Koku Alma Eğitimi ve Saha Testi için Kontrollü Koku Mimik Permeasyon Sistemleri
Summary
Kontrollü Koku Mimik Permeasyon Sistemi koku testi ve eğitimi için koku teslim basit, alan taşınabilir, düşük maliyetli bir yöntemdir. Bir adsorbent malzeme üzerinde tutulan bir odorant inşa edilmiş ve zaman içinde odorant buharı kontrollü serbest bırakılması sağlayan geçirimli polimer çanta içinde yer almaktadır.
Abstract
Kontrollü Koku Mimik Permeasyon Sistemi (COMPS), kontrollü ve tekrarlanabilir oranlarda koku iletiminde uygun bir alan test yöntemi sağlamak üzere geliştirilmiştir. COMPS geçirkar bir polimer torba içinde mühürlü bir emici malzeme ilgi bir odorant oluşur. Geçirilebilir tabaka, kokuantın belirli bir süre boyunca sürekli olarak serbest bırakılmasını sağlar. Geçirimsiz çanta daha ikincil, geçirimsiz bir çanta saklanır. Çift çevreleme prosedürü geçirimlenebilir torbadan ancak geçirimsiz dış tabaka içinde koku nun dengelenmesine olanak sağlar ve dış ambalajdan çıkarıldıktan sonra anında ve tekrarlanabilir bir koku buharı kaynağı na yol açarak. COMPS hem deneysel senaryolar için koku testinde hem de algılama kaninleri gibi koku algılama eğitiminde kullanılır. COMPS, çok çeşitli koku maddeleri (örn. narkotik tozları) içermek ve ilgili kokuantlarının kontrollü bir şekilde serbest bırakılmasını sağlamak için kullanılabilir. COMPS’den koku kullanılabilirliği permeasyon oranı (yani birim zaman başına comps’den salınan koku buharının oranı) olarak ifade edilir ve genellikle gravimetrik yollarla ölçülür. Belirli bir kitle veya koku tonu için geçirici madde, torba kalınlığı, yüzey alanı ve/veya polimer tipi değiştirilerek gerektiği gibi ayarlanabilir. COMPS’den elde edilen mevcut koku konsantrasyonu, gaz kromatografisi/kütle spektrometresi (SPME-GC/MS) ile katı faz mikroekstraksiyonu gibi kafa boşluğu analiz teknikleri ile de ölçülebilir.
Introduction
Olfaction çoğu hayvan tarafından kullanılan önemli, henüz genellikle gözden kaçan, algılama mekanizmasıdır. Birçokları için yiyecek bulmak için ana mekanizma, bir eş bulma, ya da tehlikealgılama 1. Ayrıca, koku alma yetenekleri bazı hayvanlar, en önemlisi köpekler, düzenli olarak kaçak (örneğin, narkotik veya patlayıcı) veya ilgi diğer nesnelerin tespiti için insanlar tarafından istismar edilir, kayıp kişiler gibi, istilacı türler, ya da hastalıklar2,3. Can tespiti araştırma veya diğer koku araştırma konuları için, araştırmacılar genellikle koku alma süreci ve koku alma sisteminin güçlü ve sınırlamaları çalışma. Bu nedenle, genellikle tekrartekrar test sırasında bilinen miktarda koku sunmak için çevreye bir koku buharı serbest kontrol etmek için arzu edilir. Buhar basıncı veya çevresel etkiler gibi faktörler nedeniyle koku kullanılabilirliğindeki değişimlerin hesaba katılamaması genellikle veri yorumlanmasını ve uygulanabilirliği zorlaştırır4. Benzer şekilde tespit edilen canların tespiti için eğitim senaryoları sırasında yerleşik miktarda koku sağlamak da arzu edilir. Örneğin, Hallowell ve ark.5 ve Papet6 tarafından yapılan çalışmalar koku algısında koku yoğunluğunun önemini ve bir kokunun yoğunluğunu değiştirmenin tek başına veya bir karışımda nasıl algılandığı yla ilgili olduğunu göstermiştir.
Laboratuvar ortamlarında, koku iletimini kontrol etmek için kontrol edilebilir fırınlara sahip permeasyon tüpleri, buhar jeneratörleri veya olfactometreler gibi analitik ekipmanların kullanımı kullanılabilir. Ancak, bu tür ekipman lar saha testi ve eğitim senaryoları4sırasında kullanım için pratik değildir. Kontrollü Koku Mimik Permeasyon Sistemi (COMPS), harici güç gerektirmeyen kontrollü koku iletimi için basit, düşük maliyetli ve tek kullanımlık bir yöntem olarak geliştirilmiştir. Bu nedenle, kolayca farklı test ve eğitim senaryolarıçeşitlidahil edilebilir 7 . COMPS üniteleri, ikincil bir çevreleme sisteminde saklanan geçirimli polimer torbanın içine kapatılmış emici bir malzemeye ilgi uyandıran bir kokudan oluşur. COMPS kullanımı testler arasındaki değişkenliği azaltır ve eğitim egzersizleri sırasında tutarlılığı artırır8.
COMPS’den koku iletimi veya kullanılabilirliği, zaman içinde salınan buhar kütlesi açısından gravimetrik analizle belirlendiği gibi, permeasyon hızı açısından ölçülür. Permeasyon oranları polimer torbanın kalınlığı, mevcut yüzey alanı, kullanılan emici malzemenin (substrat) türü ve koku talimi miktarı gibi bir dizi faktör tarafından kontrol edilebilir. Permeasyon oranı, kullanılan kokuya bağlı olarak belirli bir süre (saat veya gün) sabittir. Bu test veya eğitim sırasında koku teslim minimum değişkenlik sağlar. Depolama sırasında COMPS, geçirimsiz dış kap içinde dengeye gelir ve bu da bilinen bir geçirim hızında anında koku buharı kaynağı na neden olur.
COMPS başlangıçta patlayıcı maddeler ile ilişkili koku maddeleri içeren ve koku taklit7olarak kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Macias ve ark. tarafından tanımlandığı gibi, bir koku taklit bir patlayıcı gibi ilgi bir malzeme taklit, baskın uçucu bileşikler sağlayarak, ya da koku, ana malzemenin kendisi varlığı olmadan bu malzemenin headspace bulunan8. Bir koku mimik oluşturmak için, ana malzemenin aktif kokumaddeleri belirlenmelidir. Aktif bir odorant, bu senaryoda, eğitimli bir patlayıcı tespit kan tespit uçucu bir bileşik olarak tanımlanır, gerçek bir patlayıcı madde mevcut olduğuna inanarak. Birkaç patlayıcı malzemenin kafa boşluğunda baskın uçucu bileşikler tespit ettikten sonra COMPS, bu ayrı kokuları kankokusu tespit saha denemeleri süresince kontrollü bir hızda serbest bırakmak ve çeşitli patlayıcı malzemelerle ilişkili aktif kokuyu belirlemek üzere hazırlanmıştır. COMPS başarıyla bu amaçla kullanılmıştır7,9 ve o zamandan beri daha fazla patlayıcı algılama eğitimi için koku mimikolarak kullanılmıştır.
Macias ve ark. piperonal içeren COMPS kullanılan, oda sıcaklığında saf bir kimyasal katı, buhar fazında, MDMA için aktif odorant olduğu gösterilmiştir (3,4-methylenedioxymeveamphetamine), ecstasy olarak bilinen psikoaktif ilaç. Araştırmacılar piperonal buhar permeasyon oranını ayarlamak için düşük yoğunluklu polietilen torbaların değişen kalınlıklarda ve yüzey alanları kullanılır. COMPS Bu dizi daha sonra eğitimli narkotik-algılama canines için piperonal algılama eşiği tahmin etmek için kullanılmıştır8. Tersine, ayrı bir çalışmada, COMPS çanta kalınlıkları, homolog serideki her bileşik arasındaki geçirgenlik oranlarının sapmasını en aza indirecek şekilde ayarlanmış, ancak büyük ölçüde değişen buhar basınçlarına sahip olmuşlardı. Bu çalışmada tek bir torba kalınlığı kullanılmış olsaydı, daha yüksek buhar basıncına sahip bileşikler çok daha yüksek permeasyon oranları veremişolurdu. Yüksek volatilite bileşikleri için torba kalınlığı artırılarak, permeasyon oranları tüm bileşikler için benzer şekilde ayarlandı4. Her iki çalışma da COMPS’nin buhar salınımını kontrol etmek için kullanılabilirliğini ve uyarlanabilirliğini göstermektedir. Benzer çalışmalar polimer torba kalınlığı yanı sıra emici malzeme optimize sentetik kakinonlar için koku taklitleri oluşturulmasında yapılmıştır (yani, banyo tuzları)10, diğer narkotikler (eroin ve marihuana dahil11),ve insan koku bileşikleri12,13. Son bir örnekte, Simon ve ark. bir invaziv mantar türü14ile ilişkili aktif kokular araştırıldı. Enfekte ağaç kabuğu tüm parçaları, çıkarılan kokular yerine, doğrudan polimer torba içine kan olfaction test14sırasında serbest kontrol etmek için yerleştirildi. COMPS çeşitli senaryolar için kullanılabilir ve burada tartışılan protokoller bu aracın çeşitliliğini göstermek için seçilmiştir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kontrollü Koku Mimik Geçirim Sistemleri (COMPS) kolayca geçirilebilir bir torbaya ilgi bir odorant sızdırmazlık tarafından oluşturulur. Bu, düzgün bir sıvı bileşimi emici bir malzemenin üzerine pipetleme ve daha sonra emici malzemenin torbaya yerleştirilmesi ile yapılabilir; doğrudan torba ya doğru saf, katı bir bileşik yerleştirerek4, piperonal durumunda yapıldığı gibi8; veya mantar bulaşmış ahşap 14 ile yapıldığı gibi, geçirimli bir torba…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma kısmen Deniz Araştırmaları Ofisi ve Ulusal Adalet Enstitüsü (2006-DN-BX-K027) tarafından finanse edilmiştir. Yazarlar bu projeye katılan birçok “Furton Grubu” öğrencilerinin yanı sıra ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı ve Deniz Yüzey Harp Merkezi (Indian Head EOD Teknoloji Bölümü) gelen işbirlikçileri teşekkür etmek istiyorum. Son olarak, yazarlar Peter Nunez ABD K-9 Akademisi, Tony Guzman Metro-Dade K9 Hizmetleri ve Miami-Dade alan kolluk can ine ekipleri teşekkür ederim.
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).
