Sistemi di permeazione imitare gli odori controllati per l'allenamento olfattivo e il test sul campo
Summary
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.
Abstract
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).
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
Materials
| 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. , 53-77 (2012).
- Papet, L. Narcotic and explosive odors: Volatile organic compounds as training aids for olfactory detection. Canine Olfaction Science and Law. , 265-278 (2016).
- Furton, K., Harper, R. Controlled Odor Mimic Permeation System. US Patent. , (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. , (2017).
- Huertas-Rivera, A. M. Identification of the active odors from illicit substances for the development of optimal canine training aids. Florida International University. , (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. , 27-58 (1999).
- Robards, K., Haddad, P. R., Jackson, P. E. . Principles and Practice of Modern Chromatographic Methods. , (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. , (2009).
- Simon, A. G. . The Detection of an Invasive Pathogen through Chemical and Biological Means for the Protection of Commercial Crops. , (2017).
