Pemicu Sangat Sensitif Memungkinkan Deteksi Cepat Agen Biologis

Detektor Aerosol Agen Cepat difoto dengan lensa 12 inci untuk menggambarkan skala. Kredit: Atas kebaikan para peneliti

Detektor Aerosol Agen Cepat yang dikembangkan di Laboratorium Lincoln terbukti sangat baik presisi untuk mengidentifikasi partikel biologis beracun yang tersuspensi di udara.

Setiap ruangan, tertutup atau terbuka, dapat rentan terhadap penyebaran agen biologis berbahaya di udara. Tanpa suara dan hampir tidak terlihat, bioagen ini dapat membahayakan atau membunuh makhluk hidup sebelum tindakan dapat diambil untuk mengurangi efek dari bioagen. Tempat-tempat berkumpulnya massa adalah target utama serangan biowar yang direkayasa oleh teroris, tetapi ladang atau hutan bisa menjadi korban serangan biologis udara. Peringatan awal dari aerosol biologis yang dicurigai dapat mempercepat respons perbaikan terhadap pelepasan agen biologis; semakin cepat pembersihan dan perawatan dimulai, semakin baik hasil untuk situs dan orang yang bersangkutan.

Dengan Para peneliti di Laboratorium Lincoln telah mengembangkan pemicu yang sangat sensitif dan andal untuk sistem peringatan awal militer AS untuk agen perang biologis.

“Pemicu adalah mekanisme kunci dalam sistem deteksi karena pemantauan terus menerus udara ambien di satu tempat menangkap keberadaan partikel aerosol yang dapat menjadi agen yang mengancam,” kata Shane Tysk, peneliti utama pemicu bioaerosol laboratorium, Detektor Aerosol Agen Cepat (RAAD), dan anggota staf teknis di Grup Bahan dan Sistem Mikro laboratorium.

Grid menggunakan sistem deteksi untuk mengumpulkan sampel partikel dan kemudian memulai proses mengidentifikasi partikel sebagai bioagen yang berpotensi berbahaya. RAAD telah mendemonstrasikan pengurangan yang signifikan pada tingkat positif palsu sambil mempertahankan kinerja pendeteksian yang sesuai atau melebihi sistem terbaik yang digunakan saat ini. Selain itu, pengujian awal menunjukkan bahwa RAAD secara signifikan meningkatkan keandalan dibandingkan dengan sistem yang saat ini digunakan.

Sistem RAAD

Ilustrasi sistem RAAD ini menunjukkan berbagai modulnya yang dipasang ke pinggiran sistem untuk memudahkan akses untuk pemeliharaan atau penggantian. Kredit: Atas kebaikan para peneliti

PROSES PENASEHAT

RAAD menentukan keberadaan agen perang biologis melalui proses beberapa langkah. Pertama, aerosol diseret ke dalam detektor oleh badan gabungan dari siklon aerosol yang menggunakan rotasi kecepatan tinggi untuk menghilangkan partikel kecil, dan lensa aerodinamis yang memfokuskan partikel menjadi volume yang terkondensasi (yaitu, diperkaya). , atau bundel, dari aerosol. Lensa aerodinamis RAAD memberikan pengayaan aerosol yang lebih efisien daripada konsentrator udara-ke-udara lainnya.

Selanjutnya, dioda laser inframerah-dekat (NIR) menciptakan berkas kisi terstruktur yang mendeteksi keberadaan, ukuran, dan lintasan partikel aerosol individu. Jika partikel tersebut cukup besar untuk berdampak negatif pada saluran pernapasan – sekitar 1 hingga 10 mikrometer – laser ultravolet (UV) 266 nanometer diaktifkan untuk menerangi partikel, dan mengumpulkan fluoresensi yang diinduksi oleh laser multiband.

Proses deteksi berlanjut sebagai keputusan logika terintegrasi, yang disebut “pemicu spektral,” menggunakan hamburan oleh cahaya NIR dan data fluoresensi UV untuk memprediksi apakah komposisi partikel tampak sesuai dengan komposisi bioagen yang mirip dengan a ancaman. “Jika partikel terlihat mirip dengan ancaman, maka spektroskopi hamburan yang diinduksi percikan dapat menguapkan partikel dan mengumpulkan emisi atom untuk mengkarakterisasi kandungan unsur partikel,” kata Tysk.

Spektroskopi partisi yang diinduksi percikan adalah tahap pengukuran terakhir. Sistem spektroskopi ini mengukur kandungan elementer partikel, dan pengukurannya melibatkan pembentukan suhu tinggi. plasma, menguapkan partikel aerosol, dan mengukur emisi atom dari keadaan aerosol tereksitasi termal.

Fase pengukuran – sinar pemindaian terstruktur, fluoresensi tereksitasi UV, dan spektroskopi hamburan yang diinduksi percikan – diintegrasikan ke dalam sistem multi-level yang menyediakan tujuh pengukuran untuk setiap partikel yang diinginkan. Dari ratusan partikel yang memasuki proses pengukuran setiap detik, sebagian kecil partikel dipilih untuk pengukuran di ketiga tahap tersebut. Algoritme RAAD mencari aliran data untuk perubahan dalam karakteristik temporal dan spektral dari kelompok partikel. Jika sejumlah cukup partikel mirip ancaman ditemukan, RAAD mengeluarkan peringatan bahwa ada ancaman biologis aerosol.

Keuntungan dari desain DEWAN

“Karena RAAD dirancang untuk beroperasi 24 jam sehari, tujuh hari seminggu untuk jangka waktu yang lama, kami telah memasukkan sejumlah fitur dan teknologi untuk meningkatkan keandalan sistem dan membuat RAAD mudah dirawat,” kata Brad Perkins , anggota lain dari tim pengembangan RAAD. Misalnya, Perkins melanjutkan dengan menjelaskan, seluruh unit penanganan udara adalah modul yang dipasang di luar RAAD untuk memungkinkan layanan perawatan yang mudah dari barang-barang yang paling mungkin perlu diganti. , seperti filter, konsentrator udara ke udara, dan pompa yang digunakan dengan penggunaan.

Untuk meningkatkan keandalan pendeteksian, tim RAAD memilih untuk menggunakan udara pelapis bersaringan karbon, tersaring HEPA dan dehumidifikasi serta udara pembersih (udara terkompresi yang mendorong gas asing) di sekitar komponen optik. Pendekatan ini memastikan bahwa kontaminan dari udara luar tidak mengendap pada permukaan optik RAAD, berpotensi menyebabkan pengurangan sensitivitas atau alarm palsu.

RAAD bertahan lebih dari 16.000 jam uji lapangan, yang selama itu menunjukkan tingkat alarm palsu yang sangat rendah yang tidak pernah dimiliki untuk pemicu biologis dengan tingkat sensitivitas tinggi. “Yang membedakan RAAD dari para pesaingnya adalah jumlah, variasi dan ketepatan pengukuran yang dilakukan pada setiap partikel aerosol,” kata Tysk. Beberapa pengukuran pada partikel aerosol individu saat mereka mengalir melalui sistem memungkinkan pemicu untuk secara akurat membedakan agen perang biologis dari udara sekitar dengan kecepatan tinggi. Karena RAAD tidak menyebutkan bioagen tertentu yang terdeteksi, tes laboratorium lebih lanjut dari sampel harus dilakukan untuk menentukan identitas pastinya.

RAAD dikembangkan di bawah sponsor Badan Pengurangan Ancaman Pertahanan dan Kantor Eksekutif program Pertahanan CBRN bersama. Teknologi tersebut saat ini sedang dalam transisi untuk produksi dari Laboratorium Lincoln ke Sensor Chemring dan Sistem Elektronik.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Topan Super Surigae menyulut Pasifik

19 April 2021 Topan super mencapai intensitas ekstrem setahun lebih banyak daripada badai era satelit mana pun. Surigae tidak akan mendarat, tetapi topan yang muncul di...

Mekanisme fotoenzim kunci yang diuraikan

Kesan artis tentang katalisis enzimatik yang diusulkan dalam mekanisme fotodekarboksilase asam lemak (Sains 2021). Kredit: Damien Sorigué Pengoperasian enzim FAP, yang berguna untuk memproduksi...

DOE Mendorong Investasi A.S. yang Agresif dalam Energy Fusion

Sinar laser energi tinggi NIF berkumpul di target di tengah kamera target. Keberhasilan mendapatkan penyalaan fusi akan menjadi langkah maju yang besar dalam...

Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan...

Ahli paleontologi memperkirakan bahwa 2,5 miliar T. rex menjelajahi Bumi selama periode Kapur

Untuk semua mereka yang terlambatKapur Menurut sebuah studi baru, jumlah total tyrannosaurus yang pernah hidup di Bumi adalah sekitar 2,5 miliar individu, di mana...

Newsletter

Subscribe to stay updated.