تسيطر على رائحة تقليد نظم تغلغل لـ Olfactory التدريب والاختبار الميداني
Summary
نظام التغلغل المتحكم به هو طريقة بسيطة ومحمولة في الميدان ومنخفضة التكلفة لتوصيل الرائحة لاختبار الشم والتدريب. هو يبنى من رائحة يُحتفظ بها على مادة مدمّس ومحتواة داخل حقيبة بوليمر نفاذية تسمح بإطلاق البخار المُعَدّيّ المُسيطر عليه بمرور الوقت.
Abstract
تم تطوير نظام محاكاة التغلغل في الرائحة (COMPS) لتوفير طريقة اختبار حقل مريحة لتسليم الرائحة بمعدلات خاضعة للرقابة وقابلة للتكرار. وتتألف كومبس من رائحة الفائدة على مادة ماصة مختومة داخل كيس البوليمر نفاذية. تسمح الطبقة نفاذية لإطلاق سراح مستمر من رائحة على مدى فترة زمنية معينة. يتم تخزين المزيد من الحقيبة نفاذة في حقيبة ثانوية، غير قابل للنفاذ. يسمح إجراء الاحتواء المزدوج بتكدير الرائحة من الكيس القابل للنفاذ ولكن داخل الطبقة الخارجية غير القابلة للاختزال ، مما يؤدي إلى مصدر فوري وقابل للتكرار من بخار الرائحة عند إزالته من العبوة الخارجية. وتستخدم كومببس في كل من اختبار الحاسة لسيناريوهات تجريبية وللتدريب على الكشف عن الشم، مثل مع الكلاب الكشف. يمكن استخدام كومببس لاحتواء مجموعة واسعة من الروائح (مثل مساحيق المخدرات) وتوفير إطلاق محكوم من الروائح المرتبطة بها. ويتم التعبير عن توافر الرائحة من الكومبس من حيث معدل التغلغل (أي معدل البخار المُطلق من كومببس لكل وحدة) ويقاس عادة بوسائل قياس المدى. يمكن تعديل معدل التغلغل في كتلة معينة أو حجم من الرائحة حسب الحاجة عن طريق تغيير سمك الحقيبة ، ومساحة السطح ، و / أو نوع البوليمر. ويمكن أيضا قياس تركيز الرائحة المتاحة من كومبس بواسطة تقنيات تحليل مساحة الرأس مثل الطور الصلب microextraction مع الكروماتوغرافيا الغازية / قياس الطيف الكتلي (SPME-GC/MS).
Introduction
يعتبر Olfaction آلية استشعار حاسمة ، ولكن غالبا ما يتم تجاهلها ، تستخدمها معظم الحيوانات. بالنسبة للكثيرين هو الآلية الرئيسية لتحديد مكان الغذاء، وإيجاد رفيقة، أو استشعار خطر1. وعلاوة على ذلك، فإن قدرات الشم بعض الحيوانات، وأبرزها الكلاب، يتم استغلالها بانتظام من قبل البشر للكشف عن السلع المهربة (مثل المخدرات أو المتفجرات)، أو غيرها من الأشياء ذات الأهمية، مثل الأشخاص المفقودين، والأنواع الغازية، أو الأمراض2،3. بالنسبة لأبحاث الكشف عن الكلاب أو مواضيع البحث الأخرى في الشم، غالباً ما يدرس المحققون عملية الشم ونقاط القوة والقيود في نظام الشم. على هذا النحو ، من المستحسن بشكل عام التحكم في إطلاق بخار الرائحة في البيئة لتسليم كميات معروفة من الرائحة أثناء الاختبار. عدم حساب الاختلافات في توافر رائحة بسبب عوامل مثل ضغط البخار أو الآثار البيئية غالبا ما يعقد تفسير البيانات وانطباق4. ومن المرغوب فيه بالمثل توفير كمية ثابتة من الرائحة أثناء سيناريوهات التدريب على الكلاب الكشف. على سبيل المثال، أشارت الدراسات التي أجراها Hallowell وآخرون5 وببيت6 إلى أهمية كثافة الرائحة في إدراك الرائحة، وأن تغيير شدة الرائحة يمكن أن يؤثر على كيفية النظر إليها بمفردها أو في خليط.
في البيئات المختبرية، يمكن استخدام المعدات التحليلية مثل أنابيب التغلغل مع أفران يمكن التحكم فيها، مولدات بخار، أو olfactometers يمكن استخدامها للسيطرة على تسليم الرائحة. ومع ذلك، فإن هذا النوع من المعدات غير عملي للاستخدام أثناء الاختبار الميداني وسيناريوهات التدريب4. تم تطوير نظام التغلغل في الروائح المتحكم بها (COMPS) كطريقة بسيطة ومنخفضة التكلفة ومُتَرَفة للتسليم المتحكم به للرائحة التي لا تتطلب أي طاقة خارجية. ولذلك، فإنها يمكن بسهولة أن تدرج في مجموعة متنوعة من سيناريوهات مختلفة اختبار والتدريب7. تتكون وحدات الكومبس ببساطة من رائحة ذات فائدة على مادة ماصة مختومة داخل كيس بوليمر نفاذي ، مخزنة في نظام احتواء ثانوي. استخدام COMPS يقلل من التباين بين الاختبارات ويحسن الاتساق أثناء التدريبات8.
يتم قياس تسليم الرائحة أو التوافر من كومببس من حيث معدل التغلغل ، كما يحددها التحليل gravimetric من حيث كتلة البخار التي تطلق مع مرور الوقت. يمكن التحكم في معدلات التغلغل بعدد من العوامل ، بما في ذلك سمك كيس البوليمر ، ومساحة السطح المتاحة ، ونوع المادة الماصة (الركيزة) المستخدمة ، وكمية الرائحة. معدل التغلغل ثابت لفترة معينة من الوقت (ساعات أو أيام) اعتمادا على استخدام الروائح. وهذا يسمح لتقلبات الحد الأدنى في تسليم رائحة أثناء الاختبار أو التدريب. أثناء التخزين، كومببس تأتي إلى التوازن داخل الحاوية الخارجية غير قابل للنفاذ، مما أدى إلى مصدر فوري للبخار رائحة بمعدل تغلغل معروف.
تم تصميم COMPS في البداية لاحتواء الروائح المرتبطة بالمواد المتفجرة واستخدامها كرائحة تحاكي7. كما هو محدد من قبل Macias وآخرون، يحاكي رائحة المواد ذات الاهتمام، مثل المتفجرة، من خلال توفير المركبات المتطايرة المهيمنة، أو الروائح، وجدت في مساحة الرأس من تلك المواد دون وجود المواد الأم نفسها8. لإنشاء تقليد رائحة، يجب تحديد الروائح النشطة للمواد الأصلية. يوصف الروائح النشطة ، في هذا السيناريو ، بأنها مركب متطاير يكتشفه الكلاب المدربة للكشف عن المتفجرات ، معتقدًا أن هناك مادة متفجرة فعلية موجودة. وبعد أن حددت الشركة المركبات المتطايرة المهيمنة في الفسحة التي توجد فيها عدة مواد متفجرة، كانت مستعدة لإطلاق هذه المواد ذات الرائحة الفردية بمعدل خاضع للمراقبة طوال مدة التجارب الميدانية للكشف عن الشم في الكلاب وتحديد الرائحة النشطة المرتبطة بعدة مواد متفجرة. وقد استخدمت بنجاح كومبس لهذا الغرض7،9 ومنذ ذلك الحين استخدمت كرائحة تقليد لمزيد من التدريب على الكشف عن المتفجرات.
استخدم Macias et al. كومببس التي تحتوي على البيبيرونال، وهو مادة كيميائية خالصة صلبة في درجة حرارة الغرفة، وقد تبين، في مرحلة البخار، أن يكون رائحة نشطة لـ MDMA (3،4-methylenedioxymethamphetamine)، وهو عقار مؤثر نفسيا يعرف باسم النشوة. استخدم الباحثون سماكة مختلفة ومناطق سطحية لأكياس البولي إيثيلين منخفضة الكثافة لضبط معدل تغلغل بخار البيبيرونال. ثم استخدمت هذه السلسلة من كومبس لتقدير عتبة الكشف عن بيبيرونال لسلاسل الكلاب المدربة للكشف عن المخدرات8. وعلى العكس من ذلك، في دراسة منفصلة، تم تعديل سمك كيس كومبس لتقليل انحراف معدلات التغلغل بين كل مركب في سلسلة متجانسة على الرغم من أنها تمتلك ضغوط بخار متفاوتة بشكل كبير. إذا كان قد تم استخدام سمك كيس واحد في هذه الدراسة، تلك المركبات مع ارتفاع ضغط البخار قد أسفرت عن معدلات تغلغل أعلى بكثير. عن طريق زيادة سمك كيس لمركبات التقلبات أعلى، تم تعديل معدلات التغلغل بحيث كانت مماثلة لجميع المركبات4. وتبين كلتا الدراستين فائدة وقدرة كومببس على التكيف للتحكم في إطلاق البخار. دراسات مماثلة تحسين سماكة كيس البوليمر وكذلك المواد الماصة قد أجريت في خلق تقليد رائحة لcathinones الاصطناعية (أي، أملاح الاستحمام)10، المخدرات الأخرى (بما في ذلك الهيروين والماريجوانا11)، ومركبات رائحة الإنسان12،13. في مثال أخير، حقق سيمون وآخرون في الروائح النشطة المرتبطة بأنواع الفطريات الغازية14. تم وضع قطع كاملة من لحاء شجرة المصابة، بدلا من الروائح المستخرجة، مباشرة في كيس البوليمر للسيطرة على الإفراج أثناء اختبار شفرة الكلاب14. يمكن استخدام كومبس لمجموعة متنوعة من السيناريوهات، وتم اختيار البروتوكولات التي تمت مناقشتها هنا لإظهار تنوع هذه الأداة.
Protocol
Representative Results
Discussion
يتم إنشاء أنظمة التغلغل التي تسيطر عليها تقليد الرائحة (COMPS) بسهولة عن طريق ختم رائحة الفائدة في حقيبة نفاذية. ويمكن أن يتم ذلك عن طريق الأنابيب مركب سائل أنيق على مادة ماصة ومن ثم وضع المواد ماصة في الحقيبة; عن طريق وضع نقية, مجمع صلبة مباشرة في كيس4,كما كان يتم في حالة piperonal<sup clas…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد تم تمويل هذا العمل جزئيا من قبل مكتب البحوث البحرية والمعهد الوطني للعدالة (2006-DN-BX-K027). ويود المؤلفون أن يشكروا العديد من طلاب “مجموعة فورتون” الذين شاركوا في هذا المشروع، وكذلك المتعاونين من مختبر البحوث البحرية الأمريكية ومركز الحرب البحرية السطحية (رئيس قسم تكنولوجيا التخلص من الذخائر المتفجرة). وأخيراً، يشكر المؤلفون بيتر نونيز من أكاديمية K-9 الأمريكية، وتوني جوزمان من خدمات مترو داد K9، وفرق إنفاذ القانون في منطقة ميامي داد.
Materials
| 16 oz economy jars (70-450 finish) | Fillmore container | A16-08C-Case 12 | |
| 7890A gas chromatograph / 5975 mass selective detector | Agilent | ||
| Analytical balance | Mettler Toledo | 01-911-005 | |
| Ball regualr bands and dome lids | Fillmore container | J30000 | |
| Cotton gauze (2" x 2") | Dukal | ||
| Disposable weighing boats | VWR | 10803-148 | |
| Epoxy-lined sample containers, 1 gallon | TriTech Forensics | CANG-E | |
| Epoxy-lined sample containers, 1 pint | TriTech Forensics | CANPT-E | |
| Low density polyetheylene bag | Uline | S-5373 | |
| Rtx-Volatiles (30 m x 0.32 mmID) column | Restek | 10901 | |
| Silver metalized mylar barrier bag (3.5" x 4.5") | ESP Packaging | 95509993779 | |
| Silver metalized mylar barrier bag (5" x 8.5" x 3") | ESP Packaging | 95509993793 | |
| Solid phase microextration fiber assembly (PDMS/DVB/CAR) | Sigma-Aldrich | 57328-U | |
| Solid phase microextration holder | Sigma-Aldrich | 57330-U | |
| Tabletop Impulse Sealer | Uline | H-190 | Heat sealer |
References
- Buck, L., Axel, R. A novel multigene family may encode odorant receptors: A molecular basis for odor recognition. Cell. 65, 175-187 (1991).
- Furton, K. G., Myers, L. J. Scientific foundation and efficacy of the use of canines as chemical detectors for explosives. Talanta. 54, 487-500 (2001).
- Leitch, O., Anderson, A., Kirkbride, K., Lennard, C. Biological organisms as volatile compound detectors: A review. Forensic Science International. 232, 92-103 (2013).
- Simon, A. G., et al. Method for controlled odor delivery in canine olfactory testing. Chemical Senses. 44 (6), 399-408 (2019).
- Hallowell, L. R., et al. Detection of hidden explosives: New challenges and progress (1998-2009). Forensic Investigation of Explosives. 2nd Ed. , 53-77 (2012).
- Papet, L. Narcotic and explosive odors: Volatile organic compounds as training aids for olfactory detection. Canine Olfaction Science and Law. , 265-278 (2016).
- Furton, K., Harper, R. Controlled Odor Mimic Permeation System. US Patent. , (2017).
- Macias, M. S., Guerra-Diaz, P., Almirall, J. R., Furton, K. G. Detection of piperonal emitted from polymer controlled odor mimic permeation systems utilizing canis familiaris and solid phase microextract-ion mobility spectrometry. Forensic Science International. 195, 132-138 (2010).
- Harper, R., Almirall, J., Furton, K. Identification of dominant odor chemicals emanating from explosives for use in developing optimal training aid combinations and mimics for canine detection. Talanta. 67, 313-327 (2005).
- Francis, V. S. The identification of volatile organic compounds from synthetic cathinone derivatives for the development of odor mimic training aids. Florida International University. , (2017).
- Huertas-Rivera, A. M. Identification of the active odors from illicit substances for the development of optimal canine training aids. Florida International University. , (2016).
- DeGreeff, L. E., Furton, K. G. Collection and identification of human remains volatiles by non-contact, dynamic airflow sampling and SPME-GC/MS using various sorbent materials. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 401, 1295-1307 (2011).
- DeGreeff, L. E., Curran, A. M., Furton, K. G. Evaluation of selected sorbent materials for the collection of volatile organic compounds related to human scent using non-contact sampling mode. Forensic Science International. 209 (1-3), 133-142 (2011).
- Simon, A. G., Mills, D. K., Furton, K. G. Chemical and canine analysis as complimentary techniques for the identification of active odors of the invasive fungs, Raffaelea lauicola. Talanta. 168, 320-328 (2017).
- Penton, Z. Method development with solid phase microextraction. Solid Phase Microextraction: A Practical Guide. , 27-58 (1999).
- Robards, K., Haddad, P. R., Jackson, P. E. . Principles and Practice of Modern Chromatographic Methods. , (2004).
- MacCrehan, W., Moore, S., Schantz, M. Evaluating headspace component vapor-time profiles by solid-phase microextraction with external sampling of an internal standard. Analytical Chemistry. 83, 8560-8565 (2011).
- Macias, M. S. . The Development of an Optimized System of Narcotic and Explosive Contraband Mimics for Calibration and Training of Biological Detectors. , (2009).
- Simon, A. G. . The Detection of an Invasive Pathogen through Chemical and Biological Means for the Protection of Commercial Crops. , (2017).
