Machine Learning-Assisted Raman Spectroscopy for pH and Lactate Sensing in Body Fluids

拉曼光谱 化学 偏最小二乘回归 主成分分析 分析化学(期刊) 体内 生物系统 色谱法 人工智能 机器学习 计算机科学 光学 生物 物理 生物技术
作者
Ion Olaetxea,Ana Valero,Eneko Lopez,Héctor Lafuente,Ander Izeta,Ibón Jaunarena,Andreas Seifert
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:92 (20): 13888-13895 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.0c02625
摘要

This study presents the combination of Raman spectroscopy with machine learning algorithms as a prospective diagnostic tool capable of detecting and monitoring relevant variations of pH and lactate as recognized biomarkers of several pathologies. The applicability of the method proposed here is tested both in vitro and ex vivo. In a first step, Raman spectra of aqueous solutions are evaluated for the identification of characteristic patterns resulting from changes in pH or in the concentration of lactate. The method is further validated with blood and plasma samples. Principal component analysis is used to highlight the relevant features that differentiate the Raman spectra regarding their pH and concentration of lactate. Partial least squares regression models are developed to capture and model the spectral variability of the Raman spectra. The performance of these predictive regression models is demonstrated by clinically accurate predictions of pH and lactate from unknown samples in the physiologically relevant range. These results prove the potential of our method to develop a noninvasive technology, based on Raman spectroscopy, for continuous monitoring of pH and lactate in vivo.
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