Detector de aerossol de agente rápido para agentes biológicos

Qualquer espaço, fechado ou aberto, pode ser vulnerável à dispersão de agentes biológicos nocivos no ar. Silenciosos e quase invisíveis, esses bioagentes podem adoecer ou matar seres vivos antes que medidas possam ser tomadas para mitigar seus efeitos. Locais onde multidões se reúnem são os principais alvos de ataques de guerra biológica projetados por terroristas, mas extensões de campos ou florestas podem ser vitimadas por um ataque biológico aéreo.

Pesquisadores desenvolveram o Rapid Agent Aerosol Detector (RAAD), um gatilho altamente sensível e confiável para o

Sistema de alerta antecipado dos militares dos EUA para agentes de guerra biológica. O gatilho é o mecanismo principal porque seu monitoramento contínuo do ar ambiente em um local detecta a presença de partículas aerossolizadas que podem ser agentes de ameaça. O gatilho aciona o sistema de detecção para coletar amostras de partículas e, em seguida, iniciar o processo para identificar as partículas como bioagentes potencialmente perigosos.

O RAAD determina a presença de agentes de guerra biológica por meio de um processo de várias etapas. Primeiro, os aerossóis são puxados para o detector pela ação combinada de um ciclone de aerossol que usa rotação de alta velocidade para selecionar as partículas pequenas e uma lente aerodinâmica que focaliza as partículas em um volume ou feixe condensado (ou seja, enriquecido). de aerossol. Em seguida, um diodo laser de infravermelho próximo (NIR) cria um feixe de disparo estruturado que detecta a presença, o tamanho e a trajetória de uma partícula de aerossol individual. Se a partícula for grande o suficiente para afetar adversamente o trato respiratório – aproximadamente 1 a 10 micrômetros – um laser ultravioleta (UV) de 266 nanômetros é ativado para iluminar a partícula e a fluorescência induzida por laser multibanda é coletada.

O processo de detecção continua como uma decisão lógica incorporada, conhecida como “gatilho espectral”, usa dispersão da luz NIR e dados de fluorescência UV para prever se a composição da partícula parece corresponder à de um bioagente semelhante a uma ameaça. Se a partícula parece uma ameaça, então a espectroscopia de quebra induzida por faísca é habilitada para vaporizar a partícula e coletar a emissão atômica para caracterizar o conteúdo elementar da partícula.

A espectroscopia de ruptura induzida por faísca é o último estágio de medição. Este sistema de espectroscopia mede o conteúdo elementar da partícula e suas medições envolvem a criação de um plasma de alta temperatura, a vaporização da partícula do aerossol e a medição da emissão atômica dos estados termicamente excitados do aerossol. Os estágios de medição são integrados em um sistema em camadas que fornece sete medições em cada partícula de interesse. Das centenas de partículas que entram no processo de medição a cada segundo, um pequeno subconjunto de partículas é selecionado para medição em todos os três estágios. O algoritmo RAAD procura no fluxo de dados por mudanças nas características temporais e espectrais do conjunto de partículas. Se um número suficiente de partículas semelhantes a ameaças for encontrado, o RAAD emite um alarme de que uma ameaça de aerossol biológico está presente.

Para melhorar a confiabilidade da detecção, a equipe do RAAD optou por usar ar de revestimento filtrado por carbono, filtrado por HEPA e desumidificado e ar de purga (ar comprimido que expulsa gases estranhos) ao redor dos componentes ópticos. Essa abordagem garante que os contaminantes do ar externo não se depositem nas superfícies ópticas do RAAD, causando potencialmente reduções na sensibilidade ou alarmes falsos.