[发明专利]病原体和颗粒的检测系统和方法

说明书

相关申请

本申请要求享有2005年7月15日提交的未诀的美国临时申请的权益，该申请的序列号为60/700,008，题目为“Pathogen and Particle Detector System andMethod”，在此引入其全部内容作为参考。

技术领域

本发明一般涉及一种用于检测气悬颗粒或水悬颗粒的系统和方法，以及更尤其涉及一种用于检测气悬颗粒或水悬颗粒及通过大小分类该测得颗粒的系统和方法。本发明在检测和通过大小分类过敏原和生物战争药剂方面具有特殊用途，以下将结合该用途来说明本发明，但本发明也可具有其它的用途。

背景技术

包含释放诸如炭疽杆菌(anthrax)等生物战剂的都市恐怖攻击行为目前已成为值得关注的问题。武器性炭疽菌孢子由于可进入人类肺部而具有极高的危险性。对于人类而言，炭疽菌孢子的致死吸入剂量LD50(足以杀死50％暴露者的致死剂量)约为2,500至50,000个孢子，参阅T.V.Inglesby等人在1999年标题为“生物武器的炭疽菌”，JAMA第281卷第1735页，的发表文献。一些其它可能的武器性生物制剂为耶尔森氏杆菌(鼠疫)、肉毒梭状芽孢杆菌(肉毒中毒)以及土拉弗朗西斯菌(francisella tularensis)。鉴于此种潜在性的威胁，目前亟需一种能检测此类攻击的早期预警系统。

激光颗粒计数器是已知的检测工具，其引导激光光线通过一样本，并检测和分析通过该样本的光线以检测来自样本内颗粒的散射光。现有的设计用于检测散射光的检测器或颗粒计数器的一个问题在于必需从入射照明光源信号中萃取出散射信号。此包含从噪声极多的背景(来自激光光源的炫光)中检测一弱信号(来自细颗粒的散射光)。此特性为长久以来造成激光颗粒计数器的仪器检测困难的主要原因。传统上设计的激光颗粒计数器运用高价和精细的装置以降低来自激光光源的眩光以及从大量背景噪声中测量颗粒散射光，因而使计数器变得极为脆弱和昂贵。目前，传统上设计的激光颗粒计数器均极脆弱和昂贵，因此不适用于此应用用途中。用于激光颗粒计数的传统技术包括测量颗粒速度并推算出大小信息的激光多普勒(Doppler)法、测定颗粒通过一感应区所需时间的瞬时时间法(transient time method)以及仅能够测定小颗粒的广角多传感器设计。在T.H.Jeys等人于1998年在Proc.IRIS Active Systems期刊第1卷第235页中叙述一种利用脉冲紫外线(UV)激光的激光诱发荧光的生物传感器。此生物传感器能够检测每升空气中5个颗粒的气雾浓度，但其造价极为昂贵并且脆弱。其它颗粒计数器由奥勒冈州Grants Pass市的Met One Instrument有限公司、Colorado的Boulder市的Particle Measurement Systems有限公司，以及加州Anaheim市的Terra国际股份有限公司制造。基于设计上的关系，这些颗粒计数器的构造需要极精密的光学对准及极为敏感的传感器和电子仪器。这些产品均朝向实验室使用的方向发展并且花费数千美元用于单一元件。因此，不适合作为现场使用的检测器，也不适合作为专用于生物战药剂检测的设计。

已设计出可检测流体悬浮过敏原颗粒的各种检测器，其可在当检测到空气样本中颗粒数目超过一预设最小值时对敏感者提出警告。这些检测均描述于Hamburger等人的美国专利案No.5,646,597、No.5,969,622、No.5,986,555、No.6,008,729和No.6,087,947号中。这些检测器均包含引导一光束通过一环境空气样本，使得部分光束将被空气中的任何颗粒所散射，用于传输仅在对应于预设过敏原大小范围的预定角度范围中散射的光的光束阻挡装置，以及一用于检测该传输光线的检测器。该检测器所测得的光线若超过一预定值时，则启动一警报。这些检测器虽然根据是否存在有过敏原颗粒足以用于提供警告指示，但是其并不适合用于现场的布署并且不符合作为检测生物战药剂的病原检测器的更严格需求。

发明内容