An Integrated Electrochemical-Dielectric Framework for Multimodal Cellular Triage:Physics-Informed Edge AI on ESP32-S3

La detección temprana de anomalías celulares sigue siendo un desafío en entornos con recursos limitados donde no se dispone de infraestructura de diagnóstico convencional. Este trabajo presenta un marco electroquímico-dieléctrico unificado para el cribado celular multimodal (sangre completa y tampón) sin marcadores que integra la voltamperometría de Reacción de Evolución de Hidrógeno (HER) con compensación dinámica de caída óhmica, espectroscopia dieléctrica de Maxwell-Wagner con ajuste espectral global y aprendizaje automático con regularización basada en la física en una plataforma de computación de borde. Postulamos que la acidosis metabólica se manifiesta como cambios en el potencial de inicio de HER, gobernados por la termodinámica nernstiana con dependencia explícita de la temperatura y términos de corrección cinética/óhmica, mientras que las anomalías genómicas, las bacterias y los parásitos alteran la permitividad compleja mediante la dinámica de mezcla de Hanai con diferenciación de dispersión α y β. Una Red Neuronal Convolucional (CNN) unidimensional con arquitectura dual y regularización basada en la física procesa las firmas electroquímicas en un microcontrolador ESP32-S3, garantizando la consistencia termodinámica durante la inferencia mediante la formulación explícita de una función de pérdida. El análisis teórico indica que las mediciones a nivel poblacional (> 10Exp⁵ células/mL) pueden alcanzar relaciones señal-ruido suficientes para la señalización de anomalías, aunque la detección de células individuales sigue siendo inviable. Se analizan los requisitos de implementación, incluyendo la compensación dinámica de iRΩ mediante pulsos de alta frecuencia, interfaces analógicas externas para espectroscopia de impedancia por encima de 1 MHz y el análisis de propagación de la incertidumbre con presupuestos de error para parámetros de pH y dieléctricos. Este marco se centra en aplicaciones de triaje más que en el diagnóstico definitivo, ofreciendo una herramienta de cribado portátil de menos de 50 USD para la detección de anomalías metabólicas, genéticas e infecciosas en múltiples matrices biológicas. Se proporciona código abierto y derivaciones matemáticas para facilitar la reproducibilidad y la validación comunitaria.