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

Patogenne zakażenia wirusowe stały się poważnym problemem zdrowia publicznego na całym świecie. Wirusy mogą zakażać wszystkie organizmy komórkowe i powodować różny stopień obrażeń i uszkodzeń, prowadząc do chorób, a nawet śmierci. Ze względu na rozpowszechnienie wysoce patogennych wirusów, takich jak koronawirus zespołu ostrej niewydolności oddechowej 2 (SARS-CoV-2), istnieje pilna potrzeba opracowania skutecznych i bezpiecznych metod inaktywacji patogennych wirusów. Tradycyjne metody inaktywacji patogennych wirusów są praktyczne, ale mają pewne ograniczenia. Dzięki cechom dużej mocy penetracji, rezonansu fizycznego i braku zanieczyszczeń fale elektromagnetyczne stały się potencjalną strategią inaktywacji patogennych wirusów i przyciągają coraz większą uwagę. Niniejszy artykuł zawiera przegląd ostatnich publikacji na temat wpływu fal elektromagnetycznych na patogenne wirusy i ich mechanizmy, a także perspektywy wykorzystania fal elektromagnetycznych do inaktywacji patogennych wirusów, a także nowe pomysły i metody takiej inaktywacji.
Wiele wirusów rozprzestrzenia się szybko, utrzymuje się przez długi czas, jest wysoce patogennych i może powodować globalne epidemie i poważne zagrożenia dla zdrowia. Zapobieganie, wykrywanie, testowanie, eradykacja i leczenie to kluczowe kroki w celu zatrzymania rozprzestrzeniania się wirusa. Szybka i skuteczna eliminacja wirusów patogennych obejmuje profilaktykę, ochronę i eliminację źródła. Inaktywacja wirusów patogennych poprzez fizjologiczne zniszczenie w celu zmniejszenia ich zakaźności, patogeniczności i zdolności reprodukcyjnej jest skuteczną metodą ich eliminacji. Tradycyjne metody, w tym wysoka temperatura, chemikalia i promieniowanie jonizujące, mogą skutecznie inaktywować wirusy patogenne. Jednak metody te nadal mają pewne ograniczenia. Dlatego nadal istnieje pilna potrzeba opracowania innowacyjnych strategii inaktywacji wirusów patogennych.
Emisja fal elektromagnetycznych ma zalety wysokiej mocy penetrującej, szybkiego i równomiernego nagrzewania, rezonansu z mikroorganizmami i uwalniania plazmy, i oczekuje się, że stanie się praktyczną metodą inaktywacji wirusów chorobotwórczych [1,2,3]. Zdolność fal elektromagnetycznych do inaktywacji wirusów chorobotwórczych została wykazana w ubiegłym stuleciu [4]. W ostatnich latach wykorzystanie fal elektromagnetycznych do inaktywacji wirusów chorobotwórczych przyciągnęło coraz większą uwagę. W artykule tym omówiono wpływ fal elektromagnetycznych na wirusy chorobotwórcze i ich mechanizmy, co może służyć jako przydatny przewodnik dla badań podstawowych i stosowanych.
Morfologiczne cechy wirusów mogą odzwierciedlać funkcje takie jak przeżywalność i zakaźność. Wykazano, że fale elektromagnetyczne, zwłaszcza fale elektromagnetyczne o ultra wysokiej częstotliwości (UHF) i ultra wysokiej częstotliwości (EHF), mogą zaburzać morfologię wirusów.
Bakteriofag MS2 (MS2) jest często stosowany w różnych obszarach badawczych, takich jak ocena dezynfekcji, modelowanie kinetyczne (wodne) i charakterystyka biologiczna cząsteczek wirusowych [5, 6]. Wu odkrył, że mikrofale o częstotliwości 2450 MHz i mocy 700 W powodują agregację i znaczne kurczenie się fagów wodnych MS2 po 1 minucie bezpośredniego napromieniowania [1]. Po dalszych badaniach zaobserwowano również pęknięcie na powierzchni faga MS2 [7]. Kaczmarczyk [8] poddał zawiesiny próbek koronawirusa 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 otwory, co prowadzi do utraty jego zawartości. Narażenie na fale elektromagnetyczne może być destrukcyjne dla form wirusowych. Jednakże zmiany właściwości morfologicznych, takich jak kształt, średnica i gładkość powierzchni, po narażeniu wirusa na działanie promieniowania elektromagnetycznego są nieznane. Dlatego też ważne jest przeanalizowanie związku między cechami morfologicznymi a zaburzeniami czynnościowymi, co może dostarczyć cennych i wygodnych wskaźników do oceny inaktywacji wirusa [1].
Struktura wirusa zazwyczaj składa się z wewnętrznego kwasu nukleinowego (RNA lub DNA) i zewnętrznego kapsydu. Kwasy nukleinowe określają właściwości genetyczne i replikacyjne wirusów. Kapsyd jest zewnętrzną warstwą regularnie ułożonych podjednostek białkowych, podstawowym rusztowaniem i składnikiem antygenowym cząstek wirusowych, a także chroni kwasy nukleinowe. Większość wirusów ma strukturę otoczki złożoną z lipidów i glikoprotein. Ponadto białka otoczki określają specyficzność receptorów i służą jako główne antygeny, które układ odpornościowy gospodarza może rozpoznać. Pełna struktura zapewnia integralność i stabilność genetyczną wirusa.
Badania wykazały, że fale elektromagnetyczne, zwłaszcza fale elektromagnetyczne UHF, mogą uszkodzić RNA wirusów wywołujących choroby. Wu [1] bezpośrednio wystawił środowisko wodne wirusa MS2 na działanie mikrofal o częstotliwości 2450 MHz przez 2 minuty i przeanalizował geny kodujące białko A, białko kapsydu, białko replikazy i białko rozszczepienia za pomocą elektroforezy żelowej i odwrotnej reakcji łańcuchowej polimerazy transkrypcyjnej. RT-PCR). Geny te były stopniowo niszczone wraz ze wzrostem gęstości mocy, a nawet zanikały przy najwyższej gęstości mocy. Na przykład ekspresja genu białka A (934 pz) znacznie spadła po wystawieniu na działanie fal elektromagnetycznych 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, niszczyć strukturę kwasów nukleinowych wirusów.
Ostatnie badania wykazały, że wpływ fal elektromagnetycznych na patogenne białka wirusowe opiera się głównie na ich pośrednim efekcie termicznym na mediatory i ich pośrednim wpływie na syntezę białek ze względu na niszczenie kwasów nukleinowych [1, 3, 8, 9]. Jednak efekty atermiczne mogą również zmieniać biegunowość 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 patogennych, nadal wymaga dalszych badań. Niedawno zasugerowano, że 2 minuty promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwości 2,45 GHz i mocy 700 W mogą oddziaływać z różnymi frakcjami ładunków białkowych poprzez tworzenie gorących punktów i oscylujących pól elektrycznych za pomocą czysto elektromagnetycznych efektów [12].
Otoczka wirusa chorobotwórczego jest ściśle związana z jego zdolnością do zakażania lub wywoływania choroby. Kilka badań wykazało, że fale elektromagnetyczne UHF i mikrofalowe mogą niszczyć otoczki wirusów wywołujących choroby. Jak wspomniano powyżej, w otoczce wirusa koronawirusa 229E można wykryć wyraźne dziury po 0,1-sekundowej ekspozycji na falę milimetrową o częstotliwości 95 GHz przy gęstości mocy od 70 do 100 W/cm2 [8]. Efekt rezonansowego transferu energii fal elektromagnetycznych może powodować wystarczające naprężenie, 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 wirusów patogennych poddanych działaniu fal elektromagnetycznych i pofragmentowanego modelu zamrożonego i natychmiast rozmrożonego w ciekłym azocie przez kilka cykli, wykonano RT-PCR. Wyniki wykazały, że sygnały RNA obu modeli są bardzo spójne. Wyniki te wskazują, że struktura fizyczna wirusa ulega zaburzeniu, a struktura otoczki zostaje zniszczona po wystawieniu na działanie promieniowania mikrofalowego.
Aktywność wirusa można scharakteryzować na podstawie jego zdolności do zakażania, replikacji i transkrypcji. Zakaźność lub aktywność wirusa jest zwykle oceniana poprzez pomiar miana wirusa za pomocą testów płytkowych, mediany dawki zakaźnej hodowli tkankowej (TCID50) lub aktywności genu reporterowego lucyferazy. Ale można ją również ocenić bezpośrednio poprzez wyizolowanie żywego wirusa lub poprzez analizę antygenu wirusowego, gęstości cząstek wirusa, przeżywalności wirusa itp.
Donoszono, że fale elektromagnetyczne UHF, SHF i EHF mogą bezpośrednio dezaktywować aerozole wirusowe lub wirusy przenoszone przez wodę. Wu [1] wystawił aerozol bakteriofaga MS2 generowany przez laboratoryjny nebulizator na działanie fal elektromagnetycznych o częstotliwości 2450 MHz i mocy 700 W przez 1,7 minuty, podczas gdy wskaźnik przeżycia bakteriofaga MS2 wyniósł tylko 8,66%. Podobnie jak w przypadku aerozolu wirusowego MS2, 91,3% wodnego MS2 zostało dezaktywowane w ciągu 1,5 minuty po wystawieniu na działanie tej samej dawki fal elektromagnetycznych. Ponadto zdolność promieniowania elektromagnetycznego do dezaktywacji wirusa MS2 była dodatnio skorelowana z gęstością mocy i czasem ekspozycji. Jednak gdy wydajność dezaktywacji osiągnie maksymalną wartość, nie można jej poprawić przez wydłużenie czasu ekspozycji lub zwiększenie gęstości mocy. Na przykład wirus MS2 miał minimalny wskaźnik przeżywalności wynoszący od 2,65% do 4,37% po narażeniu na fale elektromagnetyczne o częstotliwości 2450 MHz i mocy 700 W, a nie stwierdzono żadnych istotnych zmian wraz ze wzrostem czasu narażenia. Siddharta [3] napromieniował zawiesinę hodowli komórkowej zawierającą wirus zapalenia wątroby typu C (HCV)/wirus niedoboru odporności ludzkiej typu 1 (HIV-1) falami elektromagnetycznymi o częstotliwości 2450 MHz i mocy 360 W. Stwierdzili, że miana wirusa spadły znacząco po 3 minutach narażenia, co wskazuje, że promieniowanie falami elektromagnetycznymi jest skuteczne przeciwko zakaźności HCV i HIV-1 i pomaga zapobiegać przenoszeniu wirusa nawet przy jednoczesnej ekspozycji. Podczas napromieniowywania hodowli komórkowych HCV i zawiesin HIV-1 falami elektromagnetycznymi o niskiej mocy o częstotliwości 2450 MHz, 90 W lub 180 W nie zaobserwowano żadnej zmiany miana wirusa, określonej przez aktywność reportera lucyferazy, a także istotnej zmiany zakaźności wirusa. przy 600 i 800 W przez 1 minutę zakaźność obu wirusów nie zmniejszyła się znacząco, co uważa się za związane z mocą promieniowania fal elektromagnetycznych i czasem ekspozycji na krytyczną temperaturę.
Kaczmarczyk [8] po raz pierwszy wykazał śmiertelność fal elektromagnetycznych EHF w stosunku do wirusów chorobotwórczych przenoszonych przez wodę w 2021 r. Wystawił próbki koronawirusa 229E lub wirusa polio (PV) na działanie fal elektromagnetycznych o częstotliwości 95 GHz i gęstości mocy 70 do 100 W/cm2 przez 2 sekundy. Wydajność inaktywacji dwóch wirusów chorobotwórczych wyniosła odpowiednio 99,98% i 99,375%. co wskazuje, że fale elektromagnetyczne EHF mają szerokie perspektywy zastosowania w dziedzinie inaktywacji wirusów.
Skuteczność inaktywacji wirusów metodą UHF została również oceniona w różnych mediach, takich jak mleko matki i niektóre materiały powszechnie stosowane w domu. Naukowcy wystawili maski anestezjologiczne zanieczyszczone adenowirusem (ADV), wirusem polio typu 1 (PV-1), wirusem opryszczki 1 (HV-1) i rinowirusem (RHV) na działanie promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwości 2450 MHz i mocy 720 watów. Zgłosili, że testy na antygeny ADV i PV-1 stały się ujemne, 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] bezpośrednio wystawił wymazy zakażone wirusem zakaźnego zapalenia oskrzeli ptaków (IBV), pneumowirusem ptaków (APV), wirusem choroby Newcastle (NDV) i wirusem grypy ptaków (AIV) na działanie kuchenki mikrofalowej o częstotliwości 2450 MHz i mocy 900 W. tracą swoją zakaźność. Spośród nich APV i IBV wykryto dodatkowo w hodowlach narządów tchawicy pobranych z zarodków kurzych 5. pokolenia. Chociaż wirusa nie udało się wyizolować, kwas nukleinowy wirusa został wykryty za pomocą RT-PCR. Ben-Shoshan [18] bezpośrednio wystawił fale elektromagnetyczne o częstotliwości 2450 MHz i mocy 750 W na 15 próbek mleka kobiecego pozytywnych pod kątem cytomegalowirusa (CMV) przez 30 sekund. Wykrywanie antygenu metodą Shell-Vial wykazało całkowitą inaktywację CMV. Jednak przy mocy 500 W 2 z 15 próbek nie osiągnęło całkowitej inaktywacji, co wskazuje na dodatnią korelację między wydajnością inaktywacji a mocą fal elektromagnetycznych.
Warto również zauważyć, że Yang [13] przewidział częstotliwość rezonansową między 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 wirusa komórki nerki psa Madin Darby (MDCK), została bezpośrednio wystawiona na działanie fal elektromagnetycznych o częstotliwości 8 GHz i mocy 820 W/m² przez 15 minut. Poziom inaktywacji wirusa H3N2 sięga 100%. Jednak przy teoretycznym progu 82 W/m2, tylko 38% wirusa H3N2 zostało inaktywowane, co sugeruje, że efektywność inaktywacji wirusa za pomocą pola elektromagnetycznego jest ściśle związana z gęstością mocy. Na podstawie tego badania Barbora [14] obliczyła zakres częstotliwości rezonansowych (8,5–20 GHz) między falami elektromagnetycznymi a SARS-CoV-2 i wywnioskowała, że ​​7,5 × 1014 m-3 SARS-CoV-2 wystawionego na działanie fal elektromagnetycznych Fala o częstotliwości 10–17 GHz i gęstości mocy 14,5 ± 1 W/m2 przez około 15 minut spowoduje 100% dezaktywację. Ostatnie badanie przeprowadzone przez 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, możemy stwierdzić, że fale elektromagnetyczne mogą wpływać na aerozole i zawiesiny, a także na aktywność wirusów na powierzchniach. Stwierdzono, że skuteczność inaktywacji jest ściśle związana z częstotliwością i mocą fal elektromagnetycznych oraz medium wykorzystywanym do wzrostu wirusa. Ponadto częstotliwości elektromagnetyczne oparte na rezonansach fizycznych są bardzo ważne dla inaktywacji wirusa [2, 13]. Do tej pory wpływ fal elektromagnetycznych na aktywność wirusów patogennych koncentrował się głównie na zmianie zakaźności. Ze względu na złożony mechanizm, w kilku badaniach opisano wpływ fal elektromagnetycznych na replikację i transkrypcję wirusów patogennych.
Mechanizmy, za pomocą których fale elektromagnetyczne inaktywują wirusy, są ściśle związane z rodzajem wirusa, częstotliwością i mocą fal elektromagnetycznych oraz środowiskiem wzrostu wirusa, ale pozostają w dużej mierze niezbadane. Ostatnie badania skupiają się na mechanizmach termicznego, atermicznego i strukturalnego rezonansowego transferu energii.
Efekt termiczny rozumiany jest jako wzrost temperatury spowodowany szybkim obrotem, zderzeniem i tarciem cząsteczek polarnych w tkankach pod wpływem fal elektromagnetycznych. Ze względu na tę właściwość fale elektromagnetyczne mogą podnieść temperaturę wirusa powyżej progu tolerancji fizjologicznej, powodując śmierć wirusa. Jednak wirusy zawierają niewiele cząsteczek polarnych, co sugeruje, że bezpośrednie efekty termiczne na wirusy są rzadkie [1]. Przeciwnie, w medium i środowisku znajduje się znacznie więcej cząsteczek polarnych, takich jak cząsteczki wody, które poruszają się zgodnie ze zmiennym polem elektrycznym wzbudzanym przez fale elektromagnetyczne, generując 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 badawczych doniosło, że fale elektromagnetyczne mogą zmniejszać zakaźność wirusów poprzez narażenie termiczne [1, 3, 8]. Kaczmarczyk [8] poddał zawiesiny koronawirusa 229E działaniu fal elektromagnetycznych o częstotliwości 95 GHz z gęstością mocy 70 do 100 W/cm² przez 0,2-0,7 s. Wyniki pokazały, 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] napromieniował zawiesiny hodowli komórkowych zawierające 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 W. Wraz ze wzrostem temperatury podłoża hodowli komórkowej z 26°C do 92°C promieniowanie elektromagnetyczne zmniejszyło zakaźność wirusa lub całkowicie go inaktywowało. Ale HCV był wystawiony na działanie fal elektromagnetycznych przez krótki czas przy niskiej mocy (90 lub 180 W, 3 minuty) lub większej mocy (600 lub 800 W, 1 minuta), podczas gdy nie zaobserwowano znaczącego wzrostu temperatury i znaczącej zmiany w zakaźności lub aktywności wirusa.
Powyższe wyniki wskazują, że efekt cieplny fal elektromagnetycznych jest kluczowym czynnikiem wpływającym na zakaźność lub aktywność wirusów patogennych. Ponadto liczne badania wykazały, że efekt cieplny promieniowania elektromagnetycznego inaktywuje wirusy patogenne skuteczniej niż promieniowanie UV-C i ogrzewanie konwencjonalne [8, 20, 21, 22, 23, 24].
Oprócz efektów cieplnych fale elektromagnetyczne mogą również zmieniać biegunowość cząsteczek, takich jak białka bakteryjne i kwasy nukleinowe, powodując obrót i wibrację cząsteczek, co prowadzi do zmniejszenia żywotności lub nawet śmierci [10]. Uważa się, że szybka zmiana biegunowości fal elektromagnetycznych powoduje polaryzację białek, co prowadzi do skręcania 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 naturze. Wiadomo, że wirusy rezonują z mikrofalami o tej samej częstotliwości w ograniczonym trybie dipola akustycznego, co jest zjawiskiem rezonansowym [2, 13, 26]. Rezonansowe tryby oddziaływania między falą elektromagnetyczną a wirusem przyciągają coraz większą uwagę. Efekt efektywnego strukturalnego transferu energii rezonansowej (SRET) z fal elektromagnetycznych do zamkniętych oscylacji akustycznych (CAV) w wirusach może prowadzić do pęknięcia błony wirusowej z powodu przeciwstawnych drgań rdzeń-kapsyd. Ponadto ogólna skuteczność SRET jest związana z naturą otoczenia, gdzie rozmiar i pH cząstki wirusa odpowiednio określają częstotliwość rezonansową i pochłanianie energii [2, 13, 19].
Fizyczny efekt rezonansu fal elektromagnetycznych odgrywa kluczową rolę w inaktywacji wirusów otoczkowych, które są otoczone dwuwarstwową błoną osadzoną w białkach wirusowych. Naukowcy odkryli, że dezaktywacja H3N2 przez fale elektromagnetyczne o częstotliwości 6 GHz i gęstości mocy 486 W/m² była spowodowana głównie fizycznym pęknięciem powłoki z powodu efektu rezonansu [13]. Temperatura zawiesiny H3N2 wzrosła tylko o 7°C po 15 minutach ekspozycji, jednak do inaktywacji ludzkiego wirusa H3N2 przez ogrzewanie termiczne wymagana jest temperatura powyżej 55°C [9]. Podobne zjawiska zaobserwowano w przypadku wirusów takich jak SARS-CoV-2 i H3N1 [13, 14]. Ponadto inaktywacja wirusów przez fale elektromagnetyczne nie prowadzi do degradacji genomów wirusowego RNA [1,13,14]. Zatem inaktywację wirusa H3N2 przyspieszył rezonans fizyczny, a nie narażenie termiczne [13].
W porównaniu do efektu cieplnego fal elektromagnetycznych, inaktywacja wirusów przez rezonans fizyczny wymaga niższych parametrów dawki, które są poniżej standardów bezpieczeństwa mikrofal ustalonych przez Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników (IEEE) [2, 13]. Częstotliwość rezonansowa i dawka mocy zależą od właściwości fizycznych wirusa, takich jak rozmiar i elastyczność cząstek, a wszystkie wirusy w zakresie częstotliwości rezonansowej mogą być skutecznie celem inaktywacji. Ze względu na wysoki współczynnik penetracji, brak promieniowania jonizującego i dobre bezpieczeństwo, inaktywacja wirusa pośredniczona przez atermiczny efekt CPET jest obiecująca w leczeniu ludzkich chorób złośliwych wywołanych przez wirusy patogenne [14, 26].
W oparciu o wdrożenie inaktywacji wirusów w fazie ciekłej i na powierzchni różnych mediów, fale elektromagnetyczne mogą skutecznie radzić sobie z aerozolami wirusowymi [1, 26], co jest przełomem i ma ogromne znaczenie dla kontrolowania transmisji wirusa i zapobiegania transmisji wirusa w społeczeństwie. epidemii. Ponadto odkrycie fizycznych właściwości rezonansowych fal elektromagnetycznych ma ogromne znaczenie w tej dziedzinie. Dopóki znana jest częstotliwość rezonansowa konkretnego wirionu i fale elektromagnetyczne, można celować we wszystkie wirusy w zakresie częstotliwości rezonansowych rany, czego nie można osiągnąć tradycyjnymi metodami inaktywacji wirusów [13,14,26]. Inaktywacja elektromagnetyczna wirusów to obiecujące badanie o dużej wartości badawczej i stosowanej oraz potencjale.
W porównaniu z tradycyjną technologią zabijania wirusów, fale elektromagnetyczne mają cechy prostej, skutecznej, praktycznej ochrony środowiska podczas zabijania wirusów ze względu na swoje unikalne właściwości fizyczne [2, 13]. Pozostaje jednak wiele problemów. Po pierwsze, współczesna wiedza ogranicza się do właściwości fizycznych fal elektromagnetycznych, a mechanizm wykorzystania energii podczas emisji fal elektromagnetycznych nie został ujawniony [10, 27]. Mikrofale, w tym fale milimetrowe, były szeroko stosowane do badania inaktywacji wirusów i jej mechanizmów, jednak nie zgłoszono badań fal elektromagnetycznych o innych częstotliwościach, zwłaszcza o częstotliwościach od 100 kHz do 300 MHz i od 300 GHz do 10 THz. Po drugie, mechanizm zabijania wirusów patogennych przez fale elektromagnetyczne nie został wyjaśniony, a badano tylko wirusy kuliste i prętowe [2]. Ponadto cząsteczki wirusa są małe, bezkomórkowe, łatwo mutują i szybko się rozprzestrzeniają, co może zapobiegać inaktywacji wirusa. Technologia fal elektromagnetycznych nadal wymaga udoskonalenia, aby pokonać przeszkodę inaktywacji wirusów patogennych. Wreszcie, wysoka absorpcja energii promieniowania przez cząsteczki polarne w medium, takie jak cząsteczki wody, powoduje utratę energii. Ponadto skuteczność SRET może być ograniczona przez kilka niezidentyfikowanych mechanizmów w wirusach [28]. Efekt SRET może również modyfikować wirusa, aby dostosować się do swojego środowiska, co skutkuje odpornością na fale elektromagnetyczne [29].
W przyszłości technologia inaktywacji wirusów za pomocą fal elektromagnetycznych musi zostać udoskonalona. Podstawowe badania naukowe powinny być ukierunkowane na wyjaśnienie mechanizmu inaktywacji wirusów za pomocą fal elektromagnetycznych. Na przykład mechanizm wykorzystania energii wirusów podczas narażenia na fale elektromagnetyczne, szczegółowy mechanizm działania nietermicznego, który zabija wirusy chorobotwórcze, oraz mechanizm efektu SRET między falami elektromagnetycznymi a różnymi typami wirusów powinny zostać systematycznie wyjaśnione. Badania stosowane powinny koncentrować się na tym, jak zapobiegać nadmiernemu pochłanianiu energii promieniowania przez cząsteczki polarne, badać wpływ fal elektromagnetycznych o różnych częstotliwościach na różne wirusy chorobotwórcze i badać nietermiczne efekty fal elektromagnetycznych w niszczeniu wirusów chorobotwórczych.
Fale elektromagnetyczne stały się obiecującą metodą inaktywacji wirusów patogennych. Technologia fal elektromagnetycznych ma zalety niskiego zanieczyszczenia, niskich kosztów i wysokiej wydajności inaktywacji wirusów patogennych, co może przezwyciężyć ograniczenia tradycyjnej technologii antywirusowej. Jednak konieczne są dalsze badania w celu określenia parametrów technologii fal elektromagnetycznych i wyjaśnienia mechanizmu inaktywacji wirusów.
Pewna dawka promieniowania fal elektromagnetycznych może zniszczyć strukturę i aktywność wielu patogennych wirusów. Efektywność inaktywacji wirusów jest ściśle związana z częstotliwością, gęstością mocy i czasem ekspozycji. Ponadto potencjalne mechanizmy obejmują termiczne, atermiczne i strukturalne efekty rezonansowe transferu energii. W porównaniu z tradycyjnymi technologiami przeciwwirusowymi inaktywacja wirusów oparta na falach elektromagnetycznych ma zalety prostoty, wysokiej wydajności i niskiego zanieczyszczenia. Dlatego inaktywacja wirusów za pomocą fal elektromagnetycznych stała się obiecującą techniką przeciwwirusową do przyszłych zastosowań.
U Yu. Wpływ promieniowania mikrofalowego i zimnej plazmy na aktywność bioaerozolu i powiązane mechanizmy. Uniwersytet Pekiński. rok 2013.
Sun CK, Tsai YC, Chen Ye, Liu TM, Chen HY, Wang HC i in. Rezonansowe sprzężenie dipolowe mikrofal i ograniczonych oscylacji akustycznych w bakulowirusach. Raport naukowy 2017; 7(1):4611.
Siddharta A, Pfaender S, Malassa A, Doerrbecker J, Anggakusuma, Engelmann M i in. Inaktywacja HCV i HIV za pomocą mikrofal: nowe podejście do zapobiegania transmisji wirusa wśród osób wstrzykujących narkotyki. Raport naukowy 2016; 6:36619.
Yan SX, Wang RN, Cai YJ, Song YL, Qv HL. Badanie i eksperymentalna obserwacja skażenia dokumentów szpitalnych przez dezynfekcję mikrofalową [J] Chinese Medical Journal. 1987; 4:221-2.
Sun Wei Wstępne badanie mechanizmu inaktywacji i skuteczności dichloroizocyjanianu sodu w stosunku do bakteriofaga MS2. Uniwersytet w Syczuanie. 2007.
Yang Li Wstępne badanie efektu inaktywacji i mechanizmu działania o-ftalaldehydu na bakteriofaga MS2. Uniwersytet w Syczuanie. 2007.
Wu Ye, pani Yao. Inaktywacja wirusa unoszącego się w powietrzu in situ za pomocą promieniowania mikrofalowego. Chinese Science Bulletin. 2014;59(13):1438-45.
Kachmarchik LS, Marsai KS, Shevchenko S., Pilosof M., Levy N., Einat M. i in. Koronawirusy i wirusy polio są wrażliwe na krótkie impulsy promieniowania cyklotronowego pasma W. List na temat chemii środowiskowej. 2021;19(6):3967-72.
Yonges M, Liu VM, van der Vries E, Jacobi R, Pronk I, Boog S i in. Inaktywacja wirusa grypy w badaniach antygenowości i testach 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 efekty mikrofal na mikroorganizmy żywności i technologię sterylizacji mikrofalowej [JJ Southwestern Nationalities University (Natural Science Edition). 2006; 6:1219–22.
Afagi P, Lapolla MA, Gandhi K. Denaturacja białka kolca SARS-CoV-2 po napromieniowaniu atermicznym mikrofalami. Raport naukowy 2021; 11(1):23373.
Yang SC, Lin HC, Liu TM, Lu JT, Hong WT, Huang YR i in. Efektywny strukturalny transfer energii rezonansowej z mikrofal do ograniczonych oscylacji akustycznych w wirusach. Raport naukowy 2015; 5:18030.
Barbora A, Minnes R. Celowana terapia przeciwwirusowa z wykorzystaniem niejonizującej radioterapii w leczeniu SARS-CoV-2 i przygotowanie do pandemii wirusowej: metody, metody i notatki praktyczne do zastosowań klinicznych. PLOS One. 2021;16(5):e0251780.
Yang Huiming. Sterylizacja mikrofalowa i czynniki na nią wpływające. Chinese Medical Journal. 1993;(04):246-51.
Strona WJ, Martin WG Przetrwanie drobnoustrojów w kuchenkach mikrofalowych. Możesz J Microorganisms. 1978;24(11):1431-3.
Elhafi G., Naylor SJ, Savage KE, Jones RS Obróbka mikrofalowa lub w autoklawie niszczy zakaźność wirusa zakaźnego zapalenia oskrzeli i pneumowirusa ptaków, ale umożliwia ich wykrycie za pomocą reakcji łańcuchowej polimerazy z odwrotną transkryptazą. choroby drobiu. 2004;33(3):303-6.
Ben-Shoshan M., Mandel D., Lubezki R., Dollberg S., Mimouni FB Eradykacja cytomegalowirusa z mleka matki za pomocą mikrofal: badanie pilotażowe. medycyna karmienia 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(1): 12596.
Sabino CP, Sellera FP, Sales-Medina DF, Machado RRG, Durigon EL, Freitas-Junior LH, itd. Dawka śmiertelna promieniowania UV-C (254 nm) SARS-CoV-2. Diagnostyka świetlna Photodyne Ther. 2020;32:101995.
Storm N, McKay LGA, Downs SN, Johnson RI, Birru D, de Samber M, itd. Szybka i całkowita inaktywacja SARS-CoV-2 przez UV-C. Raport naukowy 2020; 10(1):22421.