Автоматическая система и способ обнаружения точечного источника биологического агента

Автоматическая система и способ обнаружения точечного источника биологического агента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системам обнаружения биологической опасности, в особенности к системе обнаружения таких биологически опасных агентов, как возбудитель сибирской язвы, в почтовых отправлениях.

Уровень техники

Современный уровень техники систем обнаружения биологических агентов включает: (1) автоматизированные системы, используемые, например, военными, основанные на одном из методов иммунологического анализа; и (2) ручные системы, включающие устройство для биологической идентификации, используемые в лабораториях квалифицированными специалистами. Уровень чувствительности и специфичности автоматизированных систем иммунологического анализа, используемых военными, не является достаточным для применения в гражданских целях, таких как проверка почтовых отправлений в почтовой службе США. Ручные системы, требующие квалифицированного персонала для подготовки пробы и интерпретации результатов анализа, также не пригодны для применения на производстве.

Типичная известная система биологического обнаружения состоит из следующих подсистем: (а) пускового механизма для обнаружения присутствия биологического агента и запуска процесса взятия проб; (b) сборника аэрозолей для взятия проб из воздуха; и (с) идентификатора для идентификации специфического биологического агента.

В патентном документе WO 02/029380, дата публикации 11.04.2002 описана подобная система, включающая камеру, на вход которой подается поток воздуха, смешиваемый с жидкостью. Камера снабжена циклонным сепаратором, отделяющим жидкость, захватывающую из воздуха подлежащие анализу биологические частицы. Полученные жидкие пробы переносятся в контейнер для последующего анализа методом полимеразной цепной реакции.

В ручной системе обнаружения отобранная жидкая проба вручную извлекается из сборника аэрозолей, подготавливается и вручную вводится в идентификатор биологического агента. Этот процесс отнимает много времени, опасен и может привести к ошибочным результатам из-за ненадлежащей подготовки пробы.

В почтовой службе США испытывались различные системы биологического обнаружения, связанные с почтообрабатывающим оборудованием, но они были признаны ненадежными в плане установления различий между письмами, содержащими споры бактерий, и незараженными письмами, или письмами, содержащими ложные порошки.

Раскрытие изобретения

Таким образом, главной задачей изобретения является обнаружение распыленного биологического агента в аэрозольной пробе.

Следующей задачей изобретения является обнаружение распыленного биологического агента, выделенного из почтового отправления.

Еще одной задачей изобретения является создание системы обнаружения биологического агента, обладающей более высокой чувствительностью и пониженным уровнем ложного обнаружения (ложной тревоги) по сравнению с существующими технологиями.

В изобретении используется метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), наиболее пригодный для применения в почтовой службе США. Пределы обнаружения для метода, основанного на иммунологическом анализе, находятся в диапазоне от 10000 до 100000 спор на один миллилитр пробы. Метод ПЦР продемонстрировал способность обнаруживать менее 200 спор на один миллилитр пробы. Такая разница в чувствительности является определяющей, и равноценна разнице между обнаружением и пропуском смертельной угрозы при применении в почтовой службе. Кроме того, поскольку метод ПЦР обнаруживает последовательность ДНК агента, его применение значительно уменьшает вероятность ложного обнаружения по сравнению с системами, основанными на методах иммунологического анализа.

Это достигается автоматической системой обнаружения точечного источника биологически опасных веществ (система БДС), которая состоит из комбинации аппарата автоматической струйной транспортировки со сборником аэрозолей и идентификатором биологического агента. Изобретение включает приспособления для выполнения следующих важнейших задач: отбора и предварительного разделения частиц при помощи улавливающего колпака и системы пассивной фильтрации сухим циклоном; непрерывного собирания частиц в жидкую пробу; автоматического переноса жидкости в заданные моменты времени в картридж для анализа пробы; автоматического захвата картриджа и переноса его в устройство для идентификации биологического вещества на основе полимеразной цепной реакции (ПЦР) для определения последовательности ДНК, с целью идентификации биологического агента; автоматическое повторное тестирование при различных ошибках; автоматическое подтверждающее тестирование при предварительных положительных результатах; автоматический перенос жидкости в хранилище по выполнении анализа; и автоматическую систему оповещения назначенного персонала (организаций) об опасности при наступлении определенных событий. Вся система обнаружения опасных биологических веществ работает под контролем центрального управляющего компьютера.

Более конкретно, в первом аспекте изобретения предлагается полностью автоматизированная система обнаружения биологических агентов, содержащая устройство для идентификации биологического агента; собирающее устройство для отбора аэрозольной пробы частиц распыленного биологического агента по меньшей мере на одном участке контроля; устройство для концентрирования аэрозолей, предназначенное для получения жидкой пробы из аэрозольной пробы; автоматическое струйное устройство для хранения и переноса порции жидкой пробы в контейнер типа картриджа; автоматическую механическую систему перемещения контейнера из зоны накопления в пункт заливки жидкости струйного устройства, а затем в устройство для идентификации биологического агента; и управляющее устройство для обеспечения общего автоматического управления системой для управления устройством на указанном по меньшей мере одном участке контроля и для сообщения в заданное место результатов тестирования, производимого устройством для идентификации биологического агента.

Собирающее устройство предпочтительно выполнено с возможностью непрерывного отбора проб частиц, а система перемещения контейнера предпочтительно выполнена с возможностью периодического перемещения контейнера из зоны накопления в пункт заливки жидкости струйного устройства, а затем к устройству для идентификации биологического агента.

В предпочтительном варианте струйное устройство выполнено с возможностью периодического переноса порции жидкой пробы в указанный контейнер до перемещения контейнера к устройству для идентификации биологического агента. Собирающее устройство может содержать колпак или кожух, установленный в пункте отбора проб на участке контроля или на пути транспортировки почты почтообрабатывающего устройства. Колпак или кожух может быть также расположен в зоне захвата почты на пути ее транспортировки, при этом система включает зажимное устройство для почты, расположенное вблизи кожуха или колпака.

В следующем варианте устройство для концентрирования аэрозолей включает предварительный сепаратор типа сухого циклона и концентратор аэрозолей типа мокрого циклона.

Струйное устройство предпочтительно выполнено с возможностью временного удержания пробы в резервуаре, в котором обеспечен доступ к пробе для проведения одного или нескольких анализов, в то время как устройство для концентрирования аэрозолей собирает следующую пробу. Струйное устройство может быть также выполнено с возможностью хранения остающейся порции жидкой пробы.

В еще одном варианте механическая система перемещения контейнера содержит захватный рабочий орган для захвата и перемещения контейнера типа картриджа.

Зона накопления предпочтительно содержит стеллаж для размещения ряда контейнеров типа картриджа, причем захватный рабочий орган расположен над указанным стеллажом. Стеллаж предпочтительно выполнен в виде удлиненной стойки для линейного размещения контейнеров типа картриджа, причем захватный рабочий орган расположен над стеллажом с возможностью автоматического перемещения в двух перпендикулярных направлениях на удлиненных направляющих для захвата и перемещения одного контейнера за один раз к струйному устройству и устройству для идентификации биологического агента и возврата контейнера от указанных устройств.

В дальнейшем варианте струйное устройство и устройство для идентификации биологического агента расположены на одной линии со стеллажом, в результате чего для захватного рабочего органа необходимо движение только по двум осям.

Для управления захватным рабочим органом может быть предусмотрено устройство управления, которое образует часть указанного управляющего устройства. Это устройство управления предпочтительно выполнено с возможностью управления автоматической работой струйного устройства и механизма введения и извлечения картриджа, причем указанный механизм образует часть устройства для идентификации биологического агента.

Устройство для идентификации биологического агента предпочтительно содержит идентификатор биологического агента на основе полимеразной цепной реакции, который предпочтительно содержит по меньшей мере один скрининг-картридж с пробой для одной генной последовательности целевого биологического агента и внутреннего контроля.

В еще одном предпочтительном варианте устройство для идентификации биологического агента содержит одну ячейку, включающую автоматическую замену картриджей.

Управляющее устройство предпочтительно включает локальный управляющий компьютер, связанный с устройством для идентификации биологического агента, устройством для концентрирования аэрозолей, струйным устройством и механической системой перемещения и управляющий работой указанных устройств и системы. Управляющее устройство может дополнительно включать удаленный компьютер оперативного управления, связанный и управляющий локальным управляющим компьютером и передающий результаты тестирования в заданное место. Удаленный компьютер оперативного управления может быть связан с локальным управляющим компьютером проводной связью или радиосвязью. Удаленный компьютер оперативного управления предпочтительно состоит из основного и резервного управляющих компьютеров.

В наиболее предпочтительном варианте система дополнительно содержит шкаф для размещения устройства для концентрирования аэрозолей, струйного устройства, механической системы перемещения и устройства для идентификации биологического агента.

Во втором аспекте изобретение предлагает способ обнаружения биологического агента в объектах, подлежащих доставке и перемещаемых по транспортному пути, в котором отбирают аэрозольную пробу от указанных объектов по меньшей мере на одном участке транспортного пути; получают жидкую пробу из аэрозольной пробы; переносят порцию жидкой пробы в контейнер типа картриджа; механически перемещают контейнер к устройству для идентификации биологического агента, которое анализирует жидкую пробу на наличие частиц заданного биологического агента; сообщают в заданное место результаты анализов, полученные посредством устройства для идентификации; и осуществляют общее автоматическое управление способом.

На этапе отбора аэрозольной пробы объекты, которые могут представлять собой объекты почтовой корреспонденции, предпочтительно зажимают на участке захвата транспортного пути.

В предпочтительном варианте на этапе отбора аэрозольной пробы устанавливают устройство для зажима указанных объектов и кожух или колпак для отбора аэрозольных проб, выдавливаемых из объектов, а на этапе перемещения периодически перемещают контейнер с жидкой пробой к устройству для идентификации биологического агента.

На этапе перемещения могут использовать механическую систему перемещения, снабженную захватным рабочим органом для захвата и перемещения контейнера типа картриджа под управлением локального управляющего компьютера, а также периодически захватывать и перемещать контейнер типа картриджа из ряда контейнеров, размещенных на стеллаже под захватным рабочим органом.

В следующем предпочтительном варианте на этапе переноса порции жидкой пробы временно хранят пробу в резервуаре, в котором обеспечен доступ к пробе для проведения одного или нескольких анализов. На этом этапе могут также хранить оставшуюся порцию жидкой пробы.

В дальнейшем предпочтительном варианте на этапе получения жидкой пробы используют предварительный сепаратор типа сухого циклона и концентратор аэрозолей типа мокрого циклона, а при осуществлении управления способом используют локальный управляющий компьютер и удаленный управляющий компьютер.

Система обнаружения биологического агента в соответствии с изобретением не ограничивается применением в почтовой службе США, но особенно важна для нее, принимая во внимание тот факт, что она обеспечит большую безопасность сотрудников, быстро выявляя присутствие токсичных биологических агентов в почтообрабатывающем оборудовании. Система оповестит персонал, работающий с оборудованием, и, таким образом, могут быть быстро приняты соответствующие меры для удержания опасных биологических агентов, таких как возбудитель сибирской язвы, в обрабатываемой почте и, следовательно, предотвращения распространения биологических агентов по оборудованию почтовой службы и среди населения.

Принцип изобретения делает работу системы независимой от оптического ввода сигнала запуска. Однако при желании устройство оптического запуска может быть использовано, например, для регистрации пиковых концентраций частиц, образующихся во время перерывов в обработке почты. Такая регистрация позволит идентифицировать зараженную машину и приблизительное время прохода зараженного письма через машину после того, как идентификатор обнаружил наличие биологического агента. В будущем, если надежность оптического пускового устройства повысится, предлагаемая система может быть объединена с пусковым устройством, работающим параллельно процессу непрерывного сбора. В таком исполнении пусковое устройство будет использоваться для оповещения оператора о необходимости отправки пробы на анализ, в результате чего реакция на инцидент станет более быстрой.

Более полно область применения настоящего изобретения станет понятна из нижеследующего подробного описания. Однако должно быть понятно, что подробное описание и конкретный предпочтительный пример осуществления изобретения приведены только в качестве иллюстрации, поскольку для специалиста очевидны различные изменения и модификации в пределах изобретения.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение станет более понятным из подробного описания, приведенного ниже, и сопровождаемого чертежами в качестве иллюстраций, где

на фиг.1А и 1В представлены блок-схемы, иллюстрирующие два варианта структуры управления полностью автоматизированной системой биологического обнаружения в соответствии с изобретением, которой снабжен узел почтовой службы США;

на фиг.2 показана блок-схема, изображающая установку в соответствии с изобретением, которой снабжен узел почтовой службы США;

на фиг.3 изображена блок-схема системы с установкой по фиг.2;

на фиг.4A-4D показано расположение и механические детали двух типов систем для отбора проб аэрозолей на почтообрабатывающем устройстве;

на фиг.5 представлен вид спереди варианта осуществления изобретения, включающего концентратор аэрозольных частиц, автоматическую струйную систему подготовки проб, хранилище картриджей, систему перемещения и устройство ПЦР-идентификации в соответствии с изобретением;

на фиг.6А, 6В и 6С представлены перспективные изображения соответственно сверху и в разборе картриджа для проб, используемого с устройством ПЦР-идентификации по фиг.5;

на фиг.7 показана диаграмма, иллюстрирующая операции, выполняемые в картридже для проб по фиг.6А-6С; и

на фиг.8 представлена функциональная схема последовательности операций системы биологического обнаружения в соответствии с изобретением.

Осуществление изобретения

Общее представление о системе. На различных чертежах, где подобные компоненты обозначены одинаковыми позициями, показана система обнаружения биологически опасных веществ (далее сокращенно именуемая система БДС) 10 для предприятия по обработке почты, такого как узел почтовой службы США, область применения которой, однако, не ограничена указанной службой. Система может обслуживать одно почтообрабатывающее устройство или два и более почтообрабатывающих устройства в зависимости от конфигурации обслуживаемой почтообрабатывающей системы. В случае двух и более систем биологического обнаружения возможны различные конфигурации системы.

На блок-схемах, изображенных на фиг.1А и 1В, БДС 10 состоит из нескольких блоков контроля 12₁ ... 12_n (фиг.1А) и 12₁ ... 12₄ (фиг.1В), тогда как на фиг.2 показан только один блок контроля 12. В любом случае, одним или несколькими блоками контроля 12 управляет центральный узел 14 управления и контроля, соединенный с внешней сетью 16 наблюдения и экстренного реагирования. На фиг.1А показан единый узел 14, тогда как на фиг.1В показан основной контроллер 15₁ и резервный контроллер 15₂.

Как показано на фиг.1А, каждый блок контроля 12₁ ... 12_n соединен с центральным узлом 14 управления и контроля проводной сетью 18. На фиг.1В используются как проводная сеть 18, так и радиосвязь 19. В качестве средств коммуникации предусмотрена также локальная сеть как основное средство и модем как резервное средство. Каждый из блоков контроля 12₁ ... 12_n состоит из трех главных подсистем, управляемых соответственным управляющим процессором 20, а именно: подсистемы 22 отбора и концентрации аэрозолей и струйной транспортировки, подсистемы 24 перемещения картриджа и подсистемы 26 биологического идентификатора, которые будут более подробно рассмотрены далее.

При желании может быть также добавлен счетчик 28 частиц, как показано на фиг.2. Подсистемы 22, 24 и 26 установлены на общем шасси, включающем шкаф 30.

Как показано на фиг.3, а также на фиг.4A-4D, каждый блок контроля 12 системы BDS 10 содержит колпак 32 для взятия проб воздуха в области одной или более характерных точек, в данном примере в зоне захвата 34 в канале 36 транспортировки почты высокоскоростного автоматического почтообрабатывающего устройства 33. На фиг.4А представлен канал 36 системы лицовки и штемпелевания писем. Типичные почтообрабатывающие устройства, такие как конвейеры системы лицовки и штемпелевания, транспортируют почтовые отправления вертикально, зажимая письмо между двумя лентами 11 и 13, как показано на фиг.4С. В зоне 35 захвата 34 почтообрабатывающее устройство переходит от свободного потока почтовых отправлений, то есть потока, в котором отправления следуют единой массой, к потоку, в котором почтовые отправления следуют поштучно. В указанной зоне устройство 15 для поштучного разделения зажимает отдельное почтовое отправление и отделяет его от массы почтовых отправлений. Расположение колпака 32 для взятия проб в зоне захвата 34 выбрано на основании 5 опыта, который показывает, что частицы, содержащиеся в почтовом отправлении, выбрасываются при зажиме почтового отправления устройством 15. Колпак 32 для взятия проб имеет форму, позволяющую улавливать фактически все частицы, выделяемые из конверта в этой критической точке. Колпак для взятия проб включает боковые желоба 17₁ и 17₂, закрепленные с каждой стороны почтового канала 31. Боковые желоба 17₁ и 17₂ имеют вырезы 19₁ и 19₂, позволяющие проходить через них лентам 11 и 13 конвейера транспортировки почты, улавливая при этом большую часть частиц, выбрасываемых из почтового отправления. Пара прокладок 21₁ и 21₂ расположена в верхней части боковых желобов 17₁ и 17₂ для соединения с навесным колпаком 32. Навесной колпак 32, когда он находится в нижнем положении, является конечным элементом туннеля, образованного базовой плитой 23 почтообрабатывающего устройства, двумя боковыми желобами 17₁ и 17₂ и навесным колпаком 32. Навесной колпак имеет такую форму, что частицы направляются на вход шланга 37 для взятия проб, расположенного в конце туннеля. Размер туннеля рассчитан таким образом, чтобы интенсивность потока взятия проб концентратором аэрозолей (номинально 450 литров в минуту) обеспечивала достаточную скорость воздуха в туннеле, такую, чтобы частицы, которые можно вдохнуть (до 10 микрон), не осаждались внутри туннеля, но оставались во взвешенном состоянии. Кроме того, прохождение писем через туннель создает воздушный поток и перемешивает воздух так, что частицы не оседают в туннеле и могут быть забраны на входе шланга 37 для взятия проб, ведущего к подсистеме 22 отбора и концентрации аэрозолей. Колпак 32 подвешен, как показано на фиг.4А, что позволяет поднять его для разбора скопления писем, которое иногда образуется в области устройства для поштучного разделения.

Альтернативные системы взятия проб были разработаны для других частей почтообрабатывающего оборудования. В частности, коллекторная система 35 была разработана для устройства штемпелевания большеформатных писем, как показано на фиг.4D. Эта коллекторная система создает направленный вниз воздушный поток в накопительной зоне устройства штемпелевания большеформатных писем. После штемпелевания писем они укладываются в стопки или возвращаются в упорядоченную группу таким образом, чтобы их можно было поместить в контейнер и транспортировать на следующий этап обработки. Когда письмо оказывается в накопителе, поворотный рычаг 39 отодвигает письма, чтобы освободить пространство для следующего письма, выходящего из-под штемпеля. Поворотный рычаг 39 постоянно толкает письма, находящиеся в накопителе, от чего частицы, находящиеся в письме, выбрасываются наружу. Эти выброшенные частицы втягиваются вниз через отверстия в базовой плите или плитах 41 во всасывающие коллекторы 43, и далее через остальные компоненты системы. Подобные колпаки для взятия проб или коллекторы для взятия проб могут быть разработаны для других типов почтообрабатывающего оборудования.

В первый раз, когда письмо, например, зажимается в зоне захвата 34, воздух выталкивается из конверта. Если внутри конверта находятся какие-либо частицы, часть их будет выброшена из конверта в этой зоне. Отбор проб производится в колпаке 32, находящемся в зоне захвата 34, путем улавливания частиц, выброшенных в зоне захвата. Конструкция колпака и скорость взятия проб воздухосборником согласованы между собой таким образом, что воздух внутри колпака отбирается со скоростью, при которой захватываются практически все частицы, имеющиеся на этом участке конвейера. Это создает два преимущества: уменьшается количество пыли, возникающей при обработке почты, позволяя увеличить интервалы между необходимыми чистками, и обеспечивается сбор для анализа наибольшего количества целевых частиц.

После того как частицы захвачены, они по шлангу 37 направляются в сухой циклон 38, предпочтительно устанавливаемый в шкафу 30 системы БДС, как показано на фиг.4В, в котором используется аэродинамический размер частиц для отделения более крупных частиц от тех, размер которых позволяет их вдохнуть, и которые тем самым представляют наибольшую угрозу для здоровья людей. Это очищает аэрозольную пробу и препятствует засорению расположенного дальше оборудования крупными частицами пыли и волокон, а также не дает им нарушать процесс биологического обнаружения. Крупные частицы задерживаются в контейнере 40 и удаляются. Никакая фильтрующая среда, которая может оказаться забитой пылью, не используется. Контейнер 40 также предпочтительно размещается в шкафу 30.

Воздух из зоны захвата 34 может, при желании, непрерывно контролироваться опционным счетчиком частиц 28, как показано на фиг.3, который определяет число частиц в секунду в нескольких размерных диапазонах, проходящих через пункт взятия проб воздуха. Счетчик частиц 28 регистрирует предисторию прохождения частиц, которая может помочь идентифицировать зараженное устройство сортировки почты и примерное время прохода зараженного письма через устройство в случае, если контрольный блок, описанный ниже, обнаружит биологический агент. При обнаружении пика в потоке подсчитанных частиц, имеющих характеристики, соответствующие характеристикам предмета поиска, такого как возбудитель сибирской язвы, система может также использовать это событие для автоматического запуска процесса анализа пробы, который будет описан ниже. Оцениваемые характеристики частиц могут включать среди прочего количество, размер, форму и характер флуоресценции. В качестве устройства запуска можно использовать также масс-спектрометр (не показан).

Как уже упомянуто, система БДС, предлагаемая изобретением, может нормально работать и без счетчика частиц 28; однако при его использовании она может проводить анализы биологического агента периодическим образом в соответствии с графиком работы, установленным для оборудования почтовой службы США.

В каждом из блоков контроля 12₁ ... 12_n, как указывалось выше, имеется подсистема 22 отбора и концентрации аэрозолей, подсистема 24 автоматического перемещения картриджей с пробами и подсистема 26 биологического идентификатора, как показано на фиг.5.

Как показано на фиг.5, подсистема 22 отбора и концентрации аэрозолей предпочтительно модели SpinCon^®, непрерывно втягивает пробы воздуха из колпака 32 для взятия проб и вводит пробы в приблизительно 10 мл жидкости, находящейся в стеклянном сборнике (не показан). В определенные моменты времени в соответствии с рабочим графиком, составленным для конкретной установки, раствор перекачивается из сборника в сосуд, в котором он по желанию может смешиваться с буферной жидкостью при помощи одного или более буферных насосов 44. Часть, номинально 2 мл, смешанной пробы перекачивается в один из картриджей 46 на участке 48 заливки, после того как он будет перенесен туда двухкоординатным рабочим органом 50, который входит в состав подсистемы 24 перемещения картриджей. При желании в картридж на участке 48 заливки могут быть добавлены дополнительно буферный и обрабатывающий растворы.

Затем рабочий орган 50 автоматически вставляет картридж 46 в подсистему 26 биологического идентификатора, которой предпочтительно является системный прибор 47 GeneXpert^™, выполняющий анализ полимеразной цепной реакции (ПЦР), способный установить с высокой степенью надежности, содержат ли какие-либо частицы в жидкой пробе биологический агент. Прибор 47 автоматически обрабатывает пробу и проводит ПЦР-анализ, чтобы установить, присутствует ли в пробе один или несколько биологических агентов. Если результат испытания оказывается положительным в отношении агента или агентов, наличие которых проверяется, либо неопределенным, указывающим на то, что некоторые внутренние проверки, входящие в ПЦР-анализ, не были произведены должным образом, проводится контрольная проверка с использованием другой части первоначальной пробы и нового картриджа. После выполнения анализа оставшаяся проба переносится из сосуда в бутыль для отходов или в бутыль для хранения с целью последующего подтверждения результатов анализа в лабораторных условиях и сохранения в качестве улики. Система может по выбору сохранять либо все пробы, либо только те, которые дали положительный результат анализа.

Подсистема 24 биологического идентификатора предпочтительно управляется дистанционно из центрального узла 14 управления и контроля (фиг.1), который образует интерфейс с сетью 16 почтовой службы США, но может при желании быть сконфигурирован для локального управления.

Система БДС непрерывно собирает аэрозоли из выбранной зоны захвата в канале 36 транспортировки почты почтообрабатывающего устройства, как показано на фиг.4А и 4В. Периодически, в соответствии с производственным графиком предприятия, жидкие пробы, содержащие частицы, анализируются посредством автоматического ПЦР-теста. Этот первичный анализ называется предварительным тестом или скрининг-тестом. Если результаты теста на наличие интересующего вещества отрицательны, никаких дальнейших действий не требуется, и работа предприятия продолжается в обычном режиме.

Если результат теста «предварительно положительный», система должна автоматически провести подтверждающий (контрольный) тест, по выбору используя критерий, независимый от скрининг-теста, такой как вторичная последовательность генов исследуемого организма. Результаты предварительно положительного и подтверждающего тестов передаются в сеть наблюдения и экстренного реагирования. Результаты могут быть использованы для принятия наиболее подходящих решений относительно эвакуации персонала и вариантов экстренного реагирования, и проведения дальнейшего анализа сохраненной пробы в сторонней лаборатории. Фиг.8 иллюстрирует такую последовательность событий.

Элементы системы. Узел управления. Теперь рассмотрим предмет изобретения более подробно. Узел 14 контроля и управления (фиг.1А и 1В) обеспечивает координацию и связь всех элементов системы обнаружения биологически опасных агентов (система БДС). Узел 14 контроля и управления разработан для того, чтобы: (a) обеспечить единый пользовательский интерфейс для всей системы биологического обнаружения; (b) позволить пользователю быстро определить состояние всех элементов, связанных с системой; и (с) воспринимать команды для изменения параметров, что позволяет изменять конфигурацию, включая опции, такие как частота тестирования отобранных проб, количество печатаемых отчетов, пароли и уровни доступа, пороговые уровни индикации сообщений об ошибках и другие системные состояния. На самом низшем уровне узел 14 контроля и управления обеспечивает подачу сигнала тревоги, при получении положительного результата от прибора 47 для биологической идентификации. В узел 14 входит управляющий компьютер (не показан), который передает операторам и супервизорам информацию о состоянии всей системы. Кроме того, этот компьютер соединен сетью со всеми датчиками, такими как счетчики частиц, и с каждым блоком контроля 12. Узел 14 обеспечивает высокий уровень сбора статистических данных от каждого элемента, что необходимо для отчетов и отображения на экране. Кроме того, узел 14 сообщает данные о результатах проверки в приборе для биологической идентификации, соотносит данные, получаемые от счетчика частиц, с результатами каждого ПЦР-теста и отслеживает данные, выдаваемые счетчиком частиц за определенные периоды времени.

Процессорное управление. В каждом блоке контроля 12 установлен управляющий процессор 20, посылающий и принимающий сигналы от управляющего компьютера, установленного в узле 14 контроля и управления. Управляющий процессор 20 осуществляет функции процессорного управления, т.е.: (а) управляет жидкостным сопряжением между подсистемой 22 отбора и концентрации и подсистемой 26 биологического идентификатора; и (б) реагирует на любые ошибки или сигналы тревоги от подсистемы 22 и подсистемы 26.

Функции процессорного управления, обеспечиваемые процессором 20, отделены от узла 14 контроля и управления, поскольку управляющий процессор 20 обрабатывает срочные сигналы, влияющие на работу элементов системы в блоке контроля 12, включающем подсистему 22 отбора и концентрации аэрозолей, подсистему 24 перемещения картриджей и подсистему 26 биологического идентификатора.

Сборник и концентратор аэрозолей. С предлагаемой системой могут быть использованы подсистемы 22 отбора и концентрации аэрозолей различного типа, однако, предпочтительным вариантом этого устройства является запатентованная система SpinCon^®, разработанная в Midwest Research Institute (MRI). Система SpinCon^® 22 является эффективным устройством, хорошо соответствующим широкому диапазону современных требований, предъявляемых к отбору проб из воздуха, включая сбор биологических аэрозолей, твердых частиц, содержащихся в воздухе, и растворимых испарений. Основной элемент для отбора проб в системе SpinCon^® 22 - это так называемый контактор - вертикальная стеклянная трубка (не показана) с почти тангенциальной вертикальной прорезью сбоку, открытая с верхнего конца. Жидкость помещается в контактор, воздух втягивается через прорезь и выходит через открытый конец контактора. Прорезь действует как трубка Вентури или инжекционная форсунка; когда воздух проходит через прорезь, он ускоряется и затем сталкивается с вращающейся жидкостью в контакторе, образуя мокрый циклон. Затем жидкость для взятия проб дробится на множество мелких капель, что значительно увеличивает площадь поверхности, соприкасающейся с воздухом. Эти капли затем начинают следовать за воздушным потоком. Прорезь проходит практически в тангенциальном направлении, поэтому воздушный поток пересекает хорду круглого сечения контактора. В это время частицы из воздуха подхватываются жидкостью. Когда воздух и капли достигают другой стороны контактора, капли ударяются о стенку, и снова образуется поток жидкости. Одна и та же жидкость дробится снова и снова, вследствие чего концентрация частиц в жидкости линейно возрастает в функции времени. Вращающаяся жидкость в контакторе покрывает только 30-40% прорези, поэтому только 30-40% воздуха, втягиваемого в устройство, берется в качестве пробы.

Система SpinCon^® 22 очень эффективна для взятия биологических проб размером от 1 до 10 микрон, а также и многих типов частиц меньшего размера и даже химических проб с размером агломерата меньше 1 микрона. Это происходит благодаря раздробленному состоянию жидкости в месте взятия проб; обширная поверхность собирает более крупные частицы, в то время как броуновское движение, которое управляет движением мелких частиц, позволяет жидкости подхватить частицы меньшего размера.

Автоматика перемещения картриджей. Подсистема 24 перемещения картриджей, как показано на фиг.5, механически связывает подсистему 22 отбора и концентрации с прибором 47 ПЦР-теста подсистемы 26 биологического идентификатора. Кроме двухкоординатного манипулятора или рабочего органа 50, содержащего захват 52 для надежного удержания картриджа 46, в подсистему 24 перемещения картриджей входит также конвейер 54, расположенный над стеллажом 56 для хранения картриджей, который вмещает заданное количество картриджей 46 с жидкими пробами, такое, чтобы обеспечить до 10 часов работы без вмешательства оператора. В процессоре 20 (фиг.3) имеется контроллер, осуществляющий процесс перемещения картриджей и обеспечивающий связь с остальной частью предлагаемой изобретением системы БДС для координации всех процессов переноса и идентификации.

Двухкоординатный рабочий орган (манипулятор) 50, изображенный на фиг.5, содержит механическое устройство простой, недорогой конструкции, форма которого соответствует контуру подсистемы 26 биологического идентификатора (длинный размер X, короткий - Y). Он помещается в том же шкафу 30, что и подсистема 22 и подсистема 26, так что образуется компактная встроенная система обнаружения.

К дополнительным особенностям подсистемы 24 перемещения картриджей относятся: (а) шаговый двигатель с обратной связью по положению; (b) он по одному подводит картриджи 46 для жидких проб одновременно к трем иглам для подкожного впрыскивания, две из которых 60 и 62 показаны на фиг.5, для заливки пробы и буфера без дополнительных осей перемещения; (с) отсутствие прямого контакта с оператором; (d) интерфейс контроллера с системой управления более высокого уровня; и (e) механизм 64 ввода и извлечения в прибор 47 для биологической идентификации.

Биоидентификатор. Как уже упомянуто, для обнаружения опасных биологических агантов широко применяются два метода: (1) иммунологический анализ и (2) полимеразная цепная реакция (ПЦР). Метод иммунологического анализа основан на специфическом взаимодействии антител с патогенным организмом. Это взаимодействие обычно обнаруживается оптическим или электрохимическим способом. ПЦР непосредственно об