隨著科學技術(shù)的發(fā)展和裝備制造技術(shù)水平的提高，生物知識技術(shù)普及的深入，細菌、病毒、毒素的培養(yǎng)、提取日趨成熟和容易，大規(guī)模的培養(yǎng)、提取細菌、病毒、毒素已不再困難，具有一定的生化知識和技能就能培養(yǎng)；且生物劑生產(chǎn)成本相對比較低廉，如使用傳統(tǒng)WQ每平方公里約需2000美元，HWQ約需800美元，神經(jīng)性毒劑約需600美元，而使用生物WQ只需1美元。同時，生物劑的作用效果一般比較長，微生物效能暴發(fā)比較隱蔽，難于在短期內(nèi)有效地消除，因而會對社會穩(wěn)定、人心穩(wěn)定造成巨大影響，使人感受巨大心理壓力、缺乏安全感、進而引起整個社會的DL不安，可達到“不戰(zhàn)而屈人之兵"的目的，目前，生物威脅已成為KB分子主要手段之一，對其防范十分重要。
       生物劑看不見、摸不著，且容易感染，破壞力強，需盡早發(fā)現(xiàn)，早防范，早處理，需要有高科技的檢測設(shè)備。細菌、病毒、毒素等生物是無色、無臭的，都在微米以下，十分細小，只有用顯微鏡才能看見，所以用肉眼是看不見、摸不著，在短期內(nèi)很難覺察。正常人即使在每升空氣中只含有10個生物劑顆粒的環(huán)境中呼吸幾秒鐘也有被感染的可能。生物襲擊造成的破壞程度遠遠超過化學襲擊。如果條件適宜，在一座面積類似華盛頓的城市上空播撒100㎏含炭疽的粉末將造成100萬～300萬人的死亡。而一顆百萬噸級的QD爆炸造成的死亡人數(shù)也只有50萬～200萬。所以要依靠高科技產(chǎn)品對其檢測。
       近些年來發(fā)生的若干起生物KB襲擊事件給世界各國造成了日益嚴重的現(xiàn)實威脅，給各國的政治、經(jīng)濟和安全形勢帶來了嚴重的隱患。這也加速了歐美等發(fā)達在生物劑檢測技術(shù)領(lǐng)域的研究進度，據(jù)查新國外生物檢測設(shè)備比較多，如“BioScout生物氣溶膠探測器(芬蘭)"、“Bio 100生物氣溶膠探測器(芬蘭)"、“BioCapture 650 手持式生物氣溶膠采樣器(美國)"等類型機。但一般不向中國出售，即使出售，價格也十分高昂，不利于普及使用，更不適合我J列裝。目前這些儀器設(shè)備可檢測的生物戰(zhàn)劑種類有炭疽、鼠疫、兔熱病、鼻疽、Q熱、天花、病毒性腦炎、病毒性出血熱、肉毒桿菌毒素、蓖麻毒素、葡萄球菌腸毒素B等，但這些產(chǎn)品的技術(shù)性能(J用)還在不斷地改進，特別是檢測生物戰(zhàn)劑(含生物毒素)種類也還需再擴展。我國還沒有同類產(chǎn)品上市銷售，但生物KB威脅卻時刻都存在，某些微生物能很方便的大量培養(yǎng)，加之現(xiàn)代的高效培養(yǎng)技術(shù)，使生物WQ生產(chǎn)容易且成本比較低廉。由此可見，防止生物危險已迫在眉睫。并且除J方列裝外，民用市場也十分廣泛，如機場安檢、地鐵等公共場所以及疾病預(yù)防控制檢測等都需要這類生物劑檢測報警器。若可以研究開發(fā)出一種防生化WQ，則可以填補我國J民兩個市場空白。同時，可以快速檢測生物細菌、病毒、毒素，防止細菌、病毒的擴散和傷害，保護人民的生命財產(chǎn)安全，其社會意義不言而喻。
本課題就是基于這樣的背景而展開研制工作的，研究主要目的在于開發(fā)一種生物劑檢測報警器，主要檢查對象特指細菌、病毒、毒素等三大類，具體包含有炭疽、鼠疫、天花病毒、肉毒毒素和蓖麻毒素這五種。通過研制能檢測這幾種物質(zhì)的傳感器，再采用微弱信號檢測技術(shù)對傳感器的信號進行抑噪、放大處理，并識別是否有以上物質(zhì)的存在，如果有，發(fā)出相應(yīng)報警或預(yù)警，提示相關(guān)人員采取相應(yīng)防范措施，降低感染幾率，保護人們的生命財產(chǎn)并防止擴散。
       2、主要研發(fā)內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)
       2、1  主要研發(fā)內(nèi)容
       本項目研究開發(fā)一種生物劑檢測報警器，研究內(nèi)容主要包括觸發(fā)器/提示裝置單元、生物采集器單元、檢測器單元、氣路單元、嵌入式系統(tǒng)單元、生物實驗室單元和電源模塊設(shè)計單元幾個部分。
       2、2   分系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容
       2、2、1  系統(tǒng)總體設(shè)計
       生物劑檢測報警器系統(tǒng)的工作原理是將背景空氣中的氣溶膠進行分析和感測，然后利用采樣器將其進行濃縮為后期檢測提供樣品，采集的檢測樣品進入檢測器進行特異性識別，通過分析鑒別后判斷是否有生物劑物質(zhì)。
       系統(tǒng)原理框圖如圖1所示：

       2、2、1、觸發(fā)器/提示裝置設(shè)計開發(fā)
       觸發(fā)器的功能是對背景空氣發(fā)生的變化提供一個早期報警。觸發(fā)器工作時需要在一個特定的地點建立背景氣溶膠水平值，然后感測在這個背景下發(fā)生的氣溶膠粒子數(shù)的變化。觸發(fā)器是非特異性的且不對微生物進行鑒定，而只對背景氣溶膠出現(xiàn)的變化進行指示。
       提示裝置，首先能測定什么時候出現(xiàn)粒子數(shù)的增多，然后能夠區(qū)分生物氣溶膠和非生物氣溶膠的濃度(非特異生物戰(zhàn)劑檢測)。
       粒子測量指一種用于非特異性的檢測技術(shù)，是測量具有特定尺度(通常為0.5μm～30μm)粒子的相對數(shù)量。粒子測量主要有以下兩種方法，一是空氣動力學粒子篩選(APS)技術(shù)，它是將充滿粒子的氣流通過一個氣流噴嘴吸入APS裝置，產(chǎn)生一個可控制的高速氣溶膠射流。在測量期間，氣流速度保持恒定，由于射流內(nèi)各粒子的尺度不同，它們會以不同的比率進行加速(小粒子比大粒子加速快)；然后用一束激光測量各粒子的飛行時間?？諝鈩恿W粒子篩選技術(shù)被直接用于對野外生物戰(zhàn)劑的檢測。二是高通量空氣動力學粒度分級器(HVAPS)，它是將一個加速和濃縮的氣流通過一個激光粒子計數(shù)器，得到氣溶膠的粒度分布和濃度信息。但這種儀器不能將生物氣溶膠同非生物氣溶膠區(qū)分開來。
       2、2、2  生物采集器
       由于空氣中極低的生物戰(zhàn)劑難于被檢測出來，但確能造成嚴重的效果，因此需要一個對氣流中粒子/氣溶膠進行濃縮的裝置。采樣器/收集器對大氣進行采樣并將空氣中的粒子濃縮在一個液態(tài)介質(zhì)中用于分析。與其它類型氣溶膠或粒子采集的主要不同之處，一是在于生物戰(zhàn)劑采樣對象通常是活的有機體，必須對采集的樣品加以保存，不能損害；二是絕大多數(shù)生物戰(zhàn)劑檢測和識別技術(shù)需要一個液態(tài)的樣品，收集物必須是來自液體中的氣溶膠或粒子；三是液體樣本必須是高度濃縮的，而且可用于快速分析，因為響應(yīng)時間是非常關(guān)鍵的。作為檢測系統(tǒng)的一部分，收集器是非常有用的，當收集器收到觸發(fā)器發(fā)出的表示背景水平出現(xiàn)了變化的信號時，便開始對空氣采樣，再將空氣中的粒子濃縮在一個液體介質(zhì)中。收集器為生物檢測系統(tǒng)的鑒別部件提供“原料"，同時也為確定性識別和法醫(yī)鑒定分析提供樣品。收集器獲取和濃縮氣溶膠樣品的效率會明顯地影響下游的幾個功能。收集器可大致分為兩類：一類收集器體積較大且耗電量高，這類收集器具有較高的收集和濃縮效率；另一類收集器體積較小耗電量低(作便攜式用)，但收集和濃縮效率較低。收集器在一個檢測系統(tǒng)的總質(zhì)量、總尺寸和總功率需要量中所占的比例是非常大的.
       2、2、3  檢測器
       氣溶膠檢測器工作時的流程是，首先檢測空氣通過微型泵泵入光路通道的一個撞擊器上，在這里實現(xiàn)粒子的收集并統(tǒng)一到樣品盤面上，之后通過紫外光照射樣品盤，同時用另外一個光學檢測器檢測受照粒子所產(chǎn)生的熒光，測量生物粒子相對應(yīng)波長下的熒光強度，如果檢測到與生物氣溶膠粒子相關(guān)的熒光強度明顯升高，則將回收的樣品送到實驗室進行分析，如果出現(xiàn)一個報警，就表示應(yīng)該進行樣品的采樣操作了，與此同時啟動相應(yīng)的保護措施。氣溶膠檢測方案設(shè)計