Контролируемые системы имитации Odor для обонятельных тренировок и полевых испытаний

Резюме

Контролируемая система имитации запаха является простым, полевым портативным, недорогим методом доставки запаха для обонятельного тестирования и обучения. Он построен из одоранта, сохраненного на адсорбентном материале и содержащегося внутри проницаемого полимерного мешка, позволяющего контролировать высвобождение пара одоранта с течением времени.

Аннотация

Контролируемая система имитации запаха (COMPS) была разработана для обеспечения удобного метода полевых испытаний доставки запаха по контролируемым и воспроизводимым тарифам. COMPS состоят из запаха интереса на абсорбент материала, запечатанного внутри проницаемой полимерной сумке. Проницаемый слой позволяет постоянно выпускать одорант в течение определенного периода времени. Проницаемая сумка дополнительно хранится во вторичной, непроницаемой сумке. Процедура двойного сдерживания позволяет уравночные одорант из проницаемой мешок, но в непроницаемой внешний слой, в результате чего мгновенный и воспроизводимый источник запаха пара при удалении из внешней упаковки. COMPS используется как в обонятельном тестировании для экспериментальных сценариев, так и для обучения обонятельному обнаружению, например, с клыками обнаружения. COMPS может быть использован для употребления широкого спектра одорантов (например, порошков наркотиков) и обеспечить контролируемое высвобождение связанных с ними одорантов. Доступность запаха от COMPS выражается с точки зрения скорости пронизывания (т.е. скорость пара одоранта, высвобождаемого из COMPS за единицу времени) и обычно измеряется гравиметрическими средствами. Скорость пронизывания данной массы или объема одоранта может быть скорректирована по мере необходимости путем изменения толщины мешка, площади поверхности и/или типа полимера. Доступная концентрация запаха в COMPS также может быть измерена методами анализа пространства головы, такими как микроэкстракция твердой фазы с газовой хроматографией/масс-спектрометрией (SPME-GC/MS).

Введение

Olfaction является важным, но часто упускается из виду, механизм зондирования, используемый большинством животных. Для многих это основной механизм для поиска пищи, найти партнера, или зондирования опасности¹. Кроме того, обонятельные возможности некоторых животных, в первую очередь собак, регулярно эксплуатируются людьми для обнаружения контрабанды (например, наркотиков или взрывчатых веществ), или других объектов, представляющих интерес, таких как пропавшие без вести лица, инвазивные виды,^{или болезни 2,3}. Для исследования обнаружения собак или других тем исследования обоняния, исследователи часто изучают процесс обоняния и сильные и ограничения обонятельной системы. Таким образом, как правило, желательно контролировать выброс запаха пара в окружающую среду, чтобы воспроизвести доставить известные количества одоранта во время тестирования. Неспособность учитывать различия в доступности запаха из-за таких факторов, как давление пара или воздействие на окружающую среду, часто усложняет интерпретацию данных и применимость^4. Аналогичным образом желательно, чтобы обеспечить установленное количество запаха во время учебных сценариев для обнаружения собак. Например, исследования Hallowell et al.⁵ и Papet⁶ показали важность интенсивности запаха в восприятии запаха, и что изменение интенсивности одоранта может повлиять на то, как он воспринимается в одиночку или в смеси.

В лабораторных условиях, использование аналитического оборудования, такого как проницаемые трубки с управляемыми печами, парогенераторы, или olfactometers могут быть использованы для контроля доставки запаха. Тем не менее, этот тип оборудования непрактично для использования во время полевых испытаний и учебных^{сценариев 4.} Контролируемая система имитации запаха (COMPS) была разработана как простой, недорогой и одноразовый метод для контролируемой доставки запаха, не требующий внешней энергии. Таким образом, они могут быть легко включены в различные сценарии тестирования и обучения⁷. Блоки COMPS просто состоят из запаха интереса на абсорбентном материале, запечатанном внутри проницаемого полимерного мешка, хранящегося во вторичной системе сдерживания. Использование COMPS снижает изменчивость между тестами и улучшает согласованность во время учений⁸.

Доставка запаха или наличие COMPS измеряется с точки зрения скорости пронизывания, как это определено гравиметрическим анализом с точки зрения массы пара, высвобождаемого с течением времени. Темпы пронизывания можно контролировать с помощью ряда факторов, включая толщину полимерного мешка, его доступную площадь поверхности, тип используемого абсорбентного материала (субстрата) и количество паханта. Скорость пермяния является постоянной в течение определенного периода времени (часы или дни) в зависимости от используемого запаха. Это позволяет при минимальной изменчивости при доставке запаха во время тестирования или обучения. Во время хранения, COMPS прийти к равновесию в непроницаемом внешнем контейнере, в результате чего мгновенный источник запаха пара с известной скоростью пронизывания.

COMPS были первоначально разработаны, чтобы содержать запахи, связанные со взрывчатыми веществами и быть использованы в качестве запаха имитирует⁷. Как определено Macias et al., запах имитирует материал, представляющий интерес, такой как взрывчатка, обеспечивая доминирующие летучие соединения, или одоранты, найденные в области головы этого материала без присутствия самого родительского материала⁸. Чтобы создать запах имитировать, активные запахи родительского материала должны быть определены. Активный одорант, в этом сценарии, описывается как летучих соединений, что обученные обнаружения взрывчатых веществ собак обнаруживает, полагая, что есть фактические взрывчатых веществ настоящее время. Выявив доминирующие летучие соединения в головной пространстве нескольких взрывчатых веществ, COMPS были готовы выпустить эти отдельные одоранты с контролируемой скоростью в течение всего периода полевых испытаний собак обонятельного обнаружения и определить активный запах, связанный с несколькими взрывчатыми веществами. COMPS были успешно использованы для этой цели⁷,^{9 и}с тех пор были использованы в качестве запаха имитирует для дальнейшей подготовки обнаружения взрывчатых веществ.

Macias et al. использовали COMPS, содержащий пиперонал, чисто химическое вещество при комнатной температуре, которое в фазе пара было показано, что является активным одорантом для МДМА (3,4-метилендиоксиметамфетамин), психоактивного препарата, известного как экстази. Исследователя использовали меняя толщины и поверхностные зоны мешков полиэтилена низкой плотности для того чтобы отрегулировать тариф пронизывания пиперонального пара. Эта серия COMPS затем была использована для оценки порога обнаружения пиперонов для обученных собак обнаружения наркотиков⁸. И наоборот, в отдельном исследовании, COMPS мешок толщины были скорректированы, чтобы свести к минимуму отклонение темпов пронизывания между каждым соединением в гомологичной серии, хотя они обладали резко меняющихся давления пара. Если бы толщина одного мешка была использована в этом исследовании, эти соединения с более высоким давлением пара дали бы гораздо более высокие показатели пронизывания. Путем увеличивать толщину мешка для более высоких соединений волатильности, тарифы пронизывания были отрегулированы так, что они были подобны для всех соединений^4. Оба исследования демонстрируют полезность и адаптивность COMPS для контроля выброса пара. Аналогичные исследования оптимизации толщины полимерных пакетов, а также абсорбционного материала были проведены в создании запаха имитирует для синтетических катиноны (т.е. соли для^{ванн) 10}, другие наркотики (в том числе^{героина и марихуаны 11}), и человеческий^{запах соединений 12,13}. В последнем примере, Симон и др. исследовали активные одоранты, связанные с инвазивным видом грибов¹⁴. Целые кусочки зараженной коры дерева, вместо извлеченных одорантов, были помещены непосредственно в полимерный мешок для контроля выпуска во время тестирования собак olfaction¹⁴. COMPS может быть использован для различных сценариев, и протоколы, обсуждаемые в настоящем варианте, были выбраны, чтобы продемонстрировать разнообразие этого инструмента.

протокол

1. Сборка COMPS(рисунок 1)

1. Для аккуратного (жидкого) соединения на субстрате(рисунок 1A)
   1. Чтобы оплодотворить субстрат одорантом, используйте откалиброванную пипетку, чтобы добавить 5 МКЛ аккуратного соединения к 2 х 2 дюйма ватной марли площадку или другой субстрат выбора (см. Таблица материалов).
   2. Сложите марлевую площадку пополам и поместите этот (или альтернативный субстратный материал) в 2 х 3 дюйма полиэтилен проницаемый мешок. Предлагаемые толщины мешка между 1 MIL, для самой быстрой скорости пронизывания, до 8 MIL, для более медленной скорости пронизывания.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Вариации абсорбирующих материалов, проницаемый размер мешка, химия полимера и толщина могут быть использованы, но эти изменения влияют на скорость пронизывания запахов (см. дальнейшее обсуждение в разделе Результаты).
   3. Немедленно запечатайте полимерный мешок, закрытый тепловым уплотнием, устраняя как можно больше воздуха из мешков.
   4. Храните сумку во внешней необубежкуемой сумке, или если она будет использоваться немедленно, поместите ее в чистую лодку взвешивания в капоте дыма(рисунок 1B).
2. Для твердого материала, нет субстрата необходимо (Рисунок 1C)
   1. Взвесить нужное количество твердого материала, который может быть чистым соединением или фактическим целевым материалом, и поместить в 2 х 3 дюйма полиэтилен низкой плотности (LDPE) проницаемый мешок. Опять же, предложенная толщина сумки колеблется от 1 MIL до 8 MIL.
   2. Сразу же тепло-печать полимерный мешок закрыт, устраняя как можно больше воздуха из мешка, как это возможно, и хранить или откладывать в вес лодке.

2. Гравиметрический анализ для определения скорости пронизывания COMPS

ПРИМЕЧАНИЕ: Постоянная температура окружающей среды имеет важное значение для точных и воспроизводимых измерений, как гравиметрических, так и головного пространства. Постоянная температура должна поддерживаться во время всех испытаний. Рекомендуется проводить все аналитические измерения при желаемых температурах во время тестирования.

1. Чтобы определить скорость пронизывания одорантов через проницаемый мешок, поместите недавно сделанный COMPS в взвешенную лодку внутри дымового капота.
2. Поместите чистую, отдельную взвешенную лодку на аналитический баланс и обнулите баланс.
3. Удалите COMPS из капота дыма и поместите на баланс. Завехай массу и немедленно вернитесь к дымовому капоту.
4. Продолжайте записывать массу COMPS в течение обычного времени шагом до тех пор, пока масса COMPS больше не изменится (±5%). На данный момент запах от COMPS истощается.
5. В качестве отрицательного контроля создайте пустую COMPS, состоящую только из субстратного материала без одорантов, запечатанных в проницаемую сумку. Относитесь к этому негативному контролю так же, как COMPS с одорантом, чтобы обеспечить минимальные колебания массы с течением времени.
6. Рассчитайте скорость пронизывания из COMPS.
   1. Участок массы COMPS по сравнению со временем на X-Y участок в соответствующем программном обеспечении статистического анализа.
   2. Подготовь линейную линию тренда только к линейной части графика и отобразить уравнение на графике. Линия тренда НЕ должна быть установлена, чтобы включить происхождение. Склон линии (т.е. м в й й мз б) является скорость пронизывания в массе на единицу времени.

3. Анализ головного пространства путем микроэкстракции твердой фазы с газовой хроматографией/масс-спектрометрией (SPME-GC/MS) (по желанию)

1. Подготовьте свежий COMPS в соответствии с инструкциями выше, и позволить ему уравновесить в открытом взвешивании лодки внутри капота дыма в течение 30 минут.
2. Удалите COMPS из взвешивания лодки, поместите его в 1 пинту эпоксидной подкладкой металлический образец контейнера без крышки, и положил его в 1 галлон эпоксидной подкладкой металлический контейнер. Контейнеры должны храниться в дымовой капоте в течение всего эксперимента.
3. Разрешить не менее 30 минут для эквилибрации в контейнере до отбора проб.
4. Для отбора проб после эквилибрации поместите крышку с предварительно просверленным отверстием 1 см поверх внешнего контейнера. Вставьте соответствующее волокно SPME через отверстие на крышке, чтобы извлечь аналитику интереса. Когда волокно SPME не используется, покройте отверстие парафиновой пленкой или тому подобное. Время и оптоволоконные покрытия будут зависеть от типа и количества аналитного пара, а также размера сосуда для отбора проб и условий^{окружающей среды 15.}
5. Удалите волокно SPME после отведенного времени и поместите в нагретый вход GC/MS для термического desorption и анализа.
   1. Запустите метод GC/MS, подходящий для соединения, используемого в COMPS^16.
6. Для количественной оценки сравните полученную пиковую область с внешней кривой^{калибровки 16} и/или внутренним^{стандартом 17, как} это уместно для метода и экспериментального проектирования.
   ПРИМЕЧАНИЕ: 1) В этом примере были использованы контейнеры для образца металла, облицованные эпоксидной смолой, но были бы пригодны и другие типы контейнеров. Для прямого сравнения наличия запаха с полевыми обонятельными оценками было бы лучше использовать один и тот же контейнер, очищенный между каждым тестом, для обоих экспериментов; 2) Для воспроизводимых результатов все аспекты процедуры отбора проб должны поддерживаться во всех экспериментах репликации, включая, но не ограничиваясь временем равноденствия, временем извлечения SPME, типом и размером контейнера, а также условиями окружающей среды (т.е. температурой и влажностью).

4. Хранение COMPS

1. Поместите один COMPS в металлический барьер мешок (3,5 х 4,5 дюйма) и тепло-печать, чтобы закрыть, удаляя как можно больше воздуха из мешка до уплотнения (Рисунок 1B).
2. Хранить в прохладных условиях окружающей среды или в холодильнике, но не ниже или близко к замораживанию, чтобы избежать образования конденсата, как COMPS оттаивает.
3. При тестировании нескольких одорантов или показателей доставки запаха в одном эксперименте рекомендуется вторичное сдерживание для устранения любого возможного перекрестного загрязнения во время транспортировки и хранения.
   1. Поместите реплицировать несколько барьерных мешков каждый, содержащий отдельные COMPS одного и того же аналита и скорости пронизывания во внешней, больше металлизированной сумке или стеклянной банке для хранения и транспортировки.

5. Полевое обонятельное тестирование

ПРИМЕЧАНИЕ: Обонятельные испытания могут проводиться различными способами в зависимости от тестируемого животного, цели эксперимента и условий окружающей среды. В приведеном ниже протоколе описывается один из таких способов тестирования. Все испытания на животных должны быть сначала рассмотрены и одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и использованию (IACUC).

1. Во-первых, создать пустой или отрицательный контроль COMPS, как описано выше. Сделать достаточно, чтобы каждый контейнер в сценарии тестирования будет содержать запасные COMPS (2-3 в зависимости от количества животных, участвующих в эксперименте). Пакет все пустые COMPS вместе во вторичном сдерживании (т.е. больше металлизированный мешок или стеклянная банка с уплотнительной крышкой).
2. Создание новых COMPS по мере необходимости для предполагаемого протокола полевых испытаний. Устраните все возможные источники загрязнения между COMPS и металлизированным мешком. Это может быть достигнуто путем регулярной смены перчаток и очистки лабораторной рабочей поверхности.
3. Храните COMPS в течение по крайней мере 1 дня до использования, чтобы обеспечить равновесие. Храните любые репликации в одном и том же вторичном контейнере. Тем не менее, различные COMPS должны быть в отдельных вторичных контейнерах.
4. Для настройки базового обонятельного теста собак выложить несколько линий по крайней мере из пяти одинаковых контейнеров (например, металлические коробки, коробки), при этом количество линий зависит от количества исследуемых переменных.
   1. Настройка пробной версии таким образом, чтобы каждая строка содержит один контейнер с целевым COMPS и четыре с пустым COMPS. Положительные линии управления, подготовленные таким же образом, но с известным запахом цели, могут быть использованы по мере необходимости для сценария эксперимента, обучения или тестирования. Дополнительный отрицательный контроль или пустая линия должна содержать пять пустых COMPS и никаких целей. Закажите эту отрицательную линию управления, положительную линию управления (при использовании) и тестовые линии наугад, и измените порядок с помощью генератора случайных чисел для каждого обонятельного теста собак в качестве практического для сценария тестирования.
      1. Включите один отвлекающий запах / материал на линию, а также.
      2. Рандомизировать порядок и местоположение цели и отвлекающих запахов в каждой строке для каждого собак тестируется с помощью генератора случайных чисел.
5. Для подготовки контейнеров удалите COMPS из вторичных и внешних контейнеров, поместив в пробный контейнер только проницаемую сумку.
   1. Разрешить COMPS уравночные в контейнере в течение как минимум 30 минут до тестирования.
   2. Повторите шаги для каждого COMPS используется в тесте, начиная с пробелов, а затем положительный контроль (при использовании), а затем тестирование пахантов, изменение перчатки каждый раз.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Подробные примеры сценариев тестирования собак можно найти в Simon et al.⁴ или Macias et al.⁸.

Результаты

Основная цель использования COMPS в обонятельном тестировании/ обучении заключается в контроле выпуска выбранных одорантов и доставке контролируемого количества одоранта в течение всего срока проведения теста или тренировки. Выброс одоранта измеряется гравиметрическим анализом с точ...

Обсуждение

Контролируемые системы пермяки Odor Mimic (COMPS) легко создаются путем уплотнения запаха интереса в проницаемую сумку. Это может быть сделано путем трубопроводов аккуратные жидкие соединения на абсорбент материала, а затем размещение абсорбаторного материала в мешок; путем размещения чист?...

Материалы

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