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://journal-vniispk.ru/0044-4502/article/view/136065
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044450223080091
EDN: https://elibrary.ru/SHDSTZ
ID: 136065

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

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.