面向具有选择敏感性的皮肤丙酮监测器：PANI-CA薄膜的动力学

大多数旨在测量皮肤上生物标志物的研究仅关注利用电信号感知汗液中的化学物质，但这些方法并非真正无创或无侵扰，因为它们需要大量汗液才能获得读数。本项目旨在创建一种真正无创的可穿戴传感器，可连续检测从皮肤自然散发出的气态丙酮（一种与代谢疾病相关的生物标志物）。我们测试了聚苯胺与醋酸纤维素的复合薄膜，其在暴露于气态丙酮时表现出化学-机械驱动响应，测试于含有丙酮、乙醇和水的多种溶液上方顶空，以评估响应灵敏度、选择性与重复性。薄膜在这些环境中的弯曲由自动视频处理代码追踪，该代码被证明优于现成的基于深度神经网络的跟踪器。利用主成分分析，我们表明薄膜弯曲是低维的，超过90%的形状变化仅用两个参数即可捕获。我们构建了正向模型以根据已知暴露历史预测形状变化，发现线性模型可解释薄膜尖端角度变化中40%的观测方差。我们构建了逆向模型，从形状变化的三阶拟合映射到丙酮浓度，其中约45%的丙酮变化和约30%的乙醇变化由线性模型捕获，且非线性模型表现未显著更优。这表明薄膜具有足够的灵敏度与内在选择性。然而，这些模型提供了PANI薄膜存在显著迟滞或长时间尺度响应的证据，似乎源于水的存在。进一步的实验将允许对未知暴露环境进行更精确的判别。