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摘要

本研究提出了一种新的系统，通过监测腋下气味的病原菌3-羟基-3-甲基己酸和3-巯基-3-甲基-1-己醇的pH值和电导率来评估腋下气味。该系统采用多模态传感器，可测量电导率、温度和pH值，并采用AgCl外置电极测量皮肤上制剂的pH值。通过实验测定了3-羟基-3-甲基己酸和3-巯基-3-甲基-1-己醇的电导率和pH值的准确性，验证了该体系的适用性。结果表明，该系统能够准确测量病原菌的pH值和导电性。

简介

腋下气味是由位于顶泌汗腺的大肠杆菌和葡萄球菌等常见细菌和其他本土细菌产生的气味物质结合而成的[1,2]。虽然腋下气味在世界范围内占主导地位，但东亚人，如日本人、中国人和韩国人腋下气味只占10%左右的少数。因此，强烈的体臭在日本通常被认为是一种疾病。近年来，随着西餐的引入，日本人口的脂肪摄入量增加，这将促进大汗腺的发育，并增加日本腋下气味患者的数量。

因为腋臭并不被认为是一种疾病，而是一种生理现象，所以西方国家没有腋臭的诊断指南。然而，在日本腋下气味的诊断方法有以下几种:(1)通过切口确认汗腺，(2)是否存在湿润的耳垢，(3)气味气味家族史，(4)通过专家[4]的嗅觉判断。腋下气味被认为是无症状的，因为人类的嗅觉适应持续的气味。也就是说，人类对腋下的气味变得不敏感。因此，一个能够轻易检测腋下气味的系统将有助于自我诊断。

一些研究人员提出了一种体臭监测系统[5-11]。然而，据作者所知，目前还没有关于利用这些传感器诊断腋下气味的报道。3-羟基-3-甲基己酸和3-巯基-3-甲基-1-己醇是腋下气味的病原体[12,13]。腋下气味的探测装置将能够准确地测量这些特征。

为此，本研究提出了一种新型的3-羟基-3-甲基己酸和3-巯基-3-甲基-1-己醇的pH特性和电导率(EC)监测系统，用于腋下气味的简单估计。

材料和方法

Futagawaet al。提出了一种多模态传感器芯片，该芯片利用Si LSI技术集成了使用Pt电极的EC传感器、使用p-n结二极管的温度传感器和使用离子敏感场效应管的pH传感器，如图1所示[14,15]。该传感器芯片体积小，尺寸为5mm × 5mm，经过电绝缘处理，便于同时测量土壤的电阻抗、pH值和温度。图2为EC的测量电路。EC σ由图1所示的两个电极端子之间的电压和电流测量而得，并使用以下公式[16]进行计算:

图1所示。多模态传感器芯片概述。

图2。电气化测量系统的等效电路。

在哪里R为EC电极间电阻，年代是电极的面积，D是电极间距离，和一个是面向电极和并排放置电极的校正系数。的值年代,设置为3.2 mm²(= 4 mm × 0.8 mm)，分别参照前面的研究[16]。测量电路采用交流电压10khz作为电压源，以忽略与电双层相关的Pt电极与液界面之间的寄生阻抗。

pH值根据氢离子的浓度来确定溶液的酸碱度。在之前的研究中，使用离子敏感场效应晶体管(ISFET)[17]作为pH测量传感器芯片的源从动电路被采用。这是因为源跟随电路具有恒定增益特性和优越的输出缓冲。pH值是根据ISFET敏感膜的电位变化来测量的，对应于FET的栅电压。根据下面的能斯特方程[18]，利用溶液的电势

在那里,V_G为ISFET敏感膜的电势，Vre f为溶液的电势，分别由参比电极给出。pH传感器输出电压之间的关系V_出则溶液的pH为:

在那里,α= V_出=V_G是源从动电路的恒定增益。一般来说，在玻璃参比电极上施加参比电压来测量溶液[19]的pH值。但是，由于玻璃参比电极需要浸泡在目标溶液中，因此很难测量人体皮肤上汗液的pH值。因此，作者使用无漏的AgCl参比电极(LF-1, eDAQ)代替玻璃参比电极。使用AgCl参比电极是因为与玻璃参比电极不同，在测量过程中电极断裂的危险很小，即测量电路使用起来是安全的。此外，还假设汗液中所含的Cl会延长AgCl参比电极的寿命。图3显示了使用ISFET和AgCl参比电极的pH测量系统。

图3。pH值测量系统的等效电路。

实验

实验中考察了3-羟基-3-甲基己酸和3-巯基-3-甲基-1-己醇(以下分别称为材料A和材料B)的EC和pH测量精度，以验证所提体系的实用性。据报道，人体感到不舒服的物质A和B的气味浓度阈值分别为1ng和10ng，[13]。

在第一个实验中，使用所提出的系统测量了溶液在不同稀释率下的EC特性。商用EC传感器(LAQUA ES-71, Horiba)用于验证。在第二个实验中，使用所提出的系统测量了溶液在不同浓度下的pH特性，并使用商用pH传感器(LAQUA dual -pH- 11b, HORIBA)进行验证。在初步实验中，对四种标准pH溶液的pH传感器的灵敏度进行了校正，初步实验pH值分别为4.01、6.86、9.18和10.01。

第二个实验是将材料A和B应用于商用鸡肉，作为人体皮肤的模型，测量pH值。将材料A和B应用于测量为2 cm × 2 cm × 2 cm的部分，以验证所提出的系统的有效性。如图4所示。沿着红色折线设置的模型表面条件如下:(i)材料中包含的水溶液的水滴，(ii)与水溶液充分润湿的表面，(iii)与水溶液干燥的表面。在这些实验中，由于输出电压与pH值对应，我们通过评估所提出系统的输出电压差异来研究每种模式与pH特性之间的关系。参比电极的电压范围为-0.5 V ~ 0.5 V，源电压设置为3.4 V。输出电压V_出通过a /D转换器存储在计算机上，采样频率为1hz。

图4。测量皮肤模型上气味物质pH值的实验装置

结果与讨论

图5显示了使用所提出的传感器对材料A和B的EC特性的测量结果。材料A和B的电导率值相同，使用商用电导率传感器。结果表明，材料A的EC值与材料B的EC值相差一个数量级。在稀释率为10的范围内，材料A和材料B的EC值均不随稀释率的增加而变化⁻¹⁰- 10⁻⁵．这些结果表明EC值可能对区分腋下气味没有帮助，因为物质A和B对气味浓度阈值的稀释率为10⁻¹⁰wt %。

图5。(a)材料a和(b)材料b的EC特性

图6和图7显示了用该体系测量的材料A和B的pH特性。结果表明:材料A的pH值随水溶液浓度的变化而变化，而材料B的pH值为常数，与水溶液浓度无关。材料A和B在所有稀释率下都表现出酸性。气味阈值对应的材料A和B的pH值分别为5.0和4.9。因此，当含有气味物质的溶液的pH值为5或更低时，人类可能会感知到气味。图7显示了输出电压V_出测量模式(i) - (iii)，如章节所述。结果表明(i)的梯度与(ii)和(iii)的梯度不同，这是由于参考电极电压可能没有施加到溶液上。因此，结论是，如果在传感器上应用足够的材料，将很难监测有气味的物质，并且无论其干燥条件如何，都可以监测有气味的物质。

图6。材料A和B的pH特性

图7。每个幻影输出电压Vout的比较

结论

为了便于腋下气味的估计，本研究提出了一种新的系统来监测产生腋下气味的物质的EC和pH特性。实验结果表明，该系统能够准确地测量产生异味材料的这些特性。未来还需要进一步提高该传感器的灵敏度，使其能够检测到少量的有气味的物质。

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