TW202045921A - 用於透過感測昆蟲幼蟲和成蟲的揮發性費洛蒙和訊息化合物來檢測儲存產品中的昆蟲幼蟲和成蟲的裝置 - Google Patents

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Abstract

最小成本、高準確度並可攜的裝置用於透過感測氣相標記物，諸如揮發性費洛蒙、訊息化合物、及利他素，來檢測儲存產品中昆蟲幼蟲及成蟲的存在。本文揭示的方法、裝置、及系統利用被配置為在保持緊湊、高準確度、及易於操作時同時量測複數個靶標記物及過濾背景氣體的感測器陣列。

Description

用於透過感測昆蟲幼蟲和成蟲的揮發性費洛蒙和訊息化合物來檢測儲存產品中的昆蟲幼蟲和成蟲的裝置
本申請案主張於2018年2月1日提出申請的標題為A DEVICE FOR DETECTING INSECT LARVAE AND ADULT INSECTS IN STORED PRODUCTS BY SENSING THEIR VOLATILE PHEROMONES AND SEMIOCHEMICALS的美國臨時專利申請案第62/625,000號的優先權，該專利申請案的全部揭示內容以引用方式併入本文中。
以下揭示大體係關於昆蟲及昆蟲群襲檢測領域、化學感測領域、氣體檢測領域、揮發性有機化合物分析領域、氣體感測微晶片陣列、以及與之相關的方法及裝置。發現特定應用與關於高靈敏度及選擇性檢測儲存食物及其他產品或材料中的昆蟲的領域相關聯。
儲存產品昆蟲（stored product insect; 「SPI」）大多數經常被發現在製成的食物產品上進食食物的成分，或者被發現正群襲準備、加工、封裝或儲存食物的設備。來自加工、運輸及儲存系統中的此等害蟲的經濟損失可以為每次污染事故、產品召回、消費者投訴/訴訟、及害蟲防治應用數百萬美金（Arthur等人，2009）。此外，若意外消耗，則某些SPI具有健康暗示，從而導致嬰兒及老人的胃應激（Okamura，1967）。
當前昆蟲檢測依賴於手電筒檢查及使用具有多種合成費洛蒙誘餌的陷阱及用於捕獲成蟲SPI的陷阱。費洛蒙係從單獨物種的雄性及或雌性發出的揮發性有機化合物（「VOC」）。費洛蒙誘餌及陷阱依賴於昆蟲活動性，且這可以受溫度顯著影響。費洛蒙揮發性、數量/品質、以及人類活動性及昆蟲動態學與導致大幅度變化的陷阱資料的此等要素相互作用。對陷阱捕捉的解釋係基於小的群體取樣（2-10%或更少）。這使得檢測及補救害蟲群襲變得困難。
印度穀蛾（Indian meal moth;「IMM」）係在全美國發現的最常見的儲存產品昆蟲（Mueller，1998；Resener，1996）。在美國，印度穀蛾係一種與儲存食物及穀物上的任何其他昆蟲相比更經常發現的昆蟲。成蟲IMM可以在世界的溫度區域中幾乎任何地方發現。另外，在美國及歐洲，印度穀蛾係導致大部分損害的一種昆蟲害蟲。此種昆蟲在我們的環境中得以如此良好存活的原因有兩個：1)雌性在短的壽命中產下的大量的卵；以及2)在遺傳上改變或適應人類用於保護食物的殘留農藥的能力（抵抗性）。發現IMM為人類已知的最具抵抗性的昆蟲。在五十年期間，此種昆蟲的遺傳構成已經改變來抵抗通常使用的農藥馬拉松。在二十世紀七十年代，IMM開始顯示抵抗此通常使用的殺蟲劑的標誌。IMM展現出對此種農藥的60,000倍抵抗性。
IMM大多數經常被發現在製成的食物產品上進食食物的成分，諸如儲存的小麥產品、經研磨/加工的小麥、及其他儲存產品，諸如經研磨的穀類產品、麵粉、糠、麵食產品、香料，或者被發現正群襲其中準備、加工、封裝或儲存食物的設備。IMM幼蟲係昆蟲大量進食的破壞性生命階段。幼蟲是高度移動的且可以持續搜尋新的食物來源。食物的價值由其消耗的食物、其積累的糞便、以及幼蟲在移動時餘留在身後的織物破壞。
另外，IMM經常係其他儲存產品昆蟲的前體。未處理的IMM群襲可以係即將到來的其他SPI群襲的指示（Mueller，2016）。五種最常遇到的儲存產品昆蟲(stored product insect; SPI)包括印度穀蛾（印度穀斑螟）、倉庫甲蟲（花斑皮蠹）、粉盜（擬穀盗屬）、穀盗（稻瘟病屬）及煙草甲蟲（煙草甲）（Mueller，1998；Hagstrum及Subramanyam，2006）。在加工、運輸及儲存中來自此等害蟲的經濟損失可以為每次污染事故、產品召回、消費者投訴/訴訟、及害蟲防治應用數百萬美金（Arthur，2009）。尚無有效、低成本的監控及檢測此等害蟲的方法。
若干SPI費洛蒙已經辨識但未市售，這係歸因於短的保質期及生產成本（Phillips等人，2000）。化合物係獨特的，但可以吸引種間競爭劑，諸如在儲存食物蛾類及斑皮蠹複合物中。單一費洛蒙(Z,E)-9,12-十四碳二烯基乙酸酯係針對印度穀螟的主要費洛蒙，但將吸引蛾麻黃屬物種的三種其他食物蛾類。費洛蒙化合物R,Z 14-甲基-8-十六碳烯醛係用於吸引倉庫甲蟲（花斑皮蠹）的主要成分，但亦將吸引三種其他常見的斑皮蠹物種，包括檢疫性害蟲（卡普拉甲蟲，穀斑皮蠹）。若干粉盜物種（赤擬穀盜物種）被吸引到單一化合物4,8-二甲基癸醛，兩種穀盜物種（稻瘟病物種）被吸引到(Z,Z)-3,6-十二碳二烯-11-內酯，但用於煙草甲蟲（煙草甲）的費洛蒙(4S,6S,7S)-4,6-二甲基-7-羥基壬-3-酮對物種具有特異性。
此外，關於可能的目標訊息化合物及/或利他素，此等訊息化合物及利他素係高分子量VOC。因此，其在被群襲的儲存產品上方的頂部空間中的蒸汽壓及濃度將係低的，且因此更加難以檢測。
因此，將期望透過使用可以檢測及量測多個費洛蒙濃度的方法、裝置、及系統來消除檢測害蟲存在/不存在、豐度、及位置的變化性及不確定性。此外，將期望提供可以透過以類似方式感測其訊息化合物/利他素來檢測其他儲存產品昆蟲幼蟲的此種方法、裝置、及系統。可以建立閾值濃度來確定在拖車、陸運/海運集裝箱、散裝搬運箱、袋裝成分的托盤或儲存室內即刻缺乏或存在最常見的SPI。亦將期望提供檢測VOC濃度的梯度的能力，這可輔助定位及明確指出結構、壁孔隙、裂痕、及縫隙或設備內的SPI群襲。另外，期望提供手持裝置，該手持裝置將移除大部分對昆蟲移動性及環境（作為影響從SPI監控模型的活動性的因素）的依賴性。 參考文獻
提及以下參考文獻，以下參考文獻的揭示內容的全文以引用方式併入：
Arthur F. H. Johnson J. A. Neven L. G. Hallman G. J. Follett P. A. (2009). Insect Pest Management in Postharvest Ecosystems in the United States of America.Outlooks on Pest Management ， 20:279-284。
Hagstrum D.W.及Subramanyam B. (2006).Fundamentals of Stored-Product Entomology . St. Paul: AACC Int。
Mueller, David K (1998).Stored Product Protection: A Period of Transition . Insects Limited, Indianapolis, Ind。
Okumura, G.T. (1967). A Report of Canthariasis and Allergy Caused byTrogoderma (Coleoptera: Dermestidae).California Vector Views ，第14卷第3號，第19-22頁。
Phillips, T.W., Cogan, P.M.及Fadamiro, H.Y. (2000). Pheromones in B. Subramanyam and D. W. Hagstrum（編輯）.Alternatives to Pesticides in Stored-Product IPM ，第273-302頁Kluwer Academic Publishers, Boston, MA。
Resener, A.M. (1997). National Survey of Stored Product Insects. Fumigants and Pheromones，第46期，第3-4頁。
在本文的各個實施例中揭示了低成本及高準確度的用於基於檢測從鄰近儲存產品的區域取樣的目標流體流（例如，空氣樣品）內的一或多種目標揮發性有機化合物（volatile organic compound; 「VOC」）來辨識儲存產品（例如，食物）的昆蟲群襲的方法、裝置、及系統。所揭示的具有最小成本及高準確度的方法、系統、及裝置實現即時、非群襲性檢測其中儲存產品的設置中的昆蟲幼蟲訊息化合物/利他素或成蟲費洛蒙的廣泛應用。
根據本揭示的第一實施例，提供了一種透過檢測目標流體流內的一或多種目標VOC來辨識儲存產品的昆蟲群襲的方法，該方法包含以下步驟：提供包含感測器陣列的裝置，該感測器陣列具有複數個VOC感測器；將複數個VOC感測器的一或多個加熱到至少第一操作溫度；使一或多個VOC感測器與目標流體流接觸；確定對應於與目標流體流接觸的一或多個VOC感測器的每一者的一組電導改變值；以及基於該組電導改變值來確定目標流體流內的一或多種目標VOC的氣體成分濃度。另外，所提供的感測器陣列的每一個VOC感測器包括：基板，具有第一及第二側面；電阻式加熱電路，在基板的第一側面上形成；感測電路，在基板的第二側面上形成；以及化學敏感膜，在基板的第二側面上的感測電路上方形成。在特定實施例中，該方法可以包括在取樣流體流中的VOC標記物之後將VOC感測器的基線電阻校正至較早基線值，這可透過在每次取樣目標VOC之後調整一或多個VOC感測器的操作溫度來完成。
根據本揭示的另一實施例，提供了一種用於檢測目標流體流內的一或多種目標VOC的裝置，該裝置包含感測器陣列，該感測器陣列具有複數個VOC感測器，其中每一個VOC感測器包括：基板；電阻式加熱電路，在基板的第一側面上形成；感測電路，在基板的第二側面上形成；以及化學敏感膜，在基板的第二側面上的感測電路上方形成。
根據本揭示的又一實施例，提供了一種用於辨識儲存產品的昆蟲群襲的系統，該系統包含：測試腔室，封閉感測器陣列；空氣傳遞單元，被配置為取回流體流並且將流體流遞送到測試腔室；以及控制器，可操作地連接到空氣傳遞單元及感測器陣列。感測器陣列包括複數個VOC感測器，並且控制器被配置為：操作空氣傳遞單元以從目標區域取回流體流並且將流體流遞送到測試腔室；操作感測器陣列以量測複數個VOC感測器的一或多個的電導；確定對應於一或多個VOC感測器的每一者的一組電導改變值；以及基於該組電導改變值來確定流體流內的一或多種目標VOC的氣體成分濃度。
在以下說明書及後文申請專利範圍中，將參考數個術語，該等術語應當定義為具有以下含義。
定義
在以下說明書及後文申請專利範圍中，將參考數個術語，該等術語應當定義為具有以下含義。儘管在以下描述中出於清晰緣故使用特定術語，此等術語意欲僅指代針對圖式中說明所選擇的實施例的特定結構，並且不意欲定義或限制本揭示的範疇。在圖式及後文的以下描述中，將理解類似數字標識指代類似功能的部件。此外，應當理解，圖式並非按比例。
除非上下文另外明確指出，否則單數形式「一(a)」、「一(an)」、及「該(the)」包括複數參考。
術語「包含(comprising)」在本文使用為需要存在指稱的部件/步驟並且允許存在其他部件/步驟。術語「包含(comprising)」應當被解釋為包括術語「由…組成(consisting of)」，這允許存在僅指稱的部件/步驟。
數值應當被理解為包括當減少到相同數量的有效數字時相同的數值、以及與所提及值相差小於用於確定該值的在本申請案中描述類型的習知量測技術的實驗誤差的數值。
本文揭示的所有範圍包括記載的端點且可單獨組合（例如，範圍「從2 mm至10 mm」包括端點2 mm及10 mm，以及所有中間值）。
術語「約」可以用於包括任何數值，該數值可以在不改變彼值的基本功能的情況下變化。當與範圍一起使用時，「約」亦揭示了由兩個端點的絕對值定義的範圍，例如，「約2至約4」亦揭示了範圍「從2至4」。更特別地，術語「約」可指代所指示數量加或減10%。
術語「ppm」及「ppb」應當被理解為分別指代「百萬分之一」及「十億分之一」。如本文所使用，「ppm」、「ppb」、及類似者指代體積分數，而非質量分數或莫耳分數。例如，值1 ppm可表達為1 μV/V，且值1 ppb可表達為1 nV/V。
本揭示可透過參考以下詳細描述及其中論述的各個圖式來更容易地理解。
方法
本文揭示了透過以高靈敏度及高選擇性檢測一或多種目標揮發性有機化合物（volatile organic compound; 「VOC」）的存在來確定在儲存產品中是否存在昆蟲群襲的方法，該等VOC諸如各種儲存產品昆蟲（stored product insect; 「SPI」）的某些訊息化合物、利他素、及/或費洛蒙。
參考第1圖，提供了透過檢測目標流體流內的一或多種目標揮發性有機化合物來辨識儲存產品的昆蟲群襲的方法100。該方法包括：提供包含感測器陣列的裝置，該感測器陣列具有複數個VOC感測器(S110)；將複數個VOC感測器的一或多個加熱到至少第一操作溫度(S115)；使一或多個VOC感測器與目標流體流接觸(S120)；確定對應於與目標流體流接觸的一或多個VOC感測器的每一者的一組電導改變值(S125)；以及基於該組電導改變值來確定目標流體流內的一或多種目標VOC的氣體成分濃度(S130)。根據方法100的第一實施例，感測器陣列的每一個VOC感測器包含：基板；電阻式加熱電路；感測電路；以及在感測電路上方形成的化學敏感膜。在一些實施例中，電阻式加熱電路可在基板的第一側面上形成，感測電路可在基板的第二側面上形成，且化學敏感膜可在基板的第二側面上的感測電路上方形成。
在特定實施例中，方法100包括在使一或多個VOC感測器與目標流體流接觸之後量測一或多個VOC感測器的訊號電導。亦即，該組電導改變值可基於在與目標流體流接觸的一或多個VOC感測器的每一者的訊號電導與對應VOC感測器的每一者的基線電導之間的差值來確定。在一些實施例中，在一或多個VOC感測器係在缺乏任何目標VOC的大氣中時，量測一或多個VOC感測器的基線電導。
在較佳實施例中，目標流體流係從鄰近針對可能昆蟲群襲評估的儲存產品內取得的空氣樣品。亦即，目標流體流可係來自所關注儲存產品上方的頂部空間的氣體樣品。
方法100開始於S105且結束於S135，然而，在特定實施例中，方法100可透過從所評估的儲存產品的複數個鄰近內取樣複數個目標流體流（例如，空氣樣品）來重複（例如，重複步驟S110至S130）。亦即，方法100可透過在距儲存產品複數個距離處（例如，在距儲存產品小於約1英呎的距離處；在距儲存產品約1英呎與2英呎之間的距離處；在距儲存產品約2英呎與3英呎之間的距離處；等等）取樣一或多個目標流體流來辨識潛在昆蟲群襲的梯度。
在進一步實施例中，一或多種目標VOC係與一或多種昆蟲（諸如SPI）相關聯的訊息化合物、利他素、及/或費洛蒙。特定而言，例如，一或多種目標VOC可係與赤擬穀盜、鋸穀盜、倉庫甲蟲、印度穀蛾、及/或煙草甲蟲相關聯的訊息化合物、利他素、及/或費洛蒙。在特定實施例中，在流體流內的一或多種目標VOC的至少一個可選自由下列所組成的群組：4,8-二甲基癸醛；(Z,Z)-3,6-(11R)-十二碳二烯-11-内酯；(Z,Z)-3,6-十二碳二烯-内酯；(Z,Z)-5,8-(11R)-十四碳二烯-13-内酯；(Z)-5-十四碳烯-13-内酯；(R)-(Z)-14-甲基-8-十六碳烯醛；(R)-(E)-14-甲基-8-十六碳烯醛；γ-乙基-γ-丁内酯；(Z,E)-9,12-十四碳二烯基乙酸酯；(Z,E)-9,12-十四碳二烯-1-醇；(Z,E)-9,12-十四碳烯醛；(Z)-9-十四碳烯基乙酸酯；(Z)-11-十六碳烯基乙酸酯；(2S,3R,1'S)-2,3-二氫-3,5-二甲基-2-乙基-6(1-甲基-2-酮丁基)-4H-哌喃-4-酮；(2S,3R,1'R)-2,3-二氫-3,5-二甲基-2-乙基-6(1-甲基-2-酮丁基)-4H-哌喃-4-酮；(4S,6S,7S)-7-羥基-4,6-二甲基壬-3-酮；(2S,3S)-2,6-二乙基-3,5-二甲基-3,4-二氫-2H-哌喃；2-棕櫚醯-環己烷-1,3-二酮；以及2-油醯基-環己烷-1,3-二酮。
參考第2A圖及第2B圖，根據本揭示的進一步實施例提供了透過檢測目標流體流內的一或多種目標揮發性有機化合物來辨識儲存產品的昆蟲群襲的方法200。方法200開始於S202。
在步驟S204中，提供了包含感測器陣列的裝置，該感測器陣列具有複數個VOC感測器。感測器陣列的每一個VOC感測器包含：基板；電阻式加熱電路；感測電路；及在感測電路上方形成的化學敏感膜。在一些實施例中，電阻式加熱電路可在基板的第一側面上形成，感測電路可在基板的第二側面上形成，且化學敏感膜可在基板的第二側面上的感測電路上方形成。
在特定實施例中，感測器陣列包含複數個有差異的VOC感測器。亦即，複數個VOC感測器的一或多個的表面組合物可經由在化學敏感膜（亦即，活性層）中包括催化材料而變化。換言之，一或多個VOC感測器的化學敏感膜可以包含摻雜試劑。在一些實施例中，例如，摻雜試劑可係過渡金屬。例如，摻雜試劑可選自由下列所組成的群組：鉑；鈀；鉬；鎢；鎳；釕；及鋨。
在步驟S206中，將複數個VOC感測器的一或多個加熱到至少第一操作溫度。在特定實施例中，操作溫度係在約180℃與約400℃之間。在進一步實施例中，在方法的後續步驟期間維持一或多個VOC感測器的操作溫度。特定而言，每一個VOC感測器的加熱電路可用於在操作VOC感測器期間量測及控制VOC感測器的溫度。
在方法200的特定實施例中，該方法可包括一或多個校準步驟208，包含：使複數個VOC感測器的一或多個與樣品流體流接觸，該樣品流體流缺乏任何目標VOC(S210)；量測一或多個VOC感測器的基線電導(S212)；可選地將流體流從與一或多個VOC感測器接觸移除(S216)；使一或多個VOC感測器與對照流體流接觸，該對照流體流具有已知濃度的目標VOC(S218)；量測一或多個VOC感測器的每一者的對照電導(S220)；基於所量測的VOC感測器的對照電導及對照流體流內的目標VOC的已知濃度來計算比凈電導值(S222)；以及針對複數個對照流體流重複至少步驟S218至S222(S226)。校準步驟208可進一步包含：將流體流從與一或多個VOC感測器接觸移除(S228)；以及在與至少一個目標VOC接觸之後調節一或多個VOC感測器的基線電導(S230)。
在步驟S210中，複數個VOC感測器的一或多個與樣品流體流接觸。在較佳實施例中，樣品流體流係不具有方法200可針對其進行測試的任何目標VOC的空氣體積。
在步驟S212中，使用VOC感測器的感測電路來量測與樣品流體流接觸的一或多個VOC感測器的基線電導。因為在VOC感測器的感測電路上方形成的膜係化學靈敏的（例如，半導電的），在材料中流動的電流係歸因於膜的導電帶中的電子，這可受到存在不期望及/或目標化合物（例如，目標VOC）影響。因此，在步驟S206中達到操作溫度並且與不含有標記物氣體（亦即，具有至少一個目標VOC的流體流）的氣體樣品（亦即，樣品流體流）接觸之後，量測VOC感測器的電阻並且將其記錄為基線電阻或基線電導。在一些實施例中，確定一組基線電導（
Figure 02_image001
214並且該組基線電導包括複數個VOC感測器的每一者的基線電導（例如，
Figure 02_image003
、
Figure 02_image005
、…
Figure 02_image007
）。
在步驟S216中，樣品流體流從與感測器陣列的VOC感測器接觸移除。在特定實施例中，這可包括沖洗容納感測器陣列及/或一或多個VOC感測器的腔室或反應器。
在步驟S218中，一或多個VOC感測器與對照流體流（例如，標記物氣體）接觸，該對照流體流具有已知濃度的至少一個目標VOC。
在步驟S220中，量測與對照流體流接觸的一或多個VOC感測器的每一者的對照電導。因為與對照流體流接觸可使較多或較少電子可用於基於化學敏感膜的導電，VOC感測器的電阻/電導改變。
隨後，在步驟S222中，基於所量測的VOC感測器的測試電導及對照流體流內的目標VOC的已知濃度來確定一或多個VOC感測器的每一者的比凈電導值。如本文中研究及揭示，電導改變量可與氣體濃度成比例，其中如本文所使用的比凈電導（specific net conductance; 「SNC」）指代比例係數。在特定實施例中，對照流體流具有約10 ppb至約400 ppb的第一目標VOC濃度。在較佳實施例中，對照流體流具有約200 ppb的目標VOC濃度。
確定所得的在基線電導與複數個VOC感測器的一或多個量測的對照電導之間的改變並且將該改變除以指定（亦即，已知）濃度以得出SNC值（亦即，用於彼氣體的晶片的靈敏度量度），其單位通常表達為「毫微歐姆/十億分之一」或「nmho/ppb」。針對在本申請案中關注的每一種目標氣體，每個晶片將具有不同的SNC。
為了進一步校準，在步驟S226中，至少步驟S218至S222可針對額外對照流體流重複以獲得一或多個VOC感測器的複數個比淨電導（specific net conductance;「SNC」）值，其中每一個VOC感測器的每一個比淨電導值對應於不同目標VOC。在一些實施例中，複數個SNC值係一組SNC值（
Figure 02_image009
）224，並且包括複數個VOC感測器的每一者的對應於一或多種目標VOC的SNC值（例如，針對第一VOC感測器，
Figure 02_image011
、
Figure 02_image013
、…
Figure 02_image015
；針對第二VOC感測器，
Figure 02_image017
、
Figure 02_image019
、…
Figure 02_image021
；等等），其中Xn 表示特定目標VOC。
方法200亦可包括一步驟，該步驟包含調節一或多個VOC感測器的基線電導/電阻(S230/S232)。例如，在與目標VOC接觸之後，VOC感測器可具有不同於其在與目標VOC接觸之前的基線電導的後續（亦即，接觸後）基線電導。在特定實施例中，此種基線電導變化可透過在步驟S230/S232中在與目標VOC接觸之後調節基線電導來考慮到。在校準208期間，可（例如，從感測器陣列腔室）移除對照流體流S228，並且VOC感測器的電導可在步驟S230中透過下列來調節：量測每一個VOC感測器的電導來確定VOC感測器的接觸後電導，將接觸後電導與基線電導214進行比較，以及將一或多個VOC感測器加熱到至少第二操作溫度，使得每一個VOC感測器在第二操作溫度下的電導匹配接觸之前的對應基線電導214。基於所量測的彼VOC感測器的接觸後電導，每一個VOC感測器的第二操作溫度可高於或低於對應VOC感測器的第一操作溫度。
轉到第2B圖，在校準步驟208之後，VOC感測器的基線電導可在步驟S232中透過下列來調節：清理目標VOC的感測器陣列腔室，量測一或多個VOC感測器的電導，將所量測電導與對應基線電導進行比較，以及將一或多個VOC感測器加熱到至少第二操作溫度，使得每一個VOC感測器在第二操作溫度下的電導匹配對應基線電導214。
在調節步驟S232或加熱步驟S206之後，在步驟S234處，一或多個VOC感測器與目標流體流接觸。在特定實施例中，目標流體流係從鄰近針對可能昆蟲群襲評估的儲存產品內取得的空氣樣品。因此，目標流體流可含有一或多種目標VOC，諸如與一或多種昆蟲（例如，SPI）相關聯的訊息化合物、利他素、及/或費洛蒙。例如，針對某些SPI，若干費洛蒙及訊息化合物在下文表1及表2中列出。 表1.SPI及其費洛蒙
害蟲 費洛蒙 化學名稱
赤擬穀盜(Red flour beetle)赤 擬穀盜 (Triboleum castaneum) tribolure 4,8-二甲基癸醛
鋸穀盜(Sawtoothed grain beetle) cucujolide IV cucujolide IX (Z,Z)-3,6-(11R)-十二碳二烯-11-内酯 (Z,Z)-3,6-十二碳二烯内酯
蘇里南 鋸穀盜 (Oryzaephilus surinamensis) cucujolide V (Z,Z)-5,8-(11R)-十四碳二烯-13-内酯
  cucujolide III (Z)-5-十四碳烯-13-内酯
倉庫甲蟲(Warehouse beetle)花斑皮蠹 (Trogoderma variabile Ballion) R,Z-trogodermal R,E-trogodermal γ-己内酯 (R)-(Z)-14-甲基-8-十六碳烯醛 (R)-(E)-14-甲基-8-十六碳烯醛 γ-乙基-γ-丁内酯
  Z9E12-14Ac (Z,E)-9,12-十四碳二烯基乙酸酯
印度穀蛾(Indian meal moth)印度穀螟 (Plodia interpunctella) Z9E12-14OH Z9E12-14Ald Z9-14Ac (Z,E)-9,12-十四碳二烯-1-醇 (Z,E)-9,12-十四碳烯醛 (Z)-9-十四碳烯基乙酸酯
  Z11-16Ac (Z)-11-十六碳烯基乙酸酯
表1.SPI及其費洛蒙
害蟲 費洛蒙 化學名稱
  α-serricorone (2S,3R,1'S)-2,3-二氫-3,5-二甲基-2-乙基-6(1-甲基-2-酮丁基)-4H-哌喃-4-酮
  β-serricorone (2S,3R,1'R)-2,3-二氫-3,5-二甲基-2-乙基-6(1-甲基-2-酮丁基)-4H-哌喃-4-酮
煙草甲蟲(Cigarette beetle)
煙草甲 ( Lasioderma serricorne ) (F.) 4S6S7S-serricornin (4S,6S,7S)-7-羥基-4,6-二甲基壬-3-酮
  anhydroserricornin (2S,3S)-2,6-二乙基-3,5-二甲基-3,4-二氫-2H-哌喃
  2S3R-serricorone (2S,3R)-2,3-二氫-3,5-二甲基-2-乙基-6-(1-甲基-2-酮丁基)-4H-哌喃-4-酮
表2.IMM費洛蒙及訊息化合物成分
  成蟲印度穀蛾印度穀螟 印度穀蛾幼蟲印度穀螟
  9,12-十四碳二烯基乙酸酯
  9,12-十四碳二烯-1-醇  
費洛蒙成分 9,12-十四碳烯醛  
  (Z)-9-十四碳烯基乙酸酯
  (Z)-11-十六碳烯基乙酸酯
訊息化合物成分   2-棕櫚醯-環己烷-1,3-二酮
    2-油醯基-環己烷-1,3-二酮
於步驟S236，在使一或多個VOC感測器與目標流體流接觸之後，量測一或多個VOC感測器的訊號電導。
隨後，於步驟S238，確定感測器陣列的一或多個VOC感測器的一組電導改變值（
Figure 02_image023
）。在特定實施例中，針對每一個VOC感測器，電導改變值可確定為如下所示：
Figure 02_image025
其中i係整數，
Figure 02_image027
係VOC感測器i的電導改變值，
Figure 02_image029
係在存在目標流體流時量測的VOC感測器i的訊號電導，且
Figure 02_image031
係VOC感測器i的基線電導。
在步驟S240中，目標流體流內的一或多種目標VOC的氣體成分濃度（[X] n ）係基於該組電導改變值來確定。在特定實施例中，除了其他背景及/或干擾氣體之外，可在目標流體流中存在多於一個目標VOC，從而使分析變得困難。在特定實施例中，目標流體流內的一或多種目標VOC的氣體成分濃度（[X] n ）係基於該組電導改變值及每一個VOC感測器的一或多個SNC來確定。在進一步實施例中，目標流體流內的一或多種目標VOC的氣體成分濃度（[X] n ）透過求解方程組來確定，例如，如以下所示：
Figure 02_image033
Figure 02_image035
Figure 02_image037
Figure 02_image039
其中
Figure 02_image027
係感測器「i」量測的電導改變，「i」從1至4變化，
Figure 02_image041
係當由氣體（例如，目標VOC）「j」接觸時感測器「i」的「比淨電導」，「j」係氣體或氣體種類A、B、C或D，且[X]係以氣體體積與體積術語表達的氣體A、B、C、或D的濃度，亦即，每升總大氣的氣體升數。
儘管上文僅示出四個目標VOC（亦即，A、B、C、及D）及四個感測器（亦即，1、2、3、及4），在分析中存在的目標VOC的數量及VOC感測器的數量可在應用之間變化、或在用途之間變化，並且不僅限於四。因此，確定某一流體流內存在的若干目標VOC及/或背景及干擾氣體的濃度的問題成為可能。
在一些實施例中，方法200可進一步包含操作使用者介面以通訊分析結果(S242)。亦即，在步驟S204中提供的裝置可進一步包含被配置為向相關聯的使用者顯示目標流體流的分析結果的使用者介面。例如，使用者介面可被配置為顯示或以其他方式指示存在昆蟲群襲，包括存在一或多種昆蟲（例如，SPI）。群襲的存在透過基於預定閾值濃度指示，該等預定閾值濃度可與儲存設施類型（例如，在拖車、陸運/海運集裝箱、散裝搬運箱、袋裝成分的托盤或儲存室內）或所測試的儲存產品類型相關聯。使用者介面可進一步構造為基於所檢測的目標VOC來顯示或以其他方式指示昆蟲存在的水平（例如，群襲程度）。
在特定實施例中，使用者介面可係專用螢幕，諸如TFT LCD螢幕、IPS LCD螢幕、電容式觸控螢幕LCD、LED螢幕、OLED螢幕、AMOLED螢幕、或類似者。在進一步實施例中，使用者介面可包含有線或無線通訊協定，諸如藍牙、BLE、Wi-Fi、3G、4G、5G、LTE、或類似者，並且使用者介面可被配置為經由通訊協定向相關聯使用者的輔助裝置（例如，行動電話、平板、電腦等等）通訊分析結果。
在較佳實施例中，目標流體流係從鄰近針對可能昆蟲群襲評估的儲存產品內取得的空氣樣品（或體積）。在步驟S244中，步驟S232至S242可透過從所評估的儲存產品的複數個鄰近內取樣複數個目標流體流（例如，空氣樣品）來重複。亦即，方法200亦可包括辨識昆蟲群襲的來源，例如，透過在距儲存產品變化的距離處檢測兩個或多個目標流體流（例如，第一目標流體流、第二目標流體流、第三目標流體流等等）上方的目標VOC的梯度。
在方法200的進一步實施例中，步驟S204中提供的裝置亦可包含：控制器，可操作地連接到感測器陣列及使用者介面，其中控制器包括被配置為執行上文描述的方法200的一或多個步驟的處理器；以及記憶體，被配置為儲存上文論述的一或多個資料類型。此外，記憶體可被配置為儲存用於執行方法200的一或多個步驟的指令。
於步驟S250，方法200可結束。
用於實施本文描述的方法100、200的裝置的此等及其他態樣可透過參考下文論述及其中論述的各個圖式來更容易地理解。
裝置及系統
本文揭示了執行上文描述的方法100、200的裝置及系統。特定而言，本文論述了用於檢測目標流體流內的一或多種目標揮發性有機化合物（volatile organic compound; 「VOC」）的高靈敏度及高選擇性裝置，該等VOC諸如各種儲存產品昆蟲（stored product insect; 「SPI」）的某些訊息化合物、利他素、及/或費洛蒙。另外，裝置及系統可足夠緊湊且輕便而容易攜帶及手持。
參考第3圖，根據本申請案的一個實施例，方塊圖示出被配置為執行本文揭示的方法的裝置300及系統302。特定而言，裝置300包含感測器陣列304，該感測器陣列具有複數個VOC感測器306。感測器陣列304的複數個VOC感測器306可包含從約兩個至約十個VOC感測器，包括三個、四個、五個、及六個VOC感測器。在特定實施例中，感測器陣列304可封閉在腔室（或反應器）308中，其中將感測器306暴露於腔室308內的期望大氣（亦即，與腔室308內的期望大氣接觸）。腔室可具有被配置為從腔室外部接收流體流314的入口310、以及被配置為釋放腔室308的流體流316的出口312。
如第4A圖及第4B圖所示，該等圖式示出了感測器陣列304的單獨VOC感測器306的第一側面（第4A圖）及第二側面（第4B圖），VOC感測器306可以包含基板318，該基板具有第一側面320及第二側面322。例如，基板318可以係陶瓷材料、或者可係氧化鋁(Al2 O3 )晶圓或矽晶圓。在特定實施例中，基板318可具有約5 mm至約20 mm的總寬度、約4.3 mm至約20 mm的總高度、及約0.32 mm至約0.65 mm的總厚度。VOC感測器306可包括在基板318的第一側面320上形成的電阻式加熱電路、在基板318的第二側面322上形成的感測電路326、以及在基板318的第二側面322上的感測電路326上方形成的化學敏感膜328。
電阻式加熱電路324可在基板318上由加熱電路材料形成，例如，使用光微影。在一些實施例中，加熱電路材料可包含鉑。在特定實施例中，加熱電路材料可係鉑墨水，該鉑墨水包含從約70重量%至約95重量%的鉑。
例如，加熱電路材料可以在基板318上光微影成期望圖案。在特定實施例中，感測器陣列304的複數個VOC感測器306的至少一個的電阻式加熱電路324可具有跨基板318的一部分的蛇形（亦即，纏繞）圖案。例如，在一些實施例中，電阻式加熱電路324可以具有從約0.288 mm至約0.352 mm的縱向跡線寬度330。在進一步實施例中，例如，電阻式加熱電路324可以具有從約0.333 mm至約0.407 mm的縱向跡線間隔332。在又一些實施例中，電阻式加熱電路324的至少一部分可具有約3.80 mm至約3.96 mm的跡線高度334、約4.40 mm至約4.58 mm的外跡線寬度336、以及約0.19 mm至約0.24 mm（包括約0.21 mm）的跡線厚度（亦即，深度）。
VOC感測器306基板318的第一側面320亦可包括一或多個終端338、340。例如，如第4A圖所示，基板318的第一側面320包括至少兩個終端338、340，該等終端各者可操作地連接到電阻式加熱電路324的部分（例如，相對端）342、344。
現轉到第4B圖，感測電路326可在基板318上由感測電路材料形成，例如，使用光微影。在一些實施例中，感測電路材料可包含鉑。在特定實施例中，感測電路材料可包含鉑墨水，該鉑墨水具有從約70重量%至約95重量%的鉑。
例如，感測電路材料可以在基板318上光微影成期望圖案。在特定實施例中，感測電路326包括形成一對延伸的相互指狀觸點（亦即，緊鄰的交替、未連接觸點）的第一感測元件346及第二感測元件348。第一感測元件346可包含複數個延伸觸點350，其中每個觸點350具有從約0.162 mm至約0.198 mm的緯向跡線寬度354、從約0.738 mm至約0.902 mm的緯向跡線間隔356、以及約0.19 mm至約0.24 mm的跡線厚度（亦即，深度）。例如，觸點350可具有約0.18 mm的緯向跡線寬度354、約0.82 mm的緯向跡線間隔356、及約0.21 mm的跡線厚度。
類似地，第二感測元件348可包含複數個延伸觸點352，其中每個觸點352具有從約0.162 mm至約0.198 mm的緯向跡線寬度358、從約0.738 mm至約0.902 mm的緯向跡線間隔360、以及約0.19 mm至約0.24 mm的跡線厚度（亦即，深度）。例如，觸點354可具有約0.18 mm的緯向跡線寬度358、約0.82 mm的緯向跡線間隔360、及約0.21 mm的跡線厚度。
在一些實施例中，第一感測元件346及第二感測元件348的每一者可包括至少三個觸點350、352，並且具有從約0.288 mm至約0.352 mm（包括約0.32 mm）的在第一感測元件346及第二感測元件348的每個觸點350、352之間的緯向跡線間隔362。另外，觸點350、352的每一者可具有約3.0 mm至約4.0 mm（包括約3.8 mm）的縱向跡線長度364。
基板318的第二側面322亦可包含一或多個終端366、368，該等終端可以可操作地連接到感測電路326的部分370、372。
此外，感測電路326的觸點350、352可用塗佈組合物過塗佈以形成化學敏感膜328。在一些實施例中，塗佈組合物可包含凝膠，並且膜328可透過下列來形成：將塗佈組合物施加到基板318的一部分（例如，覆蓋觸點350、352的部分），並且隨後在高溫（諸如，例如，從約400℃至約900℃，包括從約500℃至約700℃）下乾燥及煅燒塗佈組合物。
在特定實施例中，膜328可係金屬氧化物膜，諸如氧化錫(SnO2 )半導體膜。在此種實施例中，塗佈組合物可包含使用基於水的凝膠產生的氧化錫。在某些實施例中，凝膠透過涉及SnCl4的溶膠-凝膠製程來製成，以形成酸性錫溶液，該酸性錫溶液經中和以產生SnO2 凝膠。奈米晶體SnO2 膜328隨後例如透過下列在基板318上形成：將含水SnO2 凝膠旋塗到基板318的感測器側面322上，在第一溫度下乾燥感測器306，以及隨後在第二溫度下煅燒。在特定實施例中，發生乾燥的第一溫度係從約100℃至約150℃，並且可較佳地為約130℃。在進一步實施例中，發生煅燒的第二溫度係從約400℃至約900℃，且可較佳地從約700℃至約800℃。重要的是，此等溫度範圍產生在化學敏感膜328中提供優異靈敏度的孔隙大小分佈及粒子大小分佈。
歸因於目標VOC的化學結構及每一個VOC感測器306的操作條件，當目標VOC（例如，標記物氣體）與化學敏感膜328接觸時，在膜328的導電帶中可用的電子數量可受到影響（亦即，增加或減少）。在特定實施例中，一或多種目標VOC可係「還原氣體」，該氣體將額外電子給予膜328的導電帶，由此減小膜328的電阻，這可隨後經量測為膜328的電導的改變。某些目標費洛蒙、訊息化合物、及利他素可包含六員碳環及一或多個羰基(-C=O)。這係過量電子密度位於其中的分子區域，該分子區域允許與半導體膜328相互作用，從而將電荷載流子貢獻給膜328的導電帶（亦即，減小膜328的電阻）。針對兩種訊息化合物的化學結構在下文表3中顯示： 表3.訊息化合物/利他素化學結構
Figure 02_image043
在較佳實施例中，感測器陣列304包括複數個有差異的VOC感測器306。亦即，複數個VOC感測器306的一或多個的組合物係變化的且針對特定檢測要求而最佳化。例如，用於形成膜328的塗佈組合物可包括一或多種催化劑或摻雜劑（例如，摻雜試劑），該等催化劑或摻雜劑可在製成凝膠塗佈組合物時添加。在一些實施例中，塗佈組合物包括摻雜試劑。在一些實施例中，例如，摻雜試劑可係過渡金屬。例如，摻雜試劑可選自由下列所組成的群組：鉑；鈀；鉬；鎢；鎳；釕；及鋨。由於將摻雜試劑添加到VOC感測器306的膜328，每一個VOC感測器306可針對給定氣體或目標VOC最佳化。在特定實施例中，裝置300可包括複數個VOC感測器306，其中至少一個VOC感測器306透過添加催化劑或摻雜劑（亦即，摻雜試劑）來針對特定氣體或目標VOC最佳化。在進一步實施例中，在裝置300中存在的每一個VOC感測器306透過添加催化劑或摻雜劑（亦即，摻雜試劑）來針對特定氣體或目標VOC最佳化。例如，在特定實施例中，感測器陣列304可包括針對IMM幼蟲訊息化合物最佳化的第一VOC感測器306、針對成蟲IMM費洛蒙最佳化的第二VOC感測器306、以及針對潛在干擾及/或背景氣體最佳化的多達三個VOC感測器306；然而，可以預期VOC感測器306的其他組合及量。例如，潛在干擾及/或背景氣體可包含烴、醇、酯、及/或醛。
裝置300的每一個VOC感測器306可在腔室308內定位，使得化學敏感膜328能夠暴露於進入腔室308的流體流。參考第5圖，在特定實施例中，例如，每一個VOC感測器306可使用接線接合件502、504、506、50、510、512懸置在固持器500中以固持感測器306並且將各個感測器306的終端340、342、366、368連接到感測器固持器500的觸點514、516、518、520、522、524。
進一步參考第6圖，根據本揭示的某些態樣圖示了裝置300的側視圖。特定而言，裝置300示出感測器陣列304，該感測器陣列包含透過感測器固持器500在腔室308內懸置的六個VOC感測器306（不可見）。另外，根據一些實施例，每一個感測器固持器500的部分526可以可操作地嚙合適配器528，該適配器將固持器500及VOC感測器306可操作地連接到裝置300的電路板530，例如，這允許將功率供應到VOC感測器306並且進行量測。
換言之，感測器陣列304可操作地連接到控制器374，該控制器被配置為執行上文描述的方法的一或多個步驟。特定而言，控制器374可被配置為：將複數個VOC感測器306的一或多個加熱到至少第一操作溫度；量測複數個VOC感測器306的一或多個的電導；確定對應於與流體流接觸的一或多個VOC感測器306的每一者的一組電導改變值；以及基於該組電導改變值來確定流體流內的一或多種目標VOC的氣體成分濃度。
返回到第3圖，根據本申請案的各個態樣，描述了群襲檢測系統302的額外部件。提供了用於辨識儲存產品的昆蟲群襲的系統302，系統302包含如先前描述的感測器陣列304。另外，在特定實施例中，系統302包括封閉感測器陣列304的測試腔室308、空氣傳遞單元376、及可操作地連接到空氣傳遞單元376及感測器陣列304的控制器374。
在各個實施例中，空氣傳遞單元376可以包含：閥378，用於控制穿過系統302的流體流；泵380，用於從系統302外部取回（或吸入）流體流並且穿過系統302遞送（或推動）流體流；以及流體流感測器382，用於量測由空氣遞送單元376取回的流體量（例如，體積）。在特定實施例中，流體流感測器382可係質量流控制閥或壓差換能器。在進一步實施例中，閥378及泵380可係使用者致動的。亦即，系統302的相關聯的操作人員可引導（例如，實體觸發）使用空氣傳遞單元376取回外部流體流。
空氣傳遞單元302亦可定義來自系統302外部的流體流384、到進入裝置300的入口310中的流314、且到離開裝置300的出口312的流316的流體流路徑。流體流314、316、384的部分可沿著流體流載具（諸如聚合物管道）傳送。
此外，空氣傳遞單元376可以可操作地連接到控制器374，使得控制器374可操作空氣傳遞單元376以從腔室308取回流體流及將流體流遞送到腔室308，其中流體流可以與VOC感測器306流體接觸。在特定實施例中，例如，控制器374可量測進入系統302的流體流的量（例如，體積）且一旦所量測的量達到預定閾值，就指示空氣傳遞單元376（例如，泵380及/或閥378）停止吸入流體（例如，空氣）。在一些實施例中，預定閾值係足夠裝置300檢測及量測在流體流中存在一或多種目標VOC的體積。
系統302的控制器374可以可操作地連接到空氣傳遞單元376及感測器陣列304，並且可包含處理器及記憶體。控制器374可進一步構造為：操作空氣傳遞單元376以從系統302外部取回流體流（例如，流體流378）及將流體流（例如，流體流314）遞送到測試腔室308，其中複數個VOC感測器306與流體流314流體接觸；操作感測器陣列304以將一或多個VOC感測器306加熱到至少第一操作溫度及量測複數個VOC感測器306的一或多個的電導；確定對應於一或多個VOC感測器306的每一者的一組電導改變值；以及基於該組電導改變值來確定流體流314內的一或多種目標VOC的氣體成分濃度。
在一些實施例中，系統302進一步包括使用者介面部件380。使用者介面380可以可操作地連接到控制器374，且控制器374可以被配置為操作使用者介面380向相關聯的使用者顯示及/或通訊經由系統302執行的測試的結果。使用者介面380可係系統302的使用者或操作人員可見的專用顯示器382，諸如包含TFT LCD螢幕、IPS LCD螢幕、電容式觸控螢幕LCD、LED螢幕、OLED螢幕、AMOLED螢幕、或類似者的顯示器。在進一步實施例中，使用者介面380可包含有線或無線通訊協定384，諸如藍牙、BLE、Wi-Fi、3G、4G、5G、LTE、或類似者，並且使用者介面380可被配置為經由通訊協定向相關聯使用者的輔助裝置386（例如，行動電話、平板、電腦等等）通訊分析的結果。
系統302亦可包含電源供應器388，該電源供應器可操作地連接到空氣傳遞單元376、裝置300、控制器374、及使用者介面380的至少一個。電源供應器388可被配置為將功率遞送到系統302的一或多個部件，而控制器374可以被配置為操作電源供應器388。在特定實施例中，電源供應器388可整合到系統302中。在進一步實施例中，電源供應器388可係可移除的外部配件。在一些實施例中，電源供應器388可係可充電的電源供應器388。
所描述的系統的各個部件現參考第7圖更詳細論述。如圖所示，第7圖示出了用於例如透過檢測存在一或多種目標VOC及量測一或多種目標VOC的水平來辨識儲存產品的昆蟲群襲的系統700的方塊圖。系統700包括感測器陣列306，該感測器陣列包含控制器374，控制器具有處理器702、記憶體704、及一或多個輸入/輸出(input/output; I/O)介面706、708。匯流排710可將處理器702、記憶體704、及I/O介面706、708可操作地連接在一起。記憶體704包括用於執行本文揭示的方法的一或多個步驟的指令712，並且與記憶體704通訊的處理器702被配置為執行用於執行一或多個步驟的指令。
如所示出，系統700亦可包括包含複數個VOC感測器306的感測器陣列304，以及空氣傳遞單元376及使用者介面380。處理器702亦可控制系統700的總體操作，包括感測器陣列304、空氣傳遞單元376、及使用者介面380的操作。
記憶體704可表示任何類型的非暫時性電腦可讀取媒體，諸如隨機存取記憶體(random access memory; RAM)、唯讀記憶體(read only memory; ROM)、磁碟或磁帶、光碟、快閃記憶體、或全像記憶體。在一個實施例中，記憶體704包含隨機存取記憶體及唯讀記憶體的組合。在一些實施例中，處理器702及記憶體704可在單個晶片中組合。輸入/輸出(I/O)介面706、708允許控制器374經由有線或無線連接與系統700的其他部件（諸如感測器陣列304、流體流感測器382、空氣傳遞單元376、及使用者介面380）通訊。數位處理器702可以各種方式體現，諸如透過單核處理器、雙核處理器（或更通常，透過多核處理器）、數位處理器、及協作方法共處理器、數位控制器、或類似者。
如本文所使用，術語「軟體」意欲涵蓋由電腦或其他數位系統可執行的指令的任何集合或任何指令集，以便構造電腦或其他數位系統以執行為軟體意圖的任務。術語「軟體」意欲涵蓋儲存媒體中儲存的此種指令，儲存媒體諸如RAM、硬碟、光碟或等等，並且亦意欲涵蓋所謂的「韌體」，該韌體係在ROM上儲存的軟體或等等。此種軟體可以各種方式組織，並且可包括組織為程式庫、儲存在遠端伺服器或等等上的基於網際網路的程式、源碼、直譯碼、目標碼、直接可執行碼、及等等的軟體部件。可以預期軟體可調用系統水平代碼或呼叫在伺服器或其他位置上駐留的其他軟體以執行某些功能。
在各個實施例中，例如，控制器374的指令712可以包括電導改變模組714、比淨電導（specific net conductance; 「SNC」）資料模組716、氣體流管理模組718、操作溫度模組720、VOC濃度模組722、及報告輸出模組724。
電導改變模組714可以被配置為量測感測器陣列304的一或多個VOC感測器306的電導並且將電導資料728記錄於記憶體704中。亦即，在特定實施例中，電導改變模組714可以被配置為指示處理器702使用相應感測電路326量測一或多個VOC感測器306的化學敏感膜328的主體電阻改變。因此，電導改變模組714可被配置為經由I/O介面706量測及接收來自感測器陣列304的VOC感測器306的電導訊號，以及將電導作為電導資料728儲存於記憶體306中。電導改變模組714亦可被配置為例如最小化從VOC感測器306量測的電導訊號的電子雜訊及漂移以確保準確且精確的量測。在一些實施例中，電導改變模組714可被配置為例如應用訊號模型及/或演算法以管理或消除在量測感測器電導時的電導漂移及電子雜訊的問題。在進一步實施例中，電導改變模組714可被配置為透過量測VOC感測器的電導及提升及/或降低一或多個VOC感測器的操作溫度（經由操作溫度模組720）直至VOC感測器的電導值匹配先前確定的基線電導值來調節一或多個VOC感測器的電導值。
如先前描述，SNC資料模組716可以被配置為確定感測器陣列304的一或多個VOC感測器306的比淨電導（「SNC」）。特定而言，SNC資料模組716及電導改變模組714可操作以經由I/O介面706量測及接收某些電導訊號（例如，與對照流體流及/或缺乏目標VOC的樣品流體流接觸的VOC感測器的電導值）。隨後，SNC資料模組可確定VOC感測器306的一組SNC值，並且將該組SNC值作為SNC資料726儲存於記憶體704中。
氣體流管理模組718可以被配置為操作空氣傳遞單元326以取回流體流（例如，流體流384）、將流體流遞送到裝置300、以及從系統302沖洗流體流（例如，流體流316）。特定而言，氣體流管理模組718可被配置為經由I/O介面706從空氣傳遞單元376的流體流感測器382接收氣體流資料730。例如，氣體流資料730可包括流體引入閾值（例如，體積）及來自流感測器382的量測結果，其等可儲存在記憶體704中。此外，氣體流管理模組718可被配置為操作空氣傳遞單元376（包括閥378及泵380），以及控制穿過系統302的流體流路徑的入口310及出口312。
操作溫度模組720可以被配置為經由I/O介面706操作感測器陣列304的VOC感測器306的加熱電路324。特定而言，操作溫度模組720可被配置為透過指示將功率施加到VOC感測器306的加熱電路324來將一或多個VOC感測器306加熱到至少第一操作溫度及第二操作溫度。操作溫度模組720可進一步構造為監控感測器陣列304的每一個VOC感測器306的溫度，以及調節供應以調整VOC感測器306的操作溫度的功率。溫度模組720可將VOC感測器306的設定點操作溫度以及所量測的溫度作為溫度732儲存於記憶體704中。
如上文所描述，VOC濃度模組722可以被配置為確定流體流中的一或多種目標VOC的氣體成分濃度。在流體流（例如，空氣流）內，一或多種目標VOC可呈氣體形式。在特定實施例中，一或多種目標VOC係下列的至少一種：費洛蒙；訊息化合物；及利他素。在進一步實施例中，流體流內的一或多種目標VOC的至少一個可選自由下列所組成的群組：4,8-二甲基癸醛；(Z,Z)-3,6-(11R)-十二碳二烯-11-内酯；(Z,Z)-3,6-十二碳二烯-内酯；(Z,Z)-5,8-(11R)-十四碳二烯-13-内酯；(Z)-5-十四碳烯-13-内酯；(R)-(Z)-14-甲基-8-十六碳烯醛；(R)-(E)-14-甲基-8-十六碳烯醛；γ-乙基-γ-丁内酯；(Z,E)-9,12-十四碳二烯基乙酸酯；(Z,E)-9,12-十四碳二烯-1-醇；(Z,E)-9,12-十四碳烯醛；(Z)-9-十四碳烯基乙酸酯；(Z)-11-十六碳烯基乙酸酯；(2S,3R,1'S)-2,3-二氫-3,5-二甲基-2-乙基-6(1-甲基-2-酮丁基)-4H-哌喃-4-酮；(2S,3R,1'R)-2,3-二氫-3,5-二甲基-2-乙基-6(1-甲基-2-酮丁基)-4H-哌喃-4-酮；(4S,6S,7S)-7-羥基-4,6-二甲基壬-3-酮；(2S,3S)-2,6-二乙基-3,5-二甲基-3,4-二氫-2H-哌喃；2-棕櫚醯-環己烷-1,3-二酮；以及2-油醯基-環己烷-1,3-二酮。然而，可以預期其他費洛蒙、訊息化合物、及利他素。所確定的一或多種此等目標VOC的濃度可作為VOC資料734儲存於記憶體中。
報告輸出模組724可以被配置為經由I/O介面380開發期望的系統輸出738及操作使用者介面380以向系統302的相關聯使用者通訊輸出738。在特定實施例中，使用者介面380可係專用顯示器或可係輔助使用者裝置（例如，PC，諸如桌上型電腦、膝上型電腦、掌上型電腦、可攜式數位助理(portable digital assistant; PDA)、伺服器電腦、蜂巢電話、平板電腦、行動裝置、及類似者、或其組合）。在一些實施例中，使用者介面380可包括揚聲器或揚聲器系統。因此，在一些實施例中，I/O介面708可係有線通訊介面。在其他實施例中，I/O介面708可包含無線通訊部件，並且與使用者介面380通訊可經由無線通訊協定（諸如藍牙、BLE、Wi-Fi、3G、4G、5G、LTE、或類似者）發生。
在任一情況下，在各個實施例中，系統輸出738可經由使用者介面380通訊，諸如曲線、圖表、表格、或資料集，例如，示出所確定的VOC資料。在一些實施例中，輸出738可包括可聽部件，諸如音訊音調、音調集合、或可聽詞語，該可聽部件可經由使用者介面380的揚聲器或揚聲器系統通訊。可聽輸出部件可係以一頻率發聲的音調，該頻率基於所檢測的一或多種目標VOC的氣體成分濃度來變化（例如，根據較高檢測水平增加頻率）。在特定實施例中，輸出738包含確定昆蟲群襲是否可能存在於儲存產品內。在進一步實施例中，輸出738可包括評估群襲的可能原因（例如，基於VOC資料辨識一或多個特定SPI）。在又一些實施例中，輸出738可包括針對採取補救措施（諸如薰蒸）來保護儲存產品的價值的建議。 實例
以下特定實例描述了本揭示及本文使用的過程的新穎態樣。其等意欲僅出於說明目的，並且不應當被解釋為限制本發明的最廣泛態樣。
參考第8A圖至第8D圖，提供了VOC感測器晶片的各個實施例的實驗室試台試驗及其對費洛蒙的靈敏度的曲線。在A31壓縮氣缸中，在乾燥氮氣中，以2 ppm的濃度將成蟲費洛蒙放入測試氣體中。此測試氣體用額外的乾燥氮氣稀釋以獲得具有在100 ppb與300 ppb之間的費洛蒙濃度的氣體蒸氣。將此氣體蒸氣注入預原型裝置，並且確定淨電導。以下圖表顯示五個不同感測器的回應，一個感測器不添加催化劑，四個感測器添加催化劑Pd、Pt、Os及W。W催化劑提供針對IMM費洛蒙（第8A圖）、針對煙草甲蟲費洛蒙（第8C圖）、及針對倉庫甲蟲費洛蒙（第8D圖）的優異靈敏度。Pd催化劑顯示針對赤擬穀盜費洛蒙（第8B圖）的優異靈敏度。其他催化劑在回應於費洛蒙的靈敏度方面不太有效。
參考第9A圖至第9C圖、第10A圖至第10C圖、及第11A圖至第11C圖，提供了回應於在具有昆蟲的產品上方的頂部空間的感測器晶片的現場測試的實驗結果。在現場試驗中，將在清潔白色小麥粉的10 lb樣品上方的頂部空間空氣注入預原型裝置以建立基線電阻值。一旦建立了基線電阻值，將在伴隨的清潔白色小麥粉的10 lb樣品上方的頂部空間氣體注入含有不同數量四種活的昆蟲（IMM、赤擬穀盜、倉庫甲蟲及煙草甲蟲）的小瓶。針對未催化的晶片（第9A圖至第9B圖）、Pt催化的晶片（第10A圖至第10C圖）、Os催化的晶片（第11A圖至第11C圖）、及W催化的晶片（第12A圖至第12C圖）顯示在埋入有活的昆蟲的產品上方的頂部空間氣體的電阻資料。
如在每種情形中看到，根據昆蟲群體增加，電阻減小係清楚的。額外昆蟲在頂部空間中產生額外費洛蒙。較高費洛蒙濃度導致感測器晶片電阻減小。因此，感測器晶片能夠取決於昆蟲群體而產生訊號。可以分析此訊號，並且可以建立在昆蟲群體與訊號之間的關聯。
關於第13A圖至第13D圖，提供了顯示上文論述的資料的分析結果的曲線。原始資料透過將晶片電阻值R轉化為晶片電導值（在數學上表示為K）來分析。淨電導透過存在昆蟲時的晶片電導Kg 減去不存在昆蟲時的晶片電導Kb 來確定。淨電導在數學上表示為ΔK。在第13A圖至第13D圖中顯示ΔK相對於昆蟲數量的曲線。因此，此等曲線允許針對每種費洛蒙選擇最佳催化劑：例如，針對IMM選擇未催化的晶片；針對倉庫甲蟲選擇Os催化的晶片；以及針對煙草甲蟲選擇未催化的晶片。
本說明書已經參考較佳實施例來闡述。顯然地，在閱讀及理解本說明書之後將發生對其他實施例的修改及替代。本發明意欲被解釋為包括所有此種修改及替代，只要其等在所附申請專利範圍及其等效的範疇內。亦即，將認識到，上文揭示的各種特徵及功能以及其他特徵及功能、或其替代可期望地組合到眾多其他不同系統或應用中，並且其中各種當前未想到或未預期的替代、修改、變化或改進亦可隨後由熟習此項技術者進行，此等的替代、修改、變化或改進類似地意欲由以下申請專利範圍涵蓋。
100:方法 200:方法 208:校準步驟 214:基線電導 224:SNC值 300:裝置 302:系統 304:感測器陣列 306:VOC感測器 308:腔室 310:入口 312:出口 314:流體流 316:流體流 318:基板 320:第一側面 322:第二側面 324:電阻式加熱電路 326:感測電路 328:化學敏感膜 330:縱向跡線寬度 332:縱向跡線間隔 334:跡線高度 336:外跡線寬度 338:終端 340:終端 342:部分 344:部分 346:第一感測元件 348:第二感測元件 350:觸點 352:觸點 354:緯向跡線寬度 356:緯向跡線間隔 358:緯向跡線寬度 360:緯向跡線間隔 362:緯向跡線間隔 364:縱向跡線長度 366:終端 368:終端 370:部分 372:部分 374:控制器 376:空氣傳遞單元 378:閥 380:泵 382:流體流感測器 384:流體流 386:輔助裝置 388:電源供應器 500:固持器 502:接線接合件 504:接線接合件 506:接線接合件 508:接線接合件 510:接線接合件 512:接線接合件 514:觸點 516:觸點 518:觸點 520:觸點 522:觸點 524:觸點 526:部分 528:適配器 530:電路板 700:系統 702:處理器 704:記憶體 706:輸入/輸出(I/O)介面 708:輸入/輸出(I/O)介面 710:匯流排 712:指令 714:電導改變模組 716:比淨電導（「SNC」）資料模組 718:氣體流管理模組 720:操作溫度模組 722:VOC濃度模組 724:報告輸出模組 726:SNC資料 728:電導資料 730:氣體流資料 732:溫度 734:VOC資料 738:系統輸出 S105:步驟 S110:步驟 S115:步驟 S120:步驟 S125:步驟 S130:步驟 S135:步驟 S202:步驟 S204:步驟 S206:步驟 S210:步驟 S212:步驟 S216:步驟 S218:步驟 S220:步驟 S222:步驟 S226:步驟 S228:步驟 S230:步驟 S232:步驟 S234:步驟 S236:步驟 S238:步驟 S240:步驟 S242:步驟 S244:步驟 S250:步驟
本揭示可在各種部件及部件佈置中、以及在各種步驟及步驟佈置中變得明顯。圖式僅出於說明較佳實施例的目的，且將不被解釋為限制本揭示。
第1圖係根據本申請案的一個實施例圖示辨識昆蟲群襲的方法的流程圖。
第2A圖至第2B圖係根據本申請案的進一步實施例圖示辨識昆蟲群襲的進一步方法的流程圖。
第3圖係根據本申請案的一個實施例圖示被配置為執行本文揭示的方法的系統的方塊圖。
第4A圖至第4B圖係根據本申請案的某些實施例的單獨VOC感測器的第一側面（第4A圖）及第二側面（第4B圖）的圖解。
第5圖係根據本申請案的一個實施例的在固持器中懸置的單獨VOC感測器的圖解。
第6圖係根據本申請案的一個實施例的包含複數個VOC感測器的感測器陣列的代表性側視圖截面。
第7圖係根據本申請案的一個實施例的群襲檢測系統的方塊圖。
第8A圖至第8D圖係根據本申請案的一個實施例圖示VOC感測器陣列對各個目標揮發性有機化合物的靈敏度的曲線。
第9A圖至第9C圖係根據本申請案的一個實施例圖示第一VOC感測器對存在三個目標儲存產品昆蟲（「SPI」）的回應的曲線。
第10A圖至第10C圖係根據本申請案的另一實施例圖示第二VOC感測器對存在三個目標儲存產品昆蟲（「SPI」）的回應的曲線。
第11A圖至第11C圖係根據本申請案的一個實施例圖示第三VOC感測器對存在三個目標儲存產品昆蟲（「SPI」）的回應的曲線。
第12A圖至第12C圖係根據本申請案的一個實施例圖示第四VOC感測器對存在三個目標儲存產品昆蟲（「SPI」）的回應的曲線。
第13A圖至第13D圖係根據本申請案的一個實施例圖示四個VOC感測器對存在變化量的三個目標儲存產品昆蟲（「SPI」）的回應的曲線。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:方法
S105:步驟
S110:步驟
S115:步驟
S120:步驟
S125:步驟
S130:步驟
S135:步驟

Claims (21)

  1. 一種透過檢測一目標流體流內的一或多種目標揮發性有機化合物（VOC）來辨識一儲存產品的一昆蟲群襲的方法，該方法包含以下步驟： 提供一裝置，包含： 一感測器陣列，包括複數個VOC感測器，其中每個VOC感測器包含： 一基板，具有一第一及第二側面； 一電阻式加熱電路，在該基板的該第一側面上形成； 一感測電路，在該基板的該第二側面上形成；以及 一化學敏感膜，在該基板的該第二側面上的該感測電路上方形成； 將該複數個VOC感測器的一或多個加熱到至少一第一操作溫度； 使該一或多個VOC感測器與該目標流體流接觸； 確定對應於與該目標流體流接觸的該一或多個VOC感測器的每一者的一組電導改變值(ΔK i )；以及 基於該組電導改變值來確定該目標流體流內的一或多種該等目標VOC的一氣體成分濃度([X] n )。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該方法進一步包含以下步驟： 在使該一或多個VOC感測器與該目標流體流接觸之後量測該一或多個VOC感測器的一訊號電導； 其中該組電導改變值(ΔK i )係基於在與該目標流體流接觸的該一或多個VOC感測器的每一者的該訊號電導與該等對應VOC感測器的每一者的一基線電導之間的該差值來確定。
  3. 如請求項2所述之方法，其中在該一或多個VOC感測器在缺乏任何目標VOC的一大氣中時量測該一或多個VOC感測器的該基線電導。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該方法進一步包含以下步驟： 在與至少一個目標VOC接觸之後調節一或多個該等VOC感測器的該基線電導以匹配在與該至少一個目標VOC接觸之前的該對應VOC感測器的該基線電導，其中該基線電導透過將一或多個該等VOC感測器加熱到至少一第二操作溫度來調節。
  5. 如請求項2所述之方法，其中該方法進一步包含以下步驟： 使該複數個VOC感測器的一或多個與一樣品流體流接觸，該樣品流體流缺乏任何目標VOC；以及 量測該一或多個VOC感測器的該基線電導。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該方法進一步包含以下步驟： 確定一或多個該等VOC感測器的一或多個比淨電導值，其中每個比淨電導值對應於該等目標VOC的一者。
  7. 如請求項6所述之方法，其中對應於一目標VOC的每個比淨電導值透過下列確定： 使該一或多個VOC感測器與具有一已知濃度的該目標VOC的一對照流體流接觸； 量測該一或多個VOC感測器的每一者的一測試電導；以及 針對該一或多個VOC感測器的每一者，基於所量測的該VOC感測器的該測試電導及該對照流體流內的該目標VOC的該已知濃度來計算一比淨電導值。
  8. 如請求項7所述之方法，其中該方法進一步包含以下步驟： 確定一或多個該等VOC感測器的複數個比淨電導值，其中該等VOC感測器的每一者的該等比淨電導值的每一者對應於一不同目標VOC。
  9. 如請求項6所述之方法，其中基於該組電導改變值及該一或多個VOC感測器的每一者的該一或多個比淨電導值來確定該目標流體流內的該一或多種目標VOC的該氣體成分濃度([X] n )。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該第一操作溫度係在約180℃與約400℃之間。
  11. 如請求項1所述之方法，其中該目標流體流係從鄰近所評估的該儲存產品內取得的一空氣樣品。
  12. 一種用於檢測一目標流體流內的一或多種目標揮發性有機化合物(VOC)的裝置，該裝置包含： 一感測器陣列，具有複數個VOC感測器，其中每個VOC感測器包括： 一基板； 一電阻式加熱電路，在該基板的一第一側面上形成； 一感測電路，在該基板的一第二側面上形成；以及 一化學敏感膜，在該基板的該第二側面上的該感測電路上方形成。
  13. 如請求項12所述之裝置，其中該感測器陣列包含從約兩個至約十個VOC感測器。
  14. 如請求項12所述之裝置，其中該複數個VOC感測器的至少一個的該電阻式加熱電路係具有從約0.288 mm至約0.352 mm的一縱向跡線寬度及從約0.333 mm至約0.407 mm的一縱向跡線間隔寬度的一蛇形圖案。
  15. 如請求項12所述之裝置，其中該複數個VOC感測器的至少一個的該感測電路包括形成一對延伸的相互指狀觸點的一第一感測元件及一第二感測元件； 其中該第一感測元件包含複數個延伸觸點，每個觸點具有從約0.162 mm至約0.198 mm的一緯向跡線寬度及從約0.738 mm至約0.902 mm的一緯向跡線間隔；以及 其中該第二感測元件包含複數個延伸觸點，每個觸點具有從約0.162 mm至約0.198 mm的一緯向跡線寬度及從約0.738 mm至約0.902 mm的一緯向跡線間隔。
  16. 如請求項15所述之裝置，其中該等第一及第二感測元件的每一者包含至少三個延伸觸點，並且其中該感測電路具有從約0.288 mm至約0.352 mm的在該等第一及第二感測元件的每一個延伸觸點之間的一緯向跡線間隔。
  17. 如請求項12所述之裝置，其中該電阻式加熱電路及該感測電路的至少一個由包含鉑的一組合物形成，並且該化學敏感膜係由一含水氧化錫凝膠形成的一奈米晶體氧化錫膜。
  18. 如請求項12所述之裝置，其中該化學敏感膜包含選自由下列所組成的一群組的一摻雜試劑：鉑；鈀；鉬；鎢；鎳；釕；及鋨。
  19. 如請求項12所述之裝置，其中該感測器陣列可操作地連接到一控制器，該控制器被配置為： 量測該複數個VOC感測器的一或多個的一電導； 確定對應於與該目標流體流接觸的該一或多個VOC感測器的每一者的一組電導改變值；以及 基於該組電導改變值來確定該目標流體流內的一或多個該等目標VOC的一氣體成分濃度。
  20. 一種用於辨識一儲存產品的一昆蟲群襲的系統，該系統包含： 一測試腔室，封閉一感測器陣列，該感測器陣列包括複數個VOC感測器； 一空氣傳遞單元，被配置為取回一流體流並且將該流體流遞送給該測試腔室；以及 一控制器，可操作地連接到該空氣傳遞單元及該感測器陣列，其中該控制器被配置為： 操作該空氣傳遞單元以從該測試腔室取回該流體流並且將該流體流遞送到該測試腔室，其中該複數個VOC感測器的一或多個與該流體流流體接觸； 操作該感測器陣列以量測該複數個VOC感測器的一或多個的一電導； 確定對應於該一或多個VOC感測器的每一者的一組電導改變值；以及 基於該組電導改變值來確定該流體流內的一或多個目標VOC的一氣體成分濃度。
  21. 如請求項19所述之系統，其中該流體流內的該一或多種目標VOC的至少一個選自由下列所組成的一群組：4,8-二甲基癸醛；(Z,Z)-3,6-(11R)-十二碳二烯-11-内酯；(Z,Z)-3,6-十二碳二烯内酯；(Z,Z)-5,8-(11R)-十四碳二烯-13-内酯；(Z)-5-十四碳烯-13-内酯；(R)-(Z)-14-甲基-8-十六碳烯醛；(R)-(E)-14-甲基-8-十六碳烯醛；γ-乙基-γ-丁内酯；(Z,E)-9,12-十四碳二烯基乙酸酯；(Z,E)-9,12-十四碳二烯-1-醇；(Z,E)-9,12-十四碳烯醛；(Z)-9-十四碳烯基乙酸酯；(Z)-11-十六碳烯基乙酸酯；(2S,3R,1'S)-2,3-二氫-3,5-二甲基-2-乙基-6(1-甲基-2-酮丁基)-4H-哌喃-4-酮；(2S,3R,1'R)-2,3-二氫-3,5-二甲基-2-乙基-6(1-甲基-2-酮丁基)-4H-哌喃-4-酮；(4S,6S,7S)-7-羥基-4,6-二甲基壬-3-酮；(2S,3S)-2,6-二乙基-3,5-二甲基-3,4-二氫-2H-哌喃；2-棕櫚醯-環己烷-1,3-二酮；以及2-油醯基-環己烷-1,3-二酮。
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