التخطي إلى المحتوى

أظهر كاشف الهباء الجوي السريع العامل الذي تم تطويره في مختبر لينكولن دقة ممتازة في تحديد الجسيمات البيولوجية السامة العالقة في الهواء.

أي مساحة ، مغلقة أو مفتوحة ، يمكن أن تكون عرضة لتشتت العوامل البيولوجية الضارة المحمولة جوا. يمكن لهذه العوامل الحيوية ، الصامتة وغير المرئية تقريبًا. أن تمرض أو تقتل الكائنات الحية قبل اتخاذ خطوات للتخفيف من آثار العوامل الحيوية. تعتبر الأماكن التي تتجمع فيها الحشود أهدافًا رئيسية لضربات الحرب البيولوجية التي صممها الإرهابيون. لكن مساحات من الحقول أو الغابات يمكن أن تقع ضحية لهجوم بيولوجي جوي. يمكن أن يؤدي الإنذار المبكر من الأهباء البيولوجية المشبوهة إلى تسريع الاستجابات العلاجية لإطلاقات العوامل البيولوجية. كلما بدأ التنظيف والعلاج بشكل أسرع ، كانت النتيجة أفضل للمواقع والأشخاص المتضررين.

طور باحثو مختبر لينكولن بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT Lincoln Laboratory). محركًا شديد الحساسية وموثوقًا لنظام الإنذار المبكر للجيش الأمريكي لعوامل الحرب البيولوجية.

المحفز هو الآلية الرئيسية في نظام الكشف. لأن مراقبته المستمرة للهواء المحيط في موقع ما تلتقط وجود جزيئات ضبابية قد تكون عوامل تهديد. كما يقول شين تيسك ، الباحث الرئيسي في مشغل الهباء الحيوي في المختبر. السريع عامل كاشف الهباء الجوي (RAAD) ، وعضو في الفريق الفني في مجموعة المواد والأنظمة الدقيقة بالمختبر.

يستدعي الزناد نظام الكشف لجمع عينات الجسيمات ثم بدء العملية لتحديد الجسيمات على أنها عوامل بيولوجية محتملة الخطورة. أظهر RAAD انخفاضًا كبيرًا في المعدلات الإيجابية الخاطئة مع الحفاظ على أداء الكشف الذي يطابق أو يتجاوز أفضل الأنظمة المنتشرة اليوم. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت الاختبارات المبكرة أن RAAD حسنت الموثوقية بشكل كبير مقارنة بالأنظمة المستخدمة حاليًا.

عملية RAAD

تحدد RAAD وجود عوامل الحرب البيولوجية من خلال عملية متعددة الخطوات.

أولاً يتم سحب الهباء الجوي إلى الكاشف عن طريق وكالة مشتركة لإعصار الهباء الجوي. الذي يستخدم دوران عالي السرعة لاستخراج الجسيمات الصغيرة. وعدسة هوائية تعمل على تركيز الجسيمات في حجم أو شعاع مكثف (أي مخصب). من الهباء الجوي. توفر العدسة الديناميكية الهوائية RAAD إثراءًا أكثر كفاءة للهباء الجوي من أي مكثف هواء إلى هواء آخر.

بعد ذلك ، يقوم الصمام الثنائي الليزري للأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR). بإنشاء حزمة تحفيز منظمة تكتشف وجود وحجم ومسار جسيم الهباء الجوي الفردي. إذا كان الجسيم كبيرًا بما يكفي للتأثير سلبًا على الجهاز التنفسي. ما يقرب من 1 إلى 10 ميكرومتر – يتم تنشيط ليزر 266 نانومتر فوق فوليت (UV). لإلقاء الضوء على الجسيمات ، ويتم جمع الفلورة التي يسببها الليزر متعددة النطاقات.

تستمر عملية الاكتشاف كقرار منطقي مضمن ، يُشار إليه باسم “المشغل الطيفي. ويستخدم التشتت من ضوء NIR وبيانات مضان الأشعة فوق البنفسجية للتنبؤ بما إذا كان تكوين الجسيم. يبدو أنه يتوافق مع تكوين عامل بيولوجي يشبه التهديد. يقول تايسك: “إذا بدا الجسيم شبيهًا بالتهديد ، فإن التحليل الطيفي للانهيار الناجم عن الشرر يتم تمكينه لتبخير الجسيم وجمع الانبعاث الذري لتوصيف المحتوى الأولي للجسيم”.

يعد التحليل الطيفي للانهيار الناجم عن شرارة آخر مرحلة قياس. يقيس نظام التحليل الطيفي هذا المحتوى الأولي للجسيم ، وتتضمن قياساته تكوين بلازما ذات درجة حرارة عالية ، وتبخير جزيئات الهباء الجوي ، وقياس الانبعاث الذري من الحالات المثارة حرارياً للهباء الجوي.

يتم دمج مراحل القياس – شعاع الزناد المهيكل ، والفلور المثير للأشعة فوق البنفسجية ، والتحليل الطيفي للانهيار الناجم عن الشرارة – في نظام متدرج يوفر سبعة قياسات لكل جسيم ذي أهمية. من بين مئات الجسيمات التي تدخل عملية القياس كل ثانية ، يتم اختيار مجموعة فرعية صغيرة من الجسيمات للقياس في جميع المراحل الثلاث. تبحث خوارزمية RAAD في دفق البيانات عن التغييرات في الخصائص الزمنية والطيفية لمجموعة الجسيمات. إذا تم العثور على عدد كافٍ من الجسيمات الشبيهة بالتهديد ، يصدر RAAD إنذارًا بوجود تهديد بيولوجي للهباء الجوي.

مزايا تصميم RAAD

يقول براد بيركنز ، أحد أعضاء فريق العمل في فريق تطوير RAAD. على سبيل المثال ، يشرح بيركنز أن وحدة مناولة الهواء بأكملها عبارة عن وحدة يتم تركيبها على الجزء الخارجي من RAAD للسماح بصيانة العناصر التي من المرجح أن تحتاج إلى استبدال ، مثل المرشحات ، مكثف الهواء ، والمضخات التي تبلى مع الاستخدام.

لتحسين موثوقية الكشف ، اختار فريق RAAD استخدام الهواء المغلف المفلتر بالكربون ، والمرشح HEPA ، والهواء المطهر (الهواء المضغوط الذي يدفع الغازات الخارجية) حول المكونات البصرية. يضمن هذا النهج عدم ترسب الملوثات من الهواء الخارجي على الأسطح البصرية لـ RAAD ، مما قد يتسبب في انخفاض الحساسية أو الإنذارات الكاذبة.

خضع RAAD لأكثر من 16000 ساعة من الاختبار الميداني ، أظهر خلالها معدل إنذار كاذب منخفض للغاية وهو غير مسبوق لمحفز بيولوجي بمستوى عالٍ من الحساسية. يقول تايسك: “ما يميز RAAD عن منافسيها هو عدد وتنوع ودقة القياسات التي تم إجراؤها على كل جسيم ضباب فردي”. هذه القياسات المتعددة على جزيئات الهباء الجوي الفردية أثناء تدفقها عبر النظام تمكن الزناد من التمييز الدقيق بين عوامل الحرب البيولوجية من الهواء المحيط بمعدل سريع. نظرًا لأن RAAD لا يسمي العامل الحيوي المحدد الذي تم اكتشافه ، يجب إجراء المزيد من الاختبارات المعملية للعينة لتحديد هويتها الدقيقة.