Machine Learning-Assisted Janus Colorimetric Face Mask for Breath Ammonia Analysis

化学 氨气 气体分析呼吸 气味 电子鼻 杰纳斯 比色法 人工智能 欧几里德距离 RGB颜色模型 呼气 模式识别(心理学) 色谱法 计算机科学 医学 有机化学 放射科 程序设计语言
作者
Jing Wang,Zhongzeng Zhou,Yong Luo,Tailin Xu,Long Xu,Xueji Zhang
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:96 (1): 381-387 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.3c04383
摘要

Artificial olfactory systems have been widely used in medical fields such as in the analysis of volatile organic compounds (VOCs) in human exhaled breath. However, there is still an urgent demand for a portable, accurate breath VOC analysis system for the healthcare industry. In this work, we proposed a Janus colorimetric face mask (JCFM) for the comfortable evaluation of breath ammonia levels by combining the machine learning K-nearest neighbor (K-NN) algorithm. Such a Janus fabric is designed for the unidirectional penetration of exhaled moisture, which can reduce stickiness and ensure facial dryness and comfort. Four different pH indicators on the colorimetric array serve as recognition elements that cross-react with ammonia, capturing the optical fingerprint information on breath ammonia by mimicking the sophisticated olfactory structure of mammals. The Euclidean distance (ED) is used to quantitatively describe the ammonia concentration between 1 ppm and 10 ppm, indicating that there is a linear relationship between the ammonia concentration and the ED response (R2 = 0.988). The K-NN algorithm based on RGB response features aids in the analysis of the target ammonia level and achieves a prediction accuracy of 96%. This study integrates colorimetry, Janus design, and machine learning to present a wearable and portable sensing system for breath ammonia analysis.
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