嗅覚トレーニングとフィールドテストのための制御された臭気模倣浸透システム

要約

制御された臭気の模倣の浸透システムは嗅覚のテストおよび訓練のための臭いの配達の簡単な、フィールドポータブル、低コストの方法である。吸着材に保持された臭気で構成され、透過性ポリマーバッグの内部に含まれており、経時に臭気蒸気の放出を制御することができます。

要約

制御された臭気模倣浸透システム(COMPS)は制御および再生可能な速度での臭気の配達の便利なフィールドテスト方法を提供するために開発された。COMPSは、透過性ポリマーバッグの内部に封入された吸収性材料に関心のある臭気で構成されています。透過性層は、一定時間にわたって臭気の一定の放出を可能にする。透過性の袋は二次的で不透過性の袋にさらに貯える。二重封じ込み手順は、透過性の袋から、しかし不透過性の外層内からの臭気の平衡を可能にし、外包からの取り外し時に臭気蒸気の即時および再生可能な供給源をもたらす。COMPSは、実験シナリオの嗅覚試験と、検出イヌなどの嗅覚検出トレーニングの両方で使用されます。COMPSは、幅広い臭気剤(例えば、麻薬粉末)を含有し、関連する臭気剤の制御放出を提供するために使用することができる。COMPSからの臭気の入手可能性は、透過速度(すなわち、単位時間当たりのCOMPSから放出される臭気蒸気の速度)の観点から表され、典型的には重量測定手段によって測定される。特定の質量または臭気量の浸透速度は、袋の厚さ、表面積、および/またはポリマータイプを変化させることによって必要に応じて調整することができます。COMPSから利用可能な臭気濃度は、ガスクロマトグラフィー/質量分析法(SPME-GC/MS)を用いた固相微小抽出などのヘッドスペース解析技術によっても測定できます。

概要

嗅覚は、ほとんどの動物が使用する重要な、まだ見落とされがちなセンシングメカニズムです。多くの人にとって、それは食べ物を見つけるための主なメカニズムです, 仲間を見つける, または危険を感じるための¹.さらに、嗅覚能力は、いくつかの動物、特にイヌ、コントラバンド(例えば、麻薬または爆発物)、または行方不明者、侵略的種、または疾患などの目的の他の物体の検出のためにヒトによって定期的に利用される^2、3。イヌ検出研究や他の嗅覚研究のトピック, 研究者は、多くの場合、嗅覚のプロセスと嗅覚システムの強さと限界を研究.そのため、一般に、試験中に既知の臭気量を再現的に送達するために、環境への臭気蒸気の放出を制御することが望ましい。蒸気圧や環境影響などの要因による臭気の変動を考慮しないと、データの解釈や適用可能性が複雑になることが多い^。同様に、検出されたイヌの訓練シナリオ中に確立された量の臭気を提供することが望ましい。例えば、ハロウェルら^5とPapet⁶による研究は、臭気知覚における臭い強度の重要性を示しており、臭気の強度を変えることは、それが単独または混合物でどのように認識されるかに影響を与える可能性があることを示している。

実験室での設定では、制御可能なオーブン、蒸気発生器、または嗅ファクトメーターを備えた浸透管のような分析装置の使用は、臭気の送達を制御するために使用されるかもしれない。ただし、このタイプの機器は、現場でのテストやトレーニングのシナリオ⁴での使用には実用的ではありません。制御された臭気模倣浸透システム(COMPS)は、外部の電力を必要としない制御された臭気の送達のための簡単で低コストで使い捨て方法として開発されました。したがって、さまざまなテストおよびトレーニングシナリオ⁷に簡単に組み込むことができます。COMPSユニットは、単に、二次封じ込めシステムに格納された、透過性ポリマーバッグの内側に密封された吸収性材料上の関心の臭気で構成されています。COMPS の利用は、テスト間のばらつきを減らし、トレーニング演習⁸の間の一貫性を改善します。

COMPSからの臭気の送達または利用可能性は、時間の経過とともに放出される蒸気の質量の点で重量測定分析によって決定されるように、浸透率の観点から測定される。浸透率は、ポリマーバッグの厚さ、その利用可能な表面積、使用される吸収材料(基材)の種類、および臭気剤の量を含む多くの要因によって制御することができる。浸透率は、使用される臭気に応じて一定期間(時間または日)一定である。これにより、テストやトレーニング中の臭気の供給に最小限のばらつきが可能です。貯蔵中、COMPSは不透過性の外側の容器の中で平衡状態になり、既知の浸透速度で臭気蒸気の即時供給源を生じる。

COMPSは当初、爆発性物質に関連する臭気を含み、臭い模倣^物として使用されるように設計されました 7 .マシアスらによって定義されるように、ニオイ模倣体は、爆発物のような目的の物質をシミュレートし、親物質自体の存在なしにその材料のヘッドスペースに見られる支配的な揮発性化合物、または臭気剤を提供することによって^{、 8。}臭いの模倣を作成するには、親材料の活性臭気を決定する必要があります。活性臭気は、このシナリオでは、実際の爆発物が存在すると信じて、訓練された爆発物検出イヌが検出する揮発性化合物として記述される。いくつかの爆発性物質のヘッドスペースで支配的な揮発性化合物を同定したCOMPSは、これらの個々の臭気を、イヌ嗅覚検出フィールド試験の期間中、制御された速度で放出し、いくつかの爆発物質に関連する活性臭気を決定する準備を整えた。COMPSは、この目的のために正常に使用されました^7,9そして、それ以来、さらなる爆発検出訓練のための臭気の模倣として使用されています.

マシアスらは、室温で純粋な化学固体であるピペロナルを含むCOMPSを利用し、気相において、MDMA(3,4-メチレン化オキシメタンフェタミン)、エクスタシーとして知られる精神活性薬に対する活性臭気であることが示されている。研究者たちは、低密度ポリエチレンバッグの様々な厚みと表面積を使用して、ピペロン蒸気の浸透速度を調整しました。この一連のCOMPSは、訓練された麻薬検出イヌ⁸のピペロナル検出閾値を推定するために使用された。逆に、別の研究では、COMPSバッグの厚さは、相同系列の各化合物間の透過率の偏差を最小限に抑えるために調整されましたが、蒸気圧は大幅に変化していました。この研究で単一の袋の厚さが使用されていた場合、より高い蒸気圧を有する化合物は、はるかに高い浸透率をもたらしたであろう。より高い揮発性化合物の袋厚を増やすことによって、パーメーション率は、それらがすべての化合物⁴に対して類似するように調整された。どちらの研究も、蒸気放出を制御するCOMPSの有用性と適応性を実証しています。ポリマーバッグの厚さおよび吸収性材料を最適化する同様の研究は、合成カチノン(すなわち、入浴剤^)10、他の麻薬(ヘロインおよびマリファナ¹¹を含む)、およびヒト臭化合物^12、13のための臭い模倣物の作成において行われている。最後の例では、Simonらは、浸潤性真菌種¹⁴に関連する活性臭気を調査した。感染した樹皮の全部分は、抽出された臭気の代わりに、犬の嗅覚試験¹⁴中の放出を制御するためにポリマーバッグに直接入れた。COMPSは様々なシナリオに利用することができ、本書で議論されたプロトコルは、このツールの多様性を実証するために選択されました。

プロトコル

1. COMPSの組み立て (図1)

1. 基板上の清楚な(液体)化合物(図1A)
   1. 香気剤で基質を含浸させるために、2 x 2インチ綿ガーゼパッドまたは他の選択した基材に5μLの清楚な化合物を加えるために調整されたピペットを使用してください( 材料表を参照)。
   2. ガーゼパッドを半分に折り、これを2 x 3インチの低密度ポリエチレン透過性バッグに入れます。推奨される袋の厚さは、1 MIL間、最速の浸透速度のために、8 MILに、より遅い浸透速度のためにである。
      注:吸収性材料、透過性バッグサイズ、ポリマー化学、厚さのバリエーションを使用できますが、これらの変化は臭気の浸透速度に影響します(結果セクションの詳細を参照)。
   3. すぐにヒートシーラーで閉じたポリマーバッグを密封し、できるだけ袋の中から多くの空気を除去します。
   4. 袋を外側の非透過性バッグに入れて保管するか、すぐに使用する場合は、ヒュームフードの中のクリーンウェイトボートに入れます(図1B)。
2. 固体材料の場合、基板は不要(図1C)
   1. 固体材料の所望量を秤量し、純粋な化合物または実際のターゲット材料であり、2 x 3インチの低密度ポリエチレン(LDPE)透過性袋に入れる。繰り返しますが、提案された袋の厚さは1 MILから8 MILの範囲です。
   2. すぐにポリマーバッグを閉じたヒートシールし、できるだけ袋の中から多くの空気を除去し、計量ボートに保管または確保します。

2. COMPSの透過率を決定するための重量測定分析

注: 正確で再現可能な測定(重量測定とヘッドスペースの両方)には、一定の周囲温度が重要です。すべてのテスト中に一定の温度を維持する必要があります。テスト中に所望の温度ですべての分析測定を行うことを推奨します。

1. 透過性バッグを通して臭気の透過率を決定するには、新たに作られたCOMPSをヒュームフードの中の計量ボートに入れます。
2. 分析バランスにクリーンで別々の計量ボートを置き、バランスをゼロにします。
3. フュームフードからCOMPSを取り外し、バランスの上に置きます。質量を記録し、すぐにヒュームフードに戻ります。
4. COMPS の質量が変化しなくなるまで、通常の時間増分で COMPS の質量を記録し続けます(±5%)。この時点で、COMPSからの臭気が消耗します。
5. ネガティブコントロールとして、透過性の袋に封入された臭気のない基材だけで構成された空のCOMPSを作成します。この負のコントロールは、コンプと同じ方法で臭気を使って処理し、時間の経過に伴う質量の変動を最小限に抑えます。
6. COMPS から透過率を計算します。
   1. 適切な統計解析ソフトウェアで、X-Y プロット上の COMPS 対時間の質量をプロットします。
   2. 線形近似曲線をグラフの直線部分だけに合わせ、チャートに数式を表示します。近似曲線は、原点を含むように設定しないでください。線の傾き(すなわち、y = m+ bのm)は単位時間あたりの質量の浸透率である。

ガスクロマトグラフィー/質量分析による固相微小抽出によるヘッドスペース解析(オプション)

1. 上記の手順に従って新鮮なCOMPSを準備し、30分間ヒュームフードの中のオープンウェイトボートで平衡化できるようにします。
2. 重量を量るボートからCOMPSを取り出し、蓋なしで1パイントのエポキシ裏地付き金属サンプル容器に入れ、1ガロンのエポキシ裏地付き金属容器に入れます。容器は実験の間、ヒュームフードに保管する必要があります。
3. サンプリング前に容器内で平衡を保つために少なくとも30分を許してください。
4. 平衡後のサンプリングには、外側の容器の上に1cmの穴を開けたふたを置きます。適切なSPMEファイバーを蓋の穴に通して挿入し、目的の検体を抽出します。SPME繊維を使用しない場合は、パラフィンフィルム等で穴を覆う。抽出時間および繊維被覆は、存在する検体蒸気の種類および量、ならびにサンプリング容器の大きさおよび環境条件¹⁵に依存する。
5. 割り当てられた抽出時間の後にSPMEファイバーを取り除き、熱脱着と分析のためにGC/MSの加熱入口に配置します。
   1. COMPS¹⁶で使用されるコンパウンドに適した GC/MS メソッドを実行します。
6. 定量のために、得られたピーク面積を、方法および実験計画に適した外部較正曲線¹⁶ および/または内部標準¹⁷ と比較する。
   注:1)この例では、エポキシ裏地付きの金属サンプル容器を使用しましたが、他のタイプの容器も適しています。臭気の可用性をフィールド嗅覚評価と直接比較するには、両方の実験で各テスト間で洗浄された同じ容器を使用するのが最善です。2) 再現性のある結果を得るためには、平衡時間、SPME抽出時間、容器の種類とサイズ、環境条件(温度と湿度など)を含むがこれらに限定されない、すべての複製実験において、サンプリング手順のすべての側面を維持する必要があります。

4. コンプストレージ

1. 単一のCOMPSを金属化されたバリアバッグ(3.5 x 4.5インチ)に入れ、ヒートシールを閉じ、シールする前に袋からできるだけ多くの空気を取り除きます(図1B)。
2. COMPSの解凍として結露の形成を避けるために、冷たい周囲または冷蔵状態で保存するが、氷点下または氷点下に近いではありません。
3. 1回の実験で複数の臭気や臭気の送達率をテストする場合、輸送および保管中のクロス汚染を排除するために二次封じ込めが推奨されます。
   1. 同じ検体と透過率の個々のCOMPSを含む複数のバリアバッグを、保管および輸送用の外側、より大きな金属化バッグまたはガラス瓶に複製します。

5. フィールド嗅覚試験

注:嗅覚試験は、試験対象の動物、実験の目的、環境条件に応じて、さまざまな方法で行うことができます。以下のプロトコルは、このようなテスト方法の 1 つを説明します。すべての動物実験は、まず、制度的動物管理および使用委員会(IACUC)によって審査され、承認されるべきです。

1. まず、上記の説明に従って、ブランクまたはネガティブのコントロール COMPS を作成します。テストシナリオのすべてのコンテナに予備のCOMPS(実験に関与する動物の数に応じて2〜3)が含まれるように十分にしてください。すべてのブランク COMPS を二次封じ込め(すなわち、より大きな金属化された袋またはシール蓋付きガラス瓶)に一緒にパッケージ化します。
2. 目的のフィールド テスト プロトコルに対して、必要に応じて新しい COMPS を作成します。COMPSと金属化された袋の間の汚染の可能性があるすべての原因を除去しなさい。これは、定期的な手袋の交換と実験室作業面のクリーニングによって達成することができます。
3. COMPS は、平衡化を可能にするために使用する前に少なくとも 1 日保管してください。レプリケートは同じセカンダリ コンテナーに格納します。ただし、別の COMPS は別のセカンダリ コンテナに配置する必要があります。
4. 基本的なイヌ嗅覚試験を設定するには、テストされる変数の数に応じて、少なくとも5つの同一の容器(例えば、金属缶、箱)の複数の行をレイアウトします。
   1. 各行にターゲット COMPS を持つコンテナーが 1 つ、ブランク COMPS が付いたコンテナーが 4 つ含まれるように、トライアルをセットアップします。陽性制御ラインは、同じ方法で調製されるが、既知の標的臭を有して、実験、トレーニング、または試験シナリオに適宜使用され得る。追加の負のコントロールまたは空白行には、5 つのブランク COMPS が含まれ、ターゲットは含まれなくてはならない。この負の制御ライン、正の制御ライン(使用する場合)、およびランダムにテストラインを並べ替え、テストシナリオに実用的な各イヌ嗅覚試験の乱数発生器を使用して順序を変更します。
      1. 1行につき1つの気晴らし/材料も含める。
      2. 乱数発生器を使用してテストされている各イヌの各行のターゲットと気晴らしの臭いの順序と位置をランダム化します。
5. コンテナを準備するには、2 番目のコンテナと外側のコンテナから COMPS を取り出し、透過性バッグのみを試用容器に入れます。
   1. テストの前に、少なくとも30分間、コンプがコンテナ内で平衡状態にします。
   2. テストで使用されている各 COMPS に対して、ブランクから始まり、正のコントロール (使用する場合) を続けて、臭気をテストし、毎回手袋を交換する手順を繰り返します。
      注:イヌのテストシナリオの詳細な例は、Simon et^4またはMaciasらら^8.

結果

嗅覚試験/トレーニングでCOMPSを使用する主な目的は、選択された臭気剤の放出を制御し、テストまたはトレーニングセッションの期間中に臭気の制御量を提供することです。臭気放出は単位時間あたりの質量損失の点で重量測定分析によって測定される。 図2 は、3MIL LDPE袋を通して綿ガーゼ上の5μLのペンタノ酸から調製された3つの同一のCOMPSの透過から、重量測定結果...

ディスカッション

制御された臭気の模倣の浸透システム(COMPS)は透過性の袋に興味の臭いを密封することによって容易に作成される。これは、液体化合物を吸収性材料にピペット化し、吸収性材料を袋に入れることによって行われる可能性があります。純粋な固体化合物を袋⁴に直接入れることで、ピペロナル⁸の場合に行われたように、または、真菌感染木材¹⁴

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
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