SASS 3100 high-volume electret filter air sampler – sampling and recovery efficiency

Abstract

The Norwegian Defence Research Establishment (FFI) and The Netherlands Organisation for Applied Scientific Research (TNO) both have experience in Test and Evaluation (T&E) of Biological Detection, Identification, and Monitoring (BioDIM) equipment. The bioaerosol T&E infrastructure in the two organizations have a high degree of technical similarity, which provide a good starting point for increased procedural harmonisation. The work described in this report was done in the context of Bioaerosol RDT&E SMART Bioscreen, a CBRN project in the SMART agreement (Strategic Mutual Assistance in Research and Technology) between the Netherlands and Norway. This report summarize the results from a aerosol chamber-based T&E that was done to assess the sampling and recovery efficiency of the SASS 3100. The test objective was to assess the end-to-end sampling efficiency using different test aerosols and downstream sample analysis techniques. The test aerosols included Gram-positive bacterial spores, Gram-negative vegetative bacteria, fluorescent tracer, and polystyrene latex (PSL) microspheres. The collected samples were analyzed using cultivation for Gram-positive bacterial spores, fluorescence measurement for Uranine AP used as a fluorescent tracer, Flow cytometry (FCM) analysis for PSL microspheres, and quantitative PCR (qPCR) analysis for Gram-negative vegetative bacteria. The end-to-end sampling efficiency was also assessed at different sampling flow rates and particle sizes. End-to-end sampling efficiencies were determined by comparing SASS 3100 samples with well-characterized gelatine filters used for reference sampling. The SASS 3100 high-volume electret filter air sampler was also used in the now completed SMART Bioscreen project to realize the high-volume air sampling element of an integrated detect-to-treat BioDIM technology demonstrator. Taken together, the test results showed that very high (~100%) extraction efficiencies can be achived with the SASS 3100 electret filters both for bacterial spores and microspheres. The test results also showed that the SASS 3100 air sampler has a very high (78–100%) end-to-end sampling efficiency, and that the end-to-end sampling efficiency is largely independent of the sampling flow rate, sampled particle size, test aerosol composition and downstream analysis technique.

Forsvarets forskningsinstitutt (FFI) og the Netherlands Organisation for Applied Scientific Research (TNO) har begge erfaring med test og evaluering (T&E) av ustyr til biologisk deteksjon, identifikasjon og monitorering (BioDIM). Infrastruktur knyttet til T&E av BioDIM-utstyr i de to organisasjonene har store likheter og er et godt utgangspunkt for økt harmonisering av testprosedyrer. Denne rapporten beskriver en leveranse innenfor delprosjektet Bioaerosol RDT&E (forskning, utvikling, test og evaluering) i samsvar med SMART Bioscreen, et CBRN-prosjekt innenfor SMART-avtalen (Strategic Mutual Assistance in Research and Technology) mellom Norge og Nederland. Rapporten oppsummerer resultater fra T&E utført i FFIs aerosolkammer for å vurdere SASS 3100s effektivitet som luftprøvetaker og effektivitet ved eluering av luftprøver fra electret-filtrene. Formålet med forsøkene var å finne den totale (ende-til-ende) prøvetakingseffektiviteten for ulike typer aerosol, partikkelstørrelser og nedstrøms analysemetoder. De ulike testaerosolene inkluderte bakteriesporer, gram-negative vegetative bakterier, fluoriscerende sporstoff (uranin) og monodisperse plastkuler (polymerpartikler). Prøvene ble analysert ved bruk av ulike metoder som dyrking av sporer på agarmedie, fluorescensmåling av uranin AP, flowcytometri av monodisperse plastkuler og kvantitativ PCR på vegetative gram-negative bakterier. Den totale prøvetakingseffektiviteten ble også undersøkt ved ulike strømningshastigheter og partikkelstørrelser. Den totale prøvetakingseffektiviteten ble bestemt ved å sammenligne SASS 3100-prøver med referanseprøver fra godt dokumenterte og karakteriserte gelatinfiltre. SASS 3100 ble også benyttet i det avsluttede SMART Bioscreen-prosjektet innen CBRNbeskyttelse der den ble benyttet som høyvolumluftprøvetaker i en integrert «detect-to-treat»- kapabilitet basert på metagenommetode og haglesekvensering. Resultatene viste at høy elueringseffektivitet (~100%) ble oppnådd fra electretfiltrene både ved bruk av bakteriesporer og monodisperse plastkuler. Forsøkene viste også at SASS 3100 var en effektiv luftprøvetaker (70–100 %) og at den høye effektiviteten var uavhengig av strømningshastighet, partikkelstørrelse, testaerosol og nedstrøms analysemetode.