Detector Rápido de Aerosol de Agentes (RAAD): Detección Rápida y Sensible de Bioagentes para Seguridad Pública

Cualquier espacio, cerrado o abierto, puede ser vulnerable a la dispersión de agentes biológicos aerotransportados dañinos. Silenciosos y casi invisibles, estos bioagentes pueden enfermar o matar seres vivos antes de que se puedan tomar medidas para mitigar sus efectos. Lugares donde se congregan multitudes son objetivos principales para ataques de bioguerra diseñados por terroristas pero extensiones de campos o bosques podrían ser victimizados por un bioataque aéreo.

Investigadores han desarrollado el Detector Rápido de Aerosol de Agentes (RAAD), un disparador altamente sensible y confiable para el

sistema de alerta temprana militar de EE. UU. para agentes de guerra biológica. El disparador es el mecanismo clave porque su monitoreo continuo del aire ambiente en una ubicación detecta la presencia de partículas aerosolizadas que pueden ser agentes de amenaza. El disparador señala al sistema de detección para recopilar especímenes de partículas e iniciar el proceso para identificar partículas como bioagentes potencialmente peligrosos.

El RAAD determina la presencia de agentes de guerra biológica a través de un proceso de múltiples pasos. Primero, los aerosoles son succionados al detector por la agencia combinada de un ciclón de aerosol que usa rotación de alta velocidad para separar las partículas pequeñas, y una lente aerodinámica que enfoca las partículas en un volumen condensado (es decir, enriquecido), o haz, de aerosol. Luego, un diodo láser de infrarrojo cercano (NIR) crea un haz de disparo estructurado que detecta la presencia, tamaño y trayectoria de una partícula de aerosol individual. Si la partícula es lo suficientemente grande para afectar adversamente el tracto respiratorio —aproximadamente 1 a 10 micrómetros— un láser ultravioleta (UV) de 266 nanómetros se activa para iluminar la partícula y se recoge fluorescencia inducida por láser multibanda.

El proceso de detección continúa como una decisión lógica integrada, denominada "disparador espectral", usa dispersión de la luz NIR y datos de fluorescencia UV para predecir si la composición de la partícula parece corresponder a un bioagente tipo amenaza. Si la partícula parece tipo amenaza, entonces la espectroscopía de descomposición inducida por chispa se habilita para vaporizar la partícula y recoger emisión atómica para caracterizar el contenido elemental de la partícula.

La espectroscopía de descomposición inducida por chispa es la etapa final de medición. Este sistema de espectroscopía mide el contenido elemental de la partícula y sus mediciones implican crear un plasma de alta temperatura, vaporizar la partícula de aerosol y medir la emisión atómica desde los estados térmicamente excitados del aerosol. Las etapas de medición se integran en un sistema escalonado que proporciona siete mediciones en cada partícula de interés. De las cientos de partículas entrando al proceso de medición cada segundo, un pequeño subconjunto de partículas es seleccionado para medición en las tres etapas. El algoritmo RAAD busca en la corriente de datos cambios en las características temporales y espectrales del conjunto de partículas. Si se encuentra un número suficiente de partículas tipo amenaza, el RAAD emite una alarma de que una amenaza de aerosol biológico está presente.

Para mejorar la fiabilidad de detección, el equipo RAAD eligió usar aire de vaina filtrado por carbón, filtrado HEPA y deshumidificado y aire de purga (aire comprimido que expulsa gases extraños) alrededor de los componentes ópticos. Este enfoque asegura que contaminantes del aire exterior no se depositen en las superficies ópticas del RAAD, causando potencialmente reducciones en sensibilidad o falsas alarmas.