Détecteur rapide d'aérosols d'agents biologiques

Tout espace, fermé ou ouvert, peut être vulnérable à la dispersion d'agents biologiques nocifs en suspension dans l'air. Silencieux et presque invisibles, ces bioagents peuvent rendre malades ou tuer des êtres vivants avant que des mesures puissent être prises pour atténuer leurs effets. Les lieux où les foules se rassemblent sont des cibles de choix pour les frappes de guerre biologique conçues par des terroristes, mais des étendues de champs ou de forêts pourraient être victimes d'une attaque biologique aérienne.

Les chercheurs ont développé le Rapid Agent Aerosol Detector (RAAD), un déclencheur très sensible et fiable pour le

Système d'alerte précoce de l'armée américaine pour les agents de guerre biologique. Le déclencheur est le mécanisme clé car sa surveillance continue de l'air ambiant dans un lieu détecte la présence de particules en aérosol qui peuvent être des agents de menace. Le déclencheur indique au système de détection de collecter des échantillons de particules, puis lance le processus d'identification des particules en tant que bioagents potentiellement dangereux.

Le RAAD détermine la présence d'agents de guerre biologique par un processus en plusieurs étapes. Tout d'abord, les aérosols sont attirés dans le détecteur par l'agence combinée d'un cyclone d'aérosol qui utilise une rotation à grande vitesse pour éliminer les petites particules, et une lentille aérodynamique qui concentre les particules dans un volume condensé (c'est-à-dire enrichi), ou faisceau, d'aérosol. Ensuite, une diode laser proche infrarouge (NIR) crée un faisceau de déclenchement structuré qui détecte la présence, la taille et la trajectoire d'une particule d'aérosol individuelle. Si la particule est suffisamment grosse pour nuire aux voies respiratoires (environ 1 à 10 micromètres), un laser ultraviolet (UV) de 266 nanomètres est activé pour illuminer la particule et la fluorescence induite par laser multibande est collectée.

Le processus de détection se poursuit sous la forme d'une décision logique intégrée, appelée "déclencheur spectral", qui utilise la diffusion de la lumière NIR et des données de fluorescence UV pour prédire si la composition de la particule semble correspondre à celle d'un bioagent menaçant. Si la particule semble menaçante, la spectroscopie de claquage induite par étincelle est activée pour vaporiser la particule et collecter l'émission atomique pour caractériser le contenu élémentaire de la particule.

La spectroscopie de claquage induit par étincelle est la dernière étape de mesure. Ce système de spectroscopie mesure le contenu élémentaire de la particule et ses mesures impliquent la création d'un plasma à haute température, la vaporisation de la particule d'aérosol et la mesure de l'émission atomique à partir des états thermiquement excités de l'aérosol. Les étapes de mesure sont intégrées dans un système à plusieurs niveaux qui fournit sept mesures sur chaque particule d'intérêt. Parmi les centaines de particules entrant dans le processus de mesure chaque seconde, un petit sous-ensemble de particules est sélectionné pour la mesure dans les trois étapes. L'algorithme RAAD recherche dans le flux de données des changements dans les caractéristiques temporelles et spectrales de l'ensemble de particules. Si un nombre suffisant de particules menaçantes est détecté, le RAAD émet une alarme indiquant qu'une menace d'aérosol biologique est présente.

Pour améliorer la fiabilité de la détection, l'équipe RAAD a choisi d'utiliser de l'air de gainage filtré au charbon, filtré HEPA et déshumidifié et de l'air de purge (air comprimé qui expulse les gaz étrangers) autour des composants optiques. Cette approche garantit que les contaminants de l'air extérieur ne se déposent pas sur les surfaces optiques du RAAD, ce qui pourrait entraîner des réductions de sensibilité ou de fausses alarmes.