Rapid Agent Aerosol Detector voor biologische agentia

Elke ruimte, gesloten of open, kan kwetsbaar zijn voor de verspreiding van schadelijke biologische agentia in de lucht. Stil en bijna onzichtbaar, deze bioagentia kunnen levende wezens ziek maken of doden voordat er stappen kunnen worden ondernomen om hun effecten te verminderen. Locaties waar mensenmassa's samenkomen, zijn de belangrijkste doelwitten voor biowarfare-aanvallen die zijn uitgevoerd door terroristen, maar uitgestrekte velden of bossen kunnen het slachtoffer worden van een bio-aanval vanuit de lucht.

Onderzoekers hebben de Rapid Agent Aerosol Detector (RAAD) ontwikkeld, een zeer gevoelige en betrouwbare trigger voor de

Het vroege waarschuwingssysteem van het Amerikaanse leger voor middelen voor biologische oorlogsvoering. De trigger is het belangrijkste mechanisme omdat de voortdurende bewaking van de omgevingslucht op een locatie de aanwezigheid van vernevelde deeltjes oppikt die mogelijk bedreigingen vormen. De trigger stuurt het detectiesysteem aan om deeltjesspecimens te verzamelen en vervolgens het proces te starten om deeltjes te identificeren als potentieel gevaarlijke bioagentia.

De RAAD stelt de aanwezigheid van biologische strijdmiddelen vast via een meerstappenproces. Eerst worden aerosolen in de detector getrokken door het gecombineerde optreden van een aerosolcycloon die hogesnelheidsrotatie gebruikt om de kleine deeltjes te verwijderen, en een aerodynamische lens die de deeltjes focust in een gecondenseerd (d.w.z. verrijkt) volume of bundel, van aërosol. Vervolgens creëert een nabij-infrarood (NIR) laserdiode een gestructureerde triggerstraal die de aanwezigheid, grootte en baan van een individueel aerosoldeeltje detecteert. Als het deeltje groot genoeg is om de luchtwegen nadelig te beïnvloeden - ongeveer 1 tot 10 micrometer - wordt een ultraviolette (UV) laser van 266 nanometer geactiveerd om het deeltje te verlichten en wordt multiband-laser-geïnduceerde fluorescentie verzameld.

Het detectieproces gaat verder als een ingebedde logische beslissing, ook wel de "spectrale trigger" genoemd, die verstrooiing van de NIR-licht- en UV-fluorescentiegegevens gebruikt om te voorspellen of de samenstelling van het deeltje lijkt te corresponderen met die van een bedreigingachtig bio-agens. Als het deeltje lijkt op een bedreiging, wordt vonk-geïnduceerde afbraakspectroscopie ingeschakeld om het deeltje te verdampen en atomaire emissie te verzamelen om de elementaire inhoud van het deeltje te karakteriseren.

Vonk-geïnduceerde doorslagspectroscopie is de laatste meetfase. Dit spectroscopiesysteem meet de elementaire inhoud van het deeltje en de metingen ervan omvatten het creëren van een plasma op hoge temperatuur, het verdampen van het aerosoldeeltje en het meten van de atomaire emissie van de thermisch geëxciteerde toestanden van de aerosol. De meetfasen zijn geïntegreerd in een gelaagd systeem dat zeven metingen op elk deeltje van belang biedt. Van de honderden deeltjes die elke seconde het meetproces binnenkomen, wordt een kleine subset van deeltjes naar beneden geselecteerd voor meting in alle drie de fasen. Het RAAD-algoritme zoekt in de datastroom naar veranderingen in de temporele en spectrale kenmerken van de deeltjesset. Als er voldoende dreigingachtige deeltjes worden gevonden, geeft de RAAD een alarm af dat er een biologische aerosoldreiging aanwezig is.

Om de detectiebetrouwbaarheid te verbeteren, koos het RAAD-team ervoor om koolstofgefilterde, HEPA-gefilterde en ontvochtigde omhullende lucht en spoellucht (perslucht die externe gassen naar buiten duwt) rond de optische componenten te gebruiken. Deze aanpak zorgt ervoor dat verontreinigingen uit de buitenlucht zich niet afzetten op de optische oppervlakken van de RAAD, wat mogelijk kan leiden tot verminderde gevoeligheid of valse alarmen.