생체액을 포착하고 인간이 부착할 수 있는 장치의 잠재적인 적용을 입증하기 위해 준비된 H-s-DIA

패치의 돼지 피부에 대한 잠착력을 다양한 방향으로 측정하여 부착 능력을 검증했다. 생체액 포착 하이드로겔의 도움으로, H-s-DIA 점착제는 하이드로겔이 없는 s-DIA 샘플에 비해 다방향으로 우수한 점착 스트레스를 나타냈다 (그림 4A). 최적화된 생체감응 패치 디바이스를 사용하여 H-s-DIA 점착제가 피부의 표피층에서 즉각적인 생체액 포획이 가능하다는 것을 입증했다 (그림 4B). 이것은 주로 하이드로겔 챔버 내부의 흡입 응력의 도움과 PDMS와 하이드로겔 사이의 계면에서 액체 포집 거동에 기인하며, 흡입 효과와 표면 에너지 구배에 의해 유도되는 방향성 습윤에 의해 설명된다. 제자리 물 수집 과정에서 하이드로겔과 물 분자의 행동을 입증하기 위해 공초점 형광 현미경 이미지는 거친 형태의 돼지 피부 복제물에 대한 H-s-DIA 점착제 챔버로 생체액과 같은 액체를 포획하는 것을 보여준다(그림 4B).

지능적인 pH 모니터링을 위한 생체에 영감을 받은 생체 유체 포착 패치 장치

그림 4C에 나타난 개념의 증거로서, 우리는 생체액의 비색 pH 모니터링을 위해 pH 반응성 페놀 레드/PAAm 기반 하이드로겔을 s-DIA (PR/PAAm-s-DIA; 너비 대 깊이 비율이 1인 3 mm 직경)의 챔버에 간단히 삽입했다. 우리는 곡선 피부 표면에서 견고하고 등각적인 부착을 입증하기 위해 마우스 피부에서 다양한 흡입 컵 크기로 패치의 박리 행동을 관찰했다(그림 S14). 실용성을 위해 육안으로도 하이드로겔의 색 변화를 쉽게 구분할 수 있는 패치를 설계하기 위해 최종적으로 외경 3 mm의 석션컵 사이즈를 결정하였다 (그림 참조). 그림 4D와 같이 광학적으로 기능화된 하이드로겔을 이용한 연속적이고 가역적인 pH 검출을 위한 우리의 점착 센서는 pH 변화에 따라 빠른 반응 시간과 재사용성 (>30)을 나타냅니다. 점착 장치에 의한 현장 실시간 pH 값 인식을 확립하기 위해, 우리는 DIA 챔버 배열 내의 PR/PAAm 기반 하이드로겔에서 표시된 색상으로부터 자동으로 pH 수준을 정량화할 수 있는 기계 학습 기법을 가진 사내 소프트웨어 애플리케이션을 개발했다. 여기서 우리는 Leave-One-out 교차 검증 프레임워크를 사용하여 선형 회귀를 사용했다. 구체적으로 2차원 색도표에서 RGB 값을 x와 y 값으로 변환하여 선형 회귀에 투입하여 pH 값을 예측하였다. pH 값에 따라 x와 y 값은 선형적으로 증가하는 경향을 보였으며 (그림. 4F), 이들 색상 값은 pH를 유의하게 예측하였다 [Pearson's correlation of 실제 pH 값과 예측 pH 값 r = 0.93; P < 0.01; 평균 절대 오차 (MAE) = 0.27; 그림. 4G]. 이러한 결과는 정확한 피부 pH 진단을 위한 머신러닝 기반 pH 정량 시스템의 효과를 나타낸다