Cualquier espacio cerrado o abierto, puede ser vulnerable a la dispersión de agentes biológicos nocivos en el aire. Silencioso y casi invisible estos bioagentes pueden enfermar o matar a los seres vivos antes de que se puedan tomar medidas para mitigar los efectos de los bioagentes. Los lugares donde las multitudes se congregan 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. La alerta temprana de aerosoles biológicos sospechosos puede acelerar las respuestas correctivas a las liberaciones de agentes biológicos; cuanto antes comiencen la limpieza y el tratamiento, mejor será el resultado para los sitios y las personas afectadas.

Los investigadores del Laboratorio Lincoln del MIT han desarrollado un disparador altamente sensible y confiable para el sistema de alerta temprana del ejército de EE. UU. Para agentes de guerra biológica.

"El disparador es el mecanismo clave en un sistema de detección porque su monitoreo continuo del aire ambiental en un lugar detecta la presencia de partículas en aerosol que pueden ser agentes de amenaza, "dice Shane Tysk, investigador principal del disparador de bioaerosol del laboratorio, el detector de aerosoles de agente rápido (RAAD), y miembro del personal técnico del Grupo de Microsistemas y Materiales Avanzados del laboratorio.

El disparador indica al sistema de detección que recolecte muestras de partículas y luego inicie el proceso para identificar las partículas como bioagentes potencialmente peligrosos. El RAAD ha demostrado una reducción significativa en las tasas de falsos positivos al tiempo que mantiene un rendimiento de detección que iguala o supera el de los mejores sistemas implementados en la actualidad. Adicionalmente, Las primeras pruebas han demostrado que el RAAD ha mejorado significativamente la confiabilidad en comparación con los sistemas implementados actualmente.

Proceso RAAD

El RAAD determina la presencia de agentes de guerra biológica a través de un proceso de varios pasos. Primero, Los aerosoles son introducidos en el detector por la acción combinada de un ciclón de aerosoles que utiliza una rotación de alta velocidad para eliminar las partículas pequeñas. y una lente aerodinámica que enfoca las partículas en un condensado (es decir, enriquecido) volumen, o haz, de aerosol. La lente aerodinámica RAAD proporciona un enriquecimiento de aerosol más eficiente que cualquier otro concentrador aire-aire.

Luego, un diodo láser de infrarrojo cercano (NIR) crea un rayo de disparo estructurado que detecta la presencia, Talla, y 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 ultravoleta (UV) de 266 nanómetros para iluminar la partícula, y se recoge la fluorescencia inducida por láser multibanda.

El proceso de detección continúa como una decisión lógica incorporada, denominado "disparador espectral, "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 similar a una amenaza, luego, se habilita la espectroscopía de ruptura inducida por chispas para vaporizar la partícula y recolectar la emisión atómica para caracterizar el contenido elemental de la partícula, "dice Tysk.

La espectroscopia de ruptura inducida por chispas es la última etapa de medición. Este sistema de espectroscopia mide el contenido elemental de la partícula, y sus medidas implican la creación de un plasma de alta temperatura, vaporizar la partícula de aerosol, y medir la emisión atómica de los estados térmicamente excitados del aerosol.

Las etapas de medición:haz de disparo estructurado, Fluorescencia excitada por UV, y espectroscopía de ruptura inducida por chispas:están integradas en un sistema escalonado que proporciona siete mediciones en cada partícula de interés. De los cientos de partículas que entran en el proceso de medición cada segundo, un pequeño subconjunto de partículas se selecciona para su 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, la RAAD emite una alarma de que existe una amenaza biológica de aerosol.

Ventajas del diseño RAAD

"Dado que RAAD está diseñado para funcionar las 24 horas del día, siete días a la semana durante largos períodos, incorporamos una serie de características y tecnologías para mejorar la confiabilidad del sistema y hacer que el RAAD sea fácil de mantener, "dice Brad Perkins, otro miembro del personal del equipo de desarrollo de RAAD. Por ejemplo, Perkins continúa explicando, toda la unidad de tratamiento de aire es un módulo que está montado en el exterior del RAAD para permitir un fácil servicio de los elementos que probablemente necesiten reemplazo, como filtros, el concentrador aire-aire, y bombas que se desgastan con el uso.

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

La RAAD ha pasado por más de 16, 000 horas de pruebas de campo, durante el cual ha demostrado una tasa de falsas alarmas extremadamente baja que no tiene precedentes para un desencadenante biológico con un nivel tan alto de sensibilidad. "Lo que distingue a RAAD de sus competidores es el número, variedad, y fidelidad de las mediciones realizadas en cada partícula de aerosol individual, "Dice Tysk. Estas múltiples mediciones en partículas de aerosol individuales a medida que fluyen a través del sistema permiten que el gatillo discrimine con precisión los agentes de guerra biológica del aire ambiental a un ritmo rápido. Debido a que RAAD no nombra el bioagente particular detectado, Deberían realizarse más pruebas de laboratorio de la muestra para determinar su identidad exacta.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.