隨著科學技術的發(fā)展和裝備制造技術水平的提高，生物知識技術普及的深入，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領域的研究進度，據(jù)查新國外生物檢測設備比較多，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，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的傳感器，再采用微弱信號檢測技術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的存在，如果有，發(fā)出相應報警或預警，提示相關人員采取相應防范措施，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、關鍵技術
       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計單元幾個部分。
       2、2   分系統(tǒng)設計內(nèi)容
       2、2、1  系統(tǒng)總體設計
       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。
       系統(tǒng)原理框圖如圖1所示：

       2、2、1、觸發(fā)器/提示裝置設計開發(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，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，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。空氣動力學粒子篩選技術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，因為響應時間是非常關鍵的。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波長下的熒光強度，如果檢測到與生物氣溶膠粒子相關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，就表示應該進行樣品的采樣操作了，與此同時啟動相應的保護措施。氣溶膠檢測方案設計