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快速气溶胶探测器(RAAD):公共安全的快速灵敏生物制剂检测利器

任何空间,封闭或开放,均易受有害气溶胶生物制剂扩散威胁。这些生物制剂无声近乎不可见,在采取缓解措施前即可致病致死。人群聚集场所是恐怖分子生物战攻击主要目标,但田野森林等开阔地也可能遭空中生物攻击。

快速气溶胶探测器(RAAD):公共安全的快速灵敏生物制剂检测利器

研究者开发出快速气溶胶探测器(RAAD),作为美军生物战制剂预警系统的高灵敏可靠触发器。触发器是关键机制:持续监测场所环境空气,捕捉可能为威胁制剂的气溶胶颗粒。触发器提示检测系统收集颗粒样本,启动识别潜在危险生物制剂流程。

RAAD通过多步骤流程判定生物战制剂存在。首先,气溶胶经气旋分离器高速旋转筛出小颗粒、气动透镜聚焦成浓缩(富集)气溶胶体积或光束,被吸入探测器。然后,近红外(NIR)激光二极管创建结构化触发光束,探测单个气溶胶颗粒存在、大小、轨迹。若颗粒足以危害呼吸道——约1-10微米——激活266纳米紫外(UV)激光照射颗粒,收集多波段激光诱导荧光。

检测过程继续:嵌入式逻辑判断(“光谱触发器”)利用NIR散射与UV荧光数据,预测颗粒成分是否对应威胁型生物制剂。若疑似威胁,启动火花诱导击穿光谱,汽化颗粒收集原子发射表征元素含量。

火花诱导击穿光谱为最后测量阶段。该光谱系统测量颗粒元素含量,涉及制造高温等离子体、汽化气溶胶颗粒、测量气溶胶热激发态原子发射。测量阶段集成分级系统,对每个关注颗粒提供七项测量。每秒进入测量过程的数百颗粒中,少量子集被下选进入全三阶段测量。RAAD算法搜索数据流中颗粒集合时域与光谱特征变化。若发现足够威胁型颗粒,RAAD发出生物气溶胶威胁警报。

为提升检测可靠性,RAAD团队选择在光学组件周围使用碳过滤、HEPA过滤、除湿的护套气与吹扫气(推出外来气体的压缩空气)。此法确保外部空气污染物不沉积在RAAD光学表面,避免灵敏度下降或虚警。

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