《Forensic Science International》：Lessons from the development of a canine training aid mimic for the detection of fentanyl: Canines versus instruments
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本研究评估N-苯基丙酰胺作为芬太尼替代训练气味的可行性，开发三种NPPA基模拟训练工具，测试犬类在参考芬太尼与模拟物间的跨材料泛化能力。结果表明，NPPA单独无法有效引发犬类反应，需结合其他挥发性成分。该研究强调应通过行为验证与挥发性分析协同开发安全有效的训练工具。
Rushali Dargan|Kayla A. Hogan|Leann Forte|Jeff Bosnich|Kenneth G. Furton|Lauryn E. DeGreeff
佛罗里达国际大学，化学与生物化学系，全球法医与司法中心，11200 SW 8th St., 迈阿密，FL 33199，美国
摘要
芬太尼是一种强效的合成阿片类药物，由于其高过剂量风险和广泛的非法分销，对公共卫生和执法部门构成了日益严重的挑战。犬类检测仍然是识别毒品的最有效方法之一；然而，直接用芬太尼进行训练对犬只的健康存在显著风险。本研究评估了N-苯基丙酰胺（NPPA）作为一种潜在的替代气味剂，NPPA在参考级和非法芬太尼的顶空成分中始终被检测到。研究人员开发了三种基于NPPA的模拟训练辅助工具，使用了不同量的NPPA，并采用了不同的隐藏方法（金属罐、控制气味模拟渗透系统（COMPS）和训练辅助装置（TADDs）来调节犬只对NPPA气味的感知。九只未接触过芬太尼的犬只被分为两组：一组三只犬只接受参考级芬太尼的训练，并在NPPA模拟物上进行测试；另一组六只犬只接受NPPA模拟物的训练，并在参考级芬太尼上进行测试。目的是评估犬只是否能够将这种学习能力应用到两种不同的物质上。尽管通过分析确认NPPA同时存在于参考级芬太尼和NPPA模拟物中，但犬只的行为试验并未表明NPPA是唯一能够引发可靠芬太尼反应的气味剂。这些发现表明，NPPA单独存在时不足以充分代表犬类检测所需的芬太尼气味特征。本研究强调了将犬类行为验证与顶空分析相结合的重要性，以开发安全有效的训练辅助工具。未来的研究应致力于寻找更准确反映芬太尼气味特征的化合物混合物，以提高犬类检测的可靠性。
引言
毒品检测犬是经过专门训练用于检测非法物质的犬只，但它们的操作性能取决于有效的训练，理想情况下需要反复接触真实物质（即毒品）。这些非法物质（如海洛因、可卡因、芬太尼等）具有危险性，获取受到限制，且通常不适合用于犬类训练；因此，需要寻找能够模拟真实物质气味但无相关风险的替代材料。这些替代材料被称为替代训练辅助工具。科学领域委员会（OSAC）[1]将替代训练辅助工具定义为不使用犬只在实地搜索中通常遇到的实际物质的训练材料。这类材料包括：1）吸附辅助工具（通过从目标物质中吸附气相化合物获得）；2）模拟辅助工具（使用特定化学物质配制以复制目标物质的气味）；3）稀释辅助工具（通过在基质中添加或嵌入微量目标物质来制备）。
开发用于犬类训练的模拟辅助工具需要理解和复制目标物质的气味特征。气味特征通常很复杂，因为它由多种气味剂（挥发性有机化合物[VOCs]组成，这些气味剂与嗅觉受体相互作用产生气味感知。这些气味剂可能来自目标物质的降解、制造过程中的化学物质，以及在储存和使用过程中引入的污染物。模拟辅助工具开发的第一步是通过顶空分析来表征目标物质的气味特征。常用的方法是固相微萃取结合气相色谱-质谱（SPME-GC/MS），从而得到可用于模拟辅助工具开发的潜在气味剂列表。
先前的研究已经分析了包括甲基苯丙胺[2]、可卡因[3][4]和N-甲基-3,4-亚甲二氧基苯丙胺（MDMA）[4][5]在内的药物顶空成分，从而为每种药物开发了有效的模拟训练辅助工具。2001年的一项研究[2]发现，在甲基苯丙胺的顶空成分中，1-苯基-2-丙酮和苯甲醛可能是适合用于配制的模拟物。该研究还表明，用苯甲醛训练犬只能够使它们定位非法甲基苯丙胺，说明犬只可以被训练来检测与毒品相关的特定气味剂。2002年，Furton等人[3]通过顶空分析和犬类检测试验发现，苯甲酸酯是引发犬只对可卡因反应的活性气味剂。同样，从MDMA顶空成分中检测到的 Piperonal 也被证明是一种有效的模拟物[5]。在这些案例中，单一活性气味剂引发了犬只的反应；然而，并非所有物质都是如此。例如，在海洛因的情况下，尽管乙酸被确定为主要气味剂，但单独的乙酸并不能引发犬只的反应；相反，90%的犬只对乙酸和乙酰水杨酸的3:1混合物表现出兴趣或警觉，这被认为是海洛因的气味特征[6]。因此，必须用犬只测试单一气味剂或多种气味剂的组合，以确定最有效的模拟物。
一种特别危险的毒品——芬太尼，突显了开发更安全训练辅助工具的必要性。2016年佛罗里达州的一次联邦毒品突袭事件中，三只警犬在接触芬太尼后出现了过量症状，如嗜睡和拒绝饮水[7]。最近，在2023年华盛顿州埃弗雷特的一次毒品打击行动中，执法部门查获了50万片芬太尼药片，一只用于检测的犬只在嗅闻芬太尼后失去反应，需要注射三剂纳洛酮并接受紧急兽医治疗[8]。这些案例以及其他类似事件强调了在训练中使用真实物质的风险以及更安全替代品的关键作用。除了对犬类训练来说更安全且无危险性外，替代训练辅助工具还具有可在多种场景（如学校、机场等）使用的优势，无需复杂的安全部署。此外，一些替代训练辅助工具提供一致的气味特征，而真实物质可能会随时间降解，导致气味特征发生变化。因此，替代训练辅助工具相比真实物质具有多种优势。
随着对公共健康的关注度不断提高以及人们对芬太尼相关科学文献的兴趣增加，最近的研究分析了参考级和非法芬太尼的顶空成分，为开发用于犬类训练的芬太尼模拟物奠定了基础。Vaughan等人[9]进行的研究通过SPME/GC-MS分析了纯参考级芬太尼的顶空成分，发现了苯甲醛、苯乙烯、苯胺、庚烷、N-苯基-4-哌啶酮（NPP）、N-苯基丙酰胺（NPPA）和1-苯基-4-丙酰氧哌啶的存在。同一研究小组对芬太尼类似物和非法芬太尼的顶空分析发现，75%的样本中含有NPP和NPPA[10]。一项关于芬太尼在不同环境条件（包括温度、湿度、氧气水平和储存条件）下被动降解的全面研究表明，NPPA是气相中的主要降解产物[11]。因此，NPPA的一致存在使其成为非接触式芬太尼检测的理想替代化合物。Fulton等人[12]开发了一种便携式离子迁移谱（IMS）方法，专门用于检测NPPA。这种手持式IMS的NPPA检测限低至5 ng，成功检测到了纯芬太尼、稀释芬太尼甚至被没收的芬太尼样本中的NPPA。这些发现强调了NPPA作为气味标记物的有效性，能够快速安全地初步检测芬太尼。此外，其一致的可检测性和特异性表明NPPA有潜力作为开发犬类检测辅助工具的安全可靠模拟物。
因此，本研究探讨了使用NPPA创建芬太尼模拟训练辅助工具的努力，并总结了未来开发中的经验教训。在此研究中，开发了三种基于NPPA的模拟物，通过不同的气味释放系统（包括可控制气味释放的渗透袋和控制气味模拟渗透系统[COMPS] [13][14]以及训练辅助装置（TADD?）[15]来调节气味释放程度。通过SPME/GC-MS顶空分析确认了模拟物中NPPA的存在，并使用未经正式芬太尼检测训练的犬只测试了它们作为芬太尼训练辅助工具的有效性。
部分摘录
概述
本研究通过控制犬类测试评估了N-苯基丙酰胺（NPPA）作为芬太尼替代气味剂的潜力。制备了不同浓度的NPPA模拟物（详见3.4节），并分发给犬只训练员进行训练和测试。通过固相微萃取结合气相色谱-质谱（SPME/GC-MS）进行顶空分析，以确认所有样本中NPPA的存在
顶空分析
图2比较了参考级芬太尼（5 mg）和模拟物1、2、3中的NPPA含量。模拟物2和3中的NPPA含量显著高于模拟物1中的可检测水平（单尾t检验，95%置信度）。
犬类测试
训练持续两周后，犬只训练员报告称对照组犬只（C1-C3）已成功学会识别参考级芬太尼
讨论
包括芬太尼顶空分析[9; 10]、其被动降解研究[11]以及通过离子迁移谱（IMS）[12][16]的仪器检测在内的先前研究结果均一致表明，NPPA是开发芬太尼模拟训练辅助工具的有希望的候选物质。此外，NPPA在化学上具有独特性，因为它在其他法医相关基质中未被检测到，这使得犬只能够区分NPPA与其他气味剂
结论
本研究的主要目的是评估NPPA（N-苯基丙酰胺）是否是一种关键的气味剂，能够在经过训练的犬只中引发可靠且特定的嗅觉反应，以识别参考级芬太尼。这一假设基于先前的仪器研究结果，这些研究一致发现NPPA是参考级芬太尼顶空成分的主要成分。基于这些发现，进行了行为评估
资金来源
本研究未获得公共部门、商业部门或非营利组织的任何特定资助。
作者贡献声明
Lauryn E. DeGreeff：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源管理、项目管理、方法论、调查、数据分析、概念构思。Kenneth G. Furton：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源管理、项目管理、方法论、概念构思。Jeff Bosnich：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源管理、方法论、调查、数据分析、数据整理。Leann Forte：撰写——审稿与编辑
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
