Az elektromágneses hullámok hatása a kórokozó vírusokra és a kapcsolódó mechanizmusokra: áttekintés a Journal of Virology-ban

A patogén vírusfertőzések világszerte jelentős közegészségügyi problémává váltak. A vírusok minden sejtes organizmust megfertőzhetnek, és különböző mértékű sérülést és károsodást okozhatnak, ami betegséghez és akár halálhoz is vezethet. A magas patogenitású vírusok, például a súlyos akut légzőszervi szindrómát okozó koronavírus 2 (SARS-CoV-2) elterjedésével sürgősen szükség van hatékony és biztonságos módszerek kidolgozására a patogén vírusok inaktiválására. A patogén vírusok inaktiválására szolgáló hagyományos módszerek praktikusak, de vannak korlátaik. A nagy áthatolóképesség, a fizikai rezonancia és a szennyezés hiánya miatt az elektromágneses hullámok potenciális stratégiává váltak a patogén vírusok inaktiválására, és egyre nagyobb figyelmet kapnak. Ez a cikk áttekintést nyújt a legújabb publikációkról az elektromágneses hullámok patogén vírusokra és mechanizmusaikra gyakorolt ​​hatásáról, valamint az elektromágneses hullámok patogén vírusok inaktiválására való felhasználásának kilátásairól, valamint az ilyen inaktiválás új ötleteiről és módszereiről.
Sok vírus gyorsan terjed, hosszú ideig fennmarad, rendkívül patogén, és globális járványokat, valamint súlyos egészségügyi kockázatokat okozhat. A megelőzés, a felderítés, a tesztelés, a felszámolás és a kezelés kulcsfontosságú lépések a vírus terjedésének megállításához. A kórokozó vírusok gyors és hatékony elpusztítása magában foglalja a profilaktikus, a védő és a forrás eltávolítását. A kórokozó vírusok inaktiválása fiziológiai roncsolás útján, fertőzőképességük, patogenitásuk és reprodukciós képességük csökkentése érdekében, hatékony módszer az elpusztításukra. A hagyományos módszerek, beleértve a magas hőmérsékletet, a vegyszereket és az ionizáló sugárzást, hatékonyan inaktiválhatják a kórokozó vírusokat. Ezeknek a módszereknek azonban továbbra is vannak korlátai. Ezért továbbra is sürgősen szükség van innovatív stratégiák kidolgozására a kórokozó vírusok inaktiválására.
Az elektromágneses hullámok kibocsátásának előnyei a nagy behatolóerő, a gyors és egyenletes melegítés, a mikroorganizmusokkal való rezonancia és a plazma felszabadulása, és várhatóan gyakorlati módszerré válik a patogén vírusok inaktiválására [1,2,3]. Az elektromágneses hullámok patogén vírusok inaktiválására való képességét a múlt században igazolták [4]. Az utóbbi években az elektromágneses hullámok patogén vírusok inaktiválására való alkalmazása egyre nagyobb figyelmet kapott. Ez a cikk az elektromágneses hullámok patogén vírusokra gyakorolt ​​hatását és mechanizmusait tárgyalja, amely hasznos útmutatóként szolgálhat az alap- és alkalmazott kutatásokhoz.
A vírusok morfológiai jellemzői olyan funkciókat tükrözhetnek, mint a túlélés és a fertőzőképesség. Kimutatták, hogy az elektromágneses hullámok, különösen az ultra nagyfrekvenciás (UHF) és az ultra nagyfrekvenciás (EHF) elektromágneses hullámok, megzavarhatják a vírusok morfológiáját.
Az MS2 bakteriofágot (MS2) gyakran használják különféle kutatási területeken, például fertőtlenítés értékelésében, kinetikai modellezésben (vizes) és vírusmolekulák biológiai jellemzésében [5, 6]. Wu megállapította, hogy a 2450 MHz-es és 700 W-os mikrohullámok az MS2 vízi fágok aggregációját és jelentős zsugorodását okozták 1 perc közvetlen besugárzás után [1]. További vizsgálatok után az MS2 fág felületén repedést is megfigyeltek [7]. Kaczmarczyk [8] a 229E koronavírus (CoV-229E) mintáinak szuszpenzióit 95 GHz-es frekvenciájú és 70-100 W/cm2 teljesítménysűrűségű milliméteres hullámoknak tette ki 0,1 másodpercig. A vírus durva gömb alakú héjában nagy lyukak találhatók, ami a tartalmának elvesztéséhez vezet. Az elektromágneses hullámoknak való kitettség romboló hatással lehet a vírusformákra. Azonban a morfológiai tulajdonságok, például az alak, az átmérő és a felület simasága változásai az elektromágneses sugárzásnak való kitettség után nem ismertek. Ezért fontos elemezni a morfológiai jellemzők és a funkcionális rendellenességek közötti kapcsolatot, amely értékes és kényelmes mutatókat nyújthat a vírus inaktivációjának felmérésére [1].
A vírus szerkezete általában egy belső nukleinsavból (RNS vagy DNS) és egy külső kapszidból áll. A nukleinsavak határozzák meg a vírusok genetikai és replikációs tulajdonságait. A kapszid a szabályosan elrendezett fehérjealegységekből álló külső réteg, a vírusrészecskék alapvető váza és antigén komponense, valamint a nukleinsavakat is védi. A legtöbb vírusnak van egy burokszerkezete, amely lipidekből és glikoproteinekből áll. Ezenkívül a burokfehérjék határozzák meg a receptorok specificitását, és a gazdaszervezet immunrendszere által felismerhető fő antigénekként szolgálnak. A teljes szerkezet biztosítja a vírus integritását és genetikai stabilitását.
Kutatások kimutatták, hogy az elektromágneses hullámok, különösen az UHF elektromágneses hullámok, károsíthatják a betegséget okozó vírusok RNS-ét. Wu [1] közvetlenül 2450 MHz-es mikrohullámoknak tette ki az MS2 vírus vizes környezetét 2 percig, és gélelektroforézissel és reverz transzkripciós polimeráz láncreakcióval (RT-PCR) elemezte az A-proteint, a kapszidfehérjét, a replikázfehérjét és a hasítófehérjét kódoló géneket. Ezek a gének a teljesítménysűrűség növekedésével fokozatosan elpusztultak, sőt a legnagyobb teljesítménysűrűségnél is eltűntek. Például az A-protein gén (934 bp) expressziója jelentősen csökkent 119 és 385 W teljesítményű elektromágneses hullámoknak való kitettség után, és teljesen eltűnt, amikor a teljesítménysűrűséget 700 W-ra növelték. Ezek az adatok azt mutatják, hogy az elektromágneses hullámok a dózistól függően képesek elpusztítani a vírusok nukleinsavainak szerkezetét.
Újabb tanulmányok kimutatták, hogy az elektromágneses hullámok hatása a patogén vírusfehérjékre főként a mediátorokra gyakorolt ​​közvetett termikus hatásukon, valamint a fehérjeszintézisre gyakorolt ​​közvetett hatásukon alapul, amelyek a nukleinsavak lebomlása miatt következnek be [1, 3, 8, 9]. Az atermikus hatások azonban megváltoztathatják a vírusfehérjék polaritását vagy szerkezetét is [1, 10, 11]. Az elektromágneses hullámok közvetlen hatása az alapvető szerkezeti/nem szerkezeti fehérjékre, például a patogén vírusok kapszidfehérjéire, burokfehérjéire vagy tüskefehérjéire még további vizsgálatokat igényel. Nemrégiben felmerült, hogy 2 percnyi, 2,45 GHz-es frekvenciájú és 700 W teljesítményű elektromágneses sugárzás kölcsönhatásba léphet a fehérjetöltések különböző frakcióival forró pontok és oszcilláló elektromos mezők kialakításán keresztül, tisztán elektromágneses hatások révén [12].
Egy patogén vírus burka szorosan összefügg a fertőzőképességével vagy betegséget okozó képességével. Számos tanulmány számolt be arról, hogy az UHF és a mikrohullámú elektromágneses hullámok elpusztíthatják a betegséget okozó vírusok héját. Amint fentebb említettük, a 229E koronavírus vírusburkában különálló lyukak detektálhatók 0,1 másodperces, 95 GHz-es milliméteres hullámhosszúságú, 70-100 W/cm2 teljesítménysűrűségű expozíció után [8]. Az elektromágneses hullámok rezonáns energiaátadásának hatása elegendő feszültséget okozhat ahhoz, hogy elpusztítsa a vírusburok szerkezetét. Burokkal rendelkező vírusok esetében a burok felszakadása után a fertőzőképesség vagy valamilyen aktivitás általában csökken vagy teljesen elvész [13, 14]. Yang [13] a H3N2 (H3N2) influenzavírust és a H1N1 (H1N1) influenzavírust 8,35 GHz, 320 W/m², illetve 7 GHz, 308 W/m² teljesítményű mikrohullámú sugárzásnak tette ki 15 percig. Az elektromágneses hullámoknak kitett patogén vírusok RNS-jeleinek és egy több cikluson át folyékony nitrogénben lefagyasztott, majd azonnal felolvasztott fragmentált modellnek az összehasonlítására RT-PCR-t végeztek. Az eredmények azt mutatták, hogy a két modell RNS-jelei nagyon konzisztensek. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a mikrohullámú sugárzásnak való kitettség után a vírus fizikai szerkezete megsérül, és a burok szerkezete elpusztul.
Egy vírus aktivitását a fertőző, replikálódó és átíró képessége jellemzi. A vírus fertőzőképességét vagy aktivitását általában a vírus titerének mérésével mérik plakkvizsgálatok, szövettenyészet medián fertőző dózis (TCID50) vagy luciferáz riportergén aktivitás segítségével. De közvetlenül is értékelhető élő vírus izolálásával vagy a vírus antigénjének, a vírusrészecske-sűrűségének, a vírus túlélésének stb. elemzésével.
Jelentések szerint az UHF, SHF és EHF elektromágneses hullámok közvetlenül inaktiválhatják a vírusos aeroszolokat vagy a vízben terjedő vírusokat. Wu [1] egy laboratóriumi porlasztóval előállított MS2 bakteriofág aeroszolt 2450 MHz frekvenciájú és 700 W teljesítményű elektromágneses hullámoknak tett ki 1,7 percig, miközben az MS2 bakteriofág túlélési aránya mindössze 8,66% volt. Az MS2 vírusos aeroszolhoz hasonlóan a vizes MS2 91,3%-a inaktiválódott 1,5 percen belül azonos elektromágneses hullámdózisnak való kitettség után. Ezenkívül az elektromágneses sugárzás MS2 vírus inaktiválására való képessége pozitív korrelációt mutatott a teljesítménysűrűséggel és az expozíciós idővel. Amikor azonban a deaktiválási hatékonyság eléri a maximális értékét, a deaktiválási hatékonyság nem javítható az expozíciós idő vagy a teljesítménysűrűség növelésével. Például az MS2 vírus minimális túlélési aránya 2,65% és 4,37% között volt 2450 MHz és 700 W elektromágneses hullámoknak való kitettség után, és az expozíciós idő növelésével nem találtak szignifikáns változásokat. Siddharta [3] egy hepatitis C vírust (HCV)/1-es típusú humán immunhiányos vírust (HIV-1) tartalmazó sejtkultúra-szuszpenziót 2450 MHz frekvencián és 360 W teljesítménnyel besugárzott elektromágneses hullámokkal. Azt találták, hogy a vírus titere 3 perc expozíció után jelentősen csökkent, ami azt jelzi, hogy az elektromágneses hullámsugárzás hatékony a HCV és a HIV-1 fertőzőképessége ellen, és együttes expozíció esetén is segít megelőzni a vírus átvitelét. Amikor HCV sejtkultúrákat és HIV-1 szuszpenziókat alacsony teljesítményű elektromágneses hullámokkal, 2450 MHz, 90 W vagy 180 W frekvencián besugároztak, a luciferáz riporter aktivitás által meghatározott vírus titerében nem történt változás, a vírus fertőzőképességében pedig jelentős változást figyeltek meg. 600 és 800 W teljesítményen 1 percig mindkét vírus fertőzőképessége nem csökkent szignifikánsan, ami feltehetően az elektromágneses hullámsugárzás teljesítményével és a kritikus hőmérsékleti expozíció idejével függ össze.
Kaczmarczyk [8] elsőként bizonyította az EHF elektromágneses hullámok letalitását a vízben terjedő patogén vírusokkal szemben 2021-ben. 229E koronavírus vagy poliovírus (PV) mintákat tettek ki 95 GHz-es frekvencián és 70-100 W/cm2 teljesítménysűrűségű elektromágneses hullámoknak 2 másodpercig. A két patogén vírus inaktiválási hatékonysága 99,98%, illetve 99,375% volt, ami arra utal, hogy az EHF elektromágneses hullámok széleskörű alkalmazási lehetőségekkel rendelkeznek a vírusok inaktiválásának területén.
A vírusok UHF-inaktiválásának hatékonyságát különböző közegekben, például anyatejben és néhány, otthon gyakran használt anyagban is értékelték. A kutatók adenovírussal (ADV), 1-es típusú poliovírussal (PV-1), herpeszvírus 1-gyel (HV-1) és rhinovírussal (RHV) szennyezett altatógép-maszkokat tettek ki 2450 MHz frekvencián és 720 watt teljesítményen elektromágneses sugárzásnak. Azt jelentették, hogy az ADV és PV-1 antigének tesztjei negatívak lettek, a HV-1, PIV-3 és RHV titerek pedig nullára estek, ami az összes vírus teljes inaktiválását jelzi 4 perc expozíció után [15, 16]. Elhafi [17] közvetlenül 2450 MHz-es, 900 W-os mikrohullámú sütőnek tette ki a madárfertőző hörghurut vírussal (IBV), madárpneumovírussal (APV), Newcastle-betegség vírusával (NDV) és madárinfluenza vírussal (AIV) fertőzött tamponokat. Ezek az embriók elveszítették fertőzőképességüket. Közülük az APV-t és az IBV-t az 5. generációs csirkeembriókból nyert légcsőszervek tenyészeteiben is kimutatták. Bár a vírust nem sikerült izolálni, a virális nukleinsavat RT-PCR-rel mégis kimutatták. Ben-Shoshan [18] 2450 MHz-es, 750 W-os elektromágneses hullámoknak tett ki közvetlenül 15 citomegalovírus (CMV)-pozitív anyatejmintát 30 másodpercig. A Shell-Vial által végzett antigénkimutatás a CMV teljes inaktivációját mutatta ki. 500 W-on azonban a 15 mintából 2 nem érte el a teljes inaktivációt, ami pozitív korrelációt jelez az inaktivációs hatékonyság és az elektromágneses hullámok teljesítménye között.
Azt is érdemes megjegyezni, hogy Yang [13] a bevett fizikai modellek alapján megjósolta az elektromágneses hullámok és a vírusok közötti rezonanciafrekvenciát. Vírusérzékeny Madin Darby kutyavese sejtek (MDCK) által előállított, 7,5 × 1014 m-3 sűrűségű H3N2 vírusrészecskék szuszpenzióját közvetlenül 8 GHz-es frekvencián és 820 W/m² teljesítményen elektromágneses hullámoknak tették ki 15 percig. A H3N2 vírus inaktivációs szintje elérte a 100%-ot. Azonban a 82 W/m² elméleti küszöbértéknél a H3N2 vírusnak csak 38%-a inaktiválódott, ami arra utal, hogy az EM-közvetített vírusinaktiváció hatékonysága szorosan összefügg a teljesítménysűrűséggel. E tanulmány alapján Barbora [14] kiszámította az elektromágneses hullámok és a SARS-CoV-2 közötti rezonanciafrekvencia-tartományt (8,5–20 GHz), és arra a következtetésre jutott, hogy 7,5 × 1014 m-3 SARS-CoV-2 esetén, ha elektromágneses hullámoknak tesszük ki. Egy 10-17 GHz frekvenciájú és 14,5 ± 1 W/m2 teljesítménysűrűségű hullám körülbelül 15 percig tartó expozíciója 100%-os deaktivációt eredményez. Wang [19] egy nemrégiben készült tanulmánya kimutatta, hogy a SARS-CoV-2 rezonanciafrekvenciái 4 és 7,5 GHz, ami megerősíti a vírus titerétől független rezonanciafrekvenciák létezését.
Összefoglalva elmondhatjuk, hogy az elektromágneses hullámok befolyásolhatják az aeroszolokat és szuszpenziókat, valamint a vírusok aktivitását a felületeken. Megállapították, hogy az inaktiválás hatékonysága szorosan összefügg az elektromágneses hullámok frekvenciájával és teljesítményével, valamint a vírus növekedéséhez használt közeggel. Ezenkívül a fizikai rezonanciákon alapuló elektromágneses frekvenciák nagyon fontosak a vírusok inaktiválásában [2, 13]. Eddig az elektromágneses hullámok hatása a patogén vírusok aktivitására főként a fertőzőképesség megváltoztatására összpontosított. Az összetett mechanizmus miatt számos tanulmány számolt be az elektromágneses hullámok hatásáról a patogén vírusok replikációjára és transzkripciójára.
Az elektromágneses hullámok vírusok inaktiválásának mechanizmusai szorosan összefüggenek a vírus típusával, az elektromágneses hullámok frekvenciájával és erejével, valamint a vírus növekedési környezetével, de nagyrészt feltáratlanok. A legújabb kutatások a termikus, atermikus és szerkezeti rezonáns energiaátadás mechanizmusaira összpontosítottak.
A termikus hatás alatt a szövetekben lévő poláris molekulák nagy sebességű forgása, ütközése és súrlódása okozta hőmérséklet-emelkedést értjük elektromágneses hullámok hatására. Ennek a tulajdonságnak köszönhetően az elektromágneses hullámok a vírus hőmérsékletét a fiziológiai toleranciaküszöb fölé emelhetik, ami a vírus pusztulását okozhatja. A vírusok azonban kevés poláris molekulát tartalmaznak, ami arra utal, hogy a vírusokra gyakorolt ​​közvetlen termikus hatások ritkák [1]. Épp ellenkezőleg, sokkal több poláris molekula van a közegben és a környezetben, például vízmolekulák, amelyek az elektromágneses hullámok által gerjesztett váltakozó elektromos térnek megfelelően mozognak, súrlódás révén hőt termelve. A hő ezután átkerül a vírusra, megemelve annak hőmérsékletét. Amikor a toleranciaküszöb túllépésre kerül, a nukleinsavak és a fehérjék elpusztulnak, ami végső soron csökkenti a fertőzőképességet, sőt inaktiválja a vírust.
Több kutatócsoport is beszámolt arról, hogy az elektromágneses hullámok hőhatás révén csökkenthetik a vírusok fertőzőképességét [1, 3, 8]. Kaczmarczyk [8] a 229E koronavírus szuszpenzióit 95 GHz-es elektromágneses hullámoknak tette ki 70-100 W/cm² teljesítménysűrűséggel 0,2-0,7 másodpercig. Az eredmények azt mutatták, hogy a folyamat során a 100°C-os hőmérséklet-emelkedés hozzájárult a vírus morfológiájának pusztulásához és a vírus aktivitásának csökkenéséhez. Ezek a hőhatások az elektromágneses hullámok környező vízmolekulákra gyakorolt ​​hatásával magyarázhatók. Siddharta [3] különböző genotípusok – köztük GT1a, GT2a, GT3a, GT4a, GT5a, GT6a és GT7a – HCV-tartalmú sejtkultúra-szuszpenzióit sugározta be 2450 MHz frekvencián és 90 W, 180 W, 360 W, 600 W és 800 W teljesítménnyel. A sejtkultúra-közeg hőmérsékletének 26°C-ról 92°C-ra történő emelésével az elektromágneses sugárzás csökkentette a vírus fertőzőképességét, vagy teljesen inaktiválta a vírust. Azonban a HCV-t rövid ideig alacsony teljesítményen (90 vagy 180 W, 3 perc) vagy nagyobb teljesítményen (600 vagy 800 W, 1 perc) elektromágneses hullámoknak tették ki, miközben a hőmérséklet nem emelkedett jelentősen, és a vírus fertőzőképességében vagy aktivitásában sem figyeltek meg jelentős változást.
A fenti eredmények azt mutatják, hogy az elektromágneses hullámok termikus hatása kulcsfontosságú tényező, amely befolyásolja a patogén vírusok fertőzőképességét vagy aktivitását. Ezenkívül számos tanulmány kimutatta, hogy az elektromágneses sugárzás termikus hatása hatékonyabban inaktiválja a patogén vírusokat, mint az UV-C és a hagyományos melegítés [8, 20, 21, 22, 23, 24].
A termikus hatások mellett az elektromágneses hullámok megváltoztathatják a molekulák, például a mikrobiális fehérjék és a nukleinsavak polaritását is, ami a molekulák forgását és rezgését okozza, ami csökkent életképességhez vagy akár halálhoz is vezethet [10]. Úgy vélik, hogy az elektromágneses hullámok polaritásának gyors megváltozása fehérjepolarizációt okoz, ami a fehérjeszerkezet csavarodásához és görbületéhez, végső soron pedig a fehérje denaturálódásához vezet [11].
Az elektromágneses hullámok nem termikus hatása a vírus inaktiválására továbbra is vitatott, de a legtöbb tanulmány pozitív eredményeket mutatott [1, 25]. Amint fentebb említettük, az elektromágneses hullámok közvetlenül behatolhatnak az MS2 vírus burokfehérjéjébe, és elpusztíthatják a vírus nukleinsavát. Ezenkívül az MS2 vírus aeroszolok sokkal érzékenyebbek az elektromágneses hullámokra, mint a vizes MS2. Az MS2 vírus aeroszolokat körülvevő környezetben található kevésbé poláris molekulák, például vízmolekulák miatt az atermikus hatások kulcsszerepet játszhatnak az elektromágneses hullámok által közvetített vírus inaktiválásban [1].
A rezonancia jelensége egy fizikai rendszer azon hajlamára utal, hogy a környezetéből a természetes frekvenciáján és hullámhosszán több energiát nyel el. A rezonancia a természetben számos helyen előfordul. Ismert, hogy a vírusok az azonos frekvenciájú mikrohullámokkal rezonálnak korlátozott akusztikus dipólus módban, ami egy rezonancia jelenség [2, 13, 26]. Az elektromágneses hullám és a vírus közötti rezonáns kölcsönhatási módok egyre nagyobb figyelmet kapnak. Az elektromágneses hullámoktól a zárt akusztikus oszcillációkig (CAV) történő hatékony strukturális rezonanciaenergia-átadás (SRET) hatása a vírusokban a vírusmembrán repedéséhez vezethet az ellentétes mag-kapszid rezgések miatt. Ezenkívül az SRET általános hatékonysága összefügg a környezet jellegével, ahol a vírusrészecske mérete és pH-ja határozza meg a rezonanciafrekvenciát, illetve az energiaelnyelést [2, 13, 19].
Az elektromágneses hullámok fizikai rezonanciahatása kulcsszerepet játszik a burokkal rendelkező vírusok inaktiválásában, amelyeket egy vírusfehérjékbe ágyazott kétrétegű membrán vesz körül. A kutatók azt találták, hogy a H3N2 6 GHz frekvenciájú és 486 W/m² teljesítménysűrűségű elektromágneses hullámok általi deaktiválását főként a héj fizikai repedése okozta a rezonanciahatás miatt [13]. A H3N2 szuszpenzió hőmérséklete mindössze 7°C-kal emelkedett 15 perc expozíció után, azonban az emberi H3N2 vírus termikus melegítéssel történő inaktiválásához 55°C feletti hőmérséklet szükséges [9]. Hasonló jelenségeket figyeltek meg olyan vírusok esetében is, mint a SARS-CoV-2 és a H3N1 [13, 14]. Ezenkívül a vírusok elektromágneses hullámokkal történő inaktiválása nem vezet a vírusos RNS-genomok lebomlásához [1,13,14]. Így a H3N2 vírus inaktiválását inkább a fizikai rezonancia, mint a termikus expozíció segítette elő [13].
Az elektromágneses hullámok termikus hatásához képest a vírusok fizikai rezonanciával történő inaktiválása alacsonyabb dózisparamétereket igényel, amelyek az Elektromos és Elektronikai Mérnökök Intézete (IEEE) által meghatározott mikrohullámú biztonsági szabványok alatt vannak [2, 13]. A rezonanciafrekvencia és a teljesítménydózis a vírus fizikai tulajdonságaitól, például a részecskemérettől és a rugalmasságtól függ, és a rezonanciafrekvencián belüli összes vírus hatékonyan célozható az inaktiváláshoz. A magas penetrációs sebesség, az ionizáló sugárzás hiánya és a jó biztonság miatt a CPET atermikus hatása által közvetített vírusinaktiválás ígéretes a patogén vírusok által okozott emberi rosszindulatú betegségek kezelésében [14, 26].
A vírusok folyékony fázisban és különféle közegek felületén történő inaktiválásának megvalósítása alapján az elektromágneses hullámok hatékonyan kezelhetik a vírusos aeroszolokat [1, 26], ami áttörést jelent, és nagy jelentőséggel bír a vírus terjedésének szabályozásában és a vírus társadalomban történő terjedésének megelőzésében. Ezenkívül az elektromágneses hullámok fizikai rezonancia tulajdonságainak felfedezése nagy jelentőséggel bír ezen a területen. Amíg egy adott virion rezonanciafrekvenciája és az elektromágneses hullámok ismertek, a seb rezonanciafrekvenciája tartományán belüli összes vírus megcélozható, ami a hagyományos vírusinaktiválási módszerekkel nem érhető el [13,14,26]. A vírusok elektromágneses inaktiválása ígéretes kutatás, nagy kutatási és alkalmazási értékkel és potenciállal.
A hagyományos vírusölő technológiával összehasonlítva az elektromágneses hullámok egyedi fizikai tulajdonságaiknak köszönhetően egyszerű, hatékony és praktikus környezetvédelmet biztosítanak a vírusok elpusztításakor [2, 13]. Számos probléma azonban továbbra is fennáll. Először is, a modern ismeretek az elektromágneses hullámok fizikai tulajdonságaira korlátozódnak, és az elektromágneses hullámok kibocsátása során az energiafelhasználás mechanizmusa nem ismert [10, 27]. A mikrohullámokat, beleértve a milliméteres hullámokat is, széles körben használták a vírusok inaktiválásának és mechanizmusainak tanulmányozására, azonban más frekvenciákon, különösen a 100 kHz-től 300 MHz-ig és a 300 GHz-től 10 THz-ig terjedő frekvenciákon végzett elektromágneses hullámok vizsgálatáról még nem számoltak be. Másodszor, a patogén vírusok elektromágneses hullámokkal történő elpusztításának mechanizmusát nem tisztázták, és csak gömb alakú és pálcika alakú vírusokat vizsgáltak [2]. Ezenkívül a vírusrészecskék kicsik, sejtmentesek, könnyen mutálódnak és gyorsan terjednek, ami megakadályozhatja a vírusok inaktiválását. Az elektromágneses hullámtechnológiát még fejleszteni kell a patogén vírusok inaktiválásának akadályának leküzdéséhez. Végül a közegben lévő poláris molekulák, például a vízmolekulák, által elnyelt sugárzó energia nagyfokú energiaveszteséget eredményez. Ezenkívül az SRET hatékonyságát számos azonosítatlan mechanizmus befolyásolhatja a vírusokban [28]. Az SRET-hatás módosíthatja a vírust is, hogy alkalmazkodjon a környezetéhez, ami ellenállást eredményez az elektromágneses hullámokkal szemben [29].
A jövőben tovább kell fejleszteni az elektromágneses hullámok segítségével történő vírusinaktiválás technológiáját. Az alapkutatásnak a vírusok elektromágneses hullámok általi inaktiválásának mechanizmusának tisztázására kell irányulnia. Például szisztematikusan meg kell vizsgálni a vírusok energiájának felhasználásának mechanizmusát elektromágneses hullámoknak való kitettség esetén, a kórokozó vírusokat elpusztító nem termikus hatás részletes mechanizmusát, valamint az elektromágneses hullámok és a különféle vírustípusok közötti SRET-effektus mechanizmusát. Az alkalmazott kutatásoknak arra kell összpontosítaniuk, hogyan lehet megakadályozni a sugárzási energia túlzott elnyelését a poláris molekulák által, tanulmányozni kell a különböző frekvenciájú elektromágneses hullámok hatását a különböző kórokozó vírusokra, valamint tanulmányozni kell az elektromágneses hullámok nem termikus hatásait a kórokozó vírusok elpusztításában.
Az elektromágneses hullámok ígéretes módszerré váltak a kórokozó vírusok inaktiválására. Az elektromágneses hullámtechnológia előnyei az alacsony szennyezés, az alacsony költség és a kórokozó vírusok magas inaktiválási hatékonysága, amelyek leküzdhetik a hagyományos vírusvédelmi technológia korlátait. Azonban további kutatásokra van szükség az elektromágneses hullámtechnológia paramétereinek meghatározásához és a vírusinaktiválás mechanizmusának tisztázásához.
Egy bizonyos dózisú elektromágneses hullámsugárzás képes elpusztítani számos patogén vírus szerkezetét és aktivitását. A vírus inaktiválásának hatékonysága szorosan összefügg a frekvenciával, a teljesítménysűrűséggel és az expozíciós idővel. Ezenkívül a lehetséges mechanizmusok közé tartoznak az energiaátadás termikus, atermikus és szerkezeti rezonanciahatásai. A hagyományos vírusellenes technológiákkal összehasonlítva az elektromágneses hullámokon alapuló vírus inaktiválás előnyei az egyszerűség, a nagy hatékonyság és az alacsony szennyezés. Ezért az elektromágneses hullámokkal közvetített vírus inaktiválás ígéretes vírusellenes technikává vált a jövőbeli alkalmazások számára.
U Yu. A mikrohullámú sugárzás és a hideg plazma hatása a bioaeroszol aktivitására és a kapcsolódó mechanizmusokra. Pekingi Egyetem. 2013. évfolyam.
Sun CK, Tsai YC, Chen Ye, Liu TM, Chen HY, Wang HC és munkatársai. Mikrohullámok rezonáns dipóluscsatolása és korlátozott akusztikus oszcillációk bakulovírusokban. Tudományos jelentés 2017; 7(1):4611.
Siddharta A, Pfaender S, Malassa A, Doerrbecker J, Anggakusuma, Engelmann M és munkatársai. A HCV és a HIV mikrohullámú inaktiválása: új megközelítés a vírus intravénás droghasználók körében történő átvitelének megelőzésére. Tudományos jelentés 2016; 6:36619.
Yan SX, Wang RN, Cai YJ, Song YL, Qv HL. Kórházi dokumentumok mikrohullámú fertőtlenítéssel történő szennyeződésének vizsgálata és kísérleti megfigyelése [J] Chinese Medical Journal. 1987; 4:221-2.
Sun Wei: Előzetes tanulmány a nátrium-diklór-izocianát inaktivációs mechanizmusáról és hatékonyságáról az MS2 bakteriofág ellen. Szecsuáni Egyetem. 2007.
Yang Li: Az o-ftalaldehid MS2 bakteriofágra gyakorolt ​​inaktivációs hatásának és hatásmechanizmusának előzetes vizsgálata. Szecsuáni Egyetem. 2007.
Wu Ye, Ms. Yao. Levegőben terjedő vírus inaktiválása mikrohullámú sugárzással. Chinese Science Bulletin. 2014;59(13):1438-45.
Kachmarchik LS, Marsai KS, Shevchenko S., Pilosof M., Levy N., Einat M. et al. A koronavírusok és a poliovírusok érzékenyek a W-sávú ciklotronsugárzás rövid impulzusaira. Levél a környezetkémiáról. 2021;19(6):3967-72.
Yonges M, Liu VM, van der Vries E, Jacobi R, Pronk I, Boog S és munkatársai. Influenzavírus inaktiválása antigenicitási vizsgálatokhoz és fenotípusos neuraminidáz inhibitorokkal szembeni rezisztencia vizsgálatokhoz. Journal of Clinical Microbiology. 2010;48(3):928-40.
Zou Xinzhi, Zhang Lijia, Liu Yujia, Li Yu, Zhang Jia, Lin Fujia és mások. A mikrohullámú sterilizálás áttekintése. Guangdong mikrotápanyag-tudomány. 2013;20(6):67-70.
Li Jizhi. A mikrohullámok nem termikus biológiai hatásai az élelmiszer-mikroorganizmusokra és a mikrohullámú sterilizálási technológiára [JJ Southwestern Nationalities University (Természettudományi Kiadás). 2006; 6:1219–22.
Afagi P, Lapolla MA, Gandhi K. SARS-CoV-2 tüskefehérje denaturációja atermikus mikrohullámú besugárzás hatására. Tudományos jelentés 2021; 11(1):23373.
Yang SC, Lin HC, Liu TM, Lu JT, Hong WT, Huang YR és munkatársai. Hatékony szerkezeti rezonáns energiaátadás a mikrohullámoktól a vírusok korlátozott akusztikus oszcillációiig. Tudományos jelentés 2015; 5:18030.
Barbora A, Minnes R. Célzott vírusellenes terápia nem ionizáló sugárterápiával SARS-CoV-2 esetén és felkészülés egy vírusos világjárványra: módszerek, eljárások és gyakorlati jegyzetek klinikai alkalmazáshoz. PLOS One. 2021;16(5):e0251780.
Yang Huiming. Mikrohullámú sterilizálás és befolyásoló tényezők. Chinese Medical Journal. 1993;(04):246-51.
WJ oldal, Martin WG A mikrobák túlélése mikrohullámú sütőben. J Microorganisms. 1978;24(11):1431-3.
Elhafi G., Naylor SJ, Savage KE, Jones RS A mikrohullámú vagy autoklávos kezelés elpusztítja a fertőző hörghurut vírus és a madár pneumovírus fertőzőképességét, de lehetővé teszi azok kimutatását reverz transzkriptáz polimeráz láncreakcióval. Poultry disease. 2004;33(3):303-6.
Ben-Shoshan M., Mandel D., Lubezki R., Dollberg S., Mimouni FB. A citomegalovírus mikrohullámú eradikációja az anyatejből: pilotvizsgálat. breastfeeding medicine. 2016;11:186-7.
Wang PJ, Pang YH, Huang SY, Fang JT, Chang SY, Shih SR és mások. A SARS-CoV-2 vírus mikrohullámú rezonancia abszorpciója. Tudományos Jelentés 2022; 12(1): 12596.
Sabino CP, Sellera FP, Sales-Medina DF, Machado RRG, Durigon EL, Freitas-Junior LH, stb. A SARS-CoV-2 UV-C (254 nm) halálos dózisa. Fénydiagnosztika Photodyne Ther. 2020;32:101995.
Storm N, McKay LGA, Downs SN, Johnson RI, Birru D, de Samber M, stb. A SARS-CoV-2 gyors és teljes inaktiválása UV-C-vel. Tudományos Jelentés 2020; 10(1):22421.