中文网站
Patogeenisista virusinfektioista on tullut suuri kansanterveysongelma maailmanlaajuisesti. Virukset voivat tartuttaa kaikki soluorganismit ja aiheuttaa eriasteisia vammoja ja vaurioita, mikä johtaa sairauksiin ja jopa kuolemaan. Korkeapatogeenisten virusten, kuten vakavan akuutin hengitystieoireyhtymän koronavirus 2:n (SARS-CoV-2) esiintyvyyden vuoksi on kiireellisesti kehitettävä tehokkaita ja turvallisia menetelmiä patogeenisten virusten inaktivoimiseksi. Perinteiset menetelmät patogeenisten virusten inaktivoimiseksi ovat käytännöllisiä, mutta niillä on joitain rajoituksia. Sähkömagneettisista aalloista on korkea tunkeutumisteho, fyysinen resonanssi ja ilman saastumista, joten niistä on tullut mahdollinen strategia patogeenisten virusten inaktivoimiseksi, ja ne herättävät yhä enemmän huomiota. Tämä artikkeli tarjoaa yleiskatsauksen viimeaikaisista julkaisuista sähkömagneettisten aaltojen vaikutuksesta patogeenisiin viruksiin ja niiden mekanismeihin sekä sähkömagneettisten aaltojen mahdollisuuksiin käyttää patogeenisten virusten inaktivointia sekä uusia ideoita ja menetelmiä tällaiseen inaktivointiin.
Monet virukset leviävät nopeasti, säilyvät pitkään, ovat erittäin patogeenisiä ja voivat aiheuttaa maailmanlaajuisia epidemioita ja vakavia terveysriskejä. Ennaltaehkäisy, havaitseminen, testaus, hävittäminen ja hoito ovat keskeisiä toimenpiteitä viruksen leviämisen estämiseksi. Patogeenisten virusten nopea ja tehokas eliminointi sisältää ennaltaehkäisevän, suojaavan ja lähteen eliminoinnin. Patogeenisten virusten inaktivointi fysiologisella tuholla niiden tarttuvuuden, patogeenisyyden ja lisääntymiskyvyn vähentämiseksi on tehokas tapa poistaa niitä. Perinteiset menetelmät, mukaan lukien korkea lämpötila, kemikaalit ja ionisoiva säteily, voivat tehokkaasti inaktivoida patogeeniset virukset. Näillä menetelmillä on kuitenkin edelleen joitain rajoituksia. Siksi on edelleen kiireellisesti kehitettävä innovatiivisia strategioita patogeenisten virusten inaktivoimiseksi.
Sähkömagneettisten aaltojen emission etuna on suuri läpäisykyky, nopea ja tasainen kuumennus, resonanssi mikro-organismien kanssa ja plasman vapautuminen, 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 inaktivoimiseksi on herättänyt yhä enemmän huomiota. Tässä artikkelissa käsitellään sähkömagneettisten aaltojen vaikutusta patogeenisiin viruksiin ja niiden mekanismeihin, jotka voivat toimia hyödyllisenä oppaana perus- ja soveltavassa tutkimuksessa.
Virusten morfologiset ominaisuudet voivat heijastaa sellaisia toimintoja kuin eloonjääminen ja tarttuvuus. On osoitettu, että sähkömagneettiset aallot, erityisesti ultrakorkeataajuiset (UHF) ja ultrakorkeataajuudet (EHF) sähkömagneettiset aallot, voivat häiritä virusten morfologiaa.
Bakteriofagia MS2 (MS2) käytetään usein useilla tutkimusalueilla, kuten desinfioinnin arvioinnissa, kineettisessä mallintamisessa (vesipohjaisessa) ja virusmolekyylien biologisessa karakterisoinnissa [5, 6]. Wu havaitsi, että mikroaallot taajuudella 2450 MHz ja 700 W aiheuttivat MS2-vesifaagien aggregaatiota ja merkittävää kutistumista yhden minuutin suoran säteilytyksen jälkeen [1]. Lisätutkimuksen jälkeen havaittiin myös murtuminen MS2-faagin pinnassa [7]. Kaczmarczyk [8] altisti koronavirus 229E (CoV-229E) näytteiden suspensiot millimetriaalloille taajuudella 95 GHz ja tehotiheydellä 70–100 W/cm2 0,1 sekunnin ajan. Viruksen karkeassa pallomaisessa kuoressa voi olla suuria reikiä, mikä johtaa sen sisällön menettämiseen. Sähkömagneettisille aalloille altistuminen voi olla tuhoisaa virusmuodoille. Morfologisten ominaisuuksien, kuten muodon, halkaisijan ja pinnan sileyden, muutoksia ei kuitenkaan tunneta virukselle sähkömagneettisella säteilyllä altistumisen jälkeen. Siksi on tärkeää analysoida morfologisten piirteiden ja toiminnallisten häiriöiden välistä suhdetta, mikä voi tarjota arvokkaita ja käteviä indikaattoreita viruksen inaktivaation arvioimiseksi [1].
Viruksen rakenne koostuu yleensä sisäisestä nukleiinihaposta (RNA tai DNA) ja ulkoisesta kapsidista. Nukleiinihapot määräävät virusten geneettiset ja replikaatioominaisuudet. Kapsidi on säännöllisesti järjestettävien proteiinialayksiköiden ulkokerros, viruspartikkelien perusrakenne ja antigeeninen komponentti ja suojaa myös nukleiinihappoja. Useimmilla viruksilla on lipideistä ja glykoproteiineista koostuva vaipparakenne. Lisäksi vaippaproteiinit määrittävät reseptorien spesifisyyden ja toimivat pääantigeeneinä, jotka isännän immuunijärjestelmä voi tunnistaa. Täydellinen rakenne varmistaa viruksen eheyden ja geneettisen stabiilisuuden.
Tutkimukset ovat osoittaneet, että sähkömagneettiset aallot, erityisesti UHF-sähkömagneettiset aallot, voivat vahingoittaa sairauksia aiheuttavien virusten RNA:ta. Wu [1] altisti MS2-viruksen vesipitoisen ympäristön suoraan 2450 MHz:n mikroaalloille 2 minuutin ajan ja analysoi geenit, jotka koodaavat proteiini A:ta, kapsidiproteiinia, replikaasiproteiinia ja pilkkoutumisproteiinia geelielektroforeesilla ja käänteistranskriptiopolymeraasiketjureaktiolla. RT-PCR). Nämä geenit tuhoutuivat asteittain tehotiheyden kasvaessa ja jopa katosivat suurimmalla tehotiheydellä. Esimerkiksi proteiini A -geenin (934 bp) ilmentyminen väheni merkittävästi sen jälkeen, kun se altistui sähkömagneettisille aalloille, joiden teho oli 119 ja 385 W, ja hävisi kokonaan, kun tehotiheys nostettiin 700 W:iin. Nämä tiedot osoittavat, että sähkömagneettiset aallot voivat annoksesta riippuen tuhoaa virusten nukleiinihappojen rakenteen.
Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että sähkömagneettisten aaltojen vaikutus patogeenisiin virusproteiineihin perustuu pääasiassa niiden epäsuoraan lämpövaikutukseen välittäjiin ja epäsuoraan vaikutukseen proteiinisynteesiin nukleiinihappojen tuhoutumisesta [1, 3, 8, 9]. Atermiset vaikutukset voivat kuitenkin myös muuttaa virusproteiinien polaarisuutta tai rakennetta [1, 10, 11]. Sähkömagneettisten aaltojen suora vaikutus rakenteellisiin/ei-rakenteellisiin perusproteiineihin, kuten kapsidiproteiineihin, vaippaproteiineihin tai patogeenisten virusten piikkiproteiineihin, vaatii edelleen lisätutkimuksia. Äskettäin on ehdotettu, että 2 minuuttia sähkömagneettista säteilyä taajuudella 2,45 GHz ja teho 700 W voi olla vuorovaikutuksessa proteiinivarausten eri osien kanssa muodostamalla kuumia pisteitä ja värähteleviä sähkökenttiä puhtaasti sähkömagneettisten vaikutusten kautta [12].
Patogeenisen viruksen vaippa liittyy läheisesti sen kykyyn tartuttaa tai aiheuttaa tautia. Useat tutkimukset ovat raportoineet, että UHF- ja mikroaaltouunien sähkömagneettiset aallot voivat tuhota sairauksia aiheuttavien virusten kuoret. Kuten edellä mainittiin, koronavirus 229E:n viruskuoressa voidaan havaita erillisiä reikiä 0,1 sekunnin kuluttua altistumisesta 95 GHz:n millimetriaaltolle tehotiheydellä 70–100 W/cm2 [8]. Sähkömagneettisten aaltojen resonanssienergian siirron vaikutus voi aiheuttaa tarpeeksi stressiä tuhotakseen viruksen vaipan rakenteen. Vaipallisten virusten tapauksessa vaipan repeämisen jälkeen tarttuvuus tai jokin aktiivisuus yleensä vähenee tai häviää kokonaan [13, 14]. Yang [13] altisti H3N2 (H3N2) -influenssaviruksen ja H1N1 (H1N1) -influenssaviruksen mikroaalloille taajuudella 8,35 GHz, 320 W/m² ja 7 GHz, 308 W/m², vastaavasti, 15 minuutin ajan. RT-PCR suoritettiin sähkömagneettisille aalloille altistuneiden patogeenisten virusten RNA-signaalien ja fragmentoidun mallin vertaamiseksi, joka oli jäädytetty ja välittömästi sulatettu nestetypessä useiden syklien ajan. Tulokset osoittivat, että näiden kahden mallin RNA-signaalit ovat hyvin yhdenmukaisia. Nämä tulokset osoittavat, että viruksen fyysinen rakenne on häiriintynyt ja vaipparakenne tuhoutuu mikroaaltosäteilylle altistumisen jälkeen.
Viruksen aktiivisuutta voidaan luonnehtia sen kyvyllä tartuttaa, replikoida ja transkriptoida. Viruksen tarttuvuus tai aktiivisuus arvioidaan tavallisesti mittaamalla virustiitterit käyttämällä plakkimäärityksiä, kudosviljelmän mediaanitartuntaa (TCID50) tai lusiferaasireportterigeenin aktiivisuutta. Mutta se voidaan myös arvioida suoraan eristämällä elävä virus tai analysoimalla virusantigeeni, viruspartikkelitiheys, viruksen eloonjääminen jne.
On raportoitu, että UHF-, SHF- ja EHF-sähkömagneettiset aallot voivat inaktivoida suoraan virusaerosoleja tai vesivälitteisiä viruksia. Wu [1] altisti laboratorion sumuttimen tuottaman MS2-bakteriofagin aerosolin sähkömagneettisille aalloille taajuudella 2450 MHz ja teholla 700 W 1,7 minuutin ajan, kun taas MS2-bakteriofagin eloonjäämisaste oli vain 8,66%. Samoin kuin MS2-virusaerosoli, 91,3 % vesipitoisesta MS2:sta inaktivoitui 1,5 minuutin kuluessa altistumisesta samalle annokselle sähkömagneettisia aaltoja. Lisäksi sähkömagneettisen säteilyn kyky inaktivoida MS2-virus korreloi positiivisesti tehotiheyden ja altistusajan kanssa. Kuitenkin, kun deaktivoinnin hyötysuhde saavuttaa maksimiarvonsa, deaktivoinnin tehokkuutta ei voida parantaa valotusaikaa lisäämällä tai tehotiheyttä lisäämällä. Esimerkiksi MS2-viruksen minimaalinen eloonjäämisaste oli 2,65–4,37 % 2450 MHz:n ja 700 W:n sähkömagneettisille aalloille altistumisen jälkeen, eikä merkittäviä muutoksia havaittu altistusajan pidentyessä. Siddharta [3] säteilytti soluviljelysuspensiota, joka sisälsi hepatiitti C -virusta (HCV)/ihmisen immuunikatovirus tyyppiä 1 (HIV-1), sähkömagneettisilla aalloilla taajuudella 2450 MHz ja teholla 360 W. He havaitsivat, että virustiitterit putosivat merkittävästi 3 minuutin altistuksen jälkeen, mikä osoittaa, että sähkömagneettinen aaltosäteily on tehokasta HCV- ja HIV-1-tarttuvuutta vastaan ja auttaa estämään virus jopa yhdessä altistuessaan. Säteilytettäessä HCV-soluviljelmiä ja HIV-1-suspensioita pienitehoisilla sähkömagneettisilla aalloilla, joiden taajuus on 2450 MHz, 90 W tai 180 W, virustiitteri ei muutu lusiferaasireportteriaktiivisuuden perusteella ja viruksen tarttuvuus muuttuu merkittävästi. havaittiin. 600 ja 800 W:lla 1 minuutin ajan, kummankaan virusten tarttuvuus ei laskenut merkittävästi, minkä uskotaan liittyvän sähkömagneettisen aallon säteilyn tehoon ja kriittisen lämpötila-altistuksen aikaan.
Kaczmarczyk [8] osoitti ensimmäisen kerran EHF-sähkömagneettisten aaltojen kuolettavuuden vesivälitteisiä patogeenisia viruksia vastaan vuonna 2021. He altistivat koronavirus 229E:n tai polioviruksen (PV) näytteet sähkömagneettisille aalloille taajuudella 95 GHz ja tehotiheydellä 70-100 W/cm2. 2 sekunnin ajan. Kahden patogeenisen viruksen inaktivointitehokkuus oli 99,98 % ja 99,375 %, vastaavasti. mikä osoittaa, että EHF-sähkömagneettisilla aalloilla on laajat sovellusmahdollisuudet virusten inaktivoinnin alalla.
Virusten UHF-inaktivoinnin tehokkuutta on arvioitu myös erilaisissa väliaineissa, kuten rintamaidossa ja joissakin kotona yleisesti käytetyissä materiaaleissa. Tutkijat altistivat adenoviruksen (ADV), polioviruksen tyypin 1 (PV-1), herpesviruksen 1 (HV-1) ja rinoviruksen (RHV) saastuttamat anestesianaamarit sähkömagneettiselle säteilylle taajuudella 2450 MHz ja teholla 720 wattia. He raportoivat, että ADV- ja PV-1-antigeenien testit muuttuivat negatiivisiksi ja HV-1-, PIV-3- ja RHV-tiitterit putosivat nollaan, mikä osoitti kaikkien virusten täydellistä inaktivoitumista 4 minuutin altistuksen jälkeen [15, 16]. Elhafi [17] altisti lintujen tarttuvan keuhkoputkentulehdusviruksen (IBV), lintujen pneumoviruksen (APV), Newcastlen tautiviruksen (NDV) ja lintuinfluenssaviruksen (AIV) infektoituneet vanupuikot suoraan 2450 MHz:n 900 W:n mikroaaltouunille. menettävät tarttuvuuskykynsä. Niistä APV ja IBV havaittiin lisäksi henkitorven elinten viljelmissä, jotka oli saatu 5. sukupolven kananpoikien alkioista. Vaikka virusta ei voitu eristää, virusnukleiinihappo havaittiin silti RT-PCR:llä. Ben-Shoshan [18] altisti suoraan 2450 MHz, 750 W:n sähkömagneettisille aalloille 15 sytomegalovirus (CMV) -positiiviselle rintamaitonäytteelle 30 sekunnin ajan. Antigeenin havaitseminen Shell-Vialilla osoitti CMV:n täydellisen inaktivoitumisen. Kuitenkin 500 W:lla 2 näytteestä 15 ei saavuttanut täydellistä inaktivaatiota, mikä osoittaa positiivisen korrelaation inaktivoinnin tehokkuuden ja sähkömagneettisten aaltojen tehon välillä.
On myös syytä huomata, että Yang [13] ennusti sähkömagneettisten aaltojen ja virusten välisen resonanssitaajuuden vakiintuneiden fyysisten mallien perusteella. Virusherkkien Madin Darbyn koiran munuaissolujen (MDCK) tuottama H3N2-viruspartikkelien suspensio, jonka tiheys on 7,5 × 1014 m-3, altistettiin suoraan sähkömagneettisille aalloilla taajuudella 8 GHz ja teholla 820 W/m² 15 minuuttia. H3N2-viruksen inaktivaatiotaso saavuttaa 100%. Kuitenkin teoreettisella kynnysarvolla 82 W/m2 vain 38 % H3N2-viruksesta inaktivoitui, 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 7,5 × 1014 m-3 SARS-CoV-2:ta altistui sähkömagneettisille aalloille A-aalto taajuudella 10-17 GHz ja tehotiheydellä 14,5 ± 1 W/m2 noin 15 minuuttia johtaa 100 % deaktivoitumiseen. Wangin äskettäinen tutkimus [19] osoitti, että SARS-CoV-2:n resonanssitaajuudet ovat 4 ja 7,5 GHz, mikä vahvistaa virustiitteristä riippumattomien resonanssitaajuuksien olemassaolon.
Yhteenvetona voidaan todeta, että sähkömagneettiset aallot voivat vaikuttaa aerosoleihin ja suspensioihin sekä virusten aktiivisuuteen pinnoilla. Havaittiin, että inaktivoinnin tehokkuus liittyy läheisesti sähkömagneettisten aaltojen taajuuteen ja tehoon sekä viruksen kasvuun käytettävään väliaineeseen. Lisäksi fyysisiin resonansseihin perustuvat sähkömagneettiset taajuudet ovat erittäin tärkeitä viruksen inaktivoinnille [2, 13]. Sähkömagneettisten aaltojen vaikutus patogeenisten virusten toimintaan on tähän asti keskittynyt pääasiassa tarttuvuuden muuttamiseen. Monimutkaisen mekanismin vuoksi useat tutkimukset ovat raportoineet sähkömagneettisten aaltojen vaikutuksesta patogeenisten virusten replikaatioon ja transkriptioon.
Mekanismit, joilla sähkömagneettiset aallot inaktivoivat viruksia, liittyvät läheisesti viruksen tyyppiin, sähkömagneettisten aaltojen taajuuteen ja tehoon sekä viruksen kasvuympäristöön, mutta ovat suurelta osin tutkimatta. Viimeaikainen tutkimus on keskittynyt lämpö-, atermaalisen ja rakenteellisen resonanssienergian siirron mekanismeihin.
Lämpövaikutukseksi ymmärretään lämpötilan nousu, joka johtuu polaaristen molekyylien nopeasta pyörimisestä, törmäyksestä ja kitkasta kudoksissa sähkömagneettisten aaltojen vaikutuksesta. Tämän ominaisuuden ansiosta sähkömagneettiset aallot voivat nostaa viruksen lämpötilan fysiologisen sietokyvyn kynnyksen yläpuolelle, mikä aiheuttaa 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 virittämän vuorottelevan sähkökentän mukaisesti tuottaen lämpöä kitkan kautta. Sitten lämpö siirretään virukselle sen lämpötilan nostamiseksi. Kun sietokyky ylittyy, nukleiinihapot ja proteiinit tuhoutuvat, mikä lopulta vähentää tarttuvuutta ja jopa inaktivoi viruksen.
Useat ryhmät ovat raportoineet, että sähkömagneettiset aallot voivat vähentää virusten tarttuvuutta lämpöaltistuksella [1, 3, 8]. Kaczmarczyk [8] altisti koronaviruksen 229E suspensiot sähkömagneettisille aalloille taajuudella 95 GHz tehotiheydellä 70–100 W/cm² 0,2–0,7 sekunnin ajan. Tulokset osoittivat, että 100 °C:n lämpötilan nousu tämän prosessin aikana vaikutti viruksen morfologian tuhoutumiseen ja viruksen aktiivisuuden vähentymiseen. Nämä lämpövaikutukset voidaan selittää sähkömagneettisten aaltojen vaikutuksella ympäröiviin vesimolekyyleihin. Siddharta [3] säteilytti HCV:tä sisältäviä eri genotyyppien soluviljelysuspensioita, mukaan lukien GT1a, GT2a, GT3a, GT4a, GT5a, GT6a ja GT7a, sähkömagneettisilla aalloilla taajuudella 2450 MHz ja teholla 90 W ja 180 W, L, 600 W ja 800 ti Kanssa an soluviljelyalustan lämpötilan nousu 26 °C:sta 92 °C:seen, sähkömagneettinen säteily vähensi viruksen tarttuvuutta tai inaktivoi viruksen kokonaan. Mutta HCV altistui lyhyen aikaa sähkömagneettisille aalloille pienellä teholla (90 tai 180 W, 3 minuuttia) tai suuremmalla teholla (600 tai 800 W, 1 minuutti), kun taas lämpötilassa ei tapahtunut merkittävää nousua ja merkittävää muutosta viruksen tarttuvuutta tai aktiivisuutta ei havaittu.
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, polariteettia, jolloin molekyylit pyörivät ja värähtelevät, mikä johtaa elinkelpoisuuden vähenemiseen tai jopa kuolemaan [10]. Uskotaan, että sähkömagneettisten aaltojen napaisuuden nopea vaihtuminen aiheuttaa proteiinien polarisaatiota, mikä johtaa proteiinirakenteen vääntymiseen ja kaareutumiseen ja viime kädessä proteiinin denaturaatioon [11].
Sähkömagneettisten aaltojen ei-terminen vaikutus viruksen inaktivoitumiseen on edelleen kiistanalainen, mutta useimmat tutkimukset ovat osoittaneet myönteisiä tuloksia [1, 25]. Kuten edellä mainittiin, sähkömagneettiset aallot voivat tunkeutua suoraan MS2-viruksen vaippaproteiiniin ja tuhota viruksen nukleiinihapon. Lisäksi MS2-virusaerosolit ovat paljon herkempiä sähkömagneettisille aalloille kuin vesipitoiset MS2-aerosolit. Koska MS2-virusaerosoleja ympäröivässä ympäristössä on vähemmän polaarisia molekyylejä, kuten vesimolekyylejä, atermisilla vaikutuksilla voi olla keskeinen rooli sähkömagneettisen aallon välittämässä viruksen inaktivaatiossa [1].
Resonanssiilmiö viittaa fyysisen järjestelmän taipumukseen absorboida enemmän energiaa ympäristöstään sen luonnollisella taajuudella ja aallonpituudella. Resonanssia esiintyy monissa paikoissa luonnossa. Tiedetään, että virukset resonoivat samantaajuisten mikroaaltojen kanssa rajoitetussa akustisessa dipolitilassa, mikä on resonanssiilmiö [2, 13, 26]. Sähkömagneettisen aallon ja viruksen väliset resonanssit vuorovaikutusmuodot herättävät yhä enemmän huomiota. Tehokkaan rakenteellisen resonanssienergian siirron (SRET) vaikutus sähkömagneettisista aalloista suljettuihin akustisiin värähtelyihin (CAV) viruksissa voi johtaa viruksen kalvon repeämiseen vastakkaisten ydin-kapsidivärähtelyjen vuoksi. Lisäksi SRET:n kokonaistehokkuus liittyy ympäristön luonteeseen, jossa viruspartikkelin koko ja pH määräävät vastaavasti resonanssitaajuuden ja energian absorption [2, 13, 19].
Sähkömagneettisten aaltojen fyysinen resonanssivaikutus on avainasemassa vaipallisten virusten inaktivoinnissa, joita ympäröi kaksikerroksinen kalvo, joka on upotettu virusproteiineihin. Tutkijat havaitsivat, että H3N2:n deaktivoituminen sähkömagneettisilla aalloilla, joiden taajuus on 6 GHz ja tehotiheys 486 W/m², johtui pääasiassa kuoren fyysisestä repeämisestä resonanssivaikutuksen vuoksi [13]. H3N2-suspension lämpötila nousi vain 7 °C 15 minuutin altistuksen jälkeen, mutta ihmisen H3N2-viruksen inaktivoimiseksi lämpökuumennuksella vaaditaan yli 55 °C:n lämpötila [9]. Samanlaisia ilmiöitä on havaittu viruksilla, kuten SARS-CoV-2 ja H3N1 [13, 14]. Lisäksi sähkömagneettisten aaltojen aiheuttama virusten inaktivointi ei johda viruksen RNA-genomien hajoamiseen [1,13,14]. Siten H3N2-viruksen inaktivoitumista edisti fyysinen resonanssi eikä lämpöaltistus [13].
Sähkömagneettisten aaltojen lämpövaikutukseen verrattuna virusten inaktivointi fysikaalisella resonanssilla vaatii pienempiä annosparametreja, jotka alittavat Institute of Electrical and Electronics Engineersin (IEEE) määrittämät mikroaaltoturvallisuusstandardit [2, 13]. Resonanssitaajuus ja tehoannos riippuvat viruksen fysikaalisista ominaisuuksista, kuten hiukkaskoosta ja elastisuudesta, ja kaikki resonanssitaajuudella olevat virukset voidaan tehokkaasti kohdistaa inaktivointiin. Korkean tunkeutumisnopeuden, ionisoivan säteilyn puuttumisen ja hyvän turvallisuuden vuoksi CPET:n atermisen vaikutuksen välittämä virusinaktivaatio on lupaavaa patogeenisten virusten aiheuttamien ihmisen pahanlaatuisten sairauksien hoidossa [14, 26].
Nestefaasissa ja erilaisten väliaineiden pinnalla olevien virusten inaktivoinnin toteutuksen perusteella sähkömagneettiset aallot voivat käsitellä tehokkaasti virusaerosoleja [1, 26], mikä on läpimurto ja jolla on suuri merkitys viruksen leviämisen hallinnassa. viruksen leviämisen estäminen yhteiskunnassa. epideeminen. Lisäksi sähkömagneettisten aaltojen fysikaalisten resonanssiominaisuuksien löytäminen on erittäin tärkeää tällä alalla. Niin kauan kuin tietyn virionin resonanssitaajuus ja sähkömagneettiset aallot tunnetaan, kaikki haavan resonanssitaajuusalueella olevat virukset voidaan kohdistaa, mitä ei voida saavuttaa perinteisillä virusinaktivointimenetelmillä [13,14,26]. Virusten sähkömagneettinen inaktivointi on lupaava tutkimus, jolla on suuri tutkimus- ja soveltamisarvo ja potentiaali.
Verrattuna perinteiseen virustappamistekniikkaan, sähkömagneettisilla aalloilla on ainutlaatuisten fysikaalisten ominaisuuksiensa ansiosta yksinkertaisen, tehokkaan ja käytännöllisen ympäristönsuojelun ominaisuudet viruksia tappaessa [2, 13]. Monia ongelmia on kuitenkin jäljellä. Ensinnäkin nykyaikainen tieto rajoittuu sähkömagneettisten aaltojen fysikaalisiin ominaisuuksiin, eikä sähkömagneettisten aaltojen emission energiankäyttömekanismia ole paljastettu [10, 27]. Mikroaaltoja, mukaan lukien millimetriaaltoja, on käytetty laajasti viruksen inaktivoinnin ja sen mekanismien tutkimiseen, mutta sähkömagneettisten aaltojen tutkimuksia muilla taajuuksilla, erityisesti taajuuksilla 100 kHz - 300 MHz ja 300 GHz - 10 THz, ei ole raportoitu. Toiseksi mekanismia patogeenisten virusten tappamiseksi sähkömagneettisilla aalloilla ei ole selvitetty, ja vain pallomaisia ja sauvan muotoisia viruksia on tutkittu [2]. Lisäksi viruspartikkelit ovat pieniä, soluttomia, mutatoituvat helposti ja leviävät nopeasti, mikä voi estää viruksen inaktivoitumisen. Sähkömagneettista aaltotekniikkaa on edelleen parannettava, jotta patogeenisten virusten inaktivoimisen este voidaan voittaa. Lopuksi väliaineen polaaristen molekyylien, kuten vesimolekyylien, suuri säteilyenergian absorptio johtaa energiahäviöön. Lisäksi SRET:n tehokkuuteen voivat vaikuttaa useat tunnistamattomat mekanismit viruksissa [28]. SRET-ilmiö voi myös muokata virusta sopeutumaan ympäristöönsä, mikä johtaa sähkömagneettisten aaltojen vastustuskykyyn [29].
Tulevaisuudessa virusten inaktivointitekniikkaa sähkömagneettisten aaltojen avulla on parannettava edelleen. Tieteellisen perustutkimuksen tulisi pyrkiä selvittämään sähkömagneettisten aaltojen aiheuttamaa viruksen inaktivaatiomekanismia. Esimerkiksi sähkömagneettisille aalloille altistuneiden virusten energian käyttömekanismia, patogeenisiä viruksia tappavan ei-termisen toiminnan yksityiskohtainen mekanismi sekä sähkömagneettisten aaltojen ja erityyppisten virusten välisen SRET-vaikutuksen mekanismi tulisi järjestelmällisesti selvittää. Soveltavassa tutkimuksessa tulisi keskittyä siihen, miten estetään liiallinen säteilyenergian absorptio polaarisiin molekyyleihin, tutkia eritaajuisten sähkömagneettisten aaltojen vaikutusta erilaisiin patogeenisiin viruksiin sekä sähkömagneettisten aaltojen ei-termisiä vaikutuksia patogeenisten virusten tuhoamisessa.
Sähkömagneettisista aalloista on tullut lupaava menetelmä patogeenisten virusten inaktivoimiseksi. Sähkömagneettisen aaltotekniikan etuna on alhainen saastuminen, alhaiset kustannukset ja korkea patogeeniviruksen inaktivointitehokkuus, mikä voi voittaa perinteisen virustorjuntatekniikan rajoitukset. Lisätutkimusta tarvitaan kuitenkin sähkömagneettisen aaltotekniikan parametrien määrittämiseksi ja viruksen inaktivaatiomekanismin selvittämiseksi.
Tietty annos sähkömagneettista aaltosäteilyä voi tuhota monien patogeenisten virusten rakenteen ja aktiivisuuden. Viruksen inaktivoinnin tehokkuus liittyy läheisesti taajuuteen, tehotiheyteen ja altistusaikaan. Lisäksi mahdollisia mekanismeja ovat energiansiirron lämpö-, termiset ja rakenteelliset resonanssivaikutukset. Verrattuna perinteisiin virustorjuntatekniikoihin sähkömagneettiseen aaltoon perustuvalla virusinaktivoinnilla on yksinkertaisuus, korkea tehokkuus ja alhainen saastuminen. Siksi sähkömagneettisen aallon välittämisestä virusten inaktivoinnista on tullut lupaava antiviraalinen tekniikka tulevia sovelluksia varten.
U Yu. Mikroaaltosäteilyn ja kylmän plasman vaikutus bioaerosoliaktiivisuuteen ja siihen liittyviin mekanismeihin. Pekingin yliopisto. vuosi 2013.
Sun CK, Tsai YC, Chen Ye, Liu TM, Chen HY, Wang HC et ai. Mikroaaltojen resonanssidipolikytkentä 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 mikroaaltoinaktivointi: uusi lähestymistapa viruksen leviämisen estämiseen suonensisäisten huumeidenkäyttäjien keskuudessa. Tieteellinen raportti 2016; 6:36619.
Yan SX, Wang RN, Cai YJ, Song YL, Qv HL. Sairaala-asiakirjojen saastumisen tutkimus ja kokeellinen havainnointi mikroaaltodesinfioinnilla [J] Chinese Medical Journal. 1987; 4:221-2.
Sun Wei Alustava tutkimus natriumdikloori-isosyanaatin inaktivaatiomekanismista ja tehosta bakteriofagia MS2 vastaan. Sichuanin yliopisto. 2007.
Yang Li Alustava tutkimus o-ftaalialdehydin inaktivoivasta vaikutuksesta ja vaikutusmekanismista bakteriofagiin MS2. Sichuanin yliopisto. 2007.
Wu Ye, neiti Yao. Ilmassa leviävän viruksen inaktivointi in situ mikroaaltosäteilyllä. Kiinan tiedelehti. 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 antigeenisyystutkimuksiin ja fenotyyppisten neuraminidaasin estäjien resistenssimäärityksiin. Journal of Clinical Microbiology. 2010;48(3):928-40.
Zou Xinzhi, Zhang Lijia, Liu Yujia, Li Yu, Zhang Jia, Lin Fujia jne. Yleiskatsaus mikroaaltosterilointiin. Guangdongin mikroravinnetiede. 2013;20(6):67-70.
Li Jizhi. Mikroaaltojen ei-termiset biologiset vaikutukset elintarvikemikro-organismeihin ja mikroaaltosterilointitekniikkaan [JJ Southwestern Nationalities University (Natural Science Edition). 2006; 6:1219–22.
Afagi P, Lapolla MA, Gandhi K. SARS-CoV-2-piikkiproteiinin denaturaatio atermisen mikroaaltosäteilytyksen jälkeen. Tieteellinen raportti 2021; 11(1):23373.
Yang SC, Lin HC, Liu TM, Lu JT, Hong WT, Huang YR, et ai. Tehokas rakenteellinen resonanssienergian siirto mikroaalloista rajoitettuihin akustisiin värähtelyihin viruksissa. Tieteellinen raportti 2015; 5:18030.
Barbora A, Minnes R. Kohdennettu antiviraalinen hoito, jossa käytetään ionisoimatonta sädehoitoa SARS-CoV-2:lle ja valmistautuminen viruspandemiaan: menetelmät, menetelmät ja käytännön huomautukset kliiniseen käyttöön. PLOS One. 2021;16(5):e0251780.
Yang Huiming. Mikroaaltosterilointi ja siihen vaikuttavat tekijät. Kiinalainen lääketieteellinen lehti. 1993;(04):246-51.
Sivu WJ, Martin WG Mikrobien selviytyminen mikroaaltouunissa. Voit J Mikro-organismit. 1978;24(11):1431-3.
Elhafi G., Naylor SJ, Savage KE, Jones RS Mikroaalto- tai autoklaavikäsittely tuhoaa tarttuvan bronkiittiviruksen ja linnun pneumoviruksen tarttuvuuden, mutta mahdollistaa niiden havaitsemisen käänteiskopioijapolymeraasiketjureaktion avulla. siipikarjan tauti. 2004;33(3):303-6.
Ben-Shoshan M., Mandel D., Lubezki R., Dollberg S., Mimouni FB Sytomegaloviruksen mikroaaltohävittäminen rintamaidosta: pilottitutkimus. imetyslääke. 2016;11:186-7.
Wang PJ, Pang YH, Huang SY, Fang JT, Chang SY, Shih SR jne. SARS-CoV-2-viruksen mikroaaltoresonanssiabsorptio. 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:ta. Valodiagnostiikka Photodyne 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.
Postitusaika: 21.10.2022
Yksityisyysasetukset