Kontrollierte Geruchsmimik-Permeationssysteme für olfaktorische Schulungen und Feldtests

Olfaction ist ein entscheidender, aber oft übersehener Sensormechanismus, der von den meisten Tieren verwendet wird. Für viele ist es der Hauptmechanismus, um Nahrung zu lokalisieren, einen Partner zu finden oder Gefahr zu wahrnehmen¹. Darüber hinaus werden die olfaktorischen Fähigkeiten einiger Tiere, insbesondere Hunde, regelmäßig vom Menschen zum Nachweis von Schmuggelware (z. B. Betäubungsmitteln oder Sprengstoffen) oder anderen von Interesse sindden Gegenständen wie Vermissten, invasive npezies oder Krankheiten^2,3) genutzt. Für Die Hundeerkennungsforschung oder andere Olfaction-Forschungsthemen untersuchen die Forscher oft den Prozess der Olfaction und die Stärken und Grenzen des Geruchssystems. Daher ist es im Allgemeinen wünschenswert, die Freisetzung eines Geruchsdampfes in die Umwelt zu kontrollieren, um während der Prüfung bekannte Geruchsmengen reproduzierbar zu liefern. Die Nichtberücksichtigung von Schwankungen der Geruchsverfügbarkeit aufgrund von Faktoren wie Dampfdruck oder Umwelteinflüssen erschwert häufig die Dateninterpretation und Anwendbarkeit⁴. Ebenso wünschenswert ist es, während der Trainingsszenarien für die Erkennung von Hunde eine festgelegte Geruchsmenge zu liefern. Zum Beispiel haben Studien von Hallowell et al.⁵ und von Papet⁶ die Bedeutung der Geruchsintensität in der Geruchswahrnehmung gezeigt, und dass die Änderung der Intensität eines Geruchsmittels beeinflussen kann, wie es allein oder in einer Mischung wahrgenommen wird.

In Laborumgebungen kann die Verwendung von Analysegeräten wie Permeationsrohren mit steuerbaren Öfen, Dampfgeneratoren oder Olfaktorometern zur Kontrolle der Geruchsabgabe verwendet werden. Diese Art von Geräten ist jedoch für den Einsatz in Feldtests und Trainingsszenarien nicht praktikabel⁴. Das Controlled Odor Mimic Permeation System (COMPS) wurde als einfache, kostengünstige und Einwegmethode für eine kontrollierte Geruchsabgabe entwickelt, die keine externe Stromversorgung erfordert. Daher können sie leicht in eine Vielzahl von verschiedenen Test- und Trainingsszenarien integriert werden⁷. COMPS-Einheiten bestehen einfach aus einem Geruch von Interesse auf einem saugfähigen Material, das in einem durchlässigen Polymerbeutel versiegelt ist und in einem sekundären Containment-System gelagert wird. Die Verwendung von COMPS reduziert die Variabilität zwischen den Tests und verbessert die Konsistenz bei Trainingsübungen⁸.

Die Geruchsabgabe oder Verfügbarkeit von COMPS wird in Bezug auf die Permeationsrate gemessen, die durch gravimetrische Analyse in Bezug auf die im Laufe der Zeit freigesetzte Dampfmasse bestimmt wird. Die Permeationsraten können durch eine Reihe von Faktoren gesteuert werden, einschließlich der Dicke des Polymerbeutels, seiner verfügbaren Oberfläche, der Art des verwendeten saugfähigen Materials (Substrats) und der Menge des Geruchs. Die Permeationsrate ist für einen bestimmten Zeitraum (Stunden oder Tage) konstant, abhängig vom verwendeten Geruchsmittel. Dies ermöglicht eine minimale Variabilität der Geruchsabgabe während des Tests oder Trainings. Während der Lagerung kommen COMPS innerhalb des undurchlässigen äußeren Behälters zum Gleichgewicht, was zu einer sofortigen Quelle von Geruchsdampf mit einer bekannten Permeationsrate führt.

COMPS wurden ursprünglich entwickelt, um Geruchsstoffe zu enthalten, die mit explosiven Materialien in Verbindung stehen, und als Geruchsnachahmungen verwendet werden⁷. Im Sinne von Macias et al. simuliert eine Geruchsmimik ein Material von Interesse, wie z. B. einen Explosivstoff, indem es die dominanten flüchtigen Verbindungen oder Geruchsstoffe bereitstellt, die im Kopfraum dieses Materials ohne das Vorhandensein des Ausgangsmaterials selbst gefunden werden⁸. Um eine Geruchsmimik zu erzeugen, müssen die aktiven Geruchsstoffe des Ausgangsmaterials bestimmt werden. Ein aktives Geruchsmittel wird in diesem Szenario als flüchtige Verbindung beschrieben, die ein ausgebildeter Sprengstoffdetektor hund erkennt, da er glaubt, dass tatsächlich explosives Material vorhanden ist. Nachdem COMPS dominante flüchtige Verbindungen im Kopfraum mehrerer explosiver Materialien identifiziert hatte, war es bereit, diese einzelnen Geruchsstoffe für die Dauer der Geruchserkennungsversuche von Hundeen kontrolliert freizusetzen und das mit mehreren explosiven Materialien verbundene aktive Geruchsmittel zu bestimmen. COMPS wurden zu diesem Zweck erfolgreich^{eingesetzt 7,9} und werden seitdem als Geruchsmimik für weitere Sprengstofferkennungstrainings eingesetzt.

Macias et al. verwendeten COMPS, die piperonal enthielten, einen reinen chemischen Feststoff bei Raumtemperatur, der sich in der Dampfphase als aktives Geruchsmittel für MDMA (3,4-Methylendioxymethamphetamin), das psychoaktive Medikament, das als Ecstasy bekannt ist, erwiesen hat. Die Forscher verwendeten unterschiedliche Dicken und Oberflächen von Polyethylenbeuteln mit geringer Dichte, um die Permeationsrate von piperonalen Dampf anzupassen. Diese Serie von COMPS wurde dann verwendet, um piperonal Entektionsschwelle für ausgebildete Betäubungsmittel-Erkennung Santieder⁸zu schätzen. Umgekehrt wurden in einer separaten Studie die CompS-Beuteldicken angepasst, um die Abweichung der Permeationsraten zwischen den einzelnen Verbindungen in einer homologen Reihe zu minimieren, obwohl sie drastisch unterschiedliche Dampfdrücke besaßen. Wenn in dieser Studie eine dicke dicke einzelne Beutel verwendet worden wären, hätten diese Verbindungen mit höheren Dampfdrücken viel höhere Permeationsraten ergeben. Durch die Erhöhung der Beuteldicke für die höheren Volatilitätsverbindungen wurden die Permeationsraten so angepasst, dass sie für alle Verbindungen ähnlich waren⁴. Beide Studien zeigen die Nützlichkeit und Anpassungsfähigkeit des COMPS zur Steuerung der Dampffreisetzung. Ähnliche Studien zur Optimierung der Polymerbeuteldicke sowie des saugfähigen Materials wurden bei der Herstellung von Geruchsmimik für synthetische Cathinones (d. h. Badesalze)^{10 ,}andere Betäubungsmittel (einschließlich Heroin und Marihuana¹¹) und menschliche Geruchsverbindungen^12,13durchgeführt. In einem letzten Beispiel untersuchten Simon et al. die aktiven Geruchsstoffe, die mit einer invasiven Pilzart assoziiert sind¹⁴. Ganze Stücke der infizierten Baumrinde, anstelle der extrahierten Geruchsstoffe, wurden direkt in den Polymerbeutel gelegt, um die Freisetzung während der Hunde-Olfaction-Prüfung¹⁴zu kontrollieren. COMPS kann für eine Vielzahl von Szenarien verwendet werden, und die hier beschriebenen Protokolle wurden ausgewählt, um die Vielfalt dieses Tools zu demonstrieren.