[发明专利]快速自主检测气溶胶粒子的系统和方法

说明书

公开了对气体样品和液体样品中的分析物粒子提供快速和自主检测的系统及方法。公开了利用基质辅助激光解吸电离质谱(MALDI‑MS)鉴定生物气溶胶分析物以及利用飞行时间质谱仪(TOFMS)通过激光解吸电离(LDI)质谱和基质辅助激光解吸电离质谱(MALDI‑MS)鉴定化学气溶胶分析物的方法和装置。

相关申请的交叉引用

本申请涉及并要求以下申请的权益：2019年9月23日提交、标题为“快速自主检测气溶胶粒子的系统和方法(Systems and Methods of Rapid and Autonomous Detectionof Aerosol Particles)”的美国临时申请号62/904655，2019年11月5日提交、标题为“快速自主检测气溶胶粒子的系统和方法”的美国临时申请号为62/931200，以及2020年8月24日提交、标题为“快速自主检测气溶胶粒子的系统和方法”的美国临时申请号63/069705，这些申请的全部公开内容通过引用整体并入本文中。

技术领域

本公开涉及使用质谱技术和可选地使用一种或多种光学技术来提供高精度、快速和自主鉴定气溶胶分析物粒子的系统和方法。更具体但并非限制性地，本公开涉及利用基质辅助激光解吸电离质谱(MALDI-MS)鉴定生物气溶胶分析物以及利用飞行时间质谱仪(TOFMS)通过激光解吸电离质谱(LDI-MS)鉴定化学气溶胶分析物的方法和设备

背景技术

来自气溶胶生化威胁制剂的威胁仍然是美国政府关注的重点，因为发生此类事件可能会对生命和财产造成潜在的可怕后果。需要特别关注的两大主要威胁场景是：(1)制剂在封闭结构(如办公楼、机场、公共交通设施等)内释放，在封闭结构内，暖通空调(HVAC)系统能使得制剂有效遍布整个结构，(2)制剂在城镇或城市等居民区大范围释放。暴露在释放出的气溶胶制剂下可能导致大规模伤亡。在大范围释放中，如果无法及时了解污染物的类型、数量及位置，则很难保护公民不受初始暴露的影响。需要能够实时鉴定，且优选自主鉴定威胁制剂组成的方法和设备，以采取快速补救措施。

遗憾的是，人们已经广泛认识到由耐药结核分枝杆菌和SARS-CoV-19等微生物引起的自然发生的流行病所构成的威胁。这些微生物可以通过接触或通过正常呼吸、咳嗽、打喷嚏、打哈欠、运动、演奏乐器等过程中释放的气溶胶进行传播。已知深呼吸会产生源自肺部深处的细小气溶胶，而当出现呼吸道感染时，气溶胶中的部分粒子将含有传染性微生物。

为了能够最有效地保护大型机场等基础设施，应使用气溶胶威胁自主鉴定器来采集和分析样品，并在约少于5分钟的时间内判定该气溶胶是否具有危险性。如果能在少于5分钟的时间内鉴定出气溶胶威胁，就可以采取补救措施来限制气溶胶在机场航站楼等建筑物内的传播。随着时间的推移，气溶胶会通过人体运动传播，更重要的是还会通过建筑物通风系统的正常运转而传播。在高层建筑中，电梯也可以让气溶胶在几分钟内移遍整栋建筑。需要能够检测有毒或致病性气溶胶威胁并与建筑物管理系统通信的自主系统，以在危险气溶胶在建筑物中散布时限制其传播。这种有毒或致病性气溶胶的散布或“释放”通常被认为是一种“恐怖事件”。