Detector de aerosol de agente rápido para agentes biológicos

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

Los investigadores han desarrollado el detector de aerosoles de agentes rápidos (RAAD), un disparador altamente sensible y confiable para

Sistema de alerta temprana del ejército de los EE. UU. para agentes de guerra biológica. El disparador es el mecanismo clave porque su monitoreo continuo del aire ambiental en un lugar detecta la presencia de partículas en aerosol que pueden ser agentes de amenaza. El gatillo indica al sistema de detección que recolecte muestras de partículas y luego inicie 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 varios pasos. Primero, los aerosoles son atraídos hacia el detector por la acción combinada de un ciclón de aerosol que utiliza una rotación de alta velocidad para eliminar 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, el tamaño y la trayectoria de una partícula de aerosol individual. Si la partícula es lo suficientemente grande como para afectar negativamente el tracto respiratorio (aproximadamente de 1 a 10 micrómetros), se activa un láser ultravioleta (UV) de 266 nanómetros para iluminar la partícula y se recolecta la fluorescencia inducida por láser multibanda.

El proceso de detección continúa como una decisión lógica incrustada, denominada "disparador espectral", que utiliza la dispersión de la luz NIR y los datos de fluorescencia UV para predecir si la composición de la partícula parece corresponder a la de un bioagente similar a una amenaza. Si la partícula parece una amenaza, se activa la espectroscopia de ruptura inducida por chispas para vaporizar la partícula y recolectar la emisión atómica para caracterizar el contenido elemental de la partícula.

La espectroscopia de ruptura inducida por chispa es la última etapa de medición. Este sistema de espectroscopia mide el contenido elemental de la partícula y sus mediciones involucran la creación de un plasma de alta temperatura, la vaporización de la partícula de aerosol y la medición de la emisión atómica de los estados térmicamente excitados del aerosol. Las etapas de medición están integradas en un sistema escalonado que proporciona siete mediciones en cada partícula de interés. De los cientos de partículas que ingresan al proceso de medición cada segundo, se selecciona un pequeño subconjunto de partículas para la medición en las tres etapas. El algoritmo RAAD busca en el flujo de datos cambios en las características temporales y espectrales del conjunto de partículas. Si se encuentra una cantidad suficiente de partículas similares a amenazas, el RAAD emite una alarma de que existe una amenaza de aerosol biológico.

Para mejorar la fiabilidad de la detección, el equipo de RAAD optó por utilizar aire de revestimiento deshumidificado, filtrado con carbón y HEPA y aire de purga (aire comprimido que expulsa los gases extraños) alrededor de los componentes ópticos. Este enfoque garantiza que los contaminantes del aire exterior no se depositen en las superficies ópticas del RAAD, lo que podría causar reducciones en la sensibilidad o falsas alarmas.