p Qualquer espaço, fechado ou aberto, podem ser vulneráveis ​​à dispersão de agentes biológicos aerotransportados prejudiciais. Silencioso e quase invisível, esses bioagentes podem adoecer ou matar seres vivos antes que medidas possam ser tomadas para mitigar os efeitos dos bioagentes. Locais onde as multidões se reúnem são os principais alvos de ataques de guerra biológica planejados por terroristas, mas extensões de campos ou florestas podem ser vítimas de um bioataque aéreo. O alerta precoce de aerossóis biológicos suspeitos pode acelerar as respostas corretivas às liberações de agentes biológicos; quanto mais cedo a limpeza e o tratamento começarem, melhor será o resultado para os locais e pessoas afetadas. p Os pesquisadores do MIT Lincoln Laboratory desenvolveram um gatilho altamente sensível e confiável para o sistema de alerta precoce das Forças Armadas dos EUA para agentes de guerra biológica.

p "O gatilho é o mecanismo-chave em um sistema de detecção porque seu monitoramento contínuo do ar ambiente em um local detecta a presença de partículas aerossolizadas que podem ser agentes de ameaça, "diz Shane Tysk, investigador principal do gatilho de bioaerossol do laboratório, o Detector de Aerossol de Agente Rápido (RAAD), e membro da equipe técnica do Grupo de Materiais e Microssistemas Avançados do laboratório.

p O gatilho informa o sistema de detecção para coletar amostras de partículas e, em seguida, iniciar o processo para identificar as partículas como bioagentes potencialmente perigosos. O RAAD demonstrou uma redução significativa nas taxas de falsos positivos enquanto mantém o desempenho de detecção que corresponde ou excede aos melhores sistemas implantados atualmente. Adicionalmente, testes iniciais mostraram que o RAAD melhorou significativamente a confiabilidade em comparação com os sistemas implantados atualmente.

p Processo RAAD

p O RAAD determina a presença de agentes de guerra biológica por meio de um processo de várias etapas. Primeiro, os aerossóis são puxados para o detector pela agência combinada de um ciclone de aerossol que usa rotação de alta velocidade para eliminar as pequenas partículas, e uma lente aerodinâmica que focaliza as partículas em um condensado (isto é, enriquecido) volume, ou feixe, de aerossol. A lente aerodinâmica RAAD fornece um enriquecimento de aerossol mais eficiente do que qualquer outro concentrador ar-ar.

p Então, um diodo de laser infravermelho próximo (NIR) cria um feixe de disparo estruturado que detecta a presença, Tamanho, e trajetória de uma partícula de aerossol individual. Se a partícula for grande o suficiente para afetar adversamente o trato respiratório - cerca de 1 a 10 micrômetros - um laser ultravolet (UV) de 266 nanômetros é ativado para iluminar a partícula, e a fluorescência induzida por laser multibanda é coletada.

p O processo de detecção continua como uma decisão lógica incorporada, referido como o "gatilho espectral, "usa o espalhamento da luz NIR e dados de fluorescência UV para prever se a composição da partícula parece corresponder à de um bioagente semelhante a uma ameaça." em seguida, a espectroscopia de quebra induzida por faísca é habilitada para vaporizar a partícula e coletar a emissão atômica para caracterizar o conteúdo elementar da partícula, "diz Tysk.

p A espectroscopia de ruptura induzida por faísca é o último estágio de medição. Este sistema de espectroscopia mede o conteúdo elementar da partícula, e suas medições envolvem a criação de um plasma de alta temperatura, vaporizar a partícula de aerossol, e medir a emissão atômica dos estados termicamente excitados do aerossol.

p Os estágios de medição - feixe de gatilho estruturado, Fluorescência excitada por UV, e espectroscopia de quebra induzida por faísca - são integrados em um sistema em camadas que fornece sete medições em cada partícula de interesse. Das centenas de partículas que entram no processo de medição a cada segundo, um pequeno subconjunto de partículas é selecionado para medição em todos os três estágios. O algoritmo RAAD procura no fluxo de dados por mudanças nas características temporais e espectrais do conjunto de partículas. Se um número suficiente de partículas semelhantes a ameaças for encontrado, o RAAD emite um alarme de que uma ameaça de aerossol biológico está presente.

p Vantagens do design RAAD

p "Como o RAAD deve ser operado 24 horas por dia, sete dias por semana por longos períodos, incorporamos uma série de recursos e tecnologias para melhorar a confiabilidade do sistema e tornar o RAAD fácil de manter, "diz Brad Perkins, outro membro da equipe de desenvolvimento do RAAD. Por exemplo, Perkins continua explicando, toda a unidade de tratamento de ar é um módulo que é montado no exterior do RAAD para permitir fácil manutenção dos itens que mais provavelmente precisam de substituição, como filtros, o concentrador ar-ar, e bombas que se desgastam com o uso.

p Para melhorar a confiabilidade da detecção, a equipe RAAD optou por usar filtro de carbono, Filtrado por HEPA, e ar de revestimento desumidificado e ar de purga (ar comprimido que expele gases estranhos) ao redor dos componentes ópticos. Esta abordagem garante que os contaminantes do ar externo não se depositem nas superfícies ópticas do RAAD, potencialmente causando reduções na sensibilidade ou alarmes falsos.

p O RAAD passou por mais de 16, 000 horas de testes de campo, durante o qual demonstrou uma taxa de falsos alarmes extremamente baixa, sem precedentes para um gatilho biológico com um nível tão alto de sensibilidade. "O que diferencia o RAAD de seus concorrentes é o número, variedade, e fidelidade das medições feitas em cada partícula de aerossol individual, "Tysk diz. Essas medições múltiplas em partículas de aerossol individuais à medida que fluem através do sistema permitem que o gatilho discrimine com precisão os agentes de guerra biológica do ar ambiente em uma taxa rápida. Como o RAAD não nomeia o bioagente específico detectado, testes laboratoriais adicionais da amostra teriam que ser feitos para determinar sua identidade exata. p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.