用于影响昆虫行为的辐射系统

摘要

提供了包括蒸气隔离容器、配置于蒸气隔离容器中的化学化合物以及激发能量源的昆虫诱饵。化学化合物可以具有处于一组吸收波长的一个或多个吸收带并且具有处于一组发射波长的一个或多个发射带。激发能量源可以被配置为产生处于吸收波长的电磁辐射，以便使化学化合物发荧光并且释放处于发射波长的光子。蒸气隔离容器可以被配置为具有至少一个红外透射窗，其对处于化学化合物的发射波长被释放的光子基本上是透明的。

说明书

技术领域

本发明的实施例针对用于影响昆虫行为的电磁辐射系统。

背景技术

对于美国农业部估计的9.13亿英亩养殖田地、超过70亿蒲式耳(bushel)储粮以及1亿公吨的出口农产品，病虫害综合治理，或IPM，在美国是个数十亿美元的产业。病虫害治理的全球性问题要大得多。

储粮通过船只、卡车和飞机被运送到世界各地。粮食的分配依赖于从几天到超过一年范围的短至长期储存。粮食的长期储存助长了侵扰储粮的许多昆虫和其它害虫的指数级增长。一种示例害虫是印度谷螟。害虫种群的增强被在储粮箱或仓库中找到的几乎无限的食物来源促进。在温带气候由害虫引起的估计损失共计约为10-15％，而在热带国家，这个数字可以高达60％。

在不太严重的情况下，不健康的虫害，虽然没有直接消耗大批粮食，但仅仅由于其存在就极大地降低了可销售性。因此，可以在储粮样品中发现的昆虫身体部位或残留物给许多农民造成经济困难。在州级层面上，这个货币数字达到数亿美元，但在全国范围内，这个货币数字在数十亿美元。

为了减少在储粮中发现和入侵农田的害虫种群，农民和行业转向了农药(pesticide)和杀虫剂(insecticide)形式的化学品管理。几个问题与被害虫侵扰的储粮的化学品管理和杀虫剂在数百万英亩农作物上的喷洒相关联。这些问题包括化学残留物被留在预定为人类或动物食用的粮食上，人意外地暴露于熏蒸剂导致死亡或疾病，对诸如计算机之类的敏感设备的腐蚀损坏，以及熏蒸剂的潜在高财务成本，最特别地是在港口。这些是所有现在和未来的熏蒸剂企业必须处理的严重问题。另外，甚至更有效并潜在地具有毒性的农药的正在进行的研究和开发仍在继续，因为昆虫随着时间的推移对那些专门设计为控制其种群的化学品产生免疫性的能力是强健的。简单地说，今天能减少昆虫种群的化学品在将来将有可能是无效的，因为昆虫对相同的化学品产生抗性。

化学品管理的备选方案是使用含有被称为信息素的人工产生的分子的昆虫诱捕器。这些人工信息素也可以在农业中部署，以便混淆昆虫或干扰交配。通常在自然界中，这些分子被昆虫释放到大气中并被用来定位伴侣或聚集。当前的信息素诱捕器有很多局限性。一个局限性包括，相对于实际的昆虫种群，在给定时间段内捕获相对少量的昆虫。没有可靠的数字来明确表示在给定区域可以被接连捕获的昆虫的百分比。因此，诱捕器更经常被用来仅仅确定给定昆虫种群的存在，使得一些其本质通常是杀虫性质的其它种群控制方法可以被部署。因此，多年的研究完全支持诱捕器对于显著减少储粮箱或仓库中的昆虫种群是无效的，除非诱捕器以非常高的密度被使用。关于用于农田害虫的农业控制的气雾剂或饵部署，这是具有众多局限性的昂贵提议。恶劣的天气，大风及其它因素均使得此类部署常常甚至不被认为是解决方案。

第二个局限性是在常规的诱捕器、气雾剂或饵中的信息素源或饵的减少的寿命。基于由信息素制造商提供的书面资料，典型的信息素诱饵的寿命被估计为大约六周。

发明内容

因此，本文提供了解决以上识别出的问题而没有化学品管理的有害副作用的系统。

在本发明的实施例中，提供了包括蒸气隔离容器、置于蒸气隔离容器中的化学化合物以及自然存在或人工制造的激发能量源的昆虫诱饵装置。化学化合物可以具有处于一组吸收波长的一个或多个吸收带并且具有处于一组发射波长的一个或多个发射带。激发能量源可以被配置为产生处于吸收波长的电磁辐射，以便使化学化合物发荧光并且释放处于发射波长的光子。蒸气隔离容器可被配置为具有至少一个红外透射窗，其对处于化学化合物的发射波长的所释放的光子基本上是透明的。

在本发明的另一种实施例中，提供了昆虫诱捕器，昆虫诱捕器包括外部容器和外部容器中封闭的、蒸气隔离内部容器。外部容器可以包括外壳和至少一个红外透射窗。外壳可以包括被配置为允许一个或多个昆虫进入外部容器，同时防止该一个或多个昆虫离开外部容器的开口。封闭的、蒸气隔离内部容器可以包括与外部容器中的红外透射窗对准的至少一个红外透射窗以及置于蒸气隔离内部容器中的化学化合物。化学化合物可以具有处于一组吸收波长的一个或多个吸收带并且具有处于一组发射波长的一个或多个发射带。红外透射窗对处于化学化合物的吸收波长的电磁辐射和处于化学化合物的发射波长的电磁辐射基本上是透明的。当处于吸收波长的电磁辐射被化学化合物接收时，化学化合物释放处于发射波长的光子。

本发明的各种实施例的进一步特征和优点，以及结构和操作，被在以下参照附图详细地描述。应当指出的是，本发明不限于本文所述的具体实施例。这种实施例在本文被提出仅仅是为了说明性目的。基于本文所包含的教导，附加的实施例将对一个或多个相关领域的技术人员是显而易见的。

附图说明

在本文中结合并构成说明书一部分的附图示出了本发明并且，与描述一起，进一步用来解释本发明的原理并且使相关领域技术人员能够执行和使用本发明。在附图中，相同的标号指示完全相同或功能相似的元素。此外，标号最左边的一个或多个数字识别该标号首次在其中出现的附图。

图1A示出了根据本发明实施例的昆虫诱饵系统。

图1B示出了图1的昆虫诱饵系统的分解视图。

图2示出了根据本发明另一种实施例的昆虫诱饵系统。

图3示出了根据本发明另一种实施例的昆虫诱饵系统。

图4示出了根据本发明另一种实施例的昆虫诱饵系统。

图5示出了根据本发明实施例的包括内部激发能量源的昆虫诱饵系统。

图6示出了根据本发明实施例的包括外部激发能量源的昆虫诱饵系统。

图7示出了根据本发明实施例的昆虫诱捕系统。

当结合附图考虑时，根据以下陈述的具体实施方式，本发明的特征和优点将变得更加显然。

具体实施方式

本发明的实施例提供了用于引起各种类型昆虫的行为变化的辐射昆虫诱饵系统。关于本发明的实施例，引起的行为变化可以是在各种昆虫中产生吸引、驱赶或混乱运动响应的形式。

图1A示出了根据本发明实施例的昆虫诱饵系统100。系统100包括蒸气隔离容器101。蒸气隔离容器101可以包括窗口104和化学化合物106。容器101可以包括侧面120、122、124、126、128和130，如在图1B中以系统100的分解视图所示的。蒸气隔离可以例如通过密封容器101或通过把容器101放在真空中来提供。如在本文所使用的，术语“蒸气隔离”不需要100％的蒸气隔离。如果例如侧面120、122、124、126、128或130呈现某种程度的蒸气孔隙的话，则蒸气隔离容器可以是基本上蒸气隔离的，诸如90-95％蒸气隔离的。100％的蒸气隔离在本文中被称为“完全蒸气隔离”。容器101可以被配置为耐气候性并且能够被安装或可便携地部署在农业和储粮环境中。

在这种实施例的一个示例中，化学化合物106通过荧光发射红外电磁辐射。当来自激发能量源的能量(例如，光)在一个或多个频率范围被主体(或分子)吸收并且在一个或多个不同的频率范围被再发射时，发生荧光。光子发射一般具有比激发源更长的波长。

主体的吸收光谱是入射辐射被主体吸收的部分的吸收强度作为覆盖该主体中分子的电子能级的波长的函数的曲线图。虽然吸收光谱可以针对任何吸收材料被记录，但是，除通常的吸收光谱之外，激发光谱只可以针对荧光材料来记录。

对于荧光材料，有两种类型的光谱，即，荧光发射光谱和激发光谱。发射光谱可以通过把激发波长固定在特定波长，同时扫描发射波长的强度来记录。所记录的发射波长是由于分子从较高能级向各种较低能级的辐射弛豫获得的，其中分子利用处于固定激发波长的能量被激发到较高能级。以相反的方式，激发光谱可以通过扫描激发波长的强度，同时保持发射波长恒定来记录。换句话说，激发光谱将提供被分子吸收的导致特定的发射波长的所有波长。对应于所有发射波长的所有激发光谱可以提供与吸收光谱几乎相同的光谱，但稍有不同，因为，如果吸收不产生荧光发射，则该吸收的特征(signature)不能被获得。

化学化合物106可以被表征为具有处于不同吸收波长的一个或多个吸收带以及处于不同发射波长的一个或多个发射带。

如下面将进一步详细讨论的，不同类型昆虫的行为可以受到不同发射波长的影响。这些不同波长可以包括相同化学化合物的不同荧光波长，或者这些不同波长可以包括多种化学化合物的荧光波长。因此，一种化学化合物106可以用作用于不同类型昆虫的吸引剂、驱虫剂或干扰剂。具有不同的吸收和发射频带的一种或多种化学化合物106可以在诱饵系统100中使用，以把不同类型昆虫确定为目标。

在示例实施例中，化学化合物106可以包括信息素分子。信息素分子的荧光特征导致在红外光谱中各波长的电磁辐射的发射，其中所述波长在本文被称为发射波长。这些波长可以被昆虫检测到，并造成其行为的变化。如果昆虫(诸如由特定信息素确定为目标的那些昆虫)对发射波长敏感，则存在可能由于昆虫暴露于发射波长而导致的几种类型的行为。第一种类型的行为是吸引行为。如果发射波长对应于由性或聚集信息素产生的那些波长，则检测到该发射波长的昆虫可以被信息素吸引或引诱，就好像它分别是交配信号或对聚集的呼叫。第二种类型的行为是驱赶行为。如果发射波长太强或者代表昆虫将意识到是威胁的东西，则昆虫可能会被信号打击(overwhelmed)或驱赶，或者在意识到威胁的情况下寻求躲避动作或掩护。第三种类型的行为是混淆或混乱的响应，当发射波长扰乱昆虫的正常行为时，这种情况会发生。试验表明，当一些昆虫暴露于一定的发射波长时，其行为被扰乱。昆虫可以，例如，变得异常活跃，用完了自己的能量资源，使得它们不能正确交配，或者使得它们比预期更快地死亡。其能量资源的耗尽也可能会产生不健康的后代，最终导致昆虫种群的整体减少。

即使信息素分子被容纳在蒸气隔离容器101中，信息素分子的红外荧光也允许使用信息素分子。实际上，信息素分子在容器101中的蒸气隔离可以使分子比把信息素分子释放到开放空间中的用于部署(包括诱捕器和气雾剂)的目前方法具有更长寿命。信息素分子到开放环境中的耗散、传播、扩散或释放可以导致百万分浓度和辐射释放率随时间下降，使得它们刺激昆虫行为的效果也降低。

在示例实施例中，化学化合物106被沉积或粘附到侧面120、122、124、126、128和130中单独一个上。在另一示例实施例中，化学化合物106被沉积在容器101的多个内侧上。容器101的每一侧可以已沉积相同或不同的化学化合物。如上面所提到的，不同类型的化学化合物可以被使用，以使诱饵系统100能够影响各种昆虫的行为。在这种实施例的另一示例中，化学化合物106可以被沉积或粘附到放在容器101中的一个或多个基板上，而不是直接沉积到容器101的侧面上。其它机制、方法和技术可以被采用，以把化学化合物106引入容器101，并且被认为在本发明的范围之内。

化学化合物可以是液体、气体或固体形式。例如，化学化合物可以是填充位于容器101中的单独小瓶的气体或液体，所述小瓶对特定于化学化合物的感兴趣的吸收和发射波长是透射性的。在另一示例中，气体可以被直接插入容器101，使得其分散遍及容器101。在另一示例中，化学化合物是置于容器101的内表面或单独基板的表面上的液体或固体，该基板接着被放在容器101中。任何其它数量的机制可以被采用，以将化学化合物包含在昆虫诱饵系统100中。

图1A和1B根据示例实施例将容器101示出为具有侧面120、122、124、126、128和130的长方体形状。但是，容器101不限于长方体形状或具有其它直边形状。容器101可被配置为任何类型的几何形状，诸如但不限于圆柱形、球形或椭圆形。容器101可以由各种材料构造，其中材料被配置为防止来自化学化合物106的蒸气或电磁辐射大量渗透通过侧面120、122、124、126、128和130。作为选择，一个或多个侧面可以由防止蒸气的大量渗透，但对处于吸收和/或发射波长的电磁辐射是透射性的材料制成。容器101的材料可以包括天然或合成材料，诸如但不限于金属、非金属和/或合金。例如，容器101可以由，例如但不限于，高密度聚乙烯(HDPE)或低密度聚乙烯(LDPE)制成。这种材料可以具有通过20微米的透射率，例如，以允许红外辐射通过，而限制其它类型的电磁辐射。

在这种实施例的一个示例中，容器101的一个或多个侧面的内表面可以部分或完全地被反射表面覆盖。在实施例中，化学化合物106可以被沉积或粘附到具有反射表面的一个或多个侧面。反射表面可以包括防止，例如，来自化学化合物106的辐射的吸收或者来自化学化合物106的辐射通过容器101的反射镜或类似材料。表面可以是，例如，第一表面反射镜。根据这种实施例的示例，反射表面可以反射处于化学化合物106的吸收带、发射带或吸收带和发射带二者的波长的电磁辐射。

根据示例实施例，窗口104对红外辐射可以是透射性的。窗口104特别地对化学化合物106的发射带中的波长可以是透射性的。窗口104对化学化合物106的吸收带中的波长也可以是透射性的。红外透射窗口104可以是稍微多孔的，因此使容器101小于100％蒸气隔离。例如，红外透射窗口104可以由大约5％多孔(95％蒸气隔离)的材料制成。HDPE是一种这样的材料。

如图1A中所示，窗口104可以被策略性地定位成允许来自化学化合物106的电磁辐射的发射通过窗口104。虽然窗口104被示为位于容器101的顶部，但是窗口104可以附加地或作为选择地位于容器101的其它侧面，只要来自化学化合物106的辐射的发射可以被释放到容器101外部的环境。

图1A和1B示出了具有圆形形状的窗口104的容器101。但是，容器101可以包括各种形状和尺寸的窗口。如图2中所示，根据本发明的实施例，昆虫诱饵系统200的容器201可以包括形成容器201的一侧面的矩形窗口204。窗口204可以具有与窗口104类似的透射性质。然而，在另一实施例中，容器201可以包括与窗口104和204具有类似透射性质的多个窗口。该多个窗口可以形成容器301，如图3中所示。虽然图3将昆虫诱饵系统300示出为在每一侧面具有基本上平坦、直边窗口的容器301，但是容器301的窗口可以采用任何几何形状，诸如但不限于圆柱形、球形或椭圆形。

在实施例中，窗口104可以是定向的或全方向的。如在图4中进一步示出的，根据实施例，昆虫诱饵系统400的容器401可以包括透镜，诸如凹透镜，作为窗口404。窗口404可以能够聚焦由化学化合物106发射的红外辐射。在实施例中，定向性可以附加地或作为选择地利用内部或外部反射器(未示出)来促进。

根据本发明的另一实施例，图5示出了昆虫诱饵系统500。昆虫诱饵系统500类似于图1的昆虫诱饵系统100，但是包括蒸气隔离容器501中的激发能量源516。激发能量源516可以是位于容器501中的隔离系统，或者它可以是容器501的集成部分。激发能量源元件的示例包括，但不限于，加热元件、电容元件以及太阳能元件。如果激发能量源是容器501的集成部分，则激发能量源516是容器501的一部分。在实施例中，激发能量源516被集成到容器501的一个或多个侧面中。例如，容器501的一个侧面可以由将能量积聚为电容电荷的介电材料制成。这种能量接着可以被传送到化学化合物106。

激发能量源516可以被配置为产生在化学化合物106的吸收带内的电磁辐射。利用由激发能量源516产生的辐射激发化学化合物106可导致化合物106的荧光。这种荧光释放具有在化合物106的发射带内的波长的光子。根据各种实施例，来自激发能量源516的电磁辐射可以通过各种手段(诸如但不限于热、电或光)产生。在实施例中，激发能量源516被配置为调制电磁辐射。依赖于，例如，激发能量源是有源产生的、天然存在的还是再次辐射的功能，可以电地或人工地引起这种调制。利用激发能量源516增加作用于化学化合物106的荧光能量的量可以增加来自化学化合物106的辐射的发射，而这又会增加其中昆虫的行为可能会受影响的对应容积区域。来自化学化合物106的红外发射越大，昆虫将越有可能能够检测到发射并对其做出反应。

在这种实施例的另一个示例中，来自化学化合物106的红外发射可以例如，通过增加容器101、201、301、401或501中化学化合物106的量被增加。

考虑诸如化学化合物的成本、有效面积的期望容积大小以及激发能量源的效率等的变量，发射辐射的期望水平是化学化合物的量和由激发能量源提供的能量的量的函数。

根据本发明的另一实施例，图6示出了昆虫诱饵系统600。昆虫诱饵系统600类似于图1的昆虫诱饵系统100，但是包括位于容器101中的附加窗口617和位于蒸气隔离容器101外部的激发能量源616。激发能量源616可被配置为与激发能量源516执行类似的功能。窗口617可以对由激发能量源616产生的波长是透射性的。在实施例中，窗口617可被策略性地相对于激发能量源616和化学化合物106放置，以允许来自激发能量源616的辐射进入容器101并激发化学化合物106。如以上所讨论的，利用激发能量源616对化学化合物106的激发可以导致化学化合物106以红外光谱中的波长发荧光辐射，然后该辐射通过窗口104被释放。依赖于发荧光波长，依赖于从化合物106发射的辐射的强度，对来自化学化合物106的辐射做出响应或者受其影响的昆虫可以被吸引、驱赶或迷惑。

在实施例中，允许来自激发能量源616的辐射进入容器101的窗口是允许由化学化合物发射的辐射离开容器101的相同窗口。

为了简便起见，图6示出了具有一个基本上平坦且直边的窗口617的昆虫诱饵系统600，其中窗口617可以对来自外部激发能量源的辐射是透射性的。但是，系统600可以具有变化数量和变化形状的窗口，这些窗口在其透射特性方面类似于窗口617。

系统600的窗口104和617可被相对于彼此放置成不同的取向并且不一定如图6中所示那样放置。在实施例中，系统600的容器101可以具有对从激发能量源616进入容器101和从化学化合物106离开容器101的波长两者均是透射的窗口。

根据本发明的实施例，图7示出了包括昆虫诱饵系统100和昆虫诱捕容器701的昆虫诱捕系统700。昆虫诱捕容器701包括孔704。在实施例中，昆虫诱饵系统100可以被封闭在诱捕容器701中。系统100可以被策略性地定位在诱捕容器701中，使得窗口104和孔704光学对准。这种光学对准可以使得来自化学化合物106的红外辐射能够通过窗口104和孔704离开昆虫诱捕系统700到周围环境中。诱捕容器701可以类似于如先前所讨论的容器101被配置。即，诱捕容器701可以对来自化学化合物106的辐射是不渗透的。在那种情况下，没有窗口104和孔704的光学对准，诱捕系统700可能是无效的。当窗口104和孔704对准时，从化学化合物106释放的辐射可以通过孔704把昆虫吸引到诱捕系统700中。

在示例实施例中，孔704是在诱捕容器701的一侧面上的圆形开口，如图7中所示。孔740的直径可以变化，以便针对昆虫的大小进行调整，并且可以被设计为允许昆虫进入，同时一旦昆虫在诱捕容器701中就禁止昆虫逃出，如在本领域中常见的。虽然孔704被示为圆形，但是孔704可以形成其它几何形状，或者可以位于其它位置，诸如在诱捕容器701的侧面上。

在这种实施例的另一示例中，孔704可以被附连到屏障(未示出)，该屏障允许被来自化学化合物106的发射吸引的昆虫进入孔704，但是可以防止昆虫逃出诱捕容器701。孔704可以是，例如，单向的刚毛型开口。类似于孔740的多个孔可以策略性地在诱捕容器701中形成。黏性物质可以被置于诱捕容器701的内部，这种物质可以阻止被捕获的昆虫离开诱捕容器701。

在另一实施例中，昆虫诱饵系统100可以位于诱捕容器701附近，但在其外部。

在还有另一实施例中，昆虫诱饵系统100可以位于形成封闭诱捕器的筛网中，筛网允许从化学化合物106释放的辐射通过筛子，该筛网还允许昆虫进入，但不允许逃出。

在还有另一实施例中，昆虫诱饵系统100可以位于邻近使昆虫晕眩或杀死昆虫的静电装置。

根据本发明的其它实施例，昆虫诱捕系统可以通过集成诱捕容器701与其它昆虫诱饵系统，诸如但不限于如上所述的系统500和600，来配置。诱捕容器701可以被配置为以在图7中为系统100所示的方式封闭系统500和600。

根据本发明的实施例的一种示例结构使用在夜间再辐射的太阳辐射吸收材料来充当激发能量源。在一种实施例中并且作为示例，太阳辐射吸收材料的两个相交的三角形可以被组合，以形成帐篷状结构。再辐射材料的这个帐篷状结构构成昆虫诱饵系统的激发能量源。含有感兴趣的化学化合物的蒸气隔离容器被置于该帐篷状结构的内部。包围激发能量源的容器壁由柔性LDPE或HDPE材料制成。该容器壁掺杂有胶带，以将被吸引的昆虫捕获到腔室。

虽然本发明的各种实施例已经在上面进行了描述，但是应当理解，它们是通过示例，而不是限制，给出的。对一个或多个相关领域的技术人员将显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以在其中对形式和细节做出各种改变。因此，本发明不应当受任何上述示例性实施例限制，而是应当仅根据下面的权利要求及其等同物来限定。