国外生物战剂监测装备发展状况研究

韩 军，许林军

尽管1972年以来已有162个国家签署了《禁止生物武器公约》，但是随着国际社会对核生化恐怖袭击以及大规模杀伤性武器技术日益扩散的担忧，特别是“非典”、“禽流感”及“炭疽邮件”事件引起了全球范围内的恐慌，国际社会对生物战剂的检测技术给予了空前的重视，各军事技术强国都加快了对生物战剂监测预警装备的发展步伐［1］。

对可疑生物战剂病原微生物或细菌、毒素进行检测和鉴别，是判断是否使用生物战剂的主要依据［2］。在生物战剂现场检测报警技术领域，近年来国外重点开展了生物气溶胶连续监测技术研究，研制出固定式生物气溶胶报警系统、点源式生物源毒剂综合探测系统，基本建立起对生物气溶胶的连续监测和现场快速检测手段。一些发达国家将化学侦察技术拓展到生物检测领域，集中研究能识别生物战剂的探测器，能观察和判断云团的远距离探测器、气溶胶粒子筛选器，以免疫测定为基础的探测器、基因探测器以及表面声波传感器等。美国在生物战剂监测领域的技术实力最强，已研制出生物战剂检测样机，如气溶胶观察仪、激光雷达生物战剂侦察仪、生物发光生物战剂侦察仪、化学发光生物战剂警报器和粒子颜色生物战剂报警器等［3］。

总体看，国外对生物战剂的侦察报警技术目前主要集中在现场快速检测与远距离遥测生物气溶胶领域［4］。其中，现场检测的重点是解决对生物气溶胶的预警和对生物战剂特异性排查。目前成型的生物战剂检测装备主要有3种类型:(1)具有气溶胶监测和生物特异性检测功能的综合性生物战剂监测报警设备;(2)只具有气溶胶监测功能的生物气溶胶报警设备;(3)只具有生物战剂特异性检测功能的生物战剂特异性快速检测设备及其配套的生物气溶胶采样设备［5-8］。3类生物侦察监测装备的基本性能见表1。

1 综合性生物战剂监测报警设备

综合性生物战剂监测报警设备兼具气溶胶监测和生物特异性检测功能，它集生物气溶胶检测设备、气溶胶粒子采样设备和生物战剂特异性快速检测设备于一体，便于安装在车辆、船舶等平台上，具备自动监测鉴别生物战剂气溶胶的能力。综合性生物战剂监测报警设备体积较大，技术较复杂，成本较高。国外比较成熟的主要有美军装备的生物战剂综合检测系统(BIDS)、斯瑞克核生化侦察车(Stryker NBCRV)、联合生物战剂点源探测系统(JBPDS)等。法军装备的MAB型生物侦检仪一般与CORIOLIS MS型生化气体取样器和KIM型战地生化分析仪联合使用，使其具备对生物气溶胶报警、采样和特异性检验的综合功能。

1.1 BIDS BIDS是美军装备的一种机动生物战剂侦察、检测和鉴定系统，由5个部分组成:车辆、掩体、辅助设备、动力、生物检测设备。BIDS系统集成了紫外荧光生物粒子计数器、大流量空气微生物采样器、阈值工作站、流式细胞仪、生化质谱仪和生物侦检器等多项技术，采用模块化设计，使用悍马车底盘。其P3I-BIDS型可在30 min内同时侦检8种生物战剂，已经装备到美军(防)化学分队。

1.2 Stryker NBCRV 美军近期装备的Stryker NBCRV，主要用于对固定场所，如港口、机场等进行生化侦检、警报与取样，装备有第2代化学生物质谱仪、联合生物定位探测系统和联合部队轻型远距离化学制剂探测器，可在机动中探测5 km范围内的毒剂和生物战剂。

1.3 JBPDS 这是由美国陆军部研制开发的一种新的快速检测技术平台，是新一代核化生侦察车和P3I-BIDS的关键技术平台。JBPDS有2种配置:一种用于车载，重量为142.9 kg;另一种是轻便型的，重量为96.6 kg，可拆分成两部分携带。JBPDS系统具备在20 min内同时侦检10种生物战剂的能力，可在战场上进行定点生物探测，并可独立作业或加入警报网。可遥控操作，具有收集、侦测、鉴定、警报4项功能。

1.4 MAB型生物侦检仪及其配套设备 法国产的MAB型生物侦检仪使用火焰燃烧分光光度法检测空气中生物战剂。如果空气中特定粒子的浓度快速增加或浓度达到一定程度，MAB将发出警报，并分析粒子的浓度、辨别种类(孢子、细菌、毒素)，同时可触发提取器开始取样。MAB型生物侦检仪一般与XH-BSA生物采样器和KIM型战地生化分析仪配套使用，也可以单独使用。MAB主要由探测器和警报显示盒两部分组成，可固定在野外、室内或移动使用，现已装备于法国、加拿大、美国、英国、日本、西班牙、意大利等20多个国家的部队。

1.5 XH-BSA型野战生物气体取样器 法国产的XH-BSA型野战生物气溶胶取样器是一种加固型取样器，可捕获生物气溶胶，如炭疽、瘟疫等。完成取样收集后，使用者即可取出反应瓶进行后续分析(免疫分析、聚合酶链反应、培植等)。

表1 国外生物侦察监测装备基本性能汇总

1.6 XH-BIF野战生物识别仪 法国产的XH-BIF野战生物识别仪可识别炭疽、瘟疫、肉毒杆菌毒素A/B/E、蓖麻毒素等，具有使用方便、坚固耐用、便于携带的特点，其检测卡的有效期2年。

2 生物气溶胶报警设备

生物气溶胶报警设备的原理是利用生物粒子生命体新陈代谢产物如VB2、NAPH、NADPH等在特定紫外光激发下发出特定波长的荧光进行检测，其最佳激发波长为270～300 nm，VB2荧光波长为450 nm左右，NAPH及NADPH荧光波长为340 nm左右。由于一些无机矿物质在紫外光激发下也会发出荧光，因此生物气溶胶报警设备通过采集特定粒径范围的粒子来排除干扰物(通常人工释放的生物气溶胶粒径范围在0.5～20 μm)。通过对特定粒径生物离子的荧光特性进行连续检测，可以发现空气中生物粒子浓度的突然增加，当设备检测到空气中生物粒子浓度增加速度超过阈值就会触发报警。

2.1 Bio100型生物气溶胶探测器 Bio100生物气溶胶探测器是依维公司(Environics)研制开发的一款检测设备，是一种可持续工作的传感器，用于探测空气中潜在的有害生物威胁，主要包括炭疽、野兔热、病毒及毒素。当检测到生物气溶胶浓度异常升高后，该设备可自动采集微粒样本用于鉴定分析。Bio100探测器检测的气溶胶颗粒直径为1～10 μm。

2.2 Bio200生物报警采样系统(Bio200 BAS) Bio200 BAS是依维公司研制开发的另一款生物气溶胶检测设备，用于测定气体中有害生物气溶胶。该设备有1个背景气溶胶探测系统，用于消除环境中潜在分散的无毒气溶胶引起的误报。

2.3 VeroTect生物战剂报警器 这是由Biral公司研制生产的一款生物气溶胶粒径/形状/浓度实时监测设备，该设备集气溶胶粒径、形状分析技术与气溶胶荧光检测技术于一体，采用特制的氙灯为激发光源，激发波长280 nm，荧光检测波长分别为330～420 nm和420～650 nm。

2.4 AP4C-FB型生物和化学侦检仪 法国产的AP4C-FB型生物和化学侦检仪是一种固定安装的侦检仪，通常使用在建筑物的通风口、重大基础设施与舰船上。

2.5 AirSentinel 1000B生物气溶胶检测器 该检测器能够连续检测有害生物气溶胶大小并计数，因此可以检测有害生物气溶胶的浓度变化，响应时间2 min。当检测到空气中生物气溶胶浓度变化异常时能够自动采集样品，以用于后续的免疫法和PCR方法分析［9］。

2.6 C-FLAPS生物气溶胶探测系统 该系统由加拿大Dycor Technologies公司和美国TSI Incorporated公司共同研发。C-FLAPS系统基于荧光激光空气动力学粒径技术，其核心FLAPSⅢ(3317)荧光气溶胶粒子传感器已在多个国家国防研究机构进行过多次比较性测试和评估试验，可安装于军事监测车、舰艇平台、野外保护站点等。

3 生物战剂特异性快速检测设备及其配套的采样设备

对采集生物战剂气溶胶样品的现场快速特异性检测，目前较为成熟的是胶体金层析技术和上转发光技术等免疫学方法［10］。胶体金层析技术是以微孔膜为固相载体，包被已知抗原或抗体，加入待测样本后，经微孔膜的渗滤作用或毛细管虹吸作用，使标本中的抗体或抗原与膜上包被的抗原或抗体结合，再通过胶体金标记物(或其他)指示剂与之反应形成红色的可见结果。目前常见的有2种形式:一种是侧向横流形式，又称为免疫层析试验;另一种是穿流形式，又称免疫渗滤试验，国内常简称滴金免疫渗滤试验，可适用于各种微生物的检测。上转发光技术是指对上转发光材料(upconve ring phosphor，UCP)进行一系列的表面修饰与活化后，将其作为生物标记物与多种生物活性分子相连接，在红外光照射下，以其独特的上转磷光指示生物活性分子之间高灵敏、特异性的识别技术，适用于各种微生物与毒素的检测。

3.1 RAMP生物快速检测系统 该系统由加拿大Response公司制造，配置了炭疽杆菌、天花病毒、蓖麻毒素和肉毒毒素的检测试剂盒。

3.2 艾德文生物战剂检测条 美国生产的该检测条可用于对环境中采集的生物样品进行初步排查，将荧光染色乳胶颗粒上特殊抗体和样品结合，一次性检测样品中的鼠疫、蓖麻、炭疽、兔热、肉毒、SEB共6种生物战剂。

3.3 XH-BIF野战生物识别仪 这是法国产的野战生物识别仪，可识别炭疽、瘟疫、肉毒杆菌毒素A/B/E、蓖麻毒素等。

3.4 XH-BIM型移动生物侦检仪 这是美国产的移动生物侦检仪，可检测炭疽、鼠疫、蓖麻毒素、天花、兔热病菌、肉毒杆菌毒素、葡萄球菌肠毒素B、布鲁氏菌等;只需15 min，既可屏幕显示，也可储存于系统记忆及RFID芯片中，结果可以打印。

4 展望

随着现代生物技术的进步，生物战剂侦察监测技术装备正呈现快速发展的态势，新产品不断涌现，应用范围逐渐扩展。下一步将会在以下几个方面进行拓展:(1)在生物气溶胶粒子的采集技术上，将利用现代空气动力学技术，提高对特定粒径生物粒子的分离、采集效率，减少干扰粒子进入光电检测通道的几率;(2)开展对目标生物粒子荧光特征和其他物化特征的研究，采用生物、化学、物理学等复合检测方法，提高对目标生物粒子的识别率，降低误报率;(3)进一步拓展对生物粒子快速进行广谱特异性自动鉴别技术，逐渐增加鉴别生物战剂的种类，提高全谱鉴别的速度，降低误检率和漏检率，延长生物检测部件的存储寿命;(4)生物战剂检测与鉴定方法开始向自动化、数字化方向发展［11］，以进一步优化生物报警设备的结构，提升装备的信息化水平，减小体积、重量，提高可靠性及环境适应性，降低装备的采购和运行成本。

［1］廖应昌.国外生物战剂侦检研究进展［J］.解放军医学情报，1994，8(2):89-91.

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［3］罗振坤，王秋华.化学/生物战剂激光雷达探测技术［J］.医疗卫生装备，2011，32(1):81-87.

［4］马静，李劲松，杜新，等.外军生物武器医学防护装备现状与发展［J］.医疗卫生装备，2003，24(2):28-31.

［5］边归国.生物恐怖因子检测技术进展［J］.中国卫生检验杂志，2004，14(5):515-518.

［6］杨建军，王宗贤，杜凯音.生物威胁因子检测方法进展［J］.中国卫生检验杂志，2008，18(4):759-764.

［7］高树田，张晓峰.现代生物战剂检测技术及典型装备［J］.医疗卫生装备，2010，31(3):51-53.

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［10］陈秋莉，戚中田.生物战剂检测与鉴别的免疫学方法［J］.国外医学:预防诊断治疗生物制品分册，2005，28(3):126-129.

［11］Hawley RJ，Eitzen EJ.Biological weapons—a primer for microbiologists［J］.Annu Rev Microbiol，2001，55(3):235.