Detektor Aerosol Agen Cepat (RAAD): Deteksi Bioagent Sensitif dan Cepat untuk Keselamatan Umum
Setiap ruang, tertutup atau terbuka, dapat rentan terhadap penyebaran agen biologis udara yang berbahaya. Diam dan hampir tidak terlihat, bioagent ini dapat membuat sakit atau membunuh makhluk hidup sebelum langkah dapat diambil untuk mengurangi efeknya. Tempat-tempat di mana kerumunan berkumpul adalah target utama untuk serangan bioperang yang dirancang oleh teroris tetapi luasnya lapangan atau hutan dapat menjadi korban serangan bio dari udara.
Peneliti telah mengembangkan Rapid Agent Aerosol Detector (RAAD), pemicu yang sangat sensitif dan andal untuk sistem peringatan dini militer AS untuk agen bioperang. Pemicu adalah mekanisme kunci karena pemantauan berkelanjutan udara sekitar di suatu lokasi menangkap kehadiran partikel aerosol yang mungkin merupakan agen ancaman. Pemicu memberitahu sistem deteksi untuk mengumpulkan spesimen partikel dan kemudian memulai proses untuk mengidentifikasi partikel sebagai bioagent yang berpotensi berbahaya.
RAAD menentukan kehadiran agen bioperang melalui proses bertahap. Pertama, aerosol ditarik ke dalam detektor oleh kombinasi dari siklus aerosol yang menggunakan rotasi kecepatan tinggi untuk menyaring partikel kecil, dan lensa aerodinamis yang memfokuskan partikel ke dalam volume (yaitu, terkaya) atau sinar aerosol. Kemudian, dioda laser inframerah dekat (NIR) menciptakan sinar pemicu terstruktur yang mendeteksi kehadiran, ukuran, dan trajetori partikel aerosol individu. Jika partikel cukup besar untuk secara berbahaya mempengaruhi saluran pernapasan — sekitar 1 hingga 10 mikrometer — laser ultraviolet (UV) 266-nanometer diaktifkan untuk menerangi partikel dan fluorescensi multiband laser terinduksi dikumpulkan.
Proses deteksi dilanjutkan dengan keputusan logika yang tertanam, yang disebut “spectral trigger,” yang menggunakan penyebaran dari cahaya NIR dan data fluorescensi UV untuk memprediksi jika komposisi partikel tampak sesuai dengan bioagent yang mirip ancaman. Jika partikel tampak mirip ancaman, maka spark-induced breakdown spectroscopy diaktifkan untuk menguapkan partikel dan mengumpulkan emisi atom untuk mengkarakterisasi konten elemen partikel.
Spark-induced breakdown spectroscopy adalah tahap pengukuran terakhir. Sistem spektroskopi ini mengukur konten elemen partikel dan pengukurannya melibatkan pembuatan plasma suhu tinggi, menguapkan partikel aerosol, dan mengukur emisi atom dari status termal terangsang dari aerosol. Tahap pengukuran terintegrasi ke dalam sistem bertingkat yang menyediakan tujuh pengukuran pada setiap partikel yang diinginkan. Dari ratusan partikel yang memasuki proses pengukuran setiap detik, subset kecil dari partikel dipilih untuk pengukuran di semua tiga tahap. Algoritma RAAD mencari aliran data untuk perubahan dalam karakteristik temporal dan spektral himpunan partikel. Jika cukup banyak partikel mirip ancaman ditemukan, RAAD mengeluarkan alarm bahwa ancaman aerosol biologis hadir.
Untuk meningkatkan keandalan deteksi, tim RAAD memilih untuk menggunakan udara pelapis yang difilter karbon, difilter HEPA, dan dehumidifikasi serta udara purgasi (udara terkompresi yang mendorong gas yang tidak diinginkan) di sekitar komponen optik. Pendekatan ini memastikan bahwa kontaminan dari udara luar tidak menempel pada permukaan optik RAAD, yang berpotensi mengurangi sensitivitas atau menyebabkan alarm palsu.
