Быстродействующий детектор аэрозолей биологических агентов

Любое пространство, закрытое или открытое, может быть уязвимо для распространения вредных биологических агентов, переносимых по воздуху. Бесшумные и почти невидимые, эти биоагенты могут вызывать болезни или убивать живые существа до того, как будут предприняты шаги для смягчения их воздействия. Места, где собираются толпы, являются главными целями для ударов биологической войны, спланированных террористами, но просторы полей или лесов могут стать жертвой воздушной биологической атаки.

Исследователи разработали детектор аэрозолей Rapid Agent (RAAD), высокочувствительный и надежный пусковой механизм

Система раннего предупреждения военных биологических агентов США. Триггер является ключевым механизмом, потому что его постоянный мониторинг окружающего воздуха в определенном месте выявляет наличие аэрозольных частиц, которые могут быть опасными агентами. Триггер дает сигнал системе обнаружения собрать образцы частиц, а затем инициировать процесс идентификации частиц как потенциально опасных биологических агентов.

RAAD определяет наличие боевых биологических агентов посредством многоэтапного процесса. Во-первых, аэрозоли втягиваются в детектор с помощью комбинированного действия аэрозольного циклона, который использует высокоскоростное вращение для отбраковки мелких частиц, и аэродинамической линзы, которая фокусирует частицы в сжатый (то есть обогащенный) объем или пучок. аэрозоля. Затем лазерный диод ближнего инфракрасного диапазона (NIR) создает структурированный пусковой луч, который обнаруживает присутствие, размер и траекторию отдельной аэрозольной частицы. Если частица достаточно велика, чтобы неблагоприятно воздействовать на дыхательные пути (примерно от 1 до 10 микрометров), для освещения частицы активируется 266-нанометровый ультрафиолетовый (УФ) лазер, и регистрируется многополосная флуоресценция, индуцированная лазером.

Процесс обнаружения продолжается в виде встроенного логического решения, называемого «спектральным триггером», использующего рассеяние от ближнего ИК-света и данных УФ-флуоресценции, чтобы предсказать, соответствует ли состав частицы составу опасного биоагента. Если частица кажется опасной, то можно использовать спектроскопию искрового пробоя, чтобы испарить частицу и собрать атомную эмиссию, чтобы охарактеризовать элементный состав частицы.

Спектроскопия искрового пробоя является последним этапом измерений. Эта система спектроскопии измеряет содержание элементов в частице, и ее измерения включают создание высокотемпературной плазмы, испарение аэрозольной частицы и измерение атомной эмиссии из термически возбужденных состояний аэрозоля. Этапы измерения объединены в многоуровневую систему, которая обеспечивает семь измерений для каждой интересующей частицы. Из сотен частиц, поступающих в процесс измерения каждую секунду, небольшое подмножество частиц отбирается для измерения на всех трех этапах. Алгоритм RAAD ищет в потоке данных изменения временных и спектральных характеристик набора частиц. Если обнаружено достаточное количество опасных частиц, RAAD выдает сигнал тревоги о наличии биологического аэрозоля.

Чтобы повысить надежность обнаружения, команда RAAD решила использовать угольный фильтр, HEPA-фильтр и осушенный воздух оболочки и продувочный воздух (сжатый воздух, который вытесняет посторонние газы) вокруг оптических компонентов. Такой подход гарантирует, что загрязняющие вещества из наружного воздуха не оседают на оптических поверхностях RAAD, что может привести к снижению чувствительности или ложным тревогам.