國外生物戰劑監測裝備發展狀況研究

韓 軍，許林軍

盡管1972年以來已有162個國家簽署了《禁止生物武器公約》，但是隨著國際社會對核生化恐怖襲擊以及大規模殺傷性武器技術日益擴散的擔憂，特別是“非典”、“禽流感”及“炭疽郵件”事件引起了全球范圍內的恐慌，國際社會對生物戰劑的檢測技術給予了空前的重視，各軍事技術強國都加快了對生物戰劑監測預警裝備的發展步伐［1］。

對可疑生物戰劑病原微生物或細菌、毒素進行檢測和鑒別，是判斷是否使用生物戰劑的主要依據［2］。在生物戰劑現場檢測報警技術領域，近年來國外重點開展了生物氣溶膠連續監測技術研究，研制出固定式生物氣溶膠報警系統、點源式生物源毒劑綜合探測系統，基本建立起對生物氣溶膠的連續監測和現場快速檢測手段。一些發達國家將化學偵察技術拓展到生物檢測領域，集中研究能識別生物戰劑的探測器，能觀察和判斷云團的遠距離探測器、氣溶膠粒子篩選器，以免疫測定為基礎的探測器、基因探測器以及表面聲波傳感器等。美國在生物戰劑監測領域的技術實力最強，已研制出生物戰劑檢測樣機，如氣溶膠觀察儀、激光雷達生物戰劑偵察儀、生物發光生物戰劑偵察儀、化學發光生物戰劑警報器和粒子顏色生物戰劑報警器等［3］。

總體看，國外對生物戰劑的偵察報警技術目前主要集中在現場快速檢測與遠距離遙測生物氣溶膠領域［4］。其中，現場檢測的重點是解決對生物氣溶膠的預警和對生物戰劑特異性排查。目前成型的生物戰劑檢測裝備主要有3種類型:(1)具有氣溶膠監測和生物特異性檢測功能的綜合性生物戰劑監測報警設備;(2)只具有氣溶膠監測功能的生物氣溶膠報警設備;(3)只具有生物戰劑特異性檢測功能的生物戰劑特異性快速檢測設備及其配套的生物氣溶膠采樣設備［5-8］。3類生物偵察監測裝備的基本性能見表1。

1 綜合性生物戰劑監測報警設備

綜合性生物戰劑監測報警設備兼具氣溶膠監測和生物特異性檢測功能，它集生物氣溶膠檢測設備、氣溶膠粒子采樣設備和生物戰劑特異性快速檢測設備于一體，便于安裝在車輛、船舶等平臺上，具備自動監測鑒別生物戰劑氣溶膠的能力。綜合性生物戰劑監測報警設備體積較大，技術較復雜，成本較高。國外比較成熟的主要有美軍裝備的生物戰劑綜合檢測系統(BIDS)、斯瑞克核生化偵察車(Stryker NBCRV)、聯合生物戰劑點源探測系統(JBPDS)等。法軍裝備的MAB型生物偵檢儀一般與CORIOLIS MS型生化氣體取樣器和KIM型戰地生化分析儀聯合使用，使其具備對生物氣溶膠報警、采樣和特異性檢驗的綜合功能。

1.1 BIDS BIDS是美軍裝備的一種機動生物戰劑偵察、檢測和鑒定系統，由5個部分組成:車輛、掩體、輔助設備、動力、生物檢測設備。BIDS系統集成了紫外熒光生物粒子計數器、大流量空氣微生物采樣器、閾值工作站、流式細胞儀、生化質譜儀和生物偵檢器等多項技術，采用模塊化設計，使用悍馬車底盤。其P3I-BIDS型可在30 min內同時偵檢8種生物戰劑，已經裝備到美軍(防)化學分隊。

1.2 Stryker NBCRV 美軍近期裝備的Stryker NBCRV，主要用于對固定場所，如港口、機場等進行生化偵檢、警報與取樣，裝備有第2代化學生物質譜儀、聯合生物定位探測系統和聯合部隊輕型遠距離化學制劑探測器，可在機動中探測5 km范圍內的毒劑和生物戰劑。

1.3 JBPDS 這是由美國陸軍部研制開發的一種新的快速檢測技術平臺，是新一代核化生偵察車和P3I-BIDS的關鍵技術平臺。JBPDS有2種配置:一種用于車載，重量為142.9 kg;另一種是輕便型的，重量為96.6 kg，可拆分成兩部分攜帶。JBPDS系統具備在20 min內同時偵檢10種生物戰劑的能力，可在戰場上進行定點生物探測，并可獨立作業或加入警報網。可遙控操作，具有收集、偵測、鑒定、警報4項功能。

1.4 MAB型生物偵檢儀及其配套設備 法國產的MAB型生物偵檢儀使用火焰燃燒分光光度法檢測空氣中生物戰劑。如果空氣中特定粒子的濃度快速增加或濃度達到一定程度，MAB將發出警報，并分析粒子的濃度、辨別種類(孢子、細菌、毒素)，同時可觸發提取器開始取樣。MAB型生物偵檢儀一般與XH-BSA生物采樣器和KIM型戰地生化分析儀配套使用，也可以單獨使用。MAB主要由探測器和警報顯示盒兩部分組成，可固定在野外、室內或移動使用，現已裝備于法國、加拿大、美國、英國、日本、西班牙、意大利等20多個國家的部隊。

1.5 XH-BSA型野戰生物氣體取樣器 法國產的XH-BSA型野戰生物氣溶膠取樣器是一種加固型取樣器，可捕獲生物氣溶膠，如炭疽、瘟疫等。完成取樣收集后，使用者即可取出反應瓶進行后續分析(免疫分析、聚合酶鏈反應、培植等)。

表1 國外生物偵察監測裝備基本性能匯總

1.6 XH-BIF野戰生物識別儀 法國產的XH-BIF野戰生物識別儀可識別炭疽、瘟疫、肉毒桿菌毒素A/B/E、蓖麻毒素等，具有使用方便、堅固耐用、便于攜帶的特點，其檢測卡的有效期2年。

2 生物氣溶膠報警設備

生物氣溶膠報警設備的原理是利用生物粒子生命體新陳代謝產物如VB2、NAPH、NADPH等在特定紫外光激發下發出特定波長的熒光進行檢測，其最佳激發波長為270～300 nm，VB2熒光波長為450 nm左右，NAPH及NADPH熒光波長為340 nm左右。由于一些無機礦物質在紫外光激發下也會發出熒光，因此生物氣溶膠報警設備通過采集特定粒徑范圍的粒子來排除干擾物(通常人工釋放的生物氣溶膠粒徑范圍在0.5～20 μm)。通過對特定粒徑生物離子的熒光特性進行連續檢測，可以發現空氣中生物粒子濃度的突然增加，當設備檢測到空氣中生物粒子濃度增加速度超過閾值就會觸發報警。

2.1 Bio100型生物氣溶膠探測器 Bio100生物氣溶膠探測器是依維公司(Environics)研制開發的一款檢測設備，是一種可持續工作的傳感器，用于探測空氣中潛在的有害生物威脅，主要包括炭疽、野兔熱、病毒及毒素。當檢測到生物氣溶膠濃度異常升高后，該設備可自動采集微粒樣本用于鑒定分析。Bio100探測器檢測的氣溶膠顆粒直徑為1～10 μm。

2.2 Bio200生物報警采樣系統(Bio200 BAS) Bio200 BAS是依維公司研制開發的另一款生物氣溶膠檢測設備，用于測定氣體中有害生物氣溶膠。該設備有1個背景氣溶膠探測系統，用于消除環境中潛在分散的無毒氣溶膠引起的誤報。

2.3 VeroTect生物戰劑報警器 這是由Biral公司研制生產的一款生物氣溶膠粒徑/形狀/濃度實時監測設備，該設備集氣溶膠粒徑、形狀分析技術與氣溶膠熒光檢測技術于一體，采用特制的氙燈為激發光源，激發波長280 nm，熒光檢測波長分別為330～420 nm和420～650 nm。

2.4 AP4C-FB型生物和化學偵檢儀 法國產的AP4C-FB型生物和化學偵檢儀是一種固定安裝的偵檢儀，通常使用在建筑物的通風口、重大基礎設施與艦船上。

2.5 AirSentinel 1000B生物氣溶膠檢測器 該檢測器能夠連續檢測有害生物氣溶膠大小并計數，因此可以檢測有害生物氣溶膠的濃度變化，響應時間2 min。當檢測到空氣中生物氣溶膠濃度變化異常時能夠自動采集樣品，以用于后續的免疫法和PCR方法分析［9］。

2.6 C-FLAPS生物氣溶膠探測系統 該系統由加拿大Dycor Technologies公司和美國TSI Incorporated公司共同研發。C-FLAPS系統基于熒光激光空氣動力學粒徑技術，其核心FLAPSⅢ(3317)熒光氣溶膠粒子傳感器已在多個國家國防研究機構進行過多次比較性測試和評估試驗，可安裝于軍事監測車、艦艇平臺、野外保護站點等。

3 生物戰劑特異性快速檢測設備及其配套的采樣設備

對采集生物戰劑氣溶膠樣品的現場快速特異性檢測，目前較為成熟的是膠體金層析技術和上轉發光技術等免疫學方法［10］。膠體金層析技術是以微孔膜為固相載體，包被已知抗原或抗體，加入待測樣本后，經微孔膜的滲濾作用或毛細管虹吸作用，使標本中的抗體或抗原與膜上包被的抗原或抗體結合，再通過膠體金標記物(或其他)指示劑與之反應形成紅色的可見結果。目前常見的有2種形式:一種是側向橫流形式，又稱為免疫層析試驗;另一種是穿流形式，又稱免疫滲濾試驗，國內常簡稱滴金免疫滲濾試驗，可適用于各種微生物的檢測。上轉發光技術是指對上轉發光材料(upconve ring phosphor，UCP)進行一系列的表面修飾與活化后，將其作為生物標記物與多種生物活性分子相連接，在紅外光照射下，以其獨特的上轉磷光指示生物活性分子之間高靈敏、特異性的識別技術，適用于各種微生物與毒素的檢測。

3.1 RAMP生物快速檢測系統 該系統由加拿大Response公司制造，配置了炭疽桿菌、天花病毒、蓖麻毒素和肉毒毒素的檢測試劑盒。

3.2 艾德文生物戰劑檢測條 美國生產的該檢測條可用于對環境中采集的生物樣品進行初步排查，將熒光染色乳膠顆粒上特殊抗體和樣品結合，一次性檢測樣品中的鼠疫、蓖麻、炭疽、兔熱、肉毒、SEB共6種生物戰劑。

3.3 XH-BIF野戰生物識別儀 這是法國產的野戰生物識別儀，可識別炭疽、瘟疫、肉毒桿菌毒素A/B/E、蓖麻毒素等。

3.4 XH-BIM型移動生物偵檢儀 這是美國產的移動生物偵檢儀，可檢測炭疽、鼠疫、蓖麻毒素、天花、兔熱病菌、肉毒桿菌毒素、葡萄球菌腸毒素B、布魯氏菌等;只需15 min，既可屏幕顯示，也可儲存于系統記憶及RFID芯片中，結果可以打印。

4 展望

隨著現代生物技術的進步，生物戰劑偵察監測技術裝備正呈現快速發展的態勢，新產品不斷涌現，應用范圍逐漸擴展。下一步將會在以下幾個方面進行拓展:(1)在生物氣溶膠粒子的采集技術上，將利用現代空氣動力學技術，提高對特定粒徑生物粒子的分離、采集效率，減少干擾粒子進入光電檢測通道的幾率;(2)開展對目標生物粒子熒光特征和其他物化特征的研究，采用生物、化學、物理學等復合檢測方法，提高對目標生物粒子的識別率，降低誤報率;(3)進一步拓展對生物粒子快速進行廣譜特異性自動鑒別技術，逐漸增加鑒別生物戰劑的種類，提高全譜鑒別的速度，降低誤檢率和漏檢率，延長生物檢測部件的存儲壽命;(4)生物戰劑檢測與鑒定方法開始向自動化、數字化方向發展［11］，以進一步優化生物報警設備的結構，提升裝備的信息化水平，減小體積、重量，提高可靠性及環境適應性，降低裝備的采購和運行成本。

［1］廖應昌.國外生物戰劑偵檢研究進展［J］.解放軍醫學情報，1994，8(2):89-91.

［2］高東旗，李青風，杜玉萍.生物戰劑的基本檢驗程序［J］.醫學動物防制，2009，25(7):540-541.

［3］羅振坤，王秋華.化學/生物戰劑激光雷達探測技術［J］.醫療衛生裝備，2011，32(1):81-87.

［4］馬靜，李勁松，杜新，等.外軍生物武器醫學防護裝備現狀與發展［J］.醫療衛生裝備，2003，24(2):28-31.

［5］邊歸國.生物恐怖因子檢測技術進展［J］.中國衛生檢驗雜志，2004，14(5):515-518.

［6］楊建軍，王宗賢，杜凱音.生物威脅因子檢測方法進展［J］.中國衛生檢驗雜志，2008，18(4):759-764.

［7］高樹田，張曉峰.現代生物戰劑檢測技術及典型裝備［J］.醫療衛生裝備，2010，31(3):51-53.

［8］趙珂，賈啟中，王磊.生物戰劑檢測技術研究進展及其發展趨勢［J］.預防醫學情況雜志，2008，24(1):41-45.

［9］李青鳳，高東旗，杜玉萍，等.利用PCR技術檢測多種常見生物戰劑［J］.華北國防醫藥，2009，2l(4):33-34.

［10］陳秋莉，戚中田.生物戰劑檢測與鑒別的免疫學方法［J］.國外醫學:預防診斷治療生物制品分冊，2005，28(3):126-129.

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