Name: controlled odor mimic permeation systems for olfactory training and field testing
Uploaded: 2021-01-28T12:30:00
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Questo lavoro è stato finanziato in parte dall'Office of Naval Research e dal National Institute of Justice (2006-DN-BX-K027). Gli autori desiderano ringraziare i numerosi studenti del "Furton Group" che hanno partecipato a questo progetto, nonché i collaboratori del Naval Research Laboratory degli Stati Uniti e del Naval Surface Warfare Center (Indian Head EOD Technology Division). Infine, gli autori ringraziano Peter Nunez della U.S. K-9 Academy, Tony Guzman di Metro-Dade K9 Services e le squadre canine delle forze dell'ordine dell'area di Miami-Dade.

1. Montaggio del COMPS (Figura 1)
<ol><li>Per un composto pulito (liquido) su un substrato(figura 1A)<ol>
<li>Per impregnare il substrato con odorante, utilizzare una pipetta calibrata per aggiungere 5 μL di composto pulito a un cuscinetto di garza di cotone da 2 x 2 pollici o altro substrato preferito (vedi Tabella dei materiali).</li>
		<li>Piegare il cuscinetto di garza a metà e posizionare questo (o un materiale di substrato alternativo)...

<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. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+identification+of+volatile+organic+compounds+from+synthetic+cathinone+derivatives+for+the+development+of+odor+mimic+training+aids.">The identification of volatile organic compounds from synthetic cathinone derivatives for the development of odor mimic training aids.</a> Florida International University. , (2017).</li><li>Huertas-Rivera, A. M. <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+the+active+odors+from+illicit+substances+for+the+development+of+optimal+canine+training+aids.">Identification of the active odors from illicit substances for the development of optimal canine training aids.</a> Florida International University. , (2016).</li><li>DeGreeff, L. E., 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=Collection+and+identification+of+human+remains+volatiles+by+non-contact,+dynamic+airflow+sampling+and+SPME-GC/MS+using+various+sorbent+materials.">Collection and identification of human remains volatiles by non-contact, dynamic airflow sampling and SPME-GC/MS using various sorbent materials.</a> Analytical and Bioanalytical Chemistry. 401, 1295-1307 (2011).</li><li>DeGreeff, L. E., Curran, A. M., 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=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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S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Development of an Optimized System of Narcotic and Explosive Contraband Mimics for Calibration and Training of Biological Detectors. , (2009).</li><li>Simon, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Detection of an Invasive Pathogen through Chemical and Biological Means for the Protection of Commercial Crops. , (2017).</li></ol>

I sistemi di permeazione odorimica controllata (COMPS) sono facilmente creati sigillando un odore di interesse in una borsa permeabile. Questo può essere fatto pipettando un composto liquido pulito su un materiale assorbente e quindi posizionando il materiale assorbente nel sacchetto; posizionando un composto puro e solido direttamente nella borsa4, come è stato fatto nel caso del piperonale8; o posizionando il materiale bersaglio contenente odori multipli o sconosciuti i...

L'olfatto è un meccanismo di rilevamento cruciale, ma spesso trascurato, utilizzato dalla maggior parte degli animali. Per molti è il meccanismo principale per localizzare il cibo, trovare un compagno o percepire il pericolo1. Inoltre, le capacità olfattive di alcuni animali, in particolare i canini, sono regolarmente sfruttate dall'uomo per l'individuazione di contrabbando (ad esempio narcotici o esplosivi) o altri oggetti di interesse, come persone scomparse, specie invasive o malattie2,3. Per la ricerca sull'individuazione canina o altri argomenti di ricerca sull'olfatto, gli investigatori spesso studiano il processo di olfatto e i punti di forza e i limiti del sistema olfattivo. Come tale, è generalmente auspicabile controllare il rilascio di un vapore odorante nell'ambiente per fornire in modo riproducibile quantità note di odorante durante il test. La mancata considerazione delle variazioni nella disponibilità di odori dovute a fattori quali la pressione del vapore o gli effetti ambientali spesso complica l'interpretazione e l'applicabilità deidati 4. Allo stesso modo è auspicabile fornire una quantità stabilita di odore durante gli scenari di allenamento per i canini di rilevamento. Ad esempio, studi di Hallowell etal. 
In ambienti di laboratorio, l'uso di apparecchiature analitiche come tubi di permeazione con forni controllabili, generatori di vapore o olfactometri può essere utilizzato per controllare l'erogazione degli odori. Tuttavia, questo tipo di apparecchiature non è pratico per l'uso durante gli scenari di test sul campo e di allenamento4. Il Controlled Odor Mimic Permeation System (COMPS) è stato sviluppato come metodo semplice, a basso costo e usa e getta per l'erogazione controllata degli odori che non richiede energia esterna. Pertanto, possono essere facilmente incorporati in una varietà di diversi scenari di test e formazione7. Le unità COMPS sono semplicemente composte da un odorante di interesse su un materiale assorbente sigillato all'interno di un sacchetto polimerico permeabile, conservato in un sistema di contenimento secondario. L'utilizzo di COMPS riduce la variabilità tra i test e migliora la coerenza durante gli esercizi diallenamento 8.
La consegna degli odori o la disponibilità da COMPS è misurata in termini di tasso di permeazione, come determinato dall'analisi gravimetrica in termini di massa di vapore rilasciata nel tempo. I tassi di permeazione possono essere controllati da una serie di fattori, tra cui lo spessore del sacchetto polimerico, la sua superficie disponibile, il tipo di materiale assorbente (substrato) utilizzato e la quantità di odorante. Il tasso di permeazione è costante per un determinato periodo di tempo (ore o giorni) a seconda dell'odore utilizzato. Ciò consente una variabilità minima nella consegna degli odori durante i test o l'allenamento. Durante lo stoccaggio, COMPS raggiunge l'equilibrio all'interno del contenitore esterno impermeabile, risultando in una fonte istantanea di vapore odorante ad un tasso di permeazione noto.
I COMPS sono stati inizialmente progettati per contenere odori associati a materiali esplosivi e per essere utilizzati come imitazioni degli odori7. Come definito da Macias et al., un odore imita un materiale di interesse, come un esplosivo, fornendo i composti volatili dominanti, o odoranti, trovati nello spazio della testa di quel materiale senza la presenza del materiale madrestesso 8. Per creare un odore imitare, è necessario determinare gli odori attivi del materiale genitore. Un odorante attivo, in questo scenario, è descritto come un composto volatile che un canino addestrato per il rilevamento di esplosivi rileva, credendo che ci sia un vero materiale esplosivo presente. Dopo aver identificato composti volatili dominanti nello spazio della testa di diversi materiali esplosivi, comps era pronto a rilasciare questi singoli odori ad un ritmo controllato per la durata delle prove sul campo di rivelazione olfattiva canina e a determinare l'odore attivo associato a diversi materiali esplosivi. Comps sono stati utilizzati con successo per questo scopo7,9 e da allora sono stati utilizzati come imitazioni degli odori per ulteriori allenamenti di rilevamento di esplosivi.
macias et al. I ricercatori hanno utilizzato spessori variabili e aree superficiali di sacchetti di polietilene a bassa densità per regolare il tasso di permeazione del vapore piperonale. Questa serie di COMPS è stata quindi utilizzata per stimare la soglia di rilevamento piperonale per i canini addestrati per il rilevamento di narcotici8. Al contrario, in uno studio separato, gli spessori dei sacchetti COMPS sono stati regolati per ridurre al minimo la deviazione dei tassi di permeazione tra ciascun composto in una serie omologa, sebbene possedesse pressioni di vapore drasticamente variabili. Se in questo studio fosse stato utilizzato un singolo spessore del sacchetto, quei composti con pressioni di vapore più elevate avrebbero prodotto tassi di permeazione molto più elevati. Aumentando lo spessore del sacchetto per i composti a maggiore volatilità, i tassi di permeazioni sono stati regolati in modo che fossero simili per tutti icomposti 4. Entrambi gli studi dimostrano l'utilità e l'adattabilità del COMPS per controllare il rilascio di vapore. Studi simili che ottimizzano lo spessore del sacchetto polimerico e il materiale assorbente sono stati effettuati nella creazione di imitazioni degli odori per catinoni sintetici (cioè sali da bagno)10,altri narcotici (tra cui eroina e marijuana11)e composti dell'odore umano12,13. In un ultimo esempio, Simon et al. Interi pezzi di corteccia d'albero infetta, invece degli odori estratti, sono stati collocati direttamente nel sacchetto polimerico per controllare il rilascio durante il test di olfatto canino14. COMPS può essere utilizzato per una varietà di scenari e i protocolli qui discussi sono stati scelti per dimostrare la diversità di questo strumento.

<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

Il Controlled Odor Mimic Permeation System (COMPS) è stato sviluppato per fornire un comodo metodo di test sul campo di erogazione degli odori a velocità controllate e riproducibili. I COMPS sono composti da un odorante di interesse su un materiale assorbente sigillato all'interno di un sacchetto polimerico permeabile. Lo strato permeabile consente un rilascio costante dell'odorante per un determinato periodo di tempo. La borsa permeabile viene ulteriormente conservata in una borsa secondaria impermeabile. La procedura di doppio contenimento consente l'equilibrazione dell'odore dal sacchetto permeabile ma all'interno dello strato esterno impermeabile, risultando in una fonte istantanea e riproducibile di vapore odorante al momento della rimozione dall'imballaggio esterno. I COMPS vengono utilizzati sia nei test olfattivi per scenari sperimentali che per l'allenamento di rilevamento olfattivo, ad esempio con canini di rilevamento. Comps può essere utilizzato per contenere una vasta gamma di odori (ad esempio, polveri di narcotici) e fornire un rilascio controllato degli odori associati. La disponibilità di odori da COMPS è espressa in termini di tasso di permeazione (cioè, la velocità del vapore odorante rilasciato da un COMPS per unità di tempo) ed è tipicamente misurata con mezzi gravimetrici. Il tasso di permeazione per una data massa o volume di odorante può essere regolato in base alle esigenze variando lo spessore del sacchetto, la superficie e/o il tipo di polimero. La concentrazione di odori disponibile da un COMPS può anche essere misurata con tecniche di analisi dello spazio di testa come la microesezione in fase solida con gascromatografia/spettrometria di massa (SPME-GC/MS).

L'obiettivo primario dell'utilizzo di COMPS nei test/allenamenti olfattivi è quello di controllare il rilascio degli odori scelti e fornire una quantità controllata di odorante per tutta la durata della sessione di prova o allenamento. Il rilascio di odorante è misurato mediante analisi gravimetrica in termini di perdita di massa per unità di tempo. La figura 2 fornisce un esempio dei risultati gravimetrici della permeazione di tre COMPS identici preparati a partire da 5 μL di acido pen...

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Controlled Odor Mimic Permeation Systems for Olfactory Training and Field Testing

Il controlled odor mimic Permeation System è un metodo semplice, portatile sul campo e a basso costo di erogazione degli odori per test olfattivi e formazione. È costruito con un odorante trattenuto su un materiale adsorbente e contenuto all'interno di un sacchetto polimerico permeabile che consente il rilascio controllato del vapore odorante nel tempo.

Sistemi di permeazione imitare gli odori controllati per l'allenamento olfattivo e il test sul campo

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

La ricerca olfattiva è limitata dalla mancanza di metodologia per fornire odori noti e riproducibili durante i test operativi o la formazione. COMPS fornisce un comodo metodo verificabile per la consegna controllata degli odori. COMPS può contenere una vasta gamma di odori e i tassi di consegna possono essere variati regolando lo spessore del sacchetto, la superficie e / o il tipo di polimero.Per impregnare un substrato con odorante, utilizzare una pipetta calibrata per aggiungere cinque microlitri di composto pulito su un cuscinetto di garza di cotone da due per due pollici e piegare il pad a metà. Quindi posizionare la garza in un sacchetto permeabile in polietilene a bassa densità da due a tre pollici e sigillare immediatamente la borsa con un sigillare termico. Per determinare il tasso di permeazione degli odori attraverso la borsa permeabile, posizionare un COMPS di nuova fabbricazione in una barca di peso all'interno di una cappa aspirante e utilizzare una seconda barca a peso pulito per azzerare un equilibrio analitico.Trasferire il COMPS dalla cappa dei fumi sulla bilancia e registrare la massa prima di riportare rapidamente il COMPS alla cappa dei fumi. Quindi calcolare il tasso di permeazione dal COMPS tracciando massa rispetto al tempo e trovando la pendenza della linea. Per analizzare lo spazio della testa mediante SPME con spettrometria di massa gascromatografica, consentire al COMPS di equilibrare nella barca a peso aperto nella cappa dei fumi per 30 minuti, trasferendo il COMPS in un contenitore non reattivo, come un barattolo di vetro o un contenitore metallico rivestito epossidico.Per il campionamento dopo l'equilibrazione, posizionare un coperchio con un foro di un centimetro nel coperchio sul contenitore da un gallone e inserire una fibra SPME inappropriata nel foro per estrarre l'anale di interesse. Al termine del periodo di estrazione, trasferire la fibra nell'ingresso riscaldato di uno spettrometro di massa gascromatografico per il desorbimento termico e l'analisi. Per lo stoccaggio, posizionare un singolo COMPS in un sacchetto barriera metallizzato da 3,5 per 4,5 pollici e una guarnizione termica per chiudersi, rimuovendo quanta più aria possibile dalla borsa prima della sigillatura.Se in un unico esperimento vengono testati più odori o tassi di consegna degli odoranti, posizionare la borsa e il contenimento secondario per eliminare qualsiasi possibile contaminazione incrociata durante il trasporto e lo stoccaggio. Posizionare replicare più sacchi barriera contenenti comps individuali dello stesso alita e tasso di permeazione in un contenitore esterno più grande per lo stoccaggio e il trasporto. Quindi conservare la borsa in condizioni ambientali fresche o refrigerate.Per impostare un test olfattivo canino di base, impaginazione di più righe di almeno cinque contenitori identici e impostare le prove in modo che ogni riga contenga un contenitore con un COMPS di destinazione e quattro con COMPS vuoto. Le linee di controllo positive preparate nello stesso modo, ma con un odore di destinazione noto, possono essere utilizzate come appropriato per l'esperimento, l'allenamento o lo scenario di test. Un controllo negativo aggiuntivo o una riga vuota devono contenere cinque COMPS vuoti e nessuna bersagli.Successivamente, trasferire il sacchetto permeabile per ogni COMPS dai contenitori secondari ed esterni nei contenitori di prova appropriati. Dopo 30 minuti di equilibrazione, iniziare il test. Qui, viene mostrato un esempio di risultati gravimetrici dalla permeazione di tre COMPS identici preparati da cinque microlitri di acido pentanoico su garza di cotone attraverso un sacchetto di polietilene a bassa densità da tre milioni.L'aggiunta della regressione al grafico rivela che il tasso di permeazione è di 37 microgrammi al minuto per questo insieme di COMPS. La quantità di odore rilasciata per una determinata prova può essere regolata modificando la quantità di materiale nel sacchetto, la superficie del materiale del sacchetto permeabile o lo spessore del sacchetto. Qui, la variazione delle pressioni di vapore tra i gruppi di aliti viene confrontata con la variazione del tasso di permeazione dopo aver regolato lo spessore del sacchetto ai tassi di permeazione di controllo di ogni alita, rendendo i tassi il più simili possibile.Al contrario, la regolazione dello spessore del sacchetto per un singolo alita consente ai tassi di permeazione di variare di tre ordini di grandezza. Le misurazioni headspace possono essere utilizzate per misurare meglio la quantità di odorante disponibile durante un determinato scenario di test o allenamento. Ad esempio, in questo cromatografo rappresentativo, le aree di picco piperonale possono essere osservate aumentare con l'aumento del tasso di permeazione.Utilizzando queste tre serie di COMPS piperonali nelle prove canine, è stata stimata una misurazione del limite di rivelazione dei canini per piperonale. In questa analisi, il tasso di permeazione e quindi la disponibilità di odori, sono aumentati così come il numero di canini che avvisano il COMPS appropriato. Da quando COMPS è stato sviluppato per la prima volta, li abbiamo usati per stabilire firme di odori attive per una varietà di obiettivi di rilevamento, stimare i limiti di rilevamento e testare le funzionalità di discriminazione canina.

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