Wpływ fal elektromagnetycznych na patogenne wirusy i powiązane mechanizmy: recenzja w Journal of Virology

Patogenne infekcje wirusowe stały się głównym problemem zdrowia publicznego na całym świecie. Wirusy mogą infekować wszystkie organizmy komórkowe i powodować różnego stopnia obrażenia i uszkodzenia, prowadząc do choroby, a nawet śmierci. W związku z występowaniem wysoce zjadliwych wirusów, takich jak koronawirus 2 ciężkiego ostrego zespołu oddechowego (SARS-CoV-2), istnieje pilna potrzeba opracowania skutecznych i bezpiecznych metod inaktywacji wirusów chorobotwórczych. Tradycyjne metody inaktywacji wirusów chorobotwórczych są praktyczne, ale mają pewne ograniczenia. Dzięki dużej sile penetracji, rezonansowi fizycznemu i brakowi zanieczyszczeń fale elektromagnetyczne stały się potencjalną strategią inaktywacji wirusów chorobotwórczych i przyciągają coraz większą uwagę. W artykule dokonano przeglądu najnowszych publikacji na temat wpływu fal elektromagnetycznych na wirusy chorobotwórcze i ich mechanizmów, a także perspektyw wykorzystania fal elektromagnetycznych do inaktywacji wirusów chorobotwórczych, a także nowych pomysłów i metod takiej inaktywacji.
Wiele wirusów rozprzestrzenia się szybko, utrzymuje się przez długi czas, jest wysoce patogennych i może powodować globalne epidemie oraz poważne zagrożenie dla zdrowia. Zapobieganie, wykrywanie, testowanie, eliminowanie i leczenie to kluczowe kroki w celu powstrzymania rozprzestrzeniania się wirusa. Szybka i skuteczna eliminacja wirusów chorobotwórczych obejmuje profilaktykę, ochronę i eliminację źródła. Inaktywacja wirusów chorobotwórczych poprzez fizjologiczną destrukcję w celu zmniejszenia ich zakaźności, chorobotwórczości i zdolności reprodukcyjnej jest skuteczną metodą ich eliminacji. Tradycyjne metody, obejmujące wysoką temperaturę, środki chemiczne i promieniowanie jonizujące, mogą skutecznie inaktywować patogenne wirusy. Jednak metody te nadal mają pewne ograniczenia. Dlatego nadal istnieje pilna potrzeba opracowania innowacyjnych strategii inaktywacji wirusów chorobotwórczych.
Emisja fal elektromagnetycznych ma zalety dużej mocy penetracji, szybkiego i równomiernego nagrzewania, rezonansu z mikroorganizmami i uwalniania plazmy i oczekuje się, że stanie się praktyczną metodą inaktywacji wirusów chorobotwórczych [1,2,3]. W ubiegłym stuleciu wykazano zdolność fal elektromagnetycznych do inaktywacji wirusów chorobotwórczych [4]. W ostatnich latach coraz większą uwagę zwraca się na wykorzystanie fal elektromagnetycznych do inaktywacji wirusów chorobotwórczych. W artykule omówiono wpływ fal elektromagnetycznych na wirusy chorobotwórcze i ich mechanizmy, co może służyć jako przydatny przewodnik do badań podstawowych i stosowanych.
Cechy morfologiczne wirusów mogą odzwierciedlać takie funkcje, jak przeżycie i zakaźność. Wykazano, że fale elektromagnetyczne, zwłaszcza fale elektromagnetyczne o ultrawysokiej częstotliwości (UHF) i ultrawysokiej częstotliwości (EHF), mogą zakłócać morfologię wirusów.
Bakteriofag MS2 (MS2) jest często wykorzystywany w różnych obszarach badawczych, takich jak ocena dezynfekcji, modelowanie kinetyczne (wodne) i biologiczna charakterystyka cząsteczek wirusa [5, 6]. Wu odkrył, że mikrofale o częstotliwości 2450 MHz i mocy 700 W powodują agregację i znaczny skurcz fagów wodnych MS2 po 1 minucie bezpośredniego napromieniowania [1]. Po dalszych badaniach zaobserwowano także pęknięcie powierzchni faga MS2 [7]. Kaczmarczyk [8] poddał zawiesiny próbek koronaawirusa 229E (CoV-229E) działaniu fal milimetrowych o częstotliwości 95 GHz i gęstości mocy od 70 do 100 W/cm2 przez 0,1 s. W szorstkiej kulistej powłoce wirusa można znaleźć duże dziury, co prowadzi do utraty jego zawartości. Narażenie na fale elektromagnetyczne może być niszczące dla form wirusowych. Nie są jednak znane zmiany właściwości morfologicznych, takich jak kształt, średnica i gładkość powierzchni, po ekspozycji wirusa na promieniowanie elektromagnetyczne. Dlatego istotna jest analiza związku cech morfologicznych z zaburzeniami czynnościowymi, która może dostarczyć cennych i wygodnych wskaźników oceny inaktywacji wirusa [1].
Struktura wirusa zwykle składa się z wewnętrznego kwasu nukleinowego (RNA lub DNA) i zewnętrznego kapsydu. Kwasy nukleinowe decydują o właściwościach genetycznych i replikacyjnych wirusów. Kapsyd jest zewnętrzną warstwą regularnie ułożonych podjednostek białek, podstawowym rusztowaniem i składnikiem antygenowym cząstek wirusa, a także chroni kwasy nukleinowe. Większość wirusów ma strukturę otoczki zbudowaną z lipidów i glikoprotein. Ponadto białka otoczki określają specyficzność receptorów i służą jako główne antygeny rozpoznawane przez układ odpornościowy gospodarza. Kompletna struktura zapewnia integralność i stabilność genetyczną wirusa.
Badania wykazały, że fale elektromagnetyczne, zwłaszcza fale elektromagnetyczne UHF, mogą uszkodzić RNA wirusów chorobotwórczych. Wu [1] bezpośrednio wystawił wodne środowisko wirusa MS2 na działanie mikrofal o częstotliwości 2450 MHz przez 2 minuty i przeanalizował geny kodujące białko A, białko kapsydu, białko replikazy i białko rozszczepiające za pomocą elektroforezy żelowej i reakcji łańcuchowej polimerazy z odwrotną transkrypcją. RT-PCR). Geny te ulegały stopniowemu niszczeniu wraz ze wzrostem gęstości mocy, a nawet znikały przy najwyższej gęstości mocy. Przykładowo ekspresja genu białka A (934 bp) znacząco spadła po ekspozycji na fale elektromagnetyczne o mocy 119 i 385 W i całkowicie zanikła, gdy gęstość mocy wzrosła do 700 W. Dane te wskazują, że fale elektromagnetyczne mogą, w zależności od dawki niszczą strukturę kwasów nukleinowych wirusów.
Ostatnie badania wykazały, że wpływ fal elektromagnetycznych na patogenne białka wirusowe opiera się głównie na ich pośrednim działaniu termicznym na mediatory oraz pośrednim wpływie na syntezę białek w wyniku destrukcji kwasów nukleinowych [1, 3, 8, 9]. Jednakże efekty atermiczne mogą również zmieniać polarność lub strukturę białek wirusowych [1, 10, 11]. Bezpośredni wpływ fal elektromagnetycznych na podstawowe białka strukturalne/niestrukturalne, takie jak białka kapsydu, białka otoczki lub białka kolców wirusów chorobotwórczych nadal wymaga dalszych badań. Ostatnio zasugerowano, że 2 minuty promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwości 2,45 GHz o mocy 700 W może oddziaływać z różnymi frakcjami ładunków białkowych poprzez powstawanie gorących punktów i oscylujące pola elektryczne poprzez efekty czysto elektromagnetyczne [12].
Otoczka wirusa chorobotwórczego jest ściśle powiązana z jego zdolnością do zakażania lub wywoływania choroby. Z kilku badań wynika, że ​​fale elektromagnetyczne UHF i mikrofale mogą niszczyć otoczki wirusów chorobotwórczych. Jak wspomniano powyżej, wyraźne dziury w otoczce wirusa koronaawirusa 229E można wykryć po 0,1 sekundy ekspozycji na falę milimetrową 95 GHz o gęstości mocy od 70 do 100 W/cm2 [8]. Efekt rezonansowego przenoszenia energii fal elektromagnetycznych może spowodować wystarczające naprężenia, aby zniszczyć strukturę otoczki wirusa. W przypadku wirusów otoczkowych po pęknięciu otoczki zakaźność lub pewna aktywność zwykle spada lub zostaje całkowicie utracona [13, 14]. Yang [13] poddał wirusa grypy H3N2 (H3N2) i wirusa grypy H1N1 (H1N1) działaniu mikrofal o częstotliwości odpowiednio 8,35 GHz, 320 W/m² i 7 GHz, 308 W/m², przez 15 minut. Aby porównać sygnały RNA patogennych wirusów wystawionych na działanie fal elektromagnetycznych i fragmentarycznego modelu zamrożonego i natychmiast rozmrożonego w ciekłym azocie przez kilka cykli, przeprowadzono RT-PCR. Wyniki pokazały, że sygnały RNA w obu modelach są bardzo spójne. Wyniki te wskazują, że pod wpływem promieniowania mikrofalowego struktura fizyczna wirusa zostaje zakłócona, a struktura otoczki ulega zniszczeniu.
Aktywność wirusa można scharakteryzować na podstawie jego zdolności do infekowania, replikacji i transkrypcji. Zakaźność lub aktywność wirusa zwykle ocenia się poprzez pomiar miana wirusa przy użyciu testów łysinkowych, mediany dawki zakaźnej w hodowli tkankowej (TCID50) lub aktywności genu reporterowego lucyferazy. Można to jednak również ocenić bezpośrednio, izolując żywego wirusa lub analizując antygen wirusa, gęstość cząstek wirusa, przeżywalność wirusa itp.
Donoszono, że fale elektromagnetyczne UHF, SHF i EHF mogą bezpośrednio inaktywować aerozole wirusowe lub wirusy przenoszone przez wodę. Wu [1] poddał aerozol bakteriofaga MS2 wytwarzany przez nebulizator laboratoryjny działaniu fal elektromagnetycznych o częstotliwości 2450 MHz i mocy 700 W przez 1,7 min, podczas gdy współczynnik przeżycia bakteriofaga MS2 wyniósł jedynie 8,66%. Podobnie jak w przypadku aerozolu wirusowego MS2, 91,3% wodnego MS2 zostało inaktywowane w ciągu 1,5 minuty po ekspozycji na tę samą dawkę fal elektromagnetycznych. Ponadto zdolność promieniowania elektromagnetycznego do inaktywacji wirusa MS2 była dodatnio skorelowana z gęstością mocy i czasem ekspozycji. Jednakże, gdy skuteczność dezaktywacji osiąga wartość maksymalną, nie można jej poprawić poprzez zwiększenie czasu ekspozycji lub zwiększenie gęstości mocy. Na przykład wirus MS2 miał minimalny współczynnik przeżycia wynoszący 2,65% do 4,37% po ekspozycji na fale elektromagnetyczne o częstotliwości 2450 MHz i 700 W i nie stwierdzono żadnych znaczących zmian wraz ze wzrostem czasu ekspozycji. Siddharta [3] napromieniował zawiesinę hodowli komórkowej zawierającą wirusa zapalenia wątroby typu C (HCV)/ludzkiego wirusa niedoboru odporności typu 1 (HIV-1) falami elektromagnetycznymi o częstotliwości 2450 MHz i mocy 360 W. Stwierdzili, że miano wirusa znacząco spadło po 3 minutach ekspozycji, co wskazuje, że promieniowanie fal elektromagnetycznych jest skuteczne przeciwko zakaźności HCV i HIV-1 oraz pomaga zapobiegać przenoszeniu wirusa nawet w przypadku jednoczesnego narażenia. Podczas naświetlania hodowli komórkowych HCV i zawiesin HIV-1 falami elektromagnetycznymi o małej mocy i częstotliwości 2450 MHz, 90 W lub 180 W nie obserwuje się zmiany miana wirusa, określonego na podstawie aktywności reporterowej lucyferazy, oraz istotną zmianę zakaźności wirusa zaobserwowano. przy mocy 600 i 800 W przez 1 minutę zakaźność obu wirusów nie uległa istotnemu zmniejszeniu, co uważa się za związane z mocą promieniowania fali elektromagnetycznej i czasem ekspozycji na temperaturę krytyczną.
Kaczmarczyk [8] po raz pierwszy wykazał śmiertelność fal elektromagnetycznych EHF wobec patogennych wirusów przenoszonych przez wodę w 2021 r. Wystawił próbki koronaawirusa 229E lub wirusa polio (PV) na działanie fal elektromagnetycznych o częstotliwości 95 GHz i gęstości mocy od 70 do 100 W/cm2 przez 2 sekundy. Skuteczność inaktywacji dwóch patogennych wirusów wyniosła odpowiednio 99,98% i 99,375%. co wskazuje, że fale elektromagnetyczne EHF mają szerokie perspektywy zastosowania w dziedzinie inaktywacji wirusów.
Skuteczność inaktywacji wirusów UHF oceniano także w różnych mediach, takich jak mleko matki i niektóre materiały powszechnie stosowane w domu. Naukowcy poddali maski anestezjologiczne skażone adenowirusem (ADV), wirusem polio typu 1 (PV-1), wirusem opryszczki 1 (HV-1) i rinowirusem (RHV) działaniu promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwości 2450 MHz i mocy 720 watów. Podali, że testy na antygeny ADV i PV-1 dały wynik ujemny, a miana HV-1, PIV-3 i RHV spadły do ​​zera, co wskazuje na całkowitą inaktywację wszystkich wirusów po 4 minutach ekspozycji [15, 16]. Elhafi [17] poddał bezpośrednio wymazy zakażone wirusem zakaźnego zapalenia oskrzeli ptaków (IBV), pneumowirusem ptaków (APV), wirusem rzekomego pomoru drobiu (NDV) i wirusem ptasiej grypy (AIV) działaniu kuchenki mikrofalowej o częstotliwości 2450 MHz i mocy 900 W. tracą zakaźność. Wśród nich dodatkowo wykryto APV i IBV w hodowlach narządów tchawicy uzyskanych z zarodków kurzych V pokolenia. Chociaż wirusa nie udało się wyizolować, wirusowy kwas nukleinowy nadal wykrywano metodą RT-PCR. Ben-Shoshan [18] poddał bezpośrednio działaniu fal elektromagnetycznych o częstotliwości 2450 MHz i mocy 750 W 15 próbek mleka z dodatnim wynikiem wirusa cytomegalii (CMV) przez 30 sekund. Wykrycie antygenu za pomocą Shell-Vial wykazało całkowitą inaktywację CMV. Jednakże przy mocy 500 W 2 z 15 próbek nie osiągnęły całkowitej inaktywacji, co wskazuje na dodatnią korelację pomiędzy efektywnością inaktywacji a mocą fal elektromagnetycznych.
Warto również zauważyć, że Yang [13] przewidział częstotliwość rezonansową pomiędzy falami elektromagnetycznymi a wirusami w oparciu o ustalone modele fizyczne. Zawiesina cząstek wirusa H3N2 o gęstości 7,5 × 1014 m-3, wytworzona przez wrażliwe na wirusy komórki nerkowe psa Madin Darby (MDCK), została bezpośrednio poddana działaniu fal elektromagnetycznych o częstotliwości 8 GHz i mocy 820 W/m² przez 15 minut. Poziom inaktywacji wirusa H3N2 sięga 100%. Jednakże przy teoretycznym progu wynoszącym 82 W/m2 inaktywowano jedynie 38% wirusa H3N2, co sugeruje, że skuteczność inaktywacji wirusa za pośrednictwem EM jest ściśle powiązana z gęstością mocy. Na podstawie tego badania Barbora [14] obliczyła zakres częstotliwości rezonansowej (8,5–20 GHz) pomiędzy falami elektromagnetycznymi a SARS-CoV-2 i stwierdziła, że ​​7,5 × 1014 m-3 SARS-CoV-2 narażonych na działanie fal elektromagnetycznych Fala A przy częstotliwości 10-17 GHz i gęstości mocy 14,5 ± 1 W/m2 przez około 15 minut da 100% dezaktywacja. Niedawne badanie Wanga [19] wykazało, że częstotliwości rezonansowe SARS-CoV-2 wynoszą 4 i 7,5 GHz, co potwierdza istnienie częstotliwości rezonansowych niezależnych od miana wirusa.
Podsumowując, można powiedzieć, że fale elektromagnetyczne mogą wpływać na aerozole i zawiesiny, a także na aktywność wirusów na powierzchniach. Stwierdzono, że skuteczność inaktywacji jest ściśle powiązana z częstotliwością i mocą fal elektromagnetycznych oraz podłożem wykorzystywanym do wzrostu wirusa. Ponadto częstotliwości elektromagnetyczne oparte na rezonansach fizycznych są bardzo ważne dla inaktywacji wirusów [2, 13]. Do tej pory wpływ fal elektromagnetycznych na aktywność wirusów chorobotwórczych skupiał się głównie na zmianie zakaźności. Ze względu na złożony mechanizm w kilku badaniach opisano wpływ fal elektromagnetycznych na replikację i transkrypcję patogennych wirusów.
Mechanizmy, za pomocą których fale elektromagnetyczne inaktywują wirusy, są ściśle powiązane z rodzajem wirusa, częstotliwością i mocą fal elektromagnetycznych oraz środowiskiem wzrostu wirusa, ale pozostają w dużej mierze niezbadane. Ostatnie badania skupiły się na mechanizmach termicznego, atermicznego i rezonansowego przenoszenia energii strukturalnej.
Przez efekt termiczny rozumie się wzrost temperatury wywołany szybkim obrotem, zderzeniami i tarciem cząsteczek polarnych w tkankach pod wpływem fal elektromagnetycznych. Dzięki tej właściwości fale elektromagnetyczne mogą podnieść temperaturę wirusa powyżej progu tolerancji fizjologicznej, powodując śmierć wirusa. Jednakże wirusy zawierają niewiele cząsteczek polarnych, co sugeruje, że bezpośrednie działanie termiczne na wirusy jest rzadkie [1]. Wręcz przeciwnie, w ośrodku i środowisku znajduje się znacznie więcej cząsteczek polarnych, takich jak cząsteczki wody, które poruszają się zgodnie ze zmiennym polem elektrycznym wzbudzanym przez fale elektromagnetyczne, wytwarzając ciepło poprzez tarcie. Ciepło jest następnie przekazywane wirusowi w celu podniesienia jego temperatury. Po przekroczeniu progu tolerancji kwasy nukleinowe i białka ulegają zniszczeniu, co ostatecznie zmniejsza zakaźność, a nawet inaktywuje wirusa.
Kilka grup doniosło, że fale elektromagnetyczne mogą zmniejszać zakaźność wirusów poprzez ekspozycję termiczną [1, 3, 8]. Kaczmarczyk [8] poddał zawiesiny wirusa 229E działaniu fal elektromagnetycznych o częstotliwości 95 GHz i gęstości mocy od 70 do 100 W/cm² przez 0,2–0,7 s. Wyniki wykazały, że wzrost temperatury o 100°C podczas tego procesu przyczynił się do zniszczenia morfologii wirusa i zmniejszenia jego aktywności. Te efekty termiczne można wyjaśnić działaniem fal elektromagnetycznych na otaczające cząsteczki wody. Siddharta [3] napromieniał zawiesiny hodowli komórkowych zawierających HCV różnych genotypów, w tym GT1a, GT2a, GT3a, GT4a, GT5a, GT6a i GT7a, falami elektromagnetycznymi o częstotliwości 2450 MHz i mocy 90 W i 180 W, 360 W, 600 W i 800 Wt. Wraz ze wzrostem temperatury pożywki do hodowli komórkowej od 26°C do 92°C promieniowanie elektromagnetyczne zmniejszało zakaźność wirusa lub całkowicie inaktywowało wirusa. Jednak HCV był przez krótki czas narażony na działanie fal elektromagnetycznych o małej mocy (90 lub 180 W, 3 minuty) lub większej (600 lub 800 W, 1 minuta), przy czym nie nastąpił znaczący wzrost temperatury i znacząca zmiana wirusa nie zaobserwowano zakaźności ani aktywności.
Powyższe wyniki wskazują, że efekt termiczny fal elektromagnetycznych jest kluczowym czynnikiem wpływającym na zakaźność lub aktywność wirusów chorobotwórczych. Ponadto liczne badania wykazały, że działanie termiczne promieniowania elektromagnetycznego inaktywuje patogenne wirusy skuteczniej niż promieniowanie UV-C i konwencjonalne ogrzewanie [8, 20, 21, 22, 23, 24].
Oprócz efektów termicznych fale elektromagnetyczne mogą również zmieniać polaryzację cząsteczek, takich jak białka drobnoustrojów i kwasy nukleinowe, powodując obrót i wibracje cząsteczek, co skutkuje zmniejszoną żywotnością, a nawet śmiercią [10]. Uważa się, że szybka zmiana polaryzacji fal elektromagnetycznych powoduje polaryzację białek, co prowadzi do skręcenia i zakrzywienia struktury białka, a ostatecznie do denaturacji białka [11].
Nietermiczny wpływ fal elektromagnetycznych na inaktywację wirusa pozostaje kontrowersyjny, ale większość badań wykazała pozytywne wyniki [1, 25]. Jak wspomnieliśmy powyżej, fale elektromagnetyczne mogą bezpośrednio przenikać przez białko otoczki wirusa MS2 i niszczyć kwas nukleinowy wirusa. Ponadto aerozole wirusa MS2 są znacznie bardziej wrażliwe na fale elektromagnetyczne niż wodny MS2. Ze względu na mniej polarne cząsteczki, takie jak cząsteczki wody, w środowisku otaczającym aerozole wirusa MS2, efekty atermiczne mogą odgrywać kluczową rolę w inaktywacji wirusa za pośrednictwem fal elektromagnetycznych [1].
Zjawisko rezonansu odnosi się do tendencji układu fizycznego do pochłaniania większej ilości energii ze swojego otoczenia przy jego naturalnej częstotliwości i długości fali. Rezonans występuje w wielu miejscach w przyrodzie. Wiadomo, że wirusy rezonują z mikrofalami o tej samej częstotliwości w ograniczonym trybie dipola akustycznego, co jest zjawiskiem rezonansu [2, 13, 26]. Coraz większą uwagę przyciągają rezonansowe sposoby interakcji pomiędzy falą elektromagnetyczną a wirusem. Efekt wydajnego przenoszenia energii rezonansu strukturalnego (SRET) z fal elektromagnetycznych do zamkniętych oscylacji akustycznych (CAV) w wirusach może prowadzić do pęknięcia błony wirusowej z powodu przeciwstawnych wibracji rdzeń-kapsyd. Ponadto ogólna skuteczność SRET jest powiązana z charakterem środowiska, gdzie wielkość i pH cząsteczki wirusa determinują odpowiednio częstotliwość rezonansową i absorpcję energii [2, 13, 19].
Efekt rezonansu fizycznego fal elektromagnetycznych odgrywa kluczową rolę w inaktywacji wirusów otoczkowych, które są otoczone dwuwarstwową membraną osadzoną w białkach wirusowych. Badacze odkryli, że dezaktywacja H3N2 przez fale elektromagnetyczne o częstotliwości 6 GHz i gęstości mocy 486 W/m² była spowodowana głównie fizycznym rozerwaniem otoczki na skutek efektu rezonansu [13]. Temperatura zawiesiny H3N2 wzrosła jedynie o 7°C po 15 minutach ekspozycji, jednak do inaktywacji ludzkiego wirusa H3N2 poprzez ogrzewanie konieczna jest temperatura powyżej 55°C [9]. Podobne zjawiska zaobserwowano w przypadku wirusów takich jak SARS-CoV-2 i H3N1 [13, 14]. Ponadto inaktywacja wirusów za pomocą fal elektromagnetycznych nie prowadzi do degradacji genomów wirusowego RNA [1,13,14]. Zatem inaktywacja wirusa H3N2 była spowodowana rezonansem fizycznym, a nie ekspozycją termiczną [13].
W porównaniu z efektem termicznym fal elektromagnetycznych, inaktywacja wirusów metodą rezonansu fizycznego wymaga niższych parametrów dawki, które są poniżej standardów bezpieczeństwa mikrofalowego ustalonych przez Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników (IEEE) [2, 13]. Częstotliwość rezonansowa i dawka mocy zależą od właściwości fizycznych wirusa, takich jak wielkość cząstek i elastyczność, a wszystkie wirusy w obrębie częstotliwości rezonansowej można skutecznie poddać inaktywacji. Ze względu na wysoki współczynnik penetracji, brak promieniowania jonizującego i dobre bezpieczeństwo, inaktywacja wirusa za pośrednictwem atermicznego efektu CPET jest obiecująca w leczeniu ludzkich chorób złośliwych wywoływanych przez wirusy chorobotwórcze [14, 26].
Opierając się na realizacji inaktywacji wirusów w fazie ciekłej i na powierzchni różnych mediów, fale elektromagnetyczne mogą skutecznie radzić sobie z aerozolami wirusowymi [1, 26], co stanowi przełom i ma ogromne znaczenie w kontrolowaniu przenoszenia wirusa wirusa i zapobieganie przenoszeniu wirusa w społeczeństwie. epidemia. Ponadto duże znaczenie w tej dziedzinie ma odkrycie fizycznych właściwości rezonansowych fal elektromagnetycznych. Dopóki znana jest częstotliwość rezonansowa konkretnego wirionu i fale elektromagnetyczne, można zaatakować wszystkie wirusy w zakresie częstotliwości rezonansowej rany, czego nie można osiągnąć tradycyjnymi metodami inaktywacji wirusów [13,14,26]. Inaktywacja elektromagnetyczna wirusów jest obiecującym badaniem o dużej wartości badawczej i aplikacyjnej oraz potencjale.
W porównaniu z tradycyjną technologią zabijania wirusów, fale elektromagnetyczne mają cechy prostej, skutecznej i praktycznej ochrony środowiska podczas zabijania wirusów ze względu na swoje unikalne właściwości fizyczne [2, 13]. Jednakże pozostaje wiele problemów. Po pierwsze, współczesna wiedza ogranicza się do właściwości fizycznych fal elektromagnetycznych, a mechanizm wykorzystania energii podczas emisji fal elektromagnetycznych nie został poznany [10, 27]. Mikrofale, w tym fale milimetrowe, są szeroko stosowane do badania inaktywacji wirusów i jej mechanizmów, jednakże nie odnotowano badań fal elektromagnetycznych na innych częstotliwościach, szczególnie w zakresie częstotliwości od 100 kHz do 300 MHz i od 300 GHz do 10 THz. Po drugie, mechanizm zabijania patogennych wirusów przez fale elektromagnetyczne nie został wyjaśniony, a badano jedynie wirusy kuliste i pałeczek [2]. Ponadto cząsteczki wirusa są małe, bezkomórkowe, łatwo mutują i szybko się rozprzestrzeniają, co może zapobiec inaktywacji wirusa. Technologia fal elektromagnetycznych nadal wymaga udoskonalenia, aby pokonać przeszkodę w postaci inaktywacji patogennych wirusów. Wreszcie, wysoka absorpcja energii promieniowania przez cząsteczki polarne w ośrodku, takie jak cząsteczki wody, powoduje utratę energii. Ponadto na skuteczność SRET może wpływać kilka niezidentyfikowanych mechanizmów występujących w wirusach [28]. Efekt SRET może również modyfikować wirusa w celu dostosowania się do jego środowiska, co skutkuje odpornością na fale elektromagnetyczne [29].
W przyszłości technologia inaktywacji wirusów za pomocą fal elektromagnetycznych wymaga dalszego udoskonalenia. Podstawowe badania naukowe powinny mieć na celu wyjaśnienie mechanizmu inaktywacji wirusa za pomocą fal elektromagnetycznych. Na przykład należy systematycznie wyjaśniać mechanizm wykorzystania energii wirusów poddawanych działaniu fal elektromagnetycznych, szczegółowy mechanizm działania nietermicznego zabijającego wirusy chorobotwórcze oraz mechanizm efektu SRET pomiędzy falami elektromagnetycznymi a różnymi typami wirusów. Badania stosowane powinny skupiać się na sposobach zapobiegania nadmiernej absorpcji energii promieniowania przez cząsteczki polarne, badaniu wpływu fal elektromagnetycznych o różnych częstotliwościach na różne wirusy chorobotwórcze oraz badaniu nietermicznego wpływu fal elektromagnetycznych na niszczenie wirusów chorobotwórczych.
Fale elektromagnetyczne stały się obiecującą metodą inaktywacji wirusów chorobotwórczych. Technologia fal elektromagnetycznych ma zalety: niskie zanieczyszczenie, niski koszt i wysoką skuteczność inaktywacji wirusów patogenów, co pozwala pokonać ograniczenia tradycyjnej technologii antywirusowej. Konieczne są jednak dalsze badania w celu określenia parametrów technologii fal elektromagnetycznych i wyjaśnienia mechanizmu inaktywacji wirusów.
Pewna dawka promieniowania fal elektromagnetycznych może zniszczyć strukturę i działanie wielu patogennych wirusów. Skuteczność inaktywacji wirusów jest ściśle powiązana z częstotliwością, gęstością mocy i czasem ekspozycji. Ponadto potencjalne mechanizmy obejmują skutki termiczne, atermiczne i rezonans strukturalny transferu energii. W porównaniu z tradycyjnymi technologiami antywirusowymi, inaktywacja wirusów za pomocą fal elektromagnetycznych ma zalety polegające na prostocie, wysokiej wydajności i niskim zanieczyszczeniu. Dlatego inaktywacja wirusów za pomocą fal elektromagnetycznych stała się obiecującą techniką przeciwwirusową do przyszłych zastosowań.
Ty Yu. Wpływ promieniowania mikrofalowego i zimnej plazmy na aktywność bioaerozolu i mechanizmy z nią związane. Uniwersytet Pekiński. rok 2013.
Sun CK, Tsai YC, Chen Ye, Liu TM, Chen HY, Wang HC i in. Rezonansowe sprzężenie dipolowe mikrofal i ograniczone oscylacje akustyczne u bakulowirusów. Raport naukowy 2017; 7(1):4611.
Siddharta A, Pfaender S, Malassa A, Doerrbecker J, Anggakusuma, Engelmann M i in. Inaktywacja mikrofalowa HCV i HIV: nowe podejście do zapobiegania przenoszeniu wirusa wśród osób przyjmujących narkotyki drogą iniekcji. Raport naukowy 2016; 6:36619.
Yan SX, Wang RN, Cai YJ, Song YL, Qv HL. Badanie i obserwacja eksperymentalna skażenia dokumentów szpitalnych poprzez dezynfekcję mikrofalową [J] Chinese Medical Journal. 1987; 4:221-2.
Sun Wei Wstępne badanie mechanizmu inaktywacji i skuteczności dichloroizocyjanianu sodu przeciwko bakteriofagowi MS2. Uniwersytet Syczuan. 2007.
Yang Li Wstępne badanie efektu inaktywacji i mechanizmu działania aldehydu o-ftalowego na bakteriofaga MS2. Uniwersytet Syczuan. 2007.
Wu Ye, pani Yao. Inaktywacja wirusa przenoszonego w powietrzu in situ za pomocą promieniowania mikrofalowego. Chiński Biuletyn Naukowy. 2014;59(13):1438-45.
Kachmarchik LS, Marsai KS, Szewczenko S., Pilosof M., Levy N., Einat M. i in. Koronawirusy i wirusy polio są wrażliwe na krótkie impulsy promieniowania cyklotronowego w paśmie W. List na temat chemii środowiska. 2021;19(6):3967-72.
Yonges M, Liu VM, van der Vries E, Jacobi R, Pronk I, Boog S i in. Inaktywacja wirusa grypy do badań antygenowości i testów oporności na fenotypowe inhibitory neuraminidazy. Journal of Clinical Microbiology. 2010;48(3):928-40.
Zou Xinzhi, Zhang Lijia, Liu Yujia, Li Yu, Zhang Jia, Lin Fujia i in. Przegląd sterylizacji mikrofalowej. Nauka o mikroelementach w Guangdong. 2013;20(6):67-70.
Li Jizhi. Nietermiczne biologiczne skutki mikrofal na mikroorganizmy żywności i technologia sterylizacji mikrofalowej [JJ Southwestern Nationalities University (wydanie Natural Science). 2006; 6:1219–22.
Afagi P, Lapolla MA, Gandhi K. Denaturacja białka kolczastego SARS-CoV-2 pod wpływem atermicznego napromieniowania mikrofalowego. Raport naukowy 2021; 11(1):23373.
Yang SC, Lin HC, Liu TM, Lu JT, Hong WT, Huang YR i in. Wydajny strukturalny transfer energii rezonansowej z mikrofal do ograniczonych oscylacji akustycznych w wirusach. Raport naukowy 2015; 5:18030.
Barbora A, Minnes R. Ukierunkowana terapia przeciwwirusowa z wykorzystaniem radioterapii niejonizującej w przypadku SARS-CoV-2 i przygotowanie na pandemię wirusową: metody, metody i uwagi praktyczne do zastosowania klinicznego. PLOS Jeden. 2021;16(5):e0251780.
Yang Huiminga. Sterylizacja mikrofalowa i czynniki na nią wpływające. Chiński dziennik medyczny. 1993;(04):246-51.
Strona WJ, Martin WG Przetrwanie drobnoustrojów w kuchenkach mikrofalowych. Możesz J Mikroorganizmy. 1978;24(11):1431-3.
Elhafi G., Naylor SJ, Savage KE, Jones RS Leczenie mikrofalami lub autoklawem niszczy zakaźność wirusa zakaźnego zapalenia oskrzeli i pneumowirusa ptasiego, ale pozwala na ich wykrycie za pomocą reakcji łańcuchowej polimerazy z odwrotną transkryptazą. choroba drobiu. 2004;33(3):303-6.
Ben-Shoshan M., Mandel D., Lubezki R., Dollberg S., Mimouni FB Mikrofalowa eradykacja wirusa cytomegalii z mleka matki: badanie pilotażowe. lek na karmienie piersią. 2016;11:186-7.
Wang PJ, Pang YH, Huang SY, Fang JT, Chang SY, Shih SR i in. Absorpcja rezonansu mikrofalowego wirusa SARS-CoV-2. Raport Naukowy 2022; 12 ust. 1: 12596.
Sabino CP, Sellera FP, Sales-Medina DF, Machado RRG, Durigon EL, Freitas-Junior LH itp. Śmiertelna dawka SARS-CoV-2 UV-C (254 nm). Diagnostyka świetlna Photodyne Ther. 2020;32:101995.
Storm N, McKay LGA, Downs SN, Johnson RI, Birru D, de Samber M itp. Szybka i całkowita inaktywacja SARS-CoV-2 przez UV-C. Raport Naukowy 2020; 10(1):22421.