Summary
نظام التغلغل المتحكم به هو طريقة بسيطة ومحمولة في الميدان ومنخفضة التكلفة لتوصيل الرائحة لاختبار الشم والتدريب. هو يبنى من رائحة يُحتفظ بها على مادة مدمّس ومحتواة داخل حقيبة بوليمر نفاذية تسمح بإطلاق البخار المُعَدّيّ المُسيطر عليه بمرور الوقت.
Abstract
تم تطوير نظام محاكاة التغلغل في الرائحة (COMPS) لتوفير طريقة اختبار حقل مريحة لتسليم الرائحة بمعدلات خاضعة للرقابة وقابلة للتكرار. وتتألف كومبس من رائحة الفائدة على مادة ماصة مختومة داخل كيس البوليمر نفاذية. تسمح الطبقة نفاذية لإطلاق سراح مستمر من رائحة على مدى فترة زمنية معينة. يتم تخزين المزيد من الحقيبة نفاذة في حقيبة ثانوية، غير قابل للنفاذ. يسمح إجراء الاحتواء المزدوج بتكدير الرائحة من الكيس القابل للنفاذ ولكن داخل الطبقة الخارجية غير القابلة للاختزال ، مما يؤدي إلى مصدر فوري وقابل للتكرار من بخار الرائحة عند إزالته من العبوة الخارجية. وتستخدم كومببس في كل من اختبار الحاسة لسيناريوهات تجريبية وللتدريب على الكشف عن الشم، مثل مع الكلاب الكشف. يمكن استخدام كومببس لاحتواء مجموعة واسعة من الروائح (مثل مساحيق المخدرات) وتوفير إطلاق محكوم من الروائح المرتبطة بها. ويتم التعبير عن توافر الرائحة من الكومبس من حيث معدل التغلغل (أي معدل البخار المُطلق من كومببس لكل وحدة) ويقاس عادة بوسائل قياس المدى. يمكن تعديل معدل التغلغل في كتلة معينة أو حجم من الرائحة حسب الحاجة عن طريق تغيير سمك الحقيبة ، ومساحة السطح ، و / أو نوع البوليمر. ويمكن أيضا قياس تركيز الرائحة المتاحة من كومبس بواسطة تقنيات تحليل مساحة الرأس مثل الطور الصلب microextraction مع الكروماتوغرافيا الغازية / قياس الطيف الكتلي (SPME-GC/MS).
Introduction
يعتبر Olfaction آلية استشعار حاسمة ، ولكن غالبا ما يتم تجاهلها ، تستخدمها معظم الحيوانات. بالنسبة للكثيرين هو الآلية الرئيسية لتحديد مكان الغذاء، وإيجاد رفيقة، أو استشعار خطر1. وعلاوة على ذلك، فإن قدرات الشم بعض الحيوانات، وأبرزها الكلاب، يتم استغلالها بانتظام من قبل البشر للكشف عن السلع المهربة (مثل المخدرات أو المتفجرات)، أو غيرها من الأشياء ذات الأهمية، مثل الأشخاص المفقودين، والأنواع الغازية، أو الأمراض2،3. بالنسبة لأبحاث الكشف عن الكلاب أو مواضيع البحث الأخرى في الشم، غالباً ما يدرس المحققون عملية الشم ونقاط القوة والقيود في نظام الشم. على هذا النحو ، من المستحسن بشكل عام التحكم في إطلاق بخار الرائحة في البيئة لتسليم كميات معروفة من الرائحة أثناء الاختبار. عدم حساب الاختلافات في توافر رائحة بسبب عوامل مثل ضغط البخار أو الآثار البيئية غالبا ما يعقد تفسير البيانات وانطباق4. ومن المرغوب فيه بالمثل توفير كمية ثابتة من الرائحة أثناء سيناريوهات التدريب على الكلاب الكشف. على سبيل المثال، أشارت الدراسات التي أجراها Hallowell وآخرون5 وببيت6 إلى أهمية كثافة الرائحة في إدراك الرائحة، وأن تغيير شدة الرائحة يمكن أن يؤثر على كيفية النظر إليها بمفردها أو في خليط.
في البيئات المختبرية، يمكن استخدام المعدات التحليلية مثل أنابيب التغلغل مع أفران يمكن التحكم فيها، مولدات بخار، أو olfactometers يمكن استخدامها للسيطرة على تسليم الرائحة. ومع ذلك، فإن هذا النوع من المعدات غير عملي للاستخدام أثناء الاختبار الميداني وسيناريوهات التدريب4. تم تطوير نظام التغلغل في الروائح المتحكم بها (COMPS) كطريقة بسيطة ومنخفضة التكلفة ومُتَرَفة للتسليم المتحكم به للرائحة التي لا تتطلب أي طاقة خارجية. ولذلك، فإنها يمكن بسهولة أن تدرج في مجموعة متنوعة من سيناريوهات مختلفة اختبار والتدريب7. تتكون وحدات الكومبس ببساطة من رائحة ذات فائدة على مادة ماصة مختومة داخل كيس بوليمر نفاذي ، مخزنة في نظام احتواء ثانوي. استخدام COMPS يقلل من التباين بين الاختبارات ويحسن الاتساق أثناء التدريبات8.
يتم قياس تسليم الرائحة أو التوافر من كومببس من حيث معدل التغلغل ، كما يحددها التحليل gravimetric من حيث كتلة البخار التي تطلق مع مرور الوقت. يمكن التحكم في معدلات التغلغل بعدد من العوامل ، بما في ذلك سمك كيس البوليمر ، ومساحة السطح المتاحة ، ونوع المادة الماصة (الركيزة) المستخدمة ، وكمية الرائحة. معدل التغلغل ثابت لفترة معينة من الوقت (ساعات أو أيام) اعتمادا على استخدام الروائح. وهذا يسمح لتقلبات الحد الأدنى في تسليم رائحة أثناء الاختبار أو التدريب. أثناء التخزين، كومببس تأتي إلى التوازن داخل الحاوية الخارجية غير قابل للنفاذ، مما أدى إلى مصدر فوري للبخار رائحة بمعدل تغلغل معروف.
تم تصميم COMPS في البداية لاحتواء الروائح المرتبطة بالمواد المتفجرة واستخدامها كرائحة تحاكي7. كما هو محدد من قبل Macias وآخرون، يحاكي رائحة المواد ذات الاهتمام، مثل المتفجرة، من خلال توفير المركبات المتطايرة المهيمنة، أو الروائح، وجدت في مساحة الرأس من تلك المواد دون وجود المواد الأم نفسها8. لإنشاء تقليد رائحة، يجب تحديد الروائح النشطة للمواد الأصلية. يوصف الروائح النشطة ، في هذا السيناريو ، بأنها مركب متطاير يكتشفه الكلاب المدربة للكشف عن المتفجرات ، معتقدًا أن هناك مادة متفجرة فعلية موجودة. وبعد أن حددت الشركة المركبات المتطايرة المهيمنة في الفسحة التي توجد فيها عدة مواد متفجرة، كانت مستعدة لإطلاق هذه المواد ذات الرائحة الفردية بمعدل خاضع للمراقبة طوال مدة التجارب الميدانية للكشف عن الشم في الكلاب وتحديد الرائحة النشطة المرتبطة بعدة مواد متفجرة. وقد استخدمت بنجاح كومبس لهذا الغرض7،9 ومنذ ذلك الحين استخدمت كرائحة تقليد لمزيد من التدريب على الكشف عن المتفجرات.
استخدم Macias et al. كومببس التي تحتوي على البيبيرونال، وهو مادة كيميائية خالصة صلبة في درجة حرارة الغرفة، وقد تبين، في مرحلة البخار، أن يكون رائحة نشطة لـ MDMA (3،4-methylenedioxymethamphetamine)، وهو عقار مؤثر نفسيا يعرف باسم النشوة. استخدم الباحثون سماكة مختلفة ومناطق سطحية لأكياس البولي إيثيلين منخفضة الكثافة لضبط معدل تغلغل بخار البيبيرونال. ثم استخدمت هذه السلسلة من كومبس لتقدير عتبة الكشف عن بيبيرونال لسلاسل الكلاب المدربة للكشف عن المخدرات8. وعلى العكس من ذلك، في دراسة منفصلة، تم تعديل سمك كيس كومبس لتقليل انحراف معدلات التغلغل بين كل مركب في سلسلة متجانسة على الرغم من أنها تمتلك ضغوط بخار متفاوتة بشكل كبير. إذا كان قد تم استخدام سمك كيس واحد في هذه الدراسة، تلك المركبات مع ارتفاع ضغط البخار قد أسفرت عن معدلات تغلغل أعلى بكثير. عن طريق زيادة سمك كيس لمركبات التقلبات أعلى، تم تعديل معدلات التغلغل بحيث كانت مماثلة لجميع المركبات4. وتبين كلتا الدراستين فائدة وقدرة كومببس على التكيف للتحكم في إطلاق البخار. دراسات مماثلة تحسين سماكة كيس البوليمر وكذلك المواد الماصة قد أجريت في خلق تقليد رائحة لcathinones الاصطناعية (أي، أملاح الاستحمام)10، المخدرات الأخرى (بما في ذلك الهيروين والماريجوانا11)، ومركبات رائحة الإنسان12،13. في مثال أخير، حقق سيمون وآخرون في الروائح النشطة المرتبطة بأنواع الفطريات الغازية14. تم وضع قطع كاملة من لحاء شجرة المصابة، بدلا من الروائح المستخرجة، مباشرة في كيس البوليمر للسيطرة على الإفراج أثناء اختبار شفرة الكلاب14. يمكن استخدام كومبس لمجموعة متنوعة من السيناريوهات، وتم اختيار البروتوكولات التي تمت مناقشتها هنا لإظهار تنوع هذه الأداة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1- تجميع كومبس(الشكل 1)
- لمجمع أنيق (السائل) على الركيزة (الشكل 1A)
- للاستفادة من الركيزة مع رائحة، واستخدام ماصة معايرة لإضافة 5 ميكرولتر من مجمع أنيق إلى 2 × 2 بوصة القطن الشاش وسادة أو الركيزة الأخرى من اختيار (انظر جدول المواد).
- أضعاف لوحة الشاش في نصف ووضع هذا (أو مادة الركيزة البديلة) في 2 × 3 بوصة منخفضة الكثافة البولي ايثيلين نفاذية حقيبة. سمك الحقيبة المقترحة بين 1 مل، لأسرع معدل تغلغل، إلى 8 مل، لمعدل تغلغل أبطأ.
ملاحظة: يمكن استخدام الاختلافات في المواد الماصة، وحجم الحقيبة القابلة للنفاذ، وكيمياء البوليمر، والسمك، ولكن هذه التغييرات تؤثر على معدل تغلغل الروائح (انظر المزيد من المناقشة في قسم النتائج). - ختم على الفور كيس البوليمر مغلقة مع السدادة الحرارة، والقضاء على الهواء أكبر قدر ممكن من داخل الحقائب.
- تخزين كيس في حقيبة غير قابل للنفاذ الخارجي، أو إذا كان سيتم استخدامه على الفور، وضعه في قارب نظيف وزن في غطاء الدخان (الشكل 1B).
- للمواد الصلبة، لا الركيزة اللازمة(الشكل 1C)
- وزن المبلغ المطلوب من المواد الصلبة، والتي قد تكون مادة مجمع نقية أو الهدف الفعلي، ومكان في 2 × 3 بوصة البولي ايثيلين منخفضة الكثافة (LDPE) حقيبة نفاذية. مرة أخرى، سمك الحقيبة المقترحة يتراوح بين 1 ميل إلى 8 ميل.
- على الفور الحرارة ختم كيس البوليمر مغلقة، والقضاء على الهواء من داخل الحقيبة قدر الإمكان، وتخزين أو وضع جانبا في قارب يزن.
2. تحليل Gravimetric لتحديد معدل تغلغل كومبس
ملاحظة: درجة الحرارة المحيطة الثابتة مهمة لقياسات دقيقة وقابلة للاستنساخ، سواء gravimetric و headspace. يجب الحفاظ على درجة حرارة ثابتة أثناء جميع الاختبارات. من المستحسن إجراء جميع القياسات التحليلية في درجات الحرارة المطلوبة أثناء الاختبار.
- لتحديد معدل التغلغل في الروائح من خلال حقيبة نفاذية، ضع COMPS التي تم صنعها حديثًا في قارب يزن داخل غطاء أبخرة.
- ضع قاربًا نظيفًا منفصلًا على توازن تحليلي ، وصفرًا للتوازن.
- إزالة كومبس من غطاء الدخان ومكان على التوازن. سجل كتلة والعودة على الفور إلى غطاء الدخان.
- متابعة تسجيل كتلة COMPS على زيادات الوقت العادية حتى الكتلة من COMPS لم يعد يتغير (±5٪). عند هذه النقطة يتم استنفاد رائحة من كومبس.
- كتحكم سلبي، إنشاء COMPS فارغة تتكون من المواد الركيزة فقط دون رائحة مختومة في كيس نفاذية. تعامل مع هذا التحكم السلبي بنفس الطريقة التي تعامل بها الكومبس مع الرائحة لضمان الحد الأدنى من التقلبات في الكتلة بمرور الوقت.
- حساب معدل التغلغل من COMPS.
- رسم كتلة من كومبس مقابل الوقت على مؤامرة س ص في برنامج التحليل الإحصائي المناسب.
- قم باحتواء خط اتجاه خطي إلى الجزء الخطي من الرسم البياني وعرض معادلة على مخطط. يجب عدم تعيين خط الاتجاه لتضمين الأصل. إن انحدار الخط (أي m في y = m+ b) هو معدل التغلغل في الكتلة لكل وحدة زمنية.
3- تحليل مساحة الرأس بواسطة سحب دقيق متين للطور مع قياس الطيف اللوني للغاز/الطيف الكتلي (SPME-GC/MS) (اختياري)
- إعداد كومبس الطازجة التالية للتعليمات أعلاه والسماح لها لتكواسير في قارب وزنها مفتوحة داخل غطاء محرك الدخان لمدة 30 دقيقة.
- إزالة كومبس من قارب الوزن، وضعه في 1 نصف لتر epoxy مبطن حاوية العينة المعدنية دون غطاء، ووضعها في حاوية معدنية مبطنة بـ 1 غالون. يجب أن تبقى الحاويات في غطاء أبخرة طوال مدة التجربة.
- السماح على الأقل 30 دقيقة لتكدير في الحاوية قبل أخذ العينات.
- لأخذ العينات بعد التوازن، ضع غطاءً بثقب 1 سم تم حفره مسبقًا فوق الحاوية الخارجية. أدخل ألياف SPME مناسبة من خلال ثقب على الغطاء لاستخراج تحليل الفائدة. عندما لا يتم استخدام الألياف SPME، وتغطية ثقب مع فيلم البارافين أو ما شابه ذلك. وقت الاستخراج والألياف الطلاء سوف تكون تعتمد على نوع وكمية من التحليلات بخار الحاضر، فضلا عن حجم السفينة أخذ العينات والظروف البيئية15.
- إزالة الألياف SPME بعد وقت الاستخراج المخصصة ومكان في مدخل ساخنة من GC / MS للإزالة الحرارية وتحليل.
- تشغيل GC/MS الأسلوب المناسب للمركب المستخدمة في16COMPS.
- بالنسبة للكمية، قارن مساحة الذروة الناتجة إلى منحنى معايرة خارجي16 و/أو معيار داخلي17 حسب الاقتضاء للأسلوب والتصميم التجريبي.
ملاحظة: 1) في هذا المثال، تم استخدام حاويات العينة المعدنية مبطنة الايبوكسي، ولكن أنواع أخرى من الحاويات ستكون أيضا مناسبة. ولمقارنة التوفر بالرائحة مباشرة مع التقييمات المتخصصة في الحقول، من الأفضل استخدام نفس الحاوية، التي يتم تنظيفها بين كل اختبار، لكل من التجارب؛ 2) للنتائج التي يمكن استنساخها، ينبغي الحفاظ على جميع جوانب الإجراء أخذ العينات في جميع التجارب تكرار، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر وقت التوازن، وSPME استخراج الوقت، ونوع الحاوية وحجمها، والظروف البيئية (أي، ودرجة الحرارة والرطوبة).
4. تخزين كومبس
- ضع كومببس واحد في كيس حاجز معدن (3.5 × 4.5 بوصة) وختم حراري لإغلاقه ، وإزالة أكبر قدر ممكن من الهواء من الحقيبة قبل الختم (الشكل 1B).
- يُحفظ في ظروف محيطة أو مبردة باردة ولكن ليس تحت أو بالقرب من التجميد لتجنب تشكيل التكثيف مع ذوبان الكومبس.
- إذا كان اختبار عدة أو معدلات التسليم رائحة في تجربة واحدة، ويوصى الاحتواء الثانوي للقضاء على أي تلوث عبر ممكن أثناء النقل والتخزين.
- مكان تكرار أكياس حاجز متعددة تحتوي كل كومبس الفردية من نفس معدل التحليل والتغلغل في الخارجي، وحقيبة معدنية أكبر أو جرة زجاجية للتخزين والنقل.
5. اختبار حاسة الشم الميدانية
ملاحظة: يمكن إجراء اختبار الحاسة في العديد من الطرق المختلفة اعتمادا على الحيوان الذي يجري اختباره، والهدف من التجربة، والظروف البيئية. يصف البروتوكول أدناه إحدى هذه الطرق للاختبار. يجب أولاً مراجعة جميع اختبارات الحيوانات والموافقة عليها من قبل لجنة مؤسسية لرعاية الحيوانات واستخدامها (IACUC).
- أولاً، إنشاء تراكبات التحكم فارغة أو سالبة كما هو موضح أعلاه. جعل ما يكفي بحيث كل حاوية في سيناريو الاختبار سوف تحتوي على كومبس الغيار (2-3 اعتمادا على عدد الحيوانات المشاركة في التجربة). احزم كل كومببس فارغة معاً في احتواء ثانوي (أي حقيبة معدنة أكبر أو جرة زجاجية مع غطاء الختم).
- إنشاء COMPS جديدة حسب الحاجة إلى بروتوكول اختبار الحقل المقصود. القضاء على جميع مصادر التلوث المحتملة بين كومببس وحقيبة المعادن. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق تغيير القفازات بانتظام وتنظيف سطح العمل المختبري.
- تخزين COMPS لمدة يوم واحد على الأقل قبل الاستخدام للسماح لتكدير. تخزين أي النسخ المتماثلة في نفس الحاوية الثانوية. ومع ذلك، يجب أن يكون COMPS مختلفة في حاويات ثانوية منفصلة.
- 21- وا أضع خطاً متعدداً من خمس حاويات متطابقة على الأقل (على سبيل المثال، علب معدنية، صناديق)، مع عدد الخطوط التي تعتمد على عدد المتغيرات التي يجري اختبارها.
- إعداد الإصدار التجريبي بحيث يحتوي كل سطر على حاوية واحدة مع كومبس الهدف وأربعة مع COMPS فارغة. خطوط التحكم الإيجابية، التي تم إعدادها بنفس الطريقة ولكن مع رائحة الهدف المعروفة، يمكن استخدامها حسب ما هو مناسب لسيناريو التجربة أو التدريب أو الاختبار. يجب أن يحتوي عنصر تحكم سالب إضافي أو سطر فارغ على خمسة كومبس فارغة ولا أهداف. ترتيب هذا الخط التحكم السلبي، خط التحكم الإيجابي (إذا كان يستخدم)، واختبار خطوط عشوائياً، وتغيير النظام باستخدام مولد رقم عشوائي لكل اختبار شمة الكلاب العملية لسيناريو الاختبار.
- وتشمل واحدة مشتت الرائحة / المواد في كل سطر كذلك.
- العشوائية ترتيب وموقع الهدف ورائحة تشتيت في كل خط لكل الكلاب التي يجري اختبارها باستخدام مولد رقم عشوائي.
- إعداد الإصدار التجريبي بحيث يحتوي كل سطر على حاوية واحدة مع كومبس الهدف وأربعة مع COMPS فارغة. خطوط التحكم الإيجابية، التي تم إعدادها بنفس الطريقة ولكن مع رائحة الهدف المعروفة، يمكن استخدامها حسب ما هو مناسب لسيناريو التجربة أو التدريب أو الاختبار. يجب أن يحتوي عنصر تحكم سالب إضافي أو سطر فارغ على خمسة كومبس فارغة ولا أهداف. ترتيب هذا الخط التحكم السلبي، خط التحكم الإيجابي (إذا كان يستخدم)، واختبار خطوط عشوائياً، وتغيير النظام باستخدام مولد رقم عشوائي لكل اختبار شمة الكلاب العملية لسيناريو الاختبار.
- لتحضير الحاويات، قم بإزالة كومببس من الحاويات الثانوية والخارجية، ووضع الكيس القابل للنفاذ فقط في حاوية المحاكمة.
- السماح لكومبس لتكواز في الحاوية لمدة 30 دقيقة على الأقل قبل الاختبار.
- كرر الخطوات لكل COMPS المستخدمة في الاختبار، بدءاً من الفراغات، متبوعاً بضوابط موجبة (إذا كان استخدام)، ثم اختبار الروائح، وتغيير القفازات في كل مرة.
ملاحظة: يمكن العثور على أمثلة مفصلة لسيناريوهات اختبار الكلاب في سيمون وآخرون4 أو ماسياس وآخرون8.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
الهدف الأساسي من استخدام كومبس في الاختبار/التدريب الشمي هو التحكم في إطلاق الروائح المختارة وتقديم كمية من الروائح الخاضعة للرقابة على مدى مدة الاختبار أو الدورة التدريبية. يتم قياس الإصدار odorant بواسطة تحليل gravimetric من حيث فقدان الكتلة لكل وحدة الوقت. ويعطي الشكل 2 مثالاً على النتائج الناجمة عن التغلغل في ثلاثة كومبات متطابقة أعدت من 5 ميكرولتر من حمض خماسي البروم ثنائي الفينيل على شاش القطن من خلال كيس LDPE 3 مل. تمت إضافة خط انحدار إلى الرسم البياني، ويمثل ميل الخط معدل تغلغل 37 ميكروغرام/دقيقة لهذه المجموعة من الكومبس.
من المستحسن في كثير من الأحيان أن تكون قادرة على ضبط كمية من رائحة صدر لاختبار معين. ويمكن القيام بذلك بعدة طرق، بما في ذلك ضبط كمية المواد في الحقيبة، أو المساحة السطحية لمواد الحقيبة القابلة للنفاذ، أو سمك الكيس. ويبين الشكل 3 كيف تم استخدام هذه العوامل الثلاثة كلها للسيطرة على إطلاق البيبيرونال. الشكل 3A يشير إلى علاقة لوغاريتمية بين كتلة في piperonal في كيس نفاذية (3 × 3 بوصة, 2 MIL LDPE), حيث ارتفع معدل تغلغل بسرعة في أقل من الجماهير, ثم تباطأ بعد 500 ملغ بسبب القيود المادية في كمية من الرائحة التي يمكن أن تطلق من كيس معين في وقت. توضح البيانات الواردة في الشكل 3B علاقة خطية بين معدل التغلغل والمساحة السطحية للحقيبة القابلة للنفاذ لـ 2 غرام من البيبيرونال في كيس LDPE 2 MIL. وأخيرا، انخفض معدل تغلغل خطيا مع زيادة سمك كيس (2 غرام من piperonal في كيس 3 × 3 بوصة)، كما هو مبين في الشكل 3C، لأن كيس أكثر سمكا يقيد ويبطئ الانبعاثات.
وفي مثال آخر عن فائدة التحكم في معدلات التغلغل، استخدم سيمون وآخرون4 سمك الكيس لتوحيد معدلات التغلغل في المركبات ذات الضغوط البخارية المختلفة من أجل تقديم الكلاب ذات التوافر المفلور لكل تحليل أثناء الاختبار الميداني. وكان حجم 5 ميكرولتر من كل تحليل أنيق pipetted على منصات شاش القطن منفصلة ووضعها في 2 × 3 أكياس LDPE نفاذية بوصة. تم قياس معدلات التغلغل بواسطة تحليل gravimetric. ويبين الشكل 4 التباين في ضغط البخار(الشكل 4A)عبر مجموعات التحليلات (RSD = 138٪ ) مقارنة مع التباين في معدل تغلغل بعد ضبط سمك الحقيبة (الشكل 4B) للسيطرة على معدل وجعلها مماثلة قدر الإمكان (RSD = 31.8 ٪). وعلاوة على ذلك، تعديل سمك كيس يسمح معدلات تغلغل تختلف حسب ثلاثة أوامر من حجم(الجدول 1).
يمكن استخدام قياسات مساحة الرأس لقياس كمية الرائحة المتاحة بشكل أفضل أثناء اختبار معين أو سيناريو التدريب. ماسياس18 قياس كمية piperonal في مساحة الرأس من ثلاثة كومبس مع معدلات تغلغل من 1000، 100، و 10 نانوغرام /دقيقة(الشكل 5). تم وضع كومببس في علبة أخذ عينات من ربع 1، وتم استخراج مساحة الرأس لمدة 30 دقيقة باستخدام SPME. ويبين الكروماتوغراف الناتجة في الشكل 5 مناطق الذروة piperonal زيادة مع زيادة معدل تغلغل18.
Macias ثم استخدم هذه المجموعات الثلاث من كومبرونال كومبينال في محاكمات الكلاب. تم اختبار الكلاب المدربة للكشف عن المخدرات على 0 (فارغة)، 10، 100، و 1،000 نانوغرام / ثانية كومبرونال كومببس في قفص رائحة(الجدول 2). وأظهرت النتائج أنه مع معدل التغلغل ، وبالتالي توافر الرائحة ، زاد عدد الكلاب المنبهة إلى COMPS المناسبة18.
الشكل 1: أمثلة على كومبسور. (A) A كومببس شيد من وسادة شاش القطن في كيس البوليمر نفاذية. مستنسخة من سيمون وآخرون4 (B) A COMPS إدراجها في حقيبة غير قابلة للنفاذ الخارجي. (C) كومببس تحتوي على الخشب المصاب كمصدر رائحة في كيس البوليمر. وقد أُعيد إنتاج الشكلين باء وجيم بإذن من سيمون وآخرون19. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: مثال لقياس معدل التغلغل حسب تحليل gravimetric. فقدان كتلة من التحليل (أي حمض الخماسي) على الشاش من خلال كيس LDPE 3 ميل تقاس مع مرور الوقت. Aو Bو C تشير إلى النسخ المتماثلة من نفس المادة، بينما "المتوسط" هو متوسط قيمة الثلاثة في كل نقطة زمنية. المعادلة المعطاة تصف الملاءمة الخطية لمتوسط البيانات. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: أمثلة على عوامل تعديل معدل التغلغل. تشير الرسوم البيانية لتبديد البيبيرونال إلى معدلات التغلغل المقاسة تجريبيًا عند تغيير (A)كتلة البيبيرونال (3 × 3 بوصة، 2 MIL LDPE) ، (B)المساحة السطحية للحقيبة نفاذية (2 غرام من piperonal ، 2 MIL LDPE) ، و (C)سمك الكيس (2 غرام من piperonal ، 3 × 3 بوصة كيس). تمثل كافة أشرطة الخطأ انحرافاً معيارياً واحداً من الوسط (بعض الأشرطة ضمن حجم العلامة). وقد أُعيد استنساخ هذه الأرقام بإذن من ماسياس وآخرون18. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: مقارنة بين تغير ضغط البخار عبر مجموعة من المركبات مقابل تباين معدل التغلغل. (أ)ضغط البخار لاختيار 12 مركب (RSD = 138٪ ) مقارنة مع (B) معدلات تغلغل لنفس المركبات مع تراكب كومببس محدد (RSD = 31.8٪). الأرقام بين قوسين تمثل سمك كيس LDPE في MIL. وقد استنسخت هذه الأرقام بإذن من سيمون وآخرون4. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: تحليل المسافة الرأسية لـ كومبرونال كومبس بثلاثة معدلات تغلغل. الكروماتوغرامات متراكبة من مكونات مساحة الرأس من كومبرونال كومبينال معدل 1000، 100، و 10 نانوغرام/ث. مستنسخة بإذن من ماسياس وآخرون18 الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| سمك الحقيبة | معدل التغلغل (ملغ / دقيقة) | R-مربع |
| 1 ميل | 0.108 | 0.974 |
| 4 مل | 0.042 | 0.991 |
| 8 مل | 0.00499 | 0.99 |
| 4 MIL في كيس معدني ث / 1 /8 " حفرة | 0.000179 | 0.972 |
الجدول 1: معدل التغلغل مقابل سمك الحقيبة. معدل تغلغل بنزوات الميثيل على شاش القطن في كومبس من سمك كيس متفاوتة. لاحظ أن أقل معدل تغلغل تم تحقيقه عن طريق وضع 4 MIL COMPS داخل كيس معدن مع وجود 1/8 في حفرة. تشير قيمة R2 إلى ملاءمة الخط مع الرسم gravimetric.
| معدل تغلغل كومبرونال كومبينال كومبينال | عدد التنبيهات | النسبة المئوية للإنذار |
| 0 نانوغرام /s (فارغة) | 0 | 0% |
| 10 نانوغرام/س | 4 | 25% |
| 100 نانوغرام/س | 7 | 44% |
| 1000 نانوغرام / س | 12 | 75% |
الجدول 2: مثال على نتائج التجارب الميدانية ل الكلاب. ردود الكلاب على كومبرونال كومبروس مع معدلات تغلغل تتراوح بين 0-1،000 نانوغرام / ثانية. مستنسخة بإذن من ماسياس وآخرون18
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
يتم إنشاء أنظمة التغلغل التي تسيطر عليها تقليد الرائحة (COMPS) بسهولة عن طريق ختم رائحة الفائدة في حقيبة نفاذية. ويمكن أن يتم ذلك عن طريق الأنابيب مركب سائل أنيق على مادة ماصة ومن ثم وضع المواد ماصة في الحقيبة; عن طريق وضع نقية, مجمع صلبة مباشرة في كيس4,كما كان يتم في حالة piperonal8; أو عن طريق وضع المواد المستهدفة التي تحتوي على عدة أو غير معروف الروائح في حقيبة نفاذية، كما تم القيام به مع فطرية- الأخشاب المصابة14. يتحكم الكيس القابل للنفاذ في إطلاق الرائحة بحيث يمكن تسليم كمية معروفة وقابلة للتكرار على مدى فترة تدريب أو اختبار معينة. ويقاس معدل التغلغل عادة بتحليل gravimetric، أو التآمر لفقدان الكتلة بمرور الوقت، ويمكن تعديله عن طريق تغيير عدد من المعلمات، بما في ذلك المادة الماصة، وكتلة/ حجم الرائحة، أو بارامترات كيس التغلغل (أي سمك، مساحة سطحية، أو نوع البوليمر). يتم تخزين كومببس في مظروف خارجي غير قابل للنفاذ، مما يسمح للكومبس بالتكدير قبل الاستخدام، مما يوفر كمية معروفة من الرائحة فور الاستخدام.
كلما كان معدل تغلغل كومببس أكبر تركيز الرائحة المتاحة أثناء التدريب أو الاختبار السيناريو. وينبغي استكمال تحليل تراكبات الـ COMPS في حاوية الاختبار/التدريب، لكي يتسنى كمّية تركيز الرائحة المنبعثة من كومببس أو مقارنته. ويتم ذلك في معظم الأحيان عن طريق استخراج رائحة باستخدام SPME مع تحليل من قبل GC / MS. لأغراض القياس أو المقارنة، يوصى باستخدام معيار داخلي و/أو منحنى معايرة خارجي.
بمثابة COMPS منخفضة التكلفة ، والأجهزة الميدانية القابلة للتحكم في الإفراج عن رائحة للتدريب أو الاختبار الشم ، مثل مع أجهزة الكشف عن الكلاب. ويمكن استخدام كومببس بصورة متكررة حتى نضوبها، وفي كل مرة يتم فيها تقديم نفس معدل الانبعاثات ذات الرائحة المُودَّة، على الرغم من أن طول الفترة الزمنية التي يكون فيها معدل الانبعاثات ثابتاً سيتغير بالنسبة لكل تحليل وينبغي اختباره في المختبر قبل الاستخدام. هذا يتغلب على الحد المعترف به على نطاق واسع من السيطرة على تسليم رائحة للاستخدام الميداني والتقدم بحوث olfaction والكشف عن تدريب الحيوانات.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
لا تضارب في المصالح للإبلاغ.
Acknowledgments
وقد تم تمويل هذا العمل جزئيا من قبل مكتب البحوث البحرية والمعهد الوطني للعدالة (2006-DN-BX-K027). ويود المؤلفون أن يشكروا العديد من طلاب "مجموعة فورتون" الذين شاركوا في هذا المشروع، وكذلك المتعاونين من مختبر البحوث البحرية الأمريكية ومركز الحرب البحرية السطحية (رئيس قسم تكنولوجيا التخلص من الذخائر المتفجرة). وأخيراً، يشكر المؤلفون بيتر نونيز من أكاديمية K-9 الأمريكية، وتوني جوزمان من خدمات مترو داد K9، وفرق إنفاذ القانون في منطقة ميامي داد.
Materials
| 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 |
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. , CRC Press. Boca Raton, FL. 53-77 (2012).
- Papet, L. Narcotic and explosive odors: Volatile organic compounds as training aids for olfactory detection. Canine Olfaction Science and Law. , CRC Press. Boca Raton, FL. 265-278 (2016).
- Controlled Odor Mimic Permeation System. US Patent. Furton, K., Harper, R. , 20080295783 (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. , Miami, FL. (2017).
- Huertas-Rivera, A. M. Identification of the active odors from illicit substances for the development of optimal canine training aids. Florida International University. , Miami, FL. (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. , Marcel Dekker, Inc. New York, NY. 27-58 (1999).
- Robards, K., Haddad, P. R., Jackson, P. E. Principles and Practice of Modern Chromatographic Methods. , Elsevier Ltd. San Diego, CA. (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. , Florida International Unversity. Miami, FL. Dissertation (2009).
- Simon, A. G. The Detection of an Invasive Pathogen through Chemical and Biological Means for the Protection of Commercial Crops. , Florida International Unversity. Miami, FL. Dissertation (2017).
