这项工作的完成时间削减到仅仅几秒。
　　基于纳米孔的基因测序是第三代测序技术，能提供快速的疾病诊断和个人化医疗服务，有进一步改善医疗保健的潜力。方法越高效越好。虽然一些公司已经开始将这项技术商业化，但仍有一些障碍需要克服。
　　目前使用的一种纳米孔方法主要基于生物材料。该方法使用了膜蛋白复合物，它们有能力识别个体和长链核苷酸。不幸的是，因为测序需要，纳米孔薄膜会被使用数百万次，蛋白质容易因过度使用而断裂。
　　与之相对，固体纳米孔测序使用合成材料。石墨烯、氮化硅和二硫化钼等二维纳米材料的机械性能、热稳定性和化学稳定性更好。但是，这种方法仍有缺点。科学家需要进一步研究以更好地理解这些不同的固态材料的性质。
　　近年来，有关另一种纳米材料MXene的研究引起了卡耐基梅隆大学研究人员的兴趣。这是一种单层、二维无机化合物，只有几个原子那么厚，被称为碳化钛。此前没有人注意到能将这种材料用于纳米孔基因测序。该研究发现发表在ACS Nano杂志上。
　　MXene以其结合了金属和陶瓷两者的特性而著称，具有优秀的导热、导电能力和耐热性，易加工优点。
　　研究人员想把MXene作为一种有潜力的基因检测膜材料进行研究，观察它与其他纳米材料的差异。他们使用分子动力学模拟分析它与单链DNA的相互作用。他们测量的物理特性包括离子电流、DNA的停留时间、物理吸附、碱基的灵活性和纳米孔的水合作用。
　　一组纳米孔阵列包含上百个直径小于8纳米的孔。“如果纳米孔太大了，所有基因材料都会从孔中漏出，混合在一起。”机械工程副教授Amir Barati Farimani解释说，“如果太小，所有材料都不能通过。”
　　团队发现基于MXene纳米孔能以高灵敏度检测不同类型的DNA碱基。Barati Farimani说：“我们证明了MXene是一种高效且有前景的纳米材料，可用于基于纳米孔的检测平台。”
　　研究人员旨在利用强大的人工智能（AI）算法优化纳米孔系统对DNA的检测，以推进他们的研究工作。DNA碱基有独一无二的特点，能被用作输入信息来训练AI，从而提高DNA的检测精度。而且，AI能利用高维模拟数据学习，提取出能分辨DNA碱基的最关键的特点。
　　“这项工作的延伸有望大大改进基于纳米孔的检测平台，并最终克服限制这项技术广泛使用的门槛。”Barati Farimani说。 （王嘉钰）