Sähkömagneettisten aaltojen vaikutukset patogeenisiin viruksiin ja siihen liittyviin mekanismeihin: katsaus Journal of Virology

Patogeenisistä virusinfektioista on tullut merkittävä kansanterveysongelma maailmanlaajuisesti. Virukset voivat tarttua kaikkiin solujen organismeihin ja aiheuttaa vaihtelevia vammoja ja vaurioita, mikä johtaa sairauteen ja jopa kuolemaan. Erittäin patogeenisten virusten, kuten vakavien akuutin hengitysoireyhtymän Coronavirus 2 (SARS-COV-2), esiintyvyyden myötä on kiireellisesti kehitettävä tehokkaita ja turvallisia menetelmiä patogeenisten virusten inaktivoimiseksi. Perinteiset menetelmät patogeenisten virusten inaktivoimiseksi ovat käytännöllisiä, mutta niissä on joitain rajoituksia. Suuren läpäisevän voiman, fyysisen resonanssin ja ilman pilaantumisen ominaisuuksilla sähkömagneettisista aalloista on tullut potentiaalinen strategia patogeenisten virusten inaktivoinnille ja houkuttelevat kasvavaa huomiota. Tämä artikkeli tarjoaa yleiskuvan viimeaikaisista julkaisuista sähkömagneettisten aaltojen vaikutuksesta patogeenisiin viruksiin ja niiden mekanismeihin sekä sähkömagneettisten aaltojen käyttämiseen patogeenisten virusten inaktivoitumiseen sekä uusiin ideoihin ja menetelmiin tällaiselle inaktivoinnille.
Monet virukset leviävät nopeasti, jatkuvat pitkään, ovat erittäin patogeenisiä ja voivat aiheuttaa globaaleja epidemioita ja vakavia terveysriskejä. Ennaltaehkäisy, havaitseminen, testaus, hävittäminen ja hoito ovat keskeisiä vaiheita viruksen leviämisen lopettamiseksi. Patogeenisten virusten nopea ja tehokas eliminointi sisältää ennaltaehkäisevän, suojaavan ja lähteen eliminoinnin. Patogeenisten virusten inaktivointi fysiologisella tuhoamisella niiden tarttuvuuden, patogeenisyyden ja lisääntymiskyvyn vähentämiseksi on tehokas menetelmä niiden eliminoinnille. Perinteiset menetelmät, mukaan lukien korkea lämpötila, kemikaalit ja ionisoiva säteily, voivat inaktivoida tehokkaasti patogeenisiä viruksia. Näillä menetelmillä on kuitenkin vielä joitain rajoituksia. Siksi on edelleen kiireellinen tarve kehittää innovatiivisia strategioita patogeenisten virusten inaktivoitumiseksi.
Sähkömagneettisten aaltojen päästöllä on etuja korkean tunkeutuvan voiman, nopean ja tasaisen lämmityksen, resonanssin kanssa mikro -organismien ja plasman vapautumisen kanssa, ja sen odotetaan olevan käytännöllinen menetelmä patogeenisten virusten inaktivoimiseksi [1,2,3]. Sähkömagneettisten aaltojen kyky inaktivoida patogeenisiä viruksia osoitettiin viime vuosisadalla [4]. Viime vuosina sähkömagneettisten aaltojen käyttö patogeenisten virusten inaktivoinnissa on herättänyt kasvavaa huomiota. Tässä artikkelissa käsitellään sähkömagneettisten aaltojen vaikutusta patogeenisiin viruksiin ja niiden mekanismeihin, jotka voivat toimia hyödyllisenä oppaana perus- ja sovelletulle tutkimukselle.
Virusten morfologiset ominaisuudet voivat heijastaa toimintoja, kuten eloonjäämistä ja tarttuvuutta. On osoitettu, että sähkömagneettiset aallot, erityisesti erittäin korkea taajuus (UHF) ja erittäin korkeataajuus (EHF) sähkömagneettiset aallot, voivat häiritä virusten morfologiaa.
Bakteriofagin MS2 (MS2) käytetään usein erilaisilla tutkimusalueilla, kuten desinfiointien arvioinnissa, kineettisen mallinnuksen (vesipitoisessa) ja virusmolekyylien biologisessa karakterisoinnissa [5, 6]. Wu havaitsi, että mikroaaltouunit nopeudella 2450 MHz ja 700 W aiheuttivat MS2 -vesifagien aggregaation ja merkittävän kutistumisen yhden minuutin suoran säteilytyksen jälkeen [1]. Lisätutkimuksen jälkeen havaittiin myös tauko MS2 -faagin pinnalla [7]. Kaczmarczyk [8] paljasti suspensiot Coronavirus 229E: n (COV-229E) näytteistä millimetrin aaltoihin, joiden taajuus on 95 GHz ja tehotiheys 70-100 paino/cm2 0,1 s. Viruksen karkeasta pallomaisesta kuoresta löytyy suuria reikiä, mikä johtaa sen sisällön menetykseen. Altistuminen sähkömagneettisille aaltoille voi olla tuhoa virusmuodolle. Morfologisten ominaisuuksien muutoksia, kuten muotoa, halkaisijaa ja pinnan sileyttä, virukselle altistumisen jälkeen sähkömagneettisella säteilyllä ei kuitenkaan tunneta. Siksi on tärkeää analysoida morfologisten piirteiden ja funktionaalisten häiriöiden välistä suhdetta, joka voi tarjota arvokkaita ja käteviä indikaattoreita viruksen inaktivoinnin arvioimiseksi [1].
Virusrakenne koostuu yleensä sisäisestä nukleiinihapoista (RNA tai DNA) ja ulkoisesta kapsidista. Nukleiinihapot määrittävät virusten geneettiset ja replikaatioominaisuudet. Kapsidi on säännöllisesti järjestettyjen proteiinin alayksiköiden ulkokerros, virushiukkasten emäksinen teline ja antigeeninen komponentti ja suojaa myös nukleiinihappoja. Useimmissa viruksissa on kirjekuoren rakenne, joka koostuu lipideistä ja glykoproteiineista. Lisäksi kirjekuoriproteiinit määrittävät reseptoreiden spesifisyyden ja toimivat tärkeinä antigeeneinä, jotka isännän immuunijärjestelmä voi tunnistaa. Koko rakenne varmistaa viruksen eheyden ja geneettisen stabiilisuuden.
Tutkimukset ovat osoittaneet, että sähkömagneettiset aallot, etenkin UHF-sähkömagneettiset aallot, voivat vahingoittaa sairauksia aiheuttavien virusten RNA: ta. Wu [1] paljasti suoraan MS2 -viruksen vesipitoisen ympäristön 2450 MHz: n mikroaallot 2 minuutin ajan ja analysoi proteiinia A, kapsidiproteiinia, replikaasiproteiinia ja pilkkoutumisproteiinia koodaavia geenejä geenejä geelielektroforesisillä ja käänteisen transkriptiopolymeraasiketjuketjureaktion avulla. RT-PCR). Nämä geenit tuhoutuivat asteittain kasvavalla tehotiheydellä ja jopa katosi korkeimmalla tehotiheydellä. Esimerkiksi proteiini A -geenin (934 bp) ekspressio väheni merkittävästi sen jälkeen, kun sähkömagneettisille aaltoille altistuminen oli 119 ja 385 W ja katosivat kokonaan, kun tehotiheys nostettiin arvoon 700 W. Nämä tiedot osoittavat, että sähkömagneettiset aallot voivat, riippuen annoksesta riippuen, tuhota virusten nukleiinihappojen rakenne.
Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että sähkömagneettisten aaltojen vaikutus patogeenisiin virusproteiineihin perustuu pääasiassa niiden epäsuoraan lämpövaikutukseen välittäjiin ja niiden epäsuora vaikutus proteiinisynteesiin johtuen nukleiinihappojen tuhoamisesta [1, 3, 8, 9]. Athermiset vaikutukset voivat kuitenkin myös muuttaa virusproteiinien napaisuutta tai rakennetta [1, 10, 11]. Sähkömagneettisten aaltojen suora vaikutus rakenteellisiin/ei-rakenteellisiin proteiineihin, kuten patogeenisten virusten kapsiidiproteiineihin, kirjekuoriproteiineihin tai piikkiproteiineihin, vaatii edelleen lisätutkimuksia. Äskettäin on ehdotettu, että 2 minuuttia sähkömagneettista säteilyä 2,45 GHz: n taajuudella 700 W: llä voi olla vuorovaikutuksessa proteiinisankojen eri fraktioiden kanssa muodostumalla kuumia pisteitä ja värähteleviä sähkökenttiä puhtaasti sähkömagneettisten vaikutusten kautta [12].
Patogeenisen viruksen kirjekuori liittyy läheisesti sen kykyyn tartuttaa tai aiheuttaa sairautta. Useat tutkimukset ovat ilmoittaneet, että UHF- ja mikroaaltouunien sähkömagneettiset aallot voivat tuhota tautia aiheuttavien virusten kuoria. Kuten edellä mainittiin, voidaan havaita erilliset reikät Coronavirus 229E: n viruskuoressa 0,1 sekunnin sekunnin altistumisen jälkeen 95 GHz: n millimetrin aaltolle tehotiheydellä 70 - 100 W/cm2 [8]. Sähkömagneettisten aaltojen resonanssienergian siirron vaikutus voi aiheuttaa tarpeeksi stressiä viruksen kirjekuoren rakenteen tuhoamiseksi. Kirjekuoren virusten jälkeen kirjekuoren repeämisen jälkeen, tarttuvuus tai jonkinlainen aktiivisuus vähenee yleensä tai on kokonaan menetetty [13, 14]. Yang [13] paljasti H3N2 (H3N2) -influenssaviruksen ja H1N1 (H1N1) -influenssaviruksen mikroaaltoihin 8,35 GHz: n, 320 W/m² ja 7 GHz, 308 W/m², 15 minuutin ajan. Sähkömagneettisten aaltojen ja fragmentoidun mallin RNA-signaalien vertaamiseksi suoritettiin ja sulatettiin välittömästi nestemäisessä typessä useiden syklien ajan, RT-PCR suoritettiin. Tulokset osoittivat, että kahden mallin RNA -signaalit ovat hyvin yhdenmukaisia. Nämä tulokset osoittavat, että viruksen fyysinen rakenne on häiriintynyt ja kirjekuoren rakenne tuhoutuu mikroaaltosäteilyn altistumisen jälkeen.
Viruksen aktiivisuudelle voidaan karakterisoida sen kyky tartuttaa, toistaa ja transkriboida. Viruksen tarttuvuus tai aktiivisuus arvioidaan yleensä mittaamalla virustiitterit käyttämällä plakkimäärityksiä, kudosviljelymediaanin tarttuvaa annosta (TCID50) tai lusiferaasireportterigeeniaktiivisuutta. Mutta se voidaan myös arvioida eristämällä elävä virus tai analysoimalla virusantigeeniä, virushiukkasten tiheyttä, viruksen eloonjäämistä jne.
On raportoitu, että UHF-, SHF- ja EHF -sähkömagneettiset aallot voivat inaktivoida viruserosolit tai vesioikeudelliset virukset suoraan. Wu [1] paljastettu MS2 -bakteriofagien aerosoli, jonka laboratorio sumuttimella on tuotettu sähkömagneettisiin aaltoihin, joiden taajuus on 2450 MHz ja teho 700 W 1,7 minuutin ajan, kun taas MS2 -bakteriofaagien eloonjäämisnopeus oli vain 8,66%. Samoin kuin MS2 -viruserosoli, 91,3% vesipitoisesta MS2: sta inaktivoitiin 1,5 minuutin kuluessa samasta sähkömagneettisten aaltojen annoksesta. Lisäksi sähkömagneettisen säteilyn kyky inaktivoida MS2 -virus korreloi positiivisesti tehotiheyden ja valotusajan kanssa. Kun deaktivointitehokkuus saavuttaa maksimiarvonsa, deaktivoitumistehokkuutta ei kuitenkaan voida parantaa lisäämällä valotusaikaa tai lisäämällä tehotiheyttä. Esimerkiksi MS2 -viruksen eloonjäämisaste oli vähäinen 2,65% - 4,37% sen jälkeen, kun altistuminen 2450 MHz: lle ja 700 W: n sähkömagneettisille aaltoille ei havaittu, eikä altistumisajalla havaittu merkittäviä muutoksia. Siddharta [3] säteilytetty hepatiitti C-viruksen (HCV)/ihmisen immuunikatoviruksen tyypin 1 (HIV-1) sisältävä hepatiitti C -viruksen (HCV)/ihmisen immuunikatoviruksen (HIV-1) sähkömagneettisten aaltojen taajuudella 2450 MHz ja 360 W: n voima totesivat, että virustiitterit putosivat huomattavasti 3 minuutin altistumisen jälkeen, että sähkömagneettisen aallon säteilyn estäminen ja HCV: n infektio. Virus jopa paljastuessaan yhdessä. Kun säteilytetään HCV-soluviljelmiä ja HIV-1-suspensioita, joilla on pienitehoisia sähkömagneettisia aaltoja, joiden taajuus on 2450 MHz, 90 W tai 180 W, virustiitterin muutoksia, jotka määritettiin lusiferaasireportterin aktiivisuudessa, ja merkittävää muutosta viruksen tarttuvuudessa. 600 ja 800 W: n nopeudella yhden minuutin ajan molempien virusten tarttuvuus ei vähentynyt merkittävästi, minkä uskotaan liittyvän sähkömagneettisen aallon säteilyn ja kriittisen lämpötilan altistumisen aikaan.
Kaczmarczyk [8] osoitti ensin EHF: n sähkömagneettisten aaltojen tappavuuden vesiohjelman patogeenisten virusten vastaan ​​vuonna 2021. Ne paljastivat näytteitä koronavirus 229E tai poliovirus (PV) sähkömagneettisille aaltoille 95 GHz: n taajuudella ja 25 -sekunnin voimansiirron tiheydellä. Kahden patogeenisen viruksen inaktivointitehokkuus oli vastaavasti 99,98% ja 99,375%. joka osoittaa, että EHF: n sähkömagneettisilla aaltoilla on laajat sovellusnäkymät viruksen inaktivoinnin alalla.
UHF: n virusten inaktivoinnin tehokkuutta on arvioitu myös erilaisissa väliaineissa, kuten rintamaito ja joitain kodissa yleisesti käytettyjä materiaaleja. Tutkijat paljastivat anestesianaamarit, jotka on saastunut adenoviruksella (ADV), poliovirustyypillä 1 (PV-1), herpesvirus 1 (HV-1) ja rinovirus (RHV) sähkömagneettiseen säteilyyn 2450 MHz: n taajuudella ja 720 watin voimalla. He kertoivat, että ADV- ja PV-1-antigeenien testit tulivat negatiivisiin, ja HV-1-, PIV-3- ja RHV-tiitterit putosivat nollaan, mikä osoittaa kaikkien virusten täydellisen inaktivoinnin 4 minuutin altistumisen jälkeen [15, 16]. Elhafi [17] suoraan paljastuneet tampot, jotka on tartunnannut lintujen tarttuva keuhkoputkenviruksella (IBV), lintupneumovirus (APV), Newcastlen taudin virus (NDV) ja lintuinfluenssaviruksella (AIV) 2450 MHz: iin, 900 W: n mikroaaltouuniin. menettää tarttuvuutensa. Heistä APV ja IBV havaittiin lisäksi viidennen sukupolven poikasalkioista saatujen henkitorven elinten viljelmissä. Vaikka virusta ei voitu eristää, virusnukleiinihappo havaittiin edelleen RT-PCR: llä. Ben-Shoshan [18] paljasti suoraan 2450 MHz, 750 W sähkömagneettiset aallot 15 sytomegaloviruksen (CMV) positiivisen rintamaitonäytteen 30 sekunnin ajan. Antigeenin havaitseminen kuorimaajassa osoitti CMV: n täydellisen inaktivoinnin. 500 W: n lämpötilassa 2 15: stä näytteestä ei kuitenkaan saavuttanut täydellistä inaktivointia, mikä osoittaa positiivisen korrelaation inaktivoinnin tehokkuuden ja sähkömagneettisten aaltojen tehon välillä.
On myös syytä huomata, että Yang [13] ennusti resonanssitaajuutta sähkömagneettisten aaltojen ja virusten välillä vakiintuneiden fysikaalisten mallien perusteella. H3N2-virushiukkasten suspensio, jonka tiheys oli 7,5 × 1014 M-3, jota on tuottanut virukselle herkkä Madin Darby -koiran munuaissolut (MDCK), altistettiin suoraan sähkömagneettisille aaltoille 8 GHz: n taajuudella ja 820 W/m²: n teho 15 minuutin ajan. H3N2 -viruksen inaktivaatiotaso saavuttaa 100%. Teoreettisella 82 W/m2-kynnyksellä vain 38% H3N2-viruksesta inaktivoitiin kuitenkin, mikä viittaa siihen, että EM-välitteisen viruksen inaktivoinnin tehokkuus liittyy läheisesti tehotiheyteen. Tämän tutkimuksen perusteella Barbora [14] laski resonanssitaajuusalueen (8,5–20 GHz) sähkömagneettisten aaltojen ja SARS-COV-2: n välillä ja päätteli, että SARS-COV-2: n 7,5 x 1014 m-3, joka altistettiin sähkömagneettisille aaltoille, joiden taajuus on 10-17 GHz ja noin 14,5 ± 1 w/M/M2: n voimansiirto. Deaktivointi. Wangin [19] äskettäinen tutkimus osoitti, että SARS-COV-2: n resonanssitaajuudet ovat 4 ja 7,5 GHz, mikä vahvistaa virustiiteristä riippumattomien resonanssitaajuuksien olemassaolon.
Yhteenvetona voidaan todeta, että voimme sanoa, että sähkömagneettiset aallot voivat vaikuttaa aerosoleihin ja suspensioihin sekä virusten aktiivisuuteen pinnoilla. Todettiin, että inaktivoinnin tehokkuus liittyy läheisesti sähkömagneettisten aaltojen taajuuteen ja voimaan ja viruksen kasvuun käytettyyn väliaineeseen. Lisäksi fyysisiin resonansseihin perustuvat sähkömagneettiset taajuudet ovat erittäin tärkeitä viruksen inaktivoitumiselle [2, 13]. Tähän asti sähkömagneettisten aaltojen vaikutus patogeenisten virusten aktiivisuuteen on keskittynyt pääasiassa tarttuvuuden muuttumiseen. Monimutkaisen mekanismin takia useat tutkimukset ovat ilmoittaneet sähkömagneettisten aaltojen vaikutuksen patogeenisten virusten replikaatioon ja transkriptioon.
Mekanismit, joilla sähkömagneettiset aallot inaktivoivat virukset, liittyvät läheisesti sähkömagneettisten aaltojen viruksen, taajuuden ja voiman tyyppiin sekä viruksen kasvuympäristöön, mutta ovat suurelta osin tutkimatta. Viimeaikaiset tutkimukset ovat keskittyneet lämpö-, athermaalisten ja rakenteellisten resonanssienergiansiirron mekanismeihin.
Lämpövaikutus ymmärretään lämpötilan nousuna, joka johtuu polaaristen molekyylien nopeasta pyörimisestä, törmäyksestä ja kitkasta kudoksissa sähkömagneettisten aaltojen vaikutuksesta. Tämän ominaisuuden vuoksi sähkömagneettiset aallot voivat nostaa viruksen lämpötilan fysiologisen sietokyvyn kynnyksen yläpuolella aiheuttaen viruksen kuoleman. Virukset sisältävät kuitenkin vähän polaarisia molekyylejä, mikä viittaa siihen, että suorat lämpövaikutukset viruksiin ovat harvinaisia ​​[1]. Päinvastoin, väliaineessa ja ympäristössä on paljon enemmän polaarisia molekyylejä, kuten vesimolekyylejä, jotka liikkuvat sähkömagneettisten aaltojen virittäneen vuorottelevan sähkökentän mukaisesti, aiheuttaen lämpöä kitkan läpi. Lämpö siirretään sitten virukselle lämpötilan nostamiseksi. Kun toleranssikynnys ylitetään, nukleiinihapot ja proteiinit tuhoutuvat, mikä lopulta vähentää tarttuvuutta ja jopa inaktivoi viruksen.
Useat ryhmät ovat ilmoittaneet, että sähkömagneettiset aallot voivat vähentää virusten tarttuvuutta lämpöaltistuksen avulla [1, 3, 8]. Kaczmarczyk [8] paljastivat koronaviruksen 229e: n suspensiot sähkömagneettisiin aaltoihin 95 GHz: n taajuudella, jonka tehotiheys on 70-100 w/cm² 0,2-0,7 s. Tulokset osoittivat, että 100 ° C: n lämpötilan nousu tämän prosessin aikana vaikutti virusmorfologian tuhoamiseen ja vähentyneeseen virusaktiivisuuteen. Nämä lämpövaikutukset voidaan selittää sähkömagneettisten aaltojen vaikutuksella ympäröiviin vesimolekyyleihin. Siddharta [3] säteilytetyt HCV: tä sisältävät soluviljely suspensiot eri genotyypeistä, mukaan lukien GT1A, GT2A, GT3A, GT4A, GT5A, GT6A ja GT7A, sähkömagneettisten aaltojen ollessa taajuudella 2450 MHz ja 90 W: n ja 180 W: n 360 W: n lämpötilan voiman voimassa 26 ° C - 92 ° C, sähkömagneettinen säteily vähensi viruksen tarttuvuutta tai inaktivoi viruksen kokonaan. Mutta HCV altistettiin sähkömagneettisille aaltoille lyhyen ajan pienellä teholla (90 tai 180 W, 3 minuuttia) tai suuremmalla teholla (600 tai 800 W, 1 minuutti), kun taas lämpötilan nousua ei havaittu merkittävästi ja merkittävää muutosta viruksella ei havaittu tartuntata tai aktiivisuutta.
Yllä olevat tulokset osoittavat, että sähkömagneettisten aaltojen lämpövaikutus on avaintekijä, joka vaikuttaa patogeenisten virusten tarttuvuuteen tai aktiivisuuteen. Lisäksi lukuisat tutkimukset ovat osoittaneet, että sähkömagneettisen säteilyn lämpövaikutus inaktivoi patogeeniset virukset tehokkaammin kuin UV-C ja tavanomainen lämmitys [8, 20, 21, 22, 23, 24].
Lämpövaikutusten lisäksi sähkömagneettiset aallot voivat myös muuttaa molekyylien, kuten mikrobiproteiinien ja nukleiinihappojen, polaarisuutta aiheuttaen molekyylien pyörivän ja värähtelyn, mikä johtaa vähentyneeseen elinkykyisyyteen tai jopa kuolemaan [10]. Sähkömagneettisten aaltojen napaisuuden nopea kytkeminen uskotaan aiheuttaa proteiinien polarisaation, mikä johtaa proteiinirakenteen kiertymiseen ja kaarevuuteen ja viime kädessä proteiinien denaturointiin [11].
Sähkömagneettisten aaltojen ei -terminen vaikutus viruksen inaktivointiin on edelleen kiistanalainen, mutta useimmat tutkimukset ovat osoittaneet positiivisia tuloksia [1, 25]. Kuten edellä mainitsimme, sähkömagneettiset aallot voivat suoraan tunkeutua MS2 -viruksen kirjekuoriproteiiniin ja tuhota viruksen nukleiinihappo. Lisäksi MS2 -viruksen aerosolit ovat paljon herkempiä sähkömagneettisille aaltoille kuin vesipitoinen MS2. Vähemmän polaaristen molekyylien, kuten vesimolekyylien, johtuen MS2-viruksen aerosoleista ympäröivässä ympäristössä athermisillä vaikutuksilla voi olla avainasemassa sähkömagneettisen aallon välittämässä viruksen inaktivoinnissa [1].
Resonanssin ilmiö viittaa fyysisen järjestelmän taipumukseen absorboida enemmän energiaa ympäristöstä sen luonnollisella taajuudella ja aallonpituudella. Resonanssi tapahtuu monissa luonnossa. On tiedossa, että virukset resonoivat saman taajuuden mikroaaltouunien kanssa rajoitetussa akustisessa dipolitilassa, resonanssiilmiöissä [2, 13, 26]. Sähkömagneettisen aallon ja viruksen välinen vuorovaikutusmuodot houkuttelevat yhä enemmän huomiota. Tehokkaan rakenteellisen resonanssin energiansiirron (SRET) vaikutus sähkömagneettisista aaltoista suljettuihin akustisiin värähtelyihin (CAV) viruksissa voi johtaa viruskalvon repeämiseen ydinkapsidi-värähtelyjen vastakkaisesta. Lisäksi SRET: n kokonaistehokkuus liittyy ympäristön luonteeseen, jossa viruspartikkelin koko ja pH määräävät vastaavasti resonanssitaajuuden ja energian imeytymisen [2, 13, 19].
Sähkömagneettisten aaltojen fysikaalisella resonanssivaikutuksella on avainasemassa verhottujen virusten inaktivoinnissa, joita ympäröi virusproteiiniin upotettu kaksikerroksinen kalvo. Tutkijat havaitsivat, että H3N2: n deaktivointi sähkömagneettisilla aaltoilla, joiden taajuus oli 6 GHz, ja tehotiheys 486 w/m² johtui pääasiassa kuoren fyysisestä repeämästä resonanssivaikutuksen vuoksi [13]. H3N2 -suspension lämpötila nousi vain 7 ° C: lla 15 minuutin altistumisen jälkeen, mutta ihmisen H3N2 -viruksen inaktivoinnille lämpölämmityksellä vaaditaan kuitenkin yli 55 ° C: n lämpötila [9]. Samanlaisia ​​ilmiöitä on havaittu viruksilla, kuten SARS-COV-2 ja H3N1 [13, 14]. Lisäksi virusten inaktivointi sähkömagneettisilla aaltoilla ei johda virus -RNA -genomien hajoamiseen [1,13,14]. Siten H3N2 -viruksen inaktivointia edistettiin pikemminkin fysikaalisella resonanssilla kuin lämpöaltistuksella [13].
Verrattuna sähkömagneettisten aaltojen lämpövaikutukseen, virusten inaktivointi fysikaalisella resonanssilla vaatii pienempiä annosparametreja, jotka ovat sähkö- ja elektroniikkainsinöörien instituutin (IEEE) perustamien mikroaaltoturvallisuusstandardien alapuolella [2, 13]. Resonanssitaajuus ja tehoannos riippuvat viruksen fysikaalisista ominaisuuksista, kuten hiukkaskoosta ja joustavuudesta, ja kaikki resonanssitaajuuden virukset voidaan kohdistaa tehokkaasti inaktivointiin. Korkean tunkeutumisnopeuden, ionisoivan säteilyn puuttumisen ja hyvän turvallisuuden puuttumisen, CPET: n athermisen vaikutuksen välittämä viruksen inaktivointi on lupaava patogeenisten virusten aiheuttamien ihmisen pahanlaatuisten sairauksien hoidossa [14, 26].
Virusten inaktivoinnin toteuttamisen nestefaasissa ja eri väliaineiden pinnalla sähkömagneettiset aallot voivat tehokkaasti käsitellä viruserosoleja [1, 26], joka on läpimurto ja jolla on suuri merkitys viruksen leviämisen hallitsemiseksi ja viruksen leviämisen estämiselle yhteiskunnassa. epideeminen. Lisäksi sähkömagneettisten aaltojen fysikaalisten resonanssiominaisuuksien löytämisellä on suuri merkitys tällä alalla. Niin kauan kuin tietyn virionin ja sähkömagneettisten aaltojen resonanssitaajuus tunnetaan, kaikki haavan resonanssitaajuusalueen virukset voidaan kohdistaa, joita ei voida saavuttaa perinteisillä viruksen inaktivointimenetelmillä [13,14,26]. Virusten sähkömagneettinen inaktivointi on lupaava tutkimus, jolla on suuri tutkimus ja sovellettu arvo ja potentiaali.
Verrattuna perinteiseen viruksen tappamistekniikkaan sähkömagneettisilla aaltoilla on yksinkertaisten, tehokkaiden, käytännöllisten ympäristönsuojelun ominaisuudet virusten tappamisessa sen ainutlaatuisten fysikaalisten ominaisuuksien vuoksi [2, 13]. Monet ongelmat ovat kuitenkin edelleen. Ensinnäkin nykyaikainen tieto rajoittuu sähkömagneettisten aaltojen fysikaalisiin ominaisuuksiin, ja energian hyödyntämekanismia sähkömagneettisten aaltojen päästöjen aikana ei ole julkistettu [10, 27]. Mikroaalloja, mukaan lukien millimetriaaltoja, on käytetty laajasti viruksen inaktivoinnin ja sen mekanismien tutkimiseen, mutta sähkömagneettisten aaltojen tutkimuksia muilla taajuuksilla, etenkin taajuuksilla 100 kHz: stä 300 MHz: iin ja 300 GHz: stä 10 THz: iin, ei ole ilmoitettu. Toiseksi patogeenisten virusten tappamismekanismia sähkömagneettisten aaltojen avulla ei ole selvitetty, ja vain pallomaisia ​​ja sauvan muotoisia viruksia on tutkittu [2]. Lisäksi viruspartikkelit ovat pieniä, soluttomia, mutatoituvia helposti ja leviävät nopeasti, mikä voi estää viruksen inaktivoinnin. Sähkömagneettista aaltotekniikkaa on vielä parannettava inaktivoivien patogeenisten virusten esteen voittamiseksi. Lopuksi, säteilyenergian korkea imeytyminen polaarisilla molekyyleillä väliaineessa, kuten vesimolekyyleissä, johtaa energian menetykseen. Lisäksi useita virusten tuntemattomia mekanismeja voi vaikuttaa SRET: n tehokkuuteen [28]. SRET -vaikutus voi myös muokata virusta sopeutuakseen ympäristöönsä, mikä johtaa vastustuskykyyn sähkömagneettisille aaltoille [29].
Tulevaisuudessa viruksen inaktivoinnin tekniikkaa käyttämällä sähkömagneettisia aaltoja on edelleen parannettava. Perustieteellisen tutkimuksen tulisi olla tarkoitettu sähkömagneettisten aaltojen viruksen inaktivoinnin mekanismin selvittämiseen. Esimerkiksi virusten energian käyttömekanismi, joka altistetaan sähkömagneettisille aaltoille, patogeeniset virukset tappaavan ei-termisen vaikutuksen yksityiskohtaisen mekanismin ja sähkömagneettisten aaltojen ja erityyppisten virusten välisen SRET-vaikutuksen mekanismin, on selvitettävä systemaattisesti. Sovelletun tutkimuksen tulisi keskittyä siihen, kuinka estää säteilyenergian liiallinen imeytyminen polaaristen molekyylien avulla, tutkia eri taajuuksien sähkömagneettisten aaltojen vaikutusta erilaisiin patogeenisiin viruksiin ja tutkia sähkömagneettisten aaltojen ei-termisiä vaikutuksia patogeenisten virusten tuhoamisessa.
Sähkömagneettisista aaltoista on tullut lupaava menetelmä patogeenisten virusten inaktivoitumiseksi. Sähkömagneettisella aaltotekniikalla on edut alhaisesta pilaantumisesta, alhaisista kustannuksista ja korkeasta patogeeniviruksen inaktivoinnin tehokkuudesta, mikä voi voittaa perinteisen virustorjuntateknologian rajoitukset. Lisätutkimuksia tarvitaan kuitenkin sähkömagneettisen aaltotekniikan parametrien määrittämiseksi ja viruksen inaktivoinnin mekanismin selvittämiseksi.
Tietty sähkömagneettisen aallon säteilyn annos voi tuhota monien patogeenisten virusten rakenteen ja aktiivisuuden. Viruksen inaktivoinnin tehokkuus liittyy läheisesti taajuuteen, tehotiheyteen ja valotusaikaan. Lisäksi potentiaaliset mekanismit sisältävät energiansiirron lämpö-, athermaaliset ja rakenteelliset resonanssivaikutukset. Verrattuna perinteisiin viruslääketieteisiin, sähkömagneettisella aaltopohjaisella viruksen inaktivoinnilla on yksinkertaisuuden, korkean hyötysuhteen ja alhaisen pilaantumisen edut. Siksi sähkömagneettisista aallon välittämästä viruksen inaktivoinnista on tullut lupaava viruslääketiede tuleville sovelluksille.
U yu. Mikroaaltosäteilyn ja kylmän plasman vaikutus bioaerosolin aktiivisuuteen ja siihen liittyviin mekanismeihin. Pekingin yliopisto. Vuosi 2013.
Sun CK, Tsai YC, Chen Ye, Liu TM, Chen HY, Wang HC et ai. Mikroaaltouunien resonanssi dipolikytkentä ja rajoitetut akustiset värähtelyt bakuloviruksissa. Tieteellinen raportti 2017; 7 (1): 4611.
Siddharta A, Pfaender S, Malassa A, Doerrbecker J, Anggakusuma, Engelmann M, et ai. HCV: n ja HIV: n mikroaaltouunin inaktivointi: uusi lähestymistapa viruksen leviämisen estämiseen lääkkeiden käyttäjien injektioiden keskuudessa. Tieteellinen raportti 2016; 6: 36619.
Yan SX, Wang RN, Cai YJ, Song YL, QV HL. Tutkimus ja kokeellinen havaitseminen sairaalan asiakirjojen saastumisesta mikroaaltoasteen desinfioinnilla [J] Kiinan lääketieteellinen päiväkirja. 1987; 4: 221-2.
Sun Wei Alustava tutkimus inaktivoitumismekanismista ja natriumdikloorosyanaatin tehokkuudesta bakteriofage MS2: ta vastaan. Sichuanin yliopisto. 2007.
Yang Li Alustava tutkimus O-ftalalalalalalalalalalalalalalakehydin inaktivoitumisvaikutuksesta ja mekanismista bakteriofagissa MS2. Sichuanin yliopisto. 2007.
Wu Ye, rouva Yao. Ilmaviruksen inaktivointi in situ mikroaaltosäteilyllä. Kiinan tiedetiedot. 2014; 59 (13): 1438-45.
Kachmarchik LS, Marsai KS, Shevchenko S., Pilosof M., Levy N., Einat M. et ai. Koronavirukset ja poliovirukset ovat herkkiä W-kaistan syklotronisäteilyn lyhyille pulsseille. Kirje ympäristökemiasta. 2021; 19 (6): 3967-72.
Yonges M, Liu VM, van der Vries E, Jacobi R, Pronk I, Boog S, et ai. Influenssaviruksen inaktivointi antigeenisyystutkimuksissa ja resistenssimäärityksissä fenotyyppisille neuraminidaasin estäjille. Journal of Clinical Microbiology. 2010; 48 (3): 928-40.
Zou Xinzhi, Zhang Lijia, Liu Yujia, Li Yu, Zhang Jia, Lin Fujia, et ai. Katsaus mikroaaltouunin sterilointiin. Guangdong -mikrotravinteiden tiede. 2013; 20 (6): 67-70.
Li Jizhi. Mikroaaltouunien ei -termisiä biologisia vaikutuksia elintarvikkeiden mikro -organismeihin ja mikroaaltouunin sterilointitekniikkaan [JJ Southwestern Nationalities University (Natural Science Edition). 2006; 6: 1219–22.
AFAGI P, LAPOLLA MA, GANDHI K. SARS-COV-2 SPIKE -proteiinin denaturointi athermisen mikroaalto-säteilytyksen yhteydessä. Tieteellinen raportti 2021; 11 (1): 23373.
Yang SC, Lin HC, Liu TM, Lu JT, Hong WT, Huang YR, et ai. Tehokas rakenteellinen resonanssienergian siirto mikroaaltouunista rajoitettuihin akustisiin värähtelyihin viruksissa. Tieteellinen raportti 2015; 5: 18030.
Barbora A, Minnes R. Kohdennettu viruslääkitys käyttämällä ionisoivaa sädehoitoa SARS-COV-2: lle ja viruspandemian valmistelu: menetelmät, menetelmät ja käytännöt muistiinpanot kliiniseen sovellukseen. Plos yksi. 2021; 16 (5): E0251780.
Yang Huiming. Mikroaaltouunin sterilointi ja siihen vaikuttavat tekijät. Kiinalainen lääketieteellinen päiväkirja. 1993; (04): 246-51.
Sivu WJ, Martin WG mikrobien selviytyminen mikroaaltouuneissa. Voit J mikro -organismit. 1978; 24 (11): 1431-3.
Elhafi G., Naylor SJ, Savage KE, Jones RS -mikroaaltouuni tai autoklaavihoito tuhoaa tarttuvan keuhkoputkenviruksen ja lintujen pneumoviruksen tarttuvuuden, mutta mahdollistaa niiden havaitsemisen käyttämällä käänteistranskriptaasipolymeraasiketjureaktiota. Siipikarjatauti. 2004; 33 (3): 303-6.
Ben-Shoshan M., Mandel D., Lubezki R., Dollberg S., Mimouni FB: n mikroaaltouunien hävittäminen rintamaidosta: Pilottitutkimus: pilottitutkimus. Imetyslääke. 2016; 11: 186-7.
Wang PJ, Pang YH, Huang SY, Fang JT, Chang SY, Shih SR, et ai. SARS-COV-2-viruksen mikroaaltouunien resonanssin imeytyminen. Tieteellinen raportti 2022; 12 (1): 12596.
Sabino CP, Sellera FP, Sales-Medina DF, Machado RRG, Durigon EL, Freitas-Junior LH jne. UV-C (254 nm) tappava annos SARS-COV-2. Kevyt diagnostiikka Phodydyne Ther. 2020; 32: 101995.
Storm N, McKay LGA, Downs SN, Johnson RI, Birru D, de Samber M jne. SARS-COV-2: n nopea ja täydellinen inaktivointi UV-C: llä. Tieteellinen raportti 2020; 10 (1): 22421.