Name: controlled odor mimic permeation systems for olfactory training and field testing
Uploaded: 2021-01-28T12:30:00
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这项工作部分由海军研究办公室和国家司法研究所（2006-DN-BX-K027）供资。作者要感谢参与该项目的许多"Furton Group"学生，以及美国海军研究实验室和海军水面作战中心（印度头EOD技术司）的合作者。最后，作者感谢美国K-9学院的彼得·努涅斯、地铁-戴德K9服务的托尼·古兹曼和迈阿密-戴德地区执法犬队。

1. COMPS的组装 （图1）
<ol><li>对于基材上的整洁（液体）化合物 （图 1A）<ol>
<li>要用气味剂使基材浸渍，请使用校准的移液器将 5 μL 的整洁化合物添加到 2 x 2 英寸棉纱布垫或其他首选基材中（ 参见材料表）。</li>
		<li>将纱布垫折成两半，将其（或替代基材材料）放入 2 x 3 英寸低密度聚乙烯渗透袋中。建议的袋体厚度在 1 MIL 之间，用于?...

<ol>
	<li>Buck, L., Axel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+multigene+family+may+encode+odorant+receptors:+A+molecular+basis+for+odor+recognition.">A novel multigene family may encode odorant receptors: A molecular basis for odor recognition.</a> Cell. 65, 175-187 (1991).</li><li>Furton, K. G., Myers, L. 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S., Guerra-Diaz, P., Almirall, J. R., Furton, K. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+piperonal+emitted+from+polymer+controlled+odor+mimic+permeation+systems+utilizing+canis+familiaris+and+solid+phase+microextract-ion+mobility+spectrometry.">Detection of piperonal emitted from polymer controlled odor mimic permeation systems utilizing canis familiaris and solid phase microextract-ion mobility spectrometry.</a> Forensic Science International. 195, 132-138 (2010).</li><li>Harper, R., Almirall, J., Furton, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+dominant+odor+chemicals+emanating+from+explosives+for+use+in+developing+optimal+training+aid+combinations+and+mimics+for+canine+detection.">Identification of dominant odor chemicals emanating from explosives for use in developing optimal training aid combinations and mimics for canine detection.</a> Talanta. 67, 313-327 (2005).</li><li>Francis, V. 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G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+selected+sorbent+materials+for+the+collection+of+volatile+organic+compounds+related+to+human+scent+using+non-contact+sampling+mode.">Evaluation of selected sorbent materials for the collection of volatile organic compounds related to human scent using non-contact sampling mode.</a> Forensic Science International. 209 (1-3), 133-142 (2011).</li><li>Simon, A. G., Mills, D. K., Furton, K. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+and+canine+analysis+as+complimentary+techniques+for+the+identification+of+active+odors+of+the+invasive+fungs,+Raffaelea+lauicola.">Chemical and canine analysis as complimentary techniques for the identification of active odors of the invasive fungs, Raffaelea lauicola.</a> Talanta. 168, 320-328 (2017).</li><li>Penton, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+development+with+solid+phase+microextraction.">Method development with solid phase microextraction.</a> Solid Phase Microextraction: A Practical Guide. , 27-58 (1999).</li><li>Robards, K., Haddad, P. R., Jackson, P. 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通过将感兴趣的气味密封到可渗透袋中，可轻松创建受控气味模拟渗透系统 （COMPS）。这可以通过将整洁的液体化合物移液到吸水材料上，然后将吸水材料放入袋中来完成;将一个纯净的固体化合物直接放入袋4中，就像管状8的情况一样;或将含有多种或未知气味物的目标材料放入可渗透袋中，就像使用真菌感染的木材14一样。渗透袋控制异味剂?...

Olfaction 是大多数动物使用的一种关键但经常被忽视的传感机制。对许多人来说，它是定位食物、寻找伴侣或感知危险1的主要机制。此外，一些动物，尤其是犬类，经常利用嗅觉能力来检测违禁品（如麻醉品或爆炸物），或其他感兴趣的物品，如失踪人员、入侵物种或疾病2、3。对于犬类检测研究或其他嗅觉研究课题，研究者经常研究嗅觉过程以及嗅觉系统的优点和局限性。因此，通常最好控制异味蒸汽向环境中的释放，在测试期间可重现已知数量的异味。由于蒸汽压力或环境影响等因素，未能解释气味可用性的变化，往往使数据解释和适用性复杂化。同样，在检测犬的训练场景中，提供一定数量的气味也是可取的。例如，Hallowell等人5和Papet6的研究表明，气味强度在气味感知中的重要性，改变气味的强度会影响其单独感知方式或混合物中的气味强度。
在实验室环境中，可以使用分析设备，如带可控烤箱的渗透管、蒸汽发生器或气味计来控制气味的输送。但是，这种类型的设备在实地测试和训练场景4期间是不切实际的。受控气味模拟渗透系统 （COMPS） 是一种简单、低成本和一次性的方法，用于控制气味输送，无需外部电源。因此，它们可以很容易地融入到各种不同的测试和培训场景7。COMPS 装置只是由一种感兴趣的气味组成，这种气味密封在可渗透聚合物袋内，储存在二次密封系统中。使用COMPS可减少测试之间的变异性，并提高训练练习8期间的一致性。
COMPS 的气味输送或可用性以渗透率来衡量，由重力分析根据一段时间释放的蒸汽质量进行测量。渗透率可由多种因素控制，包括聚合物袋的厚度、其可用表面积、使用的吸水材料（基板）类型和气味量。渗透率在给定时间段（小时或天）内是恒定的，具体取决于使用的异味剂。这允许在测试或培训期间气味传递的变异性最小。在储存过程中，COMPS在不渗透的外容器内达到平衡，从而以已知的渗透速率产生即时的异味蒸汽源。
COMPS最初设计为含有与爆炸材料相关的异味剂，并用作气味模仿7。根据 Macias 等人的定义，气味模拟感兴趣的材料，如炸药，通过提供在该材料的头部空间中发现的显性挥发性化合物或气味剂，而父材料本身8。要创建异味模拟，必须确定父材料的活性气味。在这种情况下，一种活性气味剂被描述为训练有素的爆炸物探测犬探测到的挥发性化合物，认为存在实际的爆炸物质。在确定了几种爆炸材料头部空间中的显性挥发性化合物之后，COMPS准备在犬嗅觉检测现场试验期间以受控速度释放这些单独的气味，并确定与几种爆炸材料有关的活性气味。COMPS已成功用于此目的7，9，并自此被用作气味模拟进一步爆炸物检测训练。
Macias等人利用含有管状物的COMPS，这是一种在室温下纯化学固体，在蒸汽相中，已证明是MDMA（3，4-甲基二氧基甲基安非他明）的活性气味剂，这种精神活性药物称为摇头丸。研究人员利用低密度聚乙烯袋的不同厚度和表面积来调节管状蒸汽的渗透率。然后，这一系列的COMPS用于估计训练有素的麻醉品检测犬8的管层检测阈值。相反，在另一项研究中，COMPS袋厚度进行了调整，以尽量减少同源序列中每种化合物之间的渗透率偏差，尽管它们具有变化巨大的蒸汽压力。如果本研究使用了单个袋厚度，那么蒸汽压力较高的化合物的渗透率就会高得多。通过增加高挥发性化合物的袋厚，对渗透率进行了调整，使所有化合物4的渗透率都相似。这两项研究都证明了COMPS在控制蒸汽释放方面具有的实用性和适应性。优化聚合物袋厚度和吸水材料的类似研究已经进行了，用于合成卡辛酮（即浴盐）10，其他麻醉剂（包括海洛因和大麻11）和人类气味化合物12，13的气味模拟。在最后一个例子中，西蒙等人调查了与入侵真菌物种14有关的活性气味。整片受感染的树皮，而不是提取的异味剂，被直接放入聚合物袋，以控制释放在犬的奥法检测14。COMPS 可用于各种方案，本文讨论的协议用于演示此工具的多样性。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>16 oz economy jars (70-450 finish)</td>
			<td>Fillmore container</td>
			<td>A16-08C-Case 12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>7890A gas chromatograph / 5975 mass selective detector</td>
			<td>Agilent</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analytical balance</td>
			<td>Mettler Toledo</td>
			<td>01-911-005</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ball regualr bands and dome lids</td>
			<td>Fillmore container</td>
			<td>J30000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton gauze (2&#34; x 2&#34;)</td>
			<td>Dukal</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable weighing boats</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10803-148</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epoxy-lined sample containers, 1 gallon</td>
			<td>TriTech Forensics</td>
			<td>CANG-E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epoxy-lined sample containers, 1 pint</td>
			<td>TriTech Forensics</td>
			<td>CANPT-E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low density polyetheylene bag</td>
			<td>Uline</td>
			<td>S-5373</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rtx-Volatiles (30 m x 0.32 mmID) column</td>
			<td>Restek</td>
			<td>10901</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver metalized mylar barrier bag (3.5&#34; x 4.5&#34;)</td>
			<td>ESP Packaging</td>
			<td>95509993779</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver metalized mylar barrier bag (5&#34; x 8.5&#34; x 3&#34;)</td>
			<td>ESP Packaging</td>
			<td>95509993793</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solid phase microextration fiber assembly (PDMS/DVB/CAR)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>57328-U</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solid phase microextration holder</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>57330-U</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tabletop Impulse Sealer</td>
			<td>Uline</td>
			<td>H-190</td>
			<td>Heat sealer</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

controlled odor mimic permeation systems for olfactory training and field testing

受控气味模拟渗透系统 （COMPS） 开发，以提供一种方便的现场测试方法，以受控和可重复的速率传递气味。COMPS 由密封在可渗透聚合物袋内吸收材料上感兴趣的气味组成。渗透层允许在给定时间内不断释放异味剂。渗透袋进一步存放在二次、不渗透的袋子中。双密封程序允许平衡可渗透袋中的异味剂，但在不渗透的外层内，在从外包装上去除异味蒸汽时，产生即时且可重复的异味蒸汽源。COMPS 用于实验场景的嗅觉测试和嗅觉检测训练，如检测犬。COMPS 可用于包含各种气味剂（例如麻醉粉），并提供相关气味的受控释放。COMPS 的气味可用性以渗透率（即每单位时间从 COMPS 释放的异味蒸汽的速率）表示，通常通过重力测量。通过改变袋的厚度、表面积和/或聚合物类型，可以根据需要调整给定质量或气味量的渗透率。COMPS 的可用气味浓度也可通过头部空间分析技术（如带气相色谱/质谱仪 （SPME-GC/MS） 的固相微extraction）进行测量。

在嗅觉测试/培训中使用 COMPS 的主要目标是控制所选气味剂的释放，并在测试或训练期间提供控制量的异味剂。气味释放是通过重力分析测量的，根据单位时间的质量损失。 图 2 给出了一个重力结果示例，该示例通过 3 MIL LDPE 袋从棉纱布上 5 μL 五硝酸中制备的三个相同 COMPS 的渗透结果。向图形添加了一行回归，该线的斜率表示这组 COMPS 的渗透率 37 μg/min。
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Controlled Odor Mimic Permeation Systems for Olfactory Training and Field Testing

受控气味模拟渗透系统是一种简单、现场便携、低成本的嗅觉检测和培训气味输送方法。它由保留在吸附材料上的异味剂制成，并包含在可渗透聚合物袋内，允许随着时间的推移控制气味蒸汽的释放。

用于嗅觉训练和现场测试的受控气味模拟渗透系统

The Controlled Odor Mimic Permeation System (COMPS) was developed to provide a convenient field testing method of odor delivery at controlled and ...

嗅觉研究受到以下限制：缺乏在操作测试或培训期间提供已知且可重复气味的方法。COMPS为控制气味输送提供了一种方便的可现场方法。COMPS 可包含多种异味剂，通过调整袋厚度、表面积和/或聚合物类型，可改变输送速率。要用气味剂浸渍基材，请使用校准的移液器将五微升的整洁化合物添加到两英寸两英寸的棉纱布垫上，并将垫折成两半。然后将纱布放入一个二三英寸的低密度聚乙烯渗透袋中，并立即用热封口器密封袋子。要确定气味通过可渗透袋的渗透率，请将新制造的 COMPS 放在烟罩内的重物中，并使用第二艘清洁重量的船来实现分析平衡。将 COMPS 从烟罩转移到天平上并记录质量，然后快速将 COMPS 返回到烟罩。然后通过绘制质量与时间并查找线的斜率来计算从 COMPS 的渗透率。要使用气相色谱质谱法分析 SPME 的头部空间，允许 COMPS 在烟气罩中的开放重量船上平衡 30 分钟，将 COMPS 转移到无反应容器（如玻璃罐或环氧树脂内衬金属容器） 。在平衡后进行采样，将盖子上一厘米孔的盖子放在一加仑容器上，并将不适当的 SPME 纤维插入孔中，以提取感兴趣的分析物。在萃取期结束时，将纤维转移到气相色谱质谱仪的加热入口中，用于热吸附和分析。对于存储，将单个 COMPS 放在金属化的 3.5 4.5 英寸屏障袋中，并密封以关闭，在密封前从袋中去除尽可能多的空气。如果在一次实验中测试了多种异味剂或异味剂的输送率，请放置袋子和二次密封，以消除运输和储存过程中任何可能的交叉污染。将多个装有相同分析物和渗透率的单个 COMPS 的屏障袋放在外部较大的容器中，用于储存和运输。然后将袋子存放在凉爽的环境或冷藏条件下。要设置基本的犬嗅觉测试，请布置至少五个相同容器的多行，并设置试验，以便每行包含一个带目标 COMPS 的容器和四个带空白 COMPS 的容器。以相同方式准备的正控制线，但具有已知目标气味，可酌情用于实验、培训或测试场景。额外的负控件或空白行应包含五个空白的 COMPS，并且没有目标。接下来，将每个 COMPS 的渗透袋从辅助容器和外部容器转移到适当的试制容器中。平衡 30 分钟后，开始测试。此处显示了从棉纱布上五微升五硝酸中通过三密耳低密度聚乙烯袋中测试三种相同 COMPS 的重力结果示例。添加到图形的回归显示，这组 COMPS 的渗透速率为每分钟 37 微克。通过修改袋中的材料量、可渗透袋材料的表面面积或袋厚，可以调整给定测试释放的异味量。在这里，将分析物组蒸汽压力的变化与将袋厚调整到每种分析物的控制渗透速率后渗透率的变化进行比较，使速率尽可能相似。相反，调整单个分析剂的袋厚度允许渗透率变化三个数量级。头部空间测量可用于更好地测量给定测试或训练场景中可用的气味量。例如，在此代表性色谱仪中，可以观察到管状峰值区域随着渗透率的增加而增加。在犬类试验中，利用这三套管状合成器，估计了对犬类管弦检测极限的测量。在此分析中，渗透率和气味可用性增加，以及向适当的 COMPS 发出警报的犬的数量。自 COMPS 首次开发以来，我们一直使用它们为各种检测目标建立主动气味特征、估计检测限值和测试犬类歧视功能。

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