CN1906649A - 自主监视系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种检测系统，其包含：一收集器，用于俘获一第一微粒；一第一装置，用于确定一第二微粒的种类；一第二装置，用于确定所述第一微粒的身份；和一控制系统。所述控制系统经配置以基于由所述第一装置确定的所述种类来选择一待由所述第二装置执行的测试。

Description

自主监视系统
相关专利申请案的交叉参考
本申请案主张2003年12月10日申请的美国临时申请案第60/528,210号的优先权和权利，且所述申请案以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及生物浮质的检测和识别，且更明确地说，涉及一种用于在识别生物微粒之前对生物微粒进行分类的系统。
背景技术
例如细菌和病毒的传染性生物微粒可经由空气传播途径从一个有机体(例如，人类或动物)传递到另一有机体。例如，当人说话、咳嗽或打喷嚏时，或在产生含有微粒的小滴的某些医科和齿科诊疗过程期间，生物微粒可能不经意地变成烟雾状散开而进入生物浮质中。生物微粒也可存在于(例如)来自冷却塔、水龙头和湿润器的水蒸气中；在农业粉尘中；和其它空气传播的有机材料中。
除了不经意地从共同来源产生生物浮质外，可能人为地产生生物浮质。例如，企图危害他人并扰乱社会的个人已示威将危险的生物微粒(例如以微型微粒形式存在的炭疽热)散布在通过邮政系统传递的信封中。在邮政机构处理期间或当打开受污染的信封时，这些微粒可通过空气传播。例如，2001年10月，在华盛顿的美国邮政管理局处理的邮件中发现了炭疽热，导致邮政职员染上严重疾病并导致至少两人死亡。2001年10月，在美国国会大厦的邮件室和办公大楼也发现了炭疽热，导致大楼封闭和隔离。人为散布危险的生物微粒并使其呈烟雾状散开的其它方法包含(例如)通过通风系统或通过爆炸性释放来分散微粒。
为了保护人类和动物免于由于吸入危险的生物浮质引发疾病，存在用来监控、检测和识别生物浮质的系统。例如，可使用利用湿壁收集器(wet-walled collector)或类似装置的自动化收集和识别系统。另一常用方法利用干式过滤器(dry filter)装置(例如，空气过滤器)来俘获生物浮质样品。干式过滤器装置是经手动收集并接着进行分析。
分析由湿壁收集器和/或干式过滤器装置俘获的生物浮质样品的过程通常包含使用物理搅拌来清洗收集器/过滤器，产生液体样品，制备液体样品以使用聚合酶连锁反应(PCR)仪器进行分析，和利用检测器观察液体样品以确定生物浮质的身份。
常规识别系统的一个缺点在于，这种系统的PCR组件具有大量多重要求。例如，为了识别生物浮质，必须执行针对所有可能的生物试剂的PCR化验报告，包含针对细菌剂、真菌剂、病毒剂和毒剂的测定。因此，必须执行大量测试，且需要大量试剂和消耗品。因此，此种系统不适合可携带性或实时分析，且因此并不适合由设备安全专业人员、军队和例如消防人员、警察、紧急医疗人员和危险品小组(HAZMAT team)的应急人员(firstresponder)使用来确定威胁生命的生物危害是否存在于现场和一定范围内的位置处。
发明内容
根据本发明的实施例，一种检测系统包含：一收集器，其用于俘获一第一微粒；一第一装置，其用于确定一第二微粒的种类；一第二装置，其用于确定所述第一微粒的身份；和一控制系统。所述控制系统经配置以基于由所述第一装置确定的所述种类来选择一待由所述第二装置执行的测试。
根据另一实施例，一种分析一空气传播微粒的方法包含：对周围空气取样；从所述周围空气俘获一第一微粒；产生一包含所述第一微粒的液体样品；分析一来自所述周围空气的第二微粒以确定所述第二微粒的种类；基于所述第二微粒的所述种类来选择一测试以确定所述第一微粒的身份；和使所述液体样品经受所述测试。
应了解，前文的一般性描述和下文的详细描述都仅出于示范性和说明性目的，且并非所主张的本发明的限制。
附图说明
附图说明本发明的示范性实施例，并和描述内容一起用来说明本发明的示范性实施例，所述附图并入本说明书并构成本说明书的一部分。
图1是根据本发明的检测系统的实施例的示意说明。
图2是图1的检测系统的收集器的过滤装置的透视图。
图3是图1的检测系统的第一装置的衬底的透视图。
图4是图1的检测系统的第二装置的识别模块和检测器的示意图。
图5是根据本发明的检测系统的第二装置的实施例的透视图。
图6是根据本发明的检测系统的第二装置的实施例的测试条的透视图。
图7是根据本发明的检测系统的第二装置的实施例的识别模块的俯视平面图。
图8是根据本发明的检测系统的实施例的封闭箱的透视图。
图9是根据本发明的一种方法的实施例的方框图。
具体实施方式
图1到图4展示根据本发明的检测系统10的实施例。检测系统10包含收集器20、第一装置30、第二装置40和控制系统50。
收集器20经配置以对周围空气(例如，环境空气)取样并俘获周围空气中的空气传播微粒(例如，呈烟雾状散开)。例如，如图1中所展示，可将空气样品5的一部分抽进或强行穿过收集器20(例如，通过风扇或气泵)作为空气流F1。当空气样品5通过收集器20时，空气样品5中呈烟雾状散开的微粒在收集器20中被拖出。接着，空气样品5从收集器20排出作为空气流F2。
收集器20包含能够收集微粒的过滤装置22。在一实施例中，过滤装置22是干式过滤器装置(图2所示)。干式过滤器装置可以是(例如)空气过滤器。空气过滤器装置可由能够俘获微型微粒的任何材料制成，微型微粒包含例如细胞、孢子、花粉、霉菌、细菌、病毒、毒素、真菌和微生物的生物微粒。例如，干式过滤器装置可以是聚酯毡过滤器、多孔膜过滤器或玻璃纤维过滤器。干式过滤器装置可配置成单用途过滤器或安置于(例如)从小筒散开的一卷材料上的连续过滤器，如(例如)2004年10月13日申请的美国专利申请案第10/962,477号和2004年10月13日申请的美国专利申请案第10/962,480号中所描述，所述专利申请案以引用的方式并入本文中。在另一实施例中，收集器20的过滤装置22是湿式浓缩器(wet concentrator)。可使用任何市售湿式浓缩器，例如Sceptor Industries公司的SpinCon高级空气取样器。
如图2中所示，当过滤装置22暴露在空气流F1中时，空气样品5中呈烟雾状散开的微粒5a在过滤装置22中被拖出。空气流F1穿过收集器20的取样速率可在(例如)每分钟约400到500公升的范围内。空气流F1穿过收集器20的取样持续时间可在(例如)约30分钟到8小时的范围内。可通过控制系统50中的软件参数来设定取样周期的持续时间。在一示范性实施例中，取样速率约为每分钟400公升，且取样持续时间约为3小时。另外，过滤装置22的微孔尺寸可经调试以俘获能够由人和/或动物呼吸的微粒(即，可呼吸的微粒)。例如，过滤装置22可经调试以收集尺寸约在1μm到约10μm的微粒。
可通过洗涤从过滤装置22重新获得成为液体样品L1的俘获微粒5a。可使用任何已知的手动或自动洗涤方法来重新获得微粒5a。例如，在一个实施例中，收集器20的过滤装置22是湿式浓缩器(例如，Sceptor Industries公司的SpinCon高级空气取样器)，其收集空气传播的微粒并自动地将微粒浓缩在液体样品L1中。在另一实施例中，可向收集器20供应(例如，通过抽吸)收集流体Fc(例如，水)(例如，经由检测系统10中的外部管道系统和/或通道)直到过滤装置22(例如，干式过滤器)浸没在收集流体Fc中为止。在此实施例中，过滤装置22的洗涤可通过例如机械搅拌、超声波处理或渗透作用(即，使气体起泡或渗透穿过过滤装置22)的已知方法来实现，如(例如)美国专利申请案第10/962,477号和第10/962,480号中所述。作为洗涤的结果，从过滤装置22中驱除了微粒5a，并将其转移到收集流体，从而产生液体样品L1。接着，液体样品L1可转移到第二装置40。
第一装置30也可经配置以对周围空气取样。另外，第一装置30可经调试以将周围空气中的呈烟雾状散开的微粒分类为种类或类别。例如，如图1中所示，可将空气样品5抽进或强行穿过第一装置30(例如，通过风扇或空气泵)作为空气流F3。当空气样品5穿过第一装置30时，如图3中所示，呈烟雾状散开的微粒5b被收集到衬底32上。衬底32可以是(例如)传感器表面。衬底32也可以是任何合适的过滤媒介，例如上文结合收集器20所描述的过滤装置中的任一者。第一装置30也可包含虚拟冲击器以改良微粒5b在衬底32上的浓度。空气样品5从第一装置30排出作为空气流F4，其可直接排到周围环境或可与流入收集器20中的空气流F1结合。空气流F3穿过第一装置30的取样速率可在(例如)每分钟约1到10公升的范围内。在一示范性实施例中，第一装置30连续地运作以向微粒的准实时分析提供实时方式。所收集的样品可保留在衬底32上或通过上述方法中的任一者进行清洗而进入液体样品中。
第一装置30也可包含检测器。检测器可以是用来检测生物微粒的任何合适的检测器。在一实施例中，检测器是利用(例如)荧光光谱学的分光计。在此实施例中，检测器经调试以感应收集样品中的分子(例如，受体分子)的荧光。检测器读取所感应的荧光并基于读数来确定微粒5b的种类。在一实施例中，种类用来在广义上对微粒5b进行分类。例如，种类可包含以下分类：“细菌”、“真菌”、“毒素”和“病毒”。在另一实施例中，种类可包含例如“非生物”或“干扰物”的空泛名称。空泛名称指示(例如)微粒5b不是潜在的生物危害(例如，霉菌、花粉、其它普通干扰物)。或者，第一装置30可经配置以使得第一装置30不登记(即，被忽略)非潜在的生物危害的微粒5b。以此方式，第一装置30对微粒5b进行初步分类，从而缩小微粒5b的可能的身份的范围。例如，如果第一装置30将微粒5b分类为毒素，那么所有细菌、真菌和病毒都不予考虑。
在一示范性实施例中，第一装置30是具有由Echo Technologies公司开发的“智能触发”技术的生物检测系统(BDS)。BDS利用光学传感器，其经调试以检测并区分包含细菌、孢子、毒素和病毒的剂的广泛种类。浮质样品直接在传感器表面上碰撞，且传感器化学方法是基于生物剂与荧光受体分子之间的反应。BDS可在没有用户介入的情况下进行操作，且因为浮质样品直接在传感器表面上碰撞，所以不需要射流技术。
第一装置30可以任何已知方式连接到检测系统10的其它组件(例如，收集器20、第二检测器40和/或控制系统50)或与检测系统10的其它组件整合。或者，第一装置30可以是通过布线或无线远程遥控而连接到控制系统50的单独的单元。在一示范性实施例中，第一装置30经调试成便携式的。例如，第一装置30可具有约2英寸的高度，约2英寸的宽度和约8英寸的长度。检测系统10也可包含多个第一装置30和/或多个第二装置40，所述装置每一者可布置在不同位置以使得检测系统10提供对宽广区域的覆盖。
第一装置30可经配置以实时或准实时地对微粒5b进行分类。例如，第一装置30和/或控制系统50可包含使第一装置30能够在约2分钟或更短时间内检测并分类微粒5b的软件算法和/或数据库。因此，第一装置30可经调试以提供快速的初步基因检测。此外，因为第一装置30确定微粒所属的广泛种类(而不是确定微粒是否为特定有机体或剂)，所以第一装置30较佳适合包含未知或基因被修改的空气传播微粒(例如，生物浮质)的环境，经设计以检测特定有机体或剂的传感器可能会遗漏所述微粒。此外，第一装置30提供的级别减少第二装置40执行的测试的多重要求。例如，如果第一装置30检测细菌剂(即，“细菌”)，那么第二装置40将仅执行针对细菌剂的测试(例如，PCR测试)。因此，第二装置40执行的分析的数目减少，从而减少需要用于测试的消耗品的量、分析时间和操作成本。
第二装置40可经配置以确定由收集器20产生的液体样品L1(例如，反应混合物)中所含有的微粒5a的身份。在一实施例中，第二装置40从收集器20接收液体样品L1并制备所述液体样品L1以用于分析(例如，通过溶解、净化和/或将反应流体Rc添加到液体样品L1)。接着，第二装置40分析液体样品L1以确定微粒5a的身份。例如，第二装置40可经调试以测试液体样品L1以下方面：细菌剂(例如，炭疽杆菌(炭疽热)、霍乱弧菌(霍乱)、鼻疽伯克霍尔德氏菌(鼻疽)、鼠疫耶尔森菌(瘟疫)、土拉弗朗西斯菌(兔热病)、伤寒沙门氏菌(伤寒症))；病毒剂(例如，天花病毒(导致天花的病毒)、委内瑞拉马脑炎(VEE)病毒、西方马脑炎(WEE)病毒、东方马脑炎(EEE)病毒、埃博拉病毒)；毒剂(例如，篦麻毒素、葡萄球菌肠毒素B(SEB)、肉毒杆菌毒素、单端孢子菌霉菌毒素)；和/或真菌剂。真菌剂(例如，孢子)在周围条件中比较常见且通常引起假警报。因此，在第一装置30中合并真菌剂种类(或通道)可减少假警报并因此减少总体的系统生命周期成本。以此方式，第二装置40可用来识别微粒5a。
第二装置40可经调试以从收集器20接收液体样品L1。液体样品L1可通过(例如)检测系统10中的微流体通道(microfluidic channel)在泵的力的作用下转移到第二装置40。或者，液体样品L1可转移到经配置以插入或安装在第二装置40中的反应容器或样品支持器。样品支持器可以是任何已知的样品支持器，例如，2003年12月4日申请的美国专利申请案第10/737,037号和2004年5月25日申请的美国专利申请案第10/852,684号中所描述的样品支持器，所述专利申请案以引用的方式并入本文中。第二装置40也可经配置以为了存档目的而存储液体样品的至少一部分。例如，第二装置40可包含存储室48以用于来自先前取样周期的液体样品的独立存档。在一示范性实施例中，第二装置40包含用于来自先前五天操作的样品的存储容量(例如，约40个样品)。另外，第二装置40可包含废弃物腔室49，其可以任何已知方式手动地或自动地进行周期性清除和/或清洁。
液体样品L1可在转移到第二装置40之前或之后以任何已知方式进行处理。例如，可将例如试剂、缓冲溶液和/或引物的反应流体Rc添加到液体样品L1。液体样品也可经受溶解处理以从液体样品L1中的微粒5a中重新获得核酸。可通过例如超声波处理、机械搅拌、均化作用或渗透作用的任何已知方式来溶解微粒5a。在一实施例中，收集器20包含如(例如)美国专利申请案第10/962,480号中所描述的超声波处理器、机械搅拌器或渗透器。在另一实施例中，第二装置40包含用于细胞溶解的超声波处理模块。超声波处理模块可以是(例如)能够在约60秒内溶解1毫升样品中的细菌孢子的低功率微流控声波仪。可使用任何合适的市售超声波处理模块，例如由MicroFluidic Systems公司或西北太平洋国家实验室(Pacific Northwest National Laboratories)生产的超声波处理模块。
在溶解过程从微粒5a释放出核酸之后，核酸可视需要以任何已知方式净化(浓缩)成第二液体样品(浓缩样品)以改良敏感度。在一实施例中，收集器20包含用于如(例如)美国专利申请案第10/962,477号中所描述的净化核酸的第二过滤装置。在另一实施例中，第二装置40包含用于俘获、洗涤和洗提少量高度浓缩核酸的净化模块。净化模块可包含(例如)具有由微柱组成的微机械加工的硅结构的净化芯片，微柱在腔室(例如，12μl的腔室)内形成高表面区域。样品浓度改进敏感度并允许检测系统10对于每一测试使用较少量的样品和试剂。
第二装置40可经调试用于操作或处理液体样品L1(或浓缩的液体样品)和例如试剂、缓冲溶液、引物和废弃物的其它流体。例如，第二装置40可包含用于流体操作的微流控歧管和泵，和用于流体混合、处理和分析的腔室。第二装置40可利用任何已知的流体处理和操作系统，例如以引用的方式并入本文中的美国专利第6,374,684号中所描述的系统。第二装置40也可包含用于测试液体样品L1且/或用于放大液体样品L1中的核酸的热循环器。热循环器可以是任何已知的热循环器，例如2004年5月4日申请的美国专利申请案第10/837,745号中所描述的热循环器，所述专利申请案以引用的方式并入本文中。在一示范性实施例中，第二装置40包含热循环器阵列，所述热循环器平行安置以使得可对液体样品的等分试样(独立或同时地)执行多次测试。
第二装置40可经配置以测试液体样品L1(或浓缩的液体样品)来确定液体样品中微粒5a的身份。例如，如图4中所展示，第二装置40可包含用于测试液体样品的识别模块42和经配置以读取测试结果的成像源或检测器44。第二装置40可包含单个识别模块42。或者，第二装置40可包含识别模块42的阵列46，所述识别模块42平行安置并经调试以独立或同时运作。因此，阵列46使第二装置40能够独立地、在不同时间或同时分析液体样品的多个等分试样。在一示范性实施例中，第二装置包含至少二十个识别模块42的阵列以能够同时分析至少二十种生物剂。类似地，检测器44可包含多个检测器44以使得可同时读取多个测试结果。因此，第二装置40可经调试以同时对若干不同生物剂进行测试并分析测试结果，从而缩短识别微粒5a所需的时间。
根据一实施例，识别模块42可包含如图5中所示的聚合酶连锁反应(PCR)模块42a。在一示范性实施例中，PCR模块42a并入上述热循环器。PCR模块42a可经配置以执行任何已知的PCR测试来确定微粒5a的身份。例如，由PCR模块42a执行的测试可以是横向流动抗体化验。在一实施例中，横向流动抗体化验是使用众所周知的横向流动条(图6中所示)来执行。在操作中，以任何已知的方式将液体样品涂覆到横向流动条。例如，可将液体样品放置成与安置在横向流动条上的吸收垫接触并吸附在条上。在预定的测试间隔(例如，20分钟)之后，检测器44读取横向流动条以确定液体样品中是否存在特定的生物剂。检测器44可以是例如光电倍增管和/或CCD相机的任何合适的检测器。
根据另一实施例，识别模块可经配置以执行竞争性抗体-抗原化验，且检测器44可以是经配置以读取竞争性抗体-抗原化验结果的照度计。
识别模块42并不限于上述测试，而是可经配置以执行任何合适的测试或化验，例如对于任何细菌、真菌、毒素或病毒检测的化验。在一实施例中，所述测定是由SmithsDetection公司开发的免疫-PCR(I-PCR)化验，其提供针对例如蓖麻毒素、SEB和肉毒杆菌毒素的毒素检测的化验。I-PCR化验可经修改以通过利用不同的抗体(例如SEB或肉毒杆菌)取代I-PCR化验中的识别抗体(例如，蓖麻毒素)来提供针对各种毒素的化验。
根据另一实施例，第二装置40的识别模块42可包含如图7中所示的表面等离子体共振(SPR)芯片42b。在操作中，使液体样品在SPR芯片上流动，以使得液体样品接触固定在SPR芯片上的受体。在预定的测试间隔(例如，20分钟)之后，检测器44读取SPR芯片以确定液体样品中是否存在特定的生物剂。检测器44可以是例如表面等离子体共振检测器的任何合适的检测器。
在一示范性实施例中，控制系统50基于第一装置30提供的种类来选择由第二装置40执行的测试。因此，控制系统50根据微粒5b的级别来确定第二装置40是否对微粒5a执行针对细菌剂、病毒剂、真菌剂或毒素剂的测试。例如，如果第一装置30将微粒5b分类为细菌，那么控制系统50命令第二装置40仅执行针对微粒5a上的细菌剂的测试。类似地，如果第一装置30将微粒5b分类为病毒，那么控制系统50命令第二装置40仅执行针对病毒剂的测试。如果第一装置30将微粒5b分类为真菌，那么控制系统50命令第二装置40仅执行针对真菌剂的测试。如果第一装置30将微粒5b分类为毒素，那么控制系统50命令第二装置40仅执行针对毒素剂的测试。在另一实施例中，如果第一装置30将微粒5b分类为非生物、干扰物和/或无害物质，那么控制系统50命令第二装置40不测试微粒5a。
第二装置40可经配置以在相对较短时间内确定微粒5a的身份。例如，第二装置40和/或控制系统50可包含软件算法和/或数据库，其使第二装置40能够在收集器20俘获微粒5a之后约一个小时或更短时间内检测并分类微粒5a。在一示范性实施例中，第二装置40包含由Smiths Detection公司开发的BIO-SEEQ配置。BIO-SEEQ(图5所示)是便携式仪器，其可经配置以利用PCR来识别生物剂。在一实施例中，所述仪器可分析六个独立样品的有害病原体的存在，重约为6.5磅(包含市售电池)，且尺寸小于约1立方英尺。在另一实施例中，第二装置40并入由MicroFluidic Systems公司开发的自动化微流控平台。
控制系统50可经配置(例如，被编程)以监控并控制检测系统10的操作，并分析从第一装置30和第二装置40获得的数据。在一示范性实施例中，控制系统50包含使控制系统50能够基于如上文所描述由第一装置30提供的种类来选择待由第二装置40执行的测试的软件。控制系统50也可经编程以在第一装置30确定微粒5b的级别之后开始第二装置40中的测试。另外，控制系统50可经调试以执行一般的控制功能，例如，控制空气进入收集器20和第一装置30中；控制收集流体Fc到收集器20的传递和过滤装置22的清洗；控制液体样品L1从收集器20到第二装置40的转移；控制在第二装置40中针对液体样品L1的处理和分析；和/或控制任何其它操作功能。
控制系统50可包含任何已知的计算机硬件和/或软件，包含(例如)微处理器。控制系统50也可包含用于显示信息的图形用户界面和用户输入装置(例如，键盘和/或鼠标)以使得用户能够与控制系统50交互。控制系统50的尺寸可制成具有可携带性，且可包含(例如)膝上型计算机和/或手提式个人数字助理。控制系统50也可包含无线通信系统，以使得可遥控检测系统10。控制系统50可额外包含电源，其可以是任何已知的电源(例如，电池)，或可利用线路电压。
根据一实施例，控制系统50经配置以从包含于检测系统10中的每一传感器系统收集数据。例如，控制系统50可经调试以从第一装置30中的检测器接收信息(例如，微粒5b的种类)，且从第二装置40中的检测器44接收信息(例如，微粒5a的身份)。基于所接收的信息，控制系统50可经编程以触发警报且/或在任何其它系统处开始监控和/或测试。例如，当控制系统50从第一装置30接收信号，指示种类是“细菌”时，控制系统50可向第二装置40发出命令以测试液体样品L1的细菌剂。在一实施例中，液体样品的第一等分试样可经受针对第一细菌剂(例如，炭疽热)的测试，液体样品的第二等分试样可经受针对第二细菌剂(例如，霍乱)的测试，且液体样品的第三等分试样可经受针对第三细菌剂(例如，瘟疫)的测试。
控制系统50经配置以用于通常的操作，在通常的操作期间以预定计划进行取样和分析。或者，正常的操作条件可包含与第一装置30同时地连续操作收集器20。如果第一装置30检测到可能的危害，那么可命令收集器20将液体样品转移到第二装置40以进行分析。如果第一装置30没有检测到可能的危害，那么检测系统10在正常的操作条件下继续进行。当检测到潜在有害的微粒种类(例如，假定的肯定结果)时，控制系统50可命令所有的周围系统(例如，第二装置40中的检测器44)开始测试。因此，控制系统50可经调试以自动地响应感知到的威胁，从而缩短了识别感知到的威胁和向应急人员通报威胁的时间。因此，可有效地疏散受污染区域中的人员，且可减少有害生物浮质的扩散。
在一示范性实施例中，控制系统50包含基于由Ricciardi Technologies公司(RTF)开发的SensorViewTM平台的通信网络，其能够对检测系统10进行全远程操作。SensorViewTM平台是用于管理分布式传感器的命令、控制和监控系统。例如，SensorViewTM平台可经调试以提供即插即用能力以通过不同界面(包含RS-232、RS-422、RS-485和以太网)连接各种传感器。所述平台使用户能够(在本地或远程地)命令、控制并监控各种类型的多个传感器，且所述平台也可包含GPS和气象传感器选项以提供与检测到的事件相关联的实时位置和气象数据。SensorViewTM平台可额外提供安全、加密的无线通信和安全网络访问。
检测系统10可经配置成便携式和/或可移动的，以使得可将检测系统10从一个位置运送到另一位置。例如，检测系统10的尺寸可约为6立方英尺或更小。另外，检测系统10的重量可在约40磅到约60磅的范围内。在一示范性实施例中，所述重量约为50磅或更小。因此，装置10可经配置以具有使用户能够将装置10运送到各种位置的物理尺寸和重量。例如，检测系统10可安装在车辆上，例如军用车辆、警车、救火车、救护车或危险品车辆。检测系统10也可安装在具有小脚轮和/或车轮的小推车上，以使得用户可将检测系统10从一个位置滚动到另一位置。或者，检测系统10也可安装在固定位置处，例如，建筑物、火车站或城市交通系统的内部或外部位置，或者例如军事基地位置、游乐园或市区的外部(户外或外界)位置。
检测系统10也可包含封闭箱60。如图8中所展示，封闭箱60容纳检测系统10的至少一部分。例如，在一实施例中，第一装置30和第二装置40容纳在封闭箱60内，而收集器20安装在封闭箱60的外部。在一示范性实施例中，检测系统10的所有组件均容纳在封闭箱60中。封闭箱60的尺寸可根据封闭箱中容纳的组件数目而变化。例如，封闭箱60的宽度可在约24到36英寸的范围内，封闭箱60的深度可在约24到36英寸的范围内，且封闭箱60的高度可在约24到36英寸的范围内。另外，可通过包含堵缝法、绝缘和其它密封机制的任何已知方法来密封封闭箱60。封闭箱60可包含多个封闭室来容纳检测系统10的各种组件。例如，当检测系统10的组件分布在各种位置时(例如，多个第一装置30和/或多个第二装置40中每一者安置在不同位置处)，每个分布式组件可容纳在单独的封闭室内。在一示范性实施例中，封闭箱60是NEMA-4级环境箱。
封闭箱60也可包含传感器(例如温度和湿度传感器)和环境控制系统。环境控制系统可以是例如加热器、空气调节器(制冷单元)、湿润器、除湿器和/或微粒过滤单元的任何已知的取暖、通风和空气调节(HVAC)单元，例如由热电制冷美国公司(Thermoelectric Cooling America Corporation)供应的环境控制系统。控制单元50可经配置以监控并控制封闭箱60中的环境。例如，当来自温度传感器(例如，电热调节器、热电偶、RTD)的数据指示封闭箱60中的温度已下降到预定值以下时，可启动加热单元。类似地，当来自温度传感器的数据指示封闭箱60中的温度超过预定值时，可启动制冷单元。控制单元50可经配置以将室中的温度维持在约10℃到30℃的范围内。在一示范性实施例中，封闭箱中的温度维持在约18℃。
在操作中，根据本发明的一实施例，一种使用检测系统10来分析呈烟雾状散开的微粒的方法包含以下步骤，所述步骤如图9所示。在步骤S1中，收集器20和第一装置30对周围空气取样。在步骤S2中，收集器20俘获第一微粒(例如，微粒5a)。在步骤S3中，收集器20产生包含第一微粒的液体样品。在步骤S4中，第一装置30分析来自周围空气的第二微粒(例如，微粒5b)以确定第二微粒的类别。例如，所述类别可包含“细菌”、“真菌”、“病毒”或“毒素”。在步骤S5中，控制系统50基于第二微粒的类别来选择测试以确定第一微粒的身份。例如，在步骤S5a中，如果类别是“细菌”，那么选择细菌剂进行PCR化验。在步骤S5b中，如果类别是“真菌”，那么选择对真菌剂进行PCR化验。在步骤S5c中，如果类别是“病毒”，那么选择对病毒剂进行PCR化验。在步骤S5d中，如果类别是“毒素”，那么选择对毒素剂进行PCR化验。在步骤S6中，装置40使液体样品经受所选择的测试。
因此，上述实施例提供一种收集、分析并识别未知空气传播微粒的检测系统和方法。所述检测系统可经配置以通过在开始测试来识别所收集的微粒之前将所收集的微粒进行分类来减少测试的多重要求。因此，执行较少的测试且需要较少量的试剂和消耗品。因此，所述检测系统用于可携带性和/或实时分析，且因此适合由设备安全专业人员、军队和应急人员使用来确定威胁生命的生物危害物质是否存在于现场和一定范围内的位置处。
通过理解本发明的揭示内容，所属领域的技术人员将了解，本发明的范畴内可存在其它实施例和修改。因此，所属领域的技术人员根据本发明范畴内的本揭示内容可实现的所有修改将被包含作为本发明的进一步实施例。本发明的范畴被限定为上述权利要求书中所陈述的内容。

Claims (48)

1.一种检测系统，其包括：
一收集器，其用于俘获一浮质中所含有的一第一微粒；
一第一装置，其用于确定所述浮质中所含有的一第二微粒的一种类；
一第二装置，其用于确定所述第一微粒的一身份；和
一控制系统，其经配置以基于由所述第一装置确定的所述种类来选择一待由所述第二装置执行的测试。
2.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述第二装置经配置以从由细菌、真菌、毒素和病毒组成的群组中选择所述种类。
3.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述第一和第二微粒是生物微粒。
4.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述检测系统被配置成便携式的。
5.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述检测系统被配置成安装到一车辆上。
6.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述检测系统是一手提式检测系统。
7.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述检测系统被配置成安装到一固定物体上。
8.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述检测系统被配置成安装在一建筑物中。
9.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述检测系统被配置成安装在一户外位置。
10.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述检测系统的一尺寸是约6立方英尺或更小。
11.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述收集器经配置以对周围空气取样。
12.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述收集器经配置以俘获可呼吸的微粒。
13.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述收集器经配置以收集一尺寸在约1μm到约10μm范围内的微粒。
14.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述收集器包含一湿式浓缩器。
15.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述收集器包含一干式过滤器。
16.根据权利要求15所述的检测系统，其进一步包括一用于自动清洗所述干式过滤器的机制。
17.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述收集器经配置以产生一含有所述第一微粒的液体样品。
18.根据权利要求17所述的检测系统，其中所述收集器经配置以将所述液体样品提供到所述第二装置。
19.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述第一装置经配置以对周围空气取样。
20.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述第一装置经配置以感应所述第二微粒的荧光，并分析所述感应的荧光来确定所述第二微粒的所述种类。
21.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述第一装置经配置以在约2分钟或更短时间内确定所述第二微粒的所述种类。
22.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述第二装置包含一聚合酶连锁反应模块。
23.根据权利要求22所述的检测系统，其中所述控制系统经配置以当所述第一装置确定所述第二微粒的所述种类是细菌时，选择针对细菌剂的一聚合酶连锁反应测试；
其中所述控制系统经配置以当所述第一装置确定所述第二微粒的所述种类是真菌时，选择针对真菌剂的一聚合酶连锁反应测试；其中所述控制系统经配置以当所述第一装置确定所述第二微粒的所述种类是病毒时，选择针对病毒剂的一聚合酶连锁反应测试；和/或其中所述控制系统经配置以当所述第一装置确定所述第二微粒的所述种类是毒素时，选择针对毒素剂的一聚合酶连锁反应测试。
24.根据权利要求22所述的检测系统，其中由所述控制系统选择的所述测试中的一者包含针对细菌剂的一聚合酶连锁反应测试、针对真菌剂的一聚合酶连锁反应测试、针对病毒剂的一聚合酶连锁反应测试和/或针对毒素剂的一聚合酶连锁反应测试。
25.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述第二装置包含聚合酶连锁反应模块的一阵列。
26.根据权利要求25所述的检测系统，其中所述聚合酶连锁反应模块能够同时运作。
27.根据权利要求25所述的检测系统，其中所述聚合酶连锁反应模块能够独立运作。
28.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述第二装置经配置以执行一横向流动抗体化验。
29.根据权利要求28所述的检测系统，其中所述第二装置包含一横向流动条。
30.根据权利要求29所述的检测系统，其中所述第二装置包含一经配置以读取所述横向流动条的成像源。
31.根据权利要求30所述的检测系统，其中所述成像源包含一光电倍增管和/或一CCD相机。
32.根据权利要求29所述的检测系统，其中所述控制系统经配置以基于由所述第一装置确定的所述种类来选择所述横向流动条。
33.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述第二装置经配置以执行一竞争性抗体-抗原化验。
34.根据权利要求33所述的检测系统，其中所述第二装置包含一经配置以读取所述竞争性抗体-抗原化验的一结果的照度计。
35.根据权利要求33所述的检测系统，其中所述控制系统经配置以基于由所述第一装置确定的所述种类来选择所述竞争性抗体-抗原化验。
36.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述第二装置包含一表面等离子体共振芯片。
37.根据权利要求36所述的检测系统，其中所述控制系统经配置以基于由所述第一装置确定的所述种类来选择所述表面等离子体共振芯片。
38.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述第二装置经配置以在所述收集器俘获所述第一微粒之后约一个小时或更短时间内确定所述第一微粒的身份。
39.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述控制系统经配置以控制所述检测系统的运作。
40.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述控制系统包含一用于遥控所述检测系统的无线通信系统。
41.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述控制系统经配置以在所述第一装置确定所述第二微粒的所述种类之后在所述第二装置中开始所述测试。
42.根据权利要求1所述的检测系统，其进一步包括一用于封围所述检测系统的至少一部分的封闭箱。
43.根据权利要求42所述的检测系统，其中所述控制系统经配置以控制所述封闭箱中的一温度。
44.根据权利要求42所述的检测系统，其中所述控制系统经配置以将所述封闭箱中的一温度维持在约10℃到30℃的范围内。
45.根据权利要求42所述的检测系统，其中所述控制系统经配置以将所述封闭箱中的一温度维持在约18℃。
46.一种用于分析一空气传播微粒的方法，其包括：
对周围空气取样；
从所述周围空气中俘获一第一微粒；
产生一包含所述第一微粒的液体样品；
分析一来自所述周围空气的第二微粒以确定所述第二微粒的一种类；
基于所述第二微粒的所述种类来选择一测试以确定所述第一微粒的一身份；和
使所述液体样品经受所述测试。
47.根据权利要求46所述的方法，其中所述种类包含细菌、真菌、病毒和毒素。
48.根据权利要求47所述的方法，其进一步包括：当所述种类是细菌时，执行针对一细菌剂的一聚合酶连锁反应化验；当所述种类是真菌时，执行针对一真菌剂的一聚合酶连锁反应化验；当所述种类是病毒时，执行针对一病毒剂的一聚合酶连锁反应化验；和当所述种类是毒素时，执行针对一毒素剂的一聚合酶连锁反应化验。
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