Biohybrid Technology for the Detection of Ultralow Concentrations of Trinitrotoluene in Air

V. N. Kiroy; Кирой В. Н.; P. O. Kosenko; Косенко П. О.; I. E. Shepelev; Шепелев И. Е.; I. V. Shcherban; Щербань И. В.; A. B. Smolikov; Смоликов А. Б.; F. V. Arsenyev; Арсеньев Ф. В.; A. V. Zaborovsky; Заборовский А. В.; V. A. Aksenov; Аксёнов В. А.; M. I. Tivileva; Тивилёва М. И.; V. M. Gruznov; Грузнов В. М.; I. I. Zasypkina; Засыпкина И. И.

doi:10.31857/S0044450223080091

Биогибридная технология обнаружения сверхнизких концентраций тринитротолуола в воздухе

Авторы: Кирой В.Н.¹, Косенко П.О.¹, Шепелев И.Е.¹, Щербань И.В.¹, Смоликов А.Б.¹, Арсеньев Ф.В.², Заборовский А.В.³, Аксёнов В.А.⁴, Тивилёва М.И.⁴, Грузнов В.М.⁵^,6, Засыпкина И.И.⁵
Учреждения:
1. Южный федеральный университет
2. Фонд перспективных исследований
3. Научно-производственное объединение “Специальная техника и связь” Министерства внутренних дел Российской Федерации
4. Сибирский филиал Научно-производственного объединения “Специальная техника и связь” Министерства внутренних дел Российской Федерации
5. Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук
6. Новосибирский государственный технический университет
Выпуск: Том 78, № 8 (2023)
Страницы: 736-744
Раздел: ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
Статья получена: 14.10.2023
URL: https://journals.rcsi.science/0044-4502/article/view/136065
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044450223080091
EDN: https://elibrary.ru/SHDSTZ
ID: 136065

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Технология основана на регистрации фокальной активности (ФА) обонятельной луковицы (ОЛ) крыс при предъявлении крысам паров тринитротолуола (ТНТ) с концентрацией 4.7 × 10^–15 г/см³ отдельно и в смеси с насыщенными парами комплексной помехи из специй. Регистрация ФА ОЛ крыс осуществлялась с помощью матрицы из 16 специальных электродов, имплантированных в дорсальную часть ОЛ крысы. Установка для регистрации ФА ОЛ крыс содержала бокс с крысой, источники паров (одорантов), многоканальную цифровую систему цифровой регистрации электрических сигналов с матрицы электродов, программное обеспечение, содержащее алгоритмы распознавания и классификации предъявляемых крысе одорантов. Источники паров ТНТ: статического объемного приготовления с концентрацией порядка 10^–15 г/см³ и источник с концентрацией 4.7 × 10^–15 г/см³ в потоке воздуха, предъявляемом крысам. Данные 25 испытаний показали 100%-ную вероятность обнаружения паров ТНТ указанных концентраций в чистом воздухе и также в присутствии сложной запаховой помехи в виде паров от смеси красного перца, кориандра, табака и др., которые, как правило, маскируют для животных запах ТНТ.

Ключевые слова

обонятельная луковица, фокальная активность, взрывчатые вещества, биосенсорная тест-система.

Список литературы

Saravanan N.P., Venugopalan S., Senthilkumar N., Santhosh P., Kavita B., Gurumallesh Prabu H. Voltammetric determination of nitroaromatic and nitramine explosives contamination in soil // Talanta. 2006. V. 69. № 3. P. 656.
Salinas Y., Martínez-Máñez R., D Marcos M., Sancenón F., M Costero A., Parra M., Gil S. Optical chemosensors and reagents to detect explosives // Chem. Soc. Rev. 2012. V. 41. № 3. P. 1261.
Детектор паров взрывчатых веществ “Шельф-ПКЛ” [Электронный ресурс]. http://www.bnti.ru/des.asp?itm=5591&tbl=04.01.01 (дата обращения: сентябрь 2022 г.).
Грузнов В.М., Балдин М.Н., Аксёнов В.А. Роль высокой чувствительности газоаналитических обнаружителей и их современные характеристики // Научно-технический портал МВД России. 2019. № 4. С. 61.
Грузнов В.М., Балдин М.Н., Прямов М.В., Максимов Е.М. Определение концентрации паров взрывчатых веществ с дистанционным автоматизированным отбором проб при контроле объектов // Журн. аналит. химии. 2017. Т. 72. № 11. С. 1000.
Homma R., Nagayama S. A prism method for optical glomerular mapping of the medial olfactory bulb in mice // Front Neural Circuits. 2019. V. 13. P. 79.
Olofsson J.K., Freiherr J. Neuroimaging of smell and taste // Handb Clin. Neurol. 2019. V. 164. P. 263.
Murthy V.N. Olfactory maps in the brain // Annu. Rev. Neurosci. 2011. V. 34. P. 233.
Baker K.L., Vasan G., Gumaste A., Pieribone V.A., Verhagen J.V. Spatiotemporal dynamics of odor responses in the lateral and dorsal olfactory bulb // PLoS Biology. 2019. V. 17. № 9. Article e3000409.
Vizcay M.A., Duarte-Mermoud M.A., de la Luz Aylwin M. Odorant recognition using biological responses recorded in olfactory bulb of rats // Comput. Biol. Med. 2015. V. 56. P. 192.
Shepelev I.E., Kiroy V.N., Scherban I.V., Kosenko P.O., Smolikov A.B., Saevskiy A.L. Tracking of informative gamma frequency range in local field potentials of anesthetized rat olfactory bulb for odor discrimination // Biomed. Signal Process. Control. 2022. V. 71. Article 103139.
Kosenko P.O., Smolikov A.B., Voynov V.B., Shaposhnikov P.D., Saevskiy A.I., Kiroy V.N. Effect of xylazine-tiletamine-zolazepam on the local field potential of the rat olfactory bulb // Comp. Med. 2020. V. 70. № 6. P. 492.
ГОСТ Р ИСО 6144-2008. Анализ газов. Приготовление градуировочных газовых смесей. Статический объемный метод. Москва: Стандартинформ, 2009. 24 с.
Надолинный В.А., Коломиец Ю.Н., Мардежова Г.А., Даниленко А.М., Пронин В.Г. Способ приготовления стандартных газовых смесей и устройство для его осуществления. Патент № 2410678 РФ. Заявка 2009137173/28 от 07.10.2009, опубл. 27.01.2011.
Грузнов В.М., Филоненко В.Г., Балдин М.Н., Шишмарёв А.Т. Портативные экспрессные газоаналитические приборы для определения следовых количеств веществ // Рос. хим. журн. 2002. Т. 46. № 4. С. 100.
Koles J.Z., Lazar M.S., Zhou Z. Spatial patterns underlying population differences in the background EEG // Brain Topography. 1990. V. 2. № 4. P. 275.
Hastie T., Tibshirani R., Friedman J.H. The Elements of Statistical Learning: Data Mining, Inference, and Prediction. New York: Springer, 2009. P. 745.
Gao K., Zhuang L., Qin Z., Zhang B., Huang L., Wang P. In vivo bioelectronic nose using transgenic mice for specific odor detection // Biosens. Bioelectron. 2018. V. 102. P. 150.
You K.J., Ham H.G., Lee H.J., Lang Y., Im Ch., Koh Ch. S., Kim M.-Y., Shin Hung-Cheul, Shin Hyun-Chool Odor discrimination using neural decoding of the main olfactory bulb in rats // IEEE Trans. Biomed. Eng. 2010. V. 58. № 5. P. 1208.
Zhuang L., Guo T., Zhang B. In Vivo Bioelectronic Nose. Bioinspired Smell and Taste Sensors. Dordrecht: Springer, 2015. P. 167.
Walker D.B., Walker J.C., Cavnar P.J., Taylor J.L., Pickel D., Hall S., Suarez J. Naturalistic quantification of canine olfactory sensitivity // Appl. Anim. Behav. Sci. 2006. V. 97. № 2–4. P. 241.
Patterson M.A., Lagier S., Carleton A. Odor representations in the olfactory bulb evolve after the first breath and persist as an odor afterimage // Proc. Natl. Acad. Sci. 2013. V. 110. № 35. P. E3340.