Détecteur rapide d'aérosols d'agents (RAAD) : détection bio-agents rapide et sensible pour la sécurité publique

Tout espace, clos ou ouvert, peut être vulnérable à la dispersion d'agents biologiques aéroportés nocifs. Silencieux et quasi invisibles, ces bio-agents 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 privilégiées pour les frappes de guerre biologique conçues par des terroristes, mais des étendues de champs ou de forêts pourraient être victimisées par une bio-attaque aérienne.

Des chercheurs ont développé le Détecteur Rapide d'Aérosols d'Agents (RAAD), un déclencheur hautement 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 aérosolisées qui pourraient être des agents de menace. Le déclencheur signale au système de détection de collecter des spécimens de particules et d'initier ensuite le processus d'identification des particules comme bio-agents potentiellement dangereux.

Le RAAD détermine la présence d'agents de guerre biologique par un processus en plusieurs étapes. Premièrement, les aérosols sont aspirés dans le détecteur par l'action combinée d'un cyclone aérosol qui utilise une rotation à grande vitesse pour isoler les petites particules, et d'une lentille aérodynamique qui focalise 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 aérosol individuelle. Si la particule est assez grande pour affecter négativement le tractus respiratoire — environ 1 à 10 micromètres — un laser ultraviolet (UV) à 266 nanomètres est activé pour illuminer la particule et une fluorescence laser multi-bande est collectée.

Le processus de détection se poursuit comme une décision logique intégrée, appelée « déclencheur spectral », utilise la diffusion de la lumière NIR et les données de fluorescence UV pour prédire si la composition de la particule semble correspondre à celle d'un bio-agent de type menace. Si la particule semble menaçante, alors la spectroscopie par étincelle à breakdown est activée pour vaporiser la particule et collecter l'émission atomique pour caractériser le contenu élémentaire de la particule.

La spectroscopie par étincelle à breakdown 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 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 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 de type menace est trouvé, 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 gaine et de purge filtré au carbone, filtré HEPA et déshumidifié (air comprimé qui chasse les gaz parasites) autour des composants optiques. Cette approche garantit que les contaminants de l'air extérieur ne se déposent pas sur les surfaces optiques du RAAD, causant potentiellement des réductions de sensibilité ou de fausses alarmes.