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

Patogenne infekcje wirusowe stały się poważnym problemem zdrowia publicznego na całym świecie. Wirusy mogą infekować wszystkie organizmy komórkowe i powodować różnego stopnia urazy i uszkodzenia, prowadząc do chorób, a nawet śmierci. Wraz z rozpowszechnieniem się wysoce patogennych wirusów, takich jak koronawirus zespołu ciężkiej ostrej niewydolności oddechowej 2 (SARS-CoV-2), istnieje pilna potrzeba opracowania skutecznych i bezpiecznych metod inaktywacji wirusów patogennych. Tradycyjne metody inaktywacji wirusów patogennych są praktyczne, ale mają pewne ograniczenia. Dzięki dużej sile penetracji, rezonansowi fizycznemu i braku zanieczyszczeń, fale elektromagnetyczne stały się potencjalną strategią inaktywacji wirusów patogennych i cieszą się coraz większym zainteresowaniem. Niniejszy artykuł zawiera przegląd najnowszych publikacji na temat wpływu fal elektromagnetycznych na wirusy patogenne i ich mechanizmów, a także perspektywy wykorzystania fal elektromagnetycznych do inaktywacji wirusów patogennych, a także nowe koncepcje i metody takiej inaktywacji.
Wiele wirusów rozprzestrzenia się szybko, utrzymuje się przez długi czas, jest wysoce patogennych i może powodować globalne epidemie oraz poważne zagrożenia dla zdrowia. Zapobieganie, wykrywanie, testowanie, eradykacja i leczenie to kluczowe kroki w celu powstrzymania rozprzestrzeniania się wirusa. Szybka i skuteczna eliminacja wirusów chorobotwórczych obejmuje działania profilaktyczne, ochronne i eliminację źródła zakażenia. Inaktywacja wirusów chorobotwórczych poprzez fizjologiczne zniszczenie w celu zmniejszenia ich zakaźności, patogenności i zdolności reprodukcyjnej jest skuteczną metodą ich eliminacji. Tradycyjne metody, takie jak wysoka temperatura, chemikalia i promieniowanie jonizujące, mogą skutecznie inaktywować wirusy chorobotwórcze. Jednak metody te nadal mają pewne ograniczenia. Dlatego istnieje pilna potrzeba opracowania innowacyjnych strategii inaktywacji wirusów chorobotwórczych.
Emisja fal elektromagnetycznych ma zalety wysokiej 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]. Zdolność fal elektromagnetycznych do inaktywacji wirusów chorobotwórczych została wykazana w ubiegłym stuleciu [4]. W ostatnich latach zastosowanie fal elektromagnetycznych do inaktywacji wirusów chorobotwórczych przyciąga coraz większą uwagę. W niniejszym artykule 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 takie funkcje, jak przeżywalność i zakaźność. Wykazano, że fale elektromagnetyczne, zwłaszcza fale o ultrawysokiej częstotliwości (UHF) i ultrawysokiej częstotliwości (EHF), mogą zaburzać morfologię wirusów.
Bakteriofag MS2 (MS2) jest często wykorzystywany w różnych dziedzinach badań, takich jak ocena dezynfekcji, modelowanie kinetyczne (wodne) i biologiczna charakterystyka cząsteczek wirusowych [5, 6]. Wu odkrył, że mikrofale o częstotliwości 2450 MHz i mocy 700 W powodują agregację i znaczne kurczenie się wodnych fagów 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. Ekspozycja na fale elektromagnetyczne może być destrukcyjna dla form wirusowych. Jednakże zmiany właściwości morfologicznych, takich jak kształt, średnica i gładkość powierzchni, po ekspozycji na wirusa z promieniowaniem elektromagnetycznym są nieznane. Dlatego też istotne jest przeanalizowanie związku między cechami morfologicznymi a zaburzeniami czynnościowymi, co może dostarczyć cennych i przydatnych wskaźników do oceny inaktywacji wirusa [1].
Struktura wirusa zazwyczaj składa się z wewnętrznego kwasu nukleinowego (RNA lub DNA) i zewnętrznego kapsydu. Kwasy nukleinowe determinują właściwości genetyczne i replikacyjne wirusów. Kapsyd to zewnętrzna warstwa regularnie ułożonych podjednostek białkowych, podstawowy element rusztowania i składnik antygenowy cząsteczek wirusowych, a także ochrona kwasów nukleinowych. Większość wirusów ma strukturę otoczki zbudowaną z lipidów i glikoprotein. Ponadto białka otoczki determinują specyficzność receptorów i stanowią główne antygeny rozpoznawane przez układ odpornościowy gospodarza. Pełna struktura zapewnia integralność i stabilność genetyczną wirusa.
Badania wykazały, że fale elektromagnetyczne, zwłaszcza fale elektromagnetyczne UHF, mogą uszkadzać 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 reakcji łańcuchowej polimerazy z odwrotną transkrypcją. RT-PCR). Geny te ulegały stopniowemu zniszczeniu wraz ze wzrostem gęstości mocy, a przy najwyższej gęstości mocy nawet zanikały. Na przykład ekspresja genu białka A (934 pb) znacząco 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]. Jednakże efekty atermiczne mogą również zmieniać polarność lub strukturę białek wirusowych [1, 10, 11]. Bezpośredni wpływ fal elektromagnetycznych na fundamentalne 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 białek poprzez tworzenie gorących punktów i oscylujących pól elektrycznych za pomocą efektów czysto elektromagnetycznych [12].
Otoczka wirusa chorobotwórczego jest ściśle związana z jego zdolnością do zakażania lub wywoływania choroby. W kilku badaniach wykazano, że fale elektromagnetyczne UHF i mikrofalowe mogą niszczyć otoczki wirusów chorobotwórczych. Jak wspomniano powyżej, w otoczce wirusa koronawirusa 229E można wykryć wyraźne dziury po 0,1 sekundy 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 wywołać naprężenie wystarczające do zniszczenia struktury 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, przeprowadzono RT-PCR. Wyniki wykazały, że sygnały RNA obu modeli są bardzo spójne. Wyniki te wskazują, że struktura fizyczna wirusa ulega zaburzeniu, a struktura otoczki ulega zniszczeniu po wystawieniu na działanie promieniowania mikrofalowego.
Aktywność wirusa można scharakteryzować na podstawie jego zdolności do infekowania, replikacji i transkrypcji. Zakaźność lub aktywność wirusa ocenia się zazwyczaj poprzez pomiar miana wirusa za pomocą testów łysinkowych, mediany dawki zakaźnej w hodowli tkankowej (TCID50) lub aktywności genu reporterowego lucyferazy. Można ją również ocenić bezpośrednio poprzez izolację żywego wirusa lub analizę antygenu wirusowego, gęstości cząstek wirusa, przeżywalności wirusa itp.
Donoszono, że fale elektromagnetyczne UHF, SHF i EHF mogą bezpośrednio inaktywować aerozole wirusowe lub wirusy przenoszone przez wodę. Wu [1] wystawił aerozol bakteriofaga MS2 wygenerowany przez laboratoryjny nebulizator na fale elektromagnetyczne 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 inaktywowane w ciągu 1,5 minuty po wystawieniu na działanie tej samej dawki fal elektromagnetycznych. Ponadto zdolność promieniowania elektromagnetycznego do inaktywacji wirusa MS2 była dodatnio skorelowana z gęstością mocy i czasem ekspozycji. Jednakże, gdy wydajność dezaktywacji osiągnie swoją maksymalną wartość, nie można jej poprawić przez wydłużenie czasu ekspozycji lub zwiększenie gęstości mocy. Na przykład wirus MS2 miał minimalny wskaźnik przeżywalności od 2,65% do 4,37% po narażeniu na fale elektromagnetyczne o częstotliwości 2450 MHz i 700 W, a nie stwierdzono żadnych istotnych zmian wraz ze wzrostem czasu narażenia. Siddharta [3] napromieniował zawiesinę hodowli komórkowej zawierającą wirusa zapalenia wątroby typu C (HCV)/wirusa 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 fal elektromagnetycznych jest skuteczne przeciwko zakaźności HCV i HIV-1 i pomaga zapobiegać przenoszeniu wirusa nawet w przypadku jednoczesnej ekspozycji. Podczas napromieniowywania hodowli komórkowych HCV i zawiesin HIV-1 falami elektromagnetycznymi o małej mocy o częstotliwości 2450 MHz, 90 W lub 180 W nie zaobserwowano żadnej zmiany miana wirusa, określonej przez aktywność reporterową lucyferazy, a także istotnej zmiany zakaźności wirusa. przy 600 i 800 W przez 1 minutę zakaźność obu wirusów nie zmniejszyła się znacząco, co prawdopodobnie jest związane z mocą promieniowania fali elektromagnetycznej 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 roku. Wystawił on próbki koronawirusa 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 obu wirusów chorobotwórczych wyniosła odpowiednio 99,98% i 99,375%. Wskazuje to, 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 poddali maski anestezjologiczne zanieczyszczone 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. Zgłosili, 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] bezpośrednio poddał wymazy zakażone wirusem zakaźnego zapalenia oskrzeli ptaków (IBV), pneumowirusem ptaków (APV), wirusem choroby Newcastle (NDV) i wirusem grypy ptaków (AIV) działaniu kuchenki mikrofalowej o częstotliwości 2450 MHz i mocy 900 W. tracą swoją zakaźność. Wśród nich APV i IBV wykryto dodatkowo w hodowlach narządów tchawicy pobranych z zarodków kurzych piątego 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 matki pozytywnych pod kątem cytomegalowirusa (CMV) przez 30 sekund. Wykrywanie antygenu za pomocą Shell-Vial wykazało całkowitą inaktywację CMV. Jednak przy 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 pośrednictwem 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 stwierdziła, 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. Niedawne 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 używanym 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 patogennych koncentrował się głównie na zmianie zakaźności. Ze względu na złożony mechanizm, wiele badań donosiło o wpływie 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. Najnowsze badania koncentrują się na mechanizmach termicznego, atermicznego i strukturalnego rezonansowego transferu energii.
Efekt termiczny jest rozumiany 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]. 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, 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 ekspozycję termiczną [1, 3, 8]. Kaczmarczyk [8] poddał zawiesiny koronawirusa 229E działaniu fal elektromagnetycznych o częstotliwości 95 GHz i gęstości mocy od 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 o różnych genotypach, 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 pożywki do 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 wyższej mocy (600 lub 800 W, 1 minuta), podczas gdy nie nastąpił znaczący wzrost temperatury i nie zaobserwowano znaczącej zmiany w zakaźności lub aktywności wirusa.
Powyższe wyniki wskazują, że efekt termiczny fal elektromagnetycznych jest kluczowym czynnikiem wpływającym na zakaźność lub aktywność wirusów chorobotwórczych. Ponadto liczne badania wykazały, że efekt termiczny promieniowania elektromagnetycznego inaktywuje wirusy chorobotwórcze skuteczniej niż promieniowanie UV-C i ogrzewanie konwencjonalne [8, 20, 21, 22, 23, 24].
Oprócz efektów termicznych, fale elektromagnetyczne mogą również zmieniać biegunowość cząsteczek, takich jak białka i kwasy nukleinowe drobnoustrojów, powodując ich rotację i wibracje, co prowadzi do zmniejszenia żywotności, a nawet śmierci [10]. Uważa się, że szybka zmiana biegunowości fal elektromagnetycznych powoduje polaryzację białek, co prowadzi do ich skręcenia i zakrzywienia, a ostatecznie do denaturacji [11].
Nietermiczny wpływ fal elektromagnetycznych na inaktywację wirusa pozostaje kontrowersyjny, ale większość badań wykazała pozytywne wyniki [1, 25]. Jak wspomniano powyżej, fale elektromagnetyczne mogą bezpośrednio przenikać przez białko otoczki wirusa MS2 i niszczyć jego kwas nukleinowy. Ponadto aerozole wirusa MS2 są znacznie bardziej wrażliwe na fale elektromagnetyczne niż wodny roztwór 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 rezonansu (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 związana z naturą otoczenia, gdzie rozmiar i pH cząstki wirusa odpowiednio określają częstotliwość rezonansową i absorpcję 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 z efektem termicznym fal elektromagnetycznych, inaktywacja wirusów przez rezonans fizyczny wymaga niższych parametrów dawki, które są niższe niż standardy bezpieczeństwa mikrofalowego ustalone 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 wirusów pośredniczona przez efekt atermiczny 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 stanowi przełom 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 danego 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 charakteryzują się prostą, skuteczną i praktyczną ochroną środowiska podczas zabijania wirusów dzięki swoim unikalnym właściwościom fizycznym [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 opublikowano badań fal elektromagnetycznych o innych częstotliwościach, zwłaszcza w zakresie 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 jedynie wirusy kuliste i pręcikowate [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 w postaci 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 adaptował się do środowiska, co skutkuje odpornością na fale elektromagnetyczne [29].
W przyszłości technologia inaktywacji wirusów za pomocą fal elektromagnetycznych wymaga dalszego udoskonalenia. Podstawowe badania naukowe powinny koncentrować się na wyjaśnieniu mechanizmu inaktywacji wirusów za pomocą fal elektromagnetycznych. Na przykład, mechanizm wykorzystania energii wirusów wystawionych na działanie fal elektromagnetycznych, szczegółowy mechanizm nietermicznego działania niszczącego wirusy patogenne oraz mechanizm efektu SRET między falami elektromagnetycznymi a różnymi typami wirusów powinny zostać systematycznie wyjaśnione. Badania stosowane powinny koncentrować się na sposobach zapobiegania nadmiernej absorpcji energii promieniowania przez cząsteczki polarne, badaniu wpływu fal elektromagnetycznych o różnych częstotliwościach na różne wirusy patogenne oraz badaniu nietermicznego wpływu fal elektromagnetycznych na niszczenie wirusów patogennych.
Fale elektromagnetyczne stały się obiecującą metodą inaktywacji wirusów patogennych. Technologia fal elektromagnetycznych charakteryzuje się niskim poziomem zanieczyszczeń, niskimi kosztami i wysoką skutecznością inaktywacji wirusów patogennych, co pozwala przezwyciężyć ograniczenia tradycyjnej technologii antywirusowej. Konieczne są jednak dalsze badania w celu określenia parametrów technologii fal elektromagnetycznych i wyjaśnienia mechanizmu inaktywacji wirusów.
Pewna dawka promieniowania elektromagnetycznego może zniszczyć strukturę i aktywność wielu wirusów patogennych. Skuteczność inaktywacji wirusów jest ściśle związana z częstotliwością, gęstością mocy i czasem ekspozycji. Ponadto, potencjalne mechanizmy obejmują termiczne, atermiczne i strukturalne efekty rezonansu transferu energii. W porównaniu z tradycyjnymi technologiami antywirusowymi, inaktywacja wirusów oparta na falach elektromagnetycznych charakteryzuje się prostotą, wysoką wydajnością i niskim poziomem zanieczyszczeń. Dlatego inaktywacja wirusów za pośrednictwem fal elektromagnetycznych stała się obiecującą techniką antywirusową 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 przyjmujących narkotyki dożylnie. Raport naukowy 2016; 6:36619.
Yan SX, Wang RN, Cai YJ, Song YL, Qv HL. Badanie i eksperymentalna obserwacja skażenia dokumentów szpitalnych dezynfekcją mikrofalową [J] Chinese Medical Journal. 1987; 4:221-2.
Sun Wei Wstępne badanie mechanizmu inaktywacji i skuteczności dichloroizocyjanianu sodu przeciwko bakteriofagowi MS2. Uniwersytet Syczuański. 2007.
Yang Li Wstępne badanie efektu inaktywacji i mechanizmu działania o-ftalaldehydu na bakteriofaga MS2. Uniwersytet Syczuański. 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 w paśmie 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 pod wpływem atermicznego promieniowania mikrofalowego. 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 radioterapii niejonizującej 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.
Page WJ, Martin WG Przeżywalność drobnoustrojów w kuchenkach mikrofalowych. Możesz przeczytać w J Microorganisms. 1978;24(11):1431-3.
Elhafi G., Naylor SJ, Savage KE, Jones RS Obróbka w kuchence mikrofalowej lub 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 i inni. Szybka i całkowita inaktywacja SARS-CoV-2 za pomocą promieniowania UV-C. Raport naukowy 2020; 10(1):22421.