Επιδράσεις των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε παθογόνους ιούς και συναφείς μηχανισμούς: ανασκόπηση στην Εφημερίδα της Ιολογίας

Οι παθογόνες ιογενείς λοιμώξεις έχουν γίνει ένα σημαντικό πρόβλημα δημόσιας υγείας παγκοσμίως. Οι ιοί μπορούν να μολύνουν όλους τους κυτταρικούς οργανισμούς και να προκαλέσουν ποικίλους βαθμούς τραυματισμού και βλάβης, οδηγώντας σε ασθένειες και ακόμη και θάνατο. Με τον επιπολασμό των υψηλών παθογόνων ιών όπως ο σοβαρός οξείας αναπνευστικής συνδρόμου Coronavirus 2 (SARS-COV-2), υπάρχει επείγουσα ανάγκη να αναπτυχθούν αποτελεσματικές και ασφαλείς μεθόδους για την απενεργοποίηση των παθογόνων ιών. Οι παραδοσιακές μέθοδοι για την απενεργοποίηση των παθογόνων ιών είναι πρακτικές, αλλά έχουν ορισμένους περιορισμούς. Με τα χαρακτηριστικά της υψηλής διεισδυτικής ισχύος, της φυσικής απήχησης και της ρύπανσης, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχουν γίνει μια πιθανή στρατηγική για την απενεργοποίηση των παθογόνων ιών και προσελκύουν αυξανόμενη προσοχή. Αυτό το άρθρο παρέχει μια επισκόπηση των πρόσφατων δημοσιεύσεων σχετικά με τον αντίκτυπο των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε παθογόνους ιούς και τους μηχανισμούς τους, καθώς και τις προοπτικές για τη χρήση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων για την αδρανοποίηση των παθογόνων ιών, καθώς και τις νέες ιδέες και μεθόδους για την απενεργοποίηση.
Πολλοί ιοί εξαπλώνονται γρήγορα, επιμένουν για μεγάλο χρονικό διάστημα, είναι εξαιρετικά παθογόνοι και μπορούν να προκαλέσουν παγκόσμιες επιδημίες και σοβαρούς κινδύνους για την υγεία. Η πρόληψη, η ανίχνευση, η δοκιμή, η εξάλειψη και η θεραπεία αποτελούν βασικά βήματα για να σταματήσει η εξάπλωση του ιού. Η ταχεία και αποτελεσματική εξάλειψη των παθογόνων ιών περιλαμβάνει προφυλακτική, προστατευτική και εξάλειψη πηγής. Η απενεργοποίηση των παθογόνων ιών με φυσιολογική καταστροφή για τη μείωση της μολυσματικότητας, της παθογένειας και της αναπαραγωγικής ικανότητάς τους είναι μια αποτελεσματική μέθοδος εξάλειψης. Οι παραδοσιακές μέθοδοι, συμπεριλαμβανομένης της υψηλής θερμοκρασίας, των χημικών ουσιών και της ιονίζουσας ακτινοβολίας, μπορούν να απενεργοποιήσουν αποτελεσματικά τους παθογόνους ιούς. Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι εξακολουθούν να έχουν ορισμένους περιορισμούς. Ως εκ τούτου, εξακολουθεί να υπάρχει επείγουσα ανάγκη να αναπτυχθούν καινοτόμες στρατηγικές για την απενεργοποίηση των παθογόνων ιών.
Η εκπομπή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής διεισδυτικής ισχύος, της ταχείας και ομοιόμορφης θέρμανσης, του συντονισμού με τους μικροοργανισμούς και την απελευθέρωση του πλάσματος και αναμένεται να γίνει μια πρακτική μέθοδος για την απενεργοποίηση των παθογόνων ιών [1,2,3]. Η ικανότητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων να απενεργοποιούν τους παθογόνους ιούς αποδείχθηκε τον περασμένο αιώνα [4]. Τα τελευταία χρόνια, η χρήση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων για την απενεργοποίηση των παθογόνων ιών έχει προσελκύσει αυξανόμενη προσοχή. Αυτό το άρθρο εξετάζει την επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε παθογόνους ιούς και τους μηχανισμούς τους, οι οποίοι μπορούν να χρησιμεύσουν ως χρήσιμος οδηγός για βασική και εφαρμοσμένη έρευνα.
Τα μορφολογικά χαρακτηριστικά των ιών μπορούν να αντικατοπτρίζουν λειτουργίες όπως η επιβίωση και η μολυσματικότητα. Έχει αποδειχθεί ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, ιδιαίτερα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα υψηλής συχνότητας (EHF), μπορούν να διαταράξουν τη μορφολογία των ιών.
Το Bacteriophage MS2 (MS2) χρησιμοποιείται συχνά σε διάφορους ερευνητικούς τομείς όπως η αξιολόγηση απολύμανσης, η κινητική μοντελοποίηση (υδατική) και ο βιολογικός χαρακτηρισμός των ιικών μορίων [5, 6]. Ο Wu διαπίστωσε ότι τα μικροκύματα στα 2450 MHz και 700 W προκάλεσαν συσσωμάτωση και σημαντική συρρίκνωση των υδρόβιων φάγων MS2 μετά από 1 λεπτό άμεσης ακτινοβολίας [1]. Μετά από περαιτέρω έρευνα, παρατηρήθηκε επίσης ένα διάλειμμα στην επιφάνεια του φάγου MS2 [7]. Το Kaczmarczyk [8] εκτεθειμένες εναιωρήματα δειγμάτων κοράνιου 229Ε (COV-229E) σε κύματα χιλιοστών με συχνότητα 95 GHz και πυκνότητα ισχύος 70 έως 100 W/cm2 για 0,1 s. Μεγάλες τρύπες μπορούν να βρεθούν στο τραχύ σφαιρικό κέλυφος του ιού, που οδηγεί στην απώλεια του περιεχομένου του. Η έκθεση σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορεί να είναι καταστροφική για τις ιογενείς μορφές. Ωστόσο, οι μεταβολές στις μορφολογικές ιδιότητες, όπως το σχήμα, η διάμετρος και η ομαλότητα της επιφάνειας, μετά την έκθεση στον ιό με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι άγνωστες. Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να αναλυθεί η σχέση μεταξύ των μορφολογικών χαρακτηριστικών και των λειτουργικών διαταραχών, οι οποίες μπορούν να παρέχουν πολύτιμους και βολικούς δείκτες για την αξιολόγηση της απενεργοποίησης του ιού [1].
Η ιική δομή συνήθως αποτελείται από ένα εσωτερικό νουκλεϊνικό οξύ (RNA ή DNA) και ένα εξωτερικό καψίδιο. Τα νουκλεϊκά οξέα καθορίζουν τις γενετικές και αναπαραγωγικές ιδιότητες των ιών. Το καψίδιο είναι το εξωτερικό στρώμα των διατεταγμένων πρωτεϊνικών υπομονάδων, το βασικό ικριωμένο και το αντιγονικό συστατικό των ιικών σωματιδίων και προστατεύει επίσης τα νουκλεϊκά οξέα. Οι περισσότεροι ιοί έχουν δομή φακέλου που αποτελείται από λιπίδια και γλυκοπρωτεΐνες. Επιπλέον, οι πρωτεΐνες φακέλου καθορίζουν την εξειδίκευση των υποδοχέων και χρησιμεύουν ως τα κύρια αντιγόνα που μπορεί να αναγνωρίσει το ανοσοποιητικό σύστημα του ξενιστή. Η πλήρης δομή εξασφαλίζει την ακεραιότητα και τη γενετική σταθερότητα του ιού.
Έρευνες έχουν δείξει ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, ειδικά τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα UHF, μπορούν να βλάψουν το RNA των ιών που προκαλούν ασθένεια. Το Wu [1] εξέθεσε άμεσα το υδατικό περιβάλλον του ιού MS2 σε μικροκύματα 2450 MHz για 2 λεπτά και ανέλυσε τα γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνη Α, πρωτεΐνη καψιδίου, πρωτεΐνη αντιγραφάσης και πρωτεΐνη διάσπασης με ηλεκτροφόρηση πηκτής και αντίδραση αλυσίδας πολυμεράσης ανάστροφης μεταγραφής. RT-PCR). Αυτά τα γονίδια καταστράφηκαν προοδευτικά με αυξανόμενη πυκνότητα ισχύος και ακόμη και εξαφανίστηκαν στην υψηλότερη πυκνότητα ισχύος. Για παράδειγμα, η έκφραση του γονιδίου πρωτεΐνης Α (934 bp) μειώθηκε σημαντικά μετά την έκθεση σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα με ισχύ 119 και 385 W και εξαφανίστηκε πλήρως όταν η πυκνότητα ισχύος αυξήθηκε στα 700 W. Αυτά τα δεδομένα υποδεικνύουν ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν, ανάλογα με τη δόση, καταστρέφουν τη δομή των νουκλεϊνών οξέων των ιών και εντελώς.
Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι η επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στις παθογόνες ιικές πρωτεΐνες βασίζεται κυρίως στην έμμεση θερμική επίδρασή τους στους μεσολαβητές και στην έμμεση επίδρασή τους στη σύνθεση πρωτεϊνών λόγω της καταστροφής νουκλεϊνικών οξέων [1, 3, 8, 9]. Ωστόσο, τα αθηριακά αποτελέσματα μπορούν επίσης να αλλάξουν την πολικότητα ή τη δομή των ιικών πρωτεϊνών [1, 10, 11]. Η άμεση επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε θεμελιώδεις δομικές/μη διαρθρωτικές πρωτεΐνες όπως πρωτεΐνες καψιδίου, πρωτεΐνες φακέλου ή πρωτεΐνες ακίδων παθογόνων ιών απαιτούν ακόμη περαιτέρω μελέτη. Πρόσφατα έχει προταθεί ότι 2 λεπτά ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε συχνότητα 2,45 GHz με ισχύ 700 W μπορεί να αλληλεπιδράσει με διαφορετικά κλάσματα φορτίων πρωτεϊνών μέσω του σχηματισμού καυτών σημείων και ταλαντευόμενων ηλεκτρικών πεδίων μέσω καθαρά ηλεκτρομαγνητικών επιδράσεων [12].
Ο φάκελος ενός παθογόνου ιού είναι στενά συνδεδεμένος με την ικανότητά του να μολύνει ή να προκαλεί ασθένεια. Αρκετές μελέτες έχουν αναφέρει ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα UHF και μικροκυμάτων μπορούν να καταστρέψουν τα κελύφη των ιών που προκαλούν ασθένεια. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι διακριτές οπές μπορούν να ανιχνευθούν στον ιικό φάκελο του κοροναϊού 229Ε μετά από 0,1 δευτερόλεπτα έκθεση στο κύμα των χιλιοστών 95 GHz σε πυκνότητα ισχύος 70 έως 100 W/cm2 [8]. Η επίδραση της μεταφοράς ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μπορεί να προκαλέσει αρκετή τάση για να καταστρέψει τη δομή του φακέλου του ιού. Για τους περιβάλλοντος ιούς, μετά από ρήξη του φακέλου, η μολυσματικότητα ή κάποια δραστηριότητα συνήθως μειώνεται ή χάνεται εντελώς [13, 14]. Ο Yang [13] εξέθεσε τον ιό της γρίπης H3N2 (H3N2) και τον ιό της γρίπης H1N1 (H1N1) σε μικροκύματα στα 8,35 GHz, 320 W/m² και 7 GHz, 308 W/M², αντίστοιχα, για 15 λεπτά. Για να συγκριθούν τα σήματα RNA των παθογόνων ιών που εκτέθηκαν σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα και ένα κατακερματισμένο μοντέλο κατεψυγμένα και αμέσως αποψύχθηκε σε υγρό άζωτο για διάφορους κύκλους, πραγματοποιήθηκε RT-PCR. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα σήματα RNA των δύο μοντέλων είναι πολύ συνεπή. Αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η φυσική δομή του ιού διαταράσσεται και η δομή του φακέλου καταστρέφεται μετά από έκθεση σε ακτινοβολία μικροκυμάτων.
Η δραστηριότητα ενός ιού μπορεί να χαρακτηριστεί από την ικανότητά του να μολύνει, να αναπαράγει και να μεταγράφει. Η μολυσματικότητα ή η δραστικότητα του ιού συνήθως αξιολογείται με τη μέτρηση των ιικών τίτλων χρησιμοποιώντας δοκιμασίες πλάκας, τη μέση μολυσματική δόση της καλλιέργειας ιστών (TCID50) ή τη δραστικότητα γονιδίου αναφοράς λουσιφεράσης. Αλλά μπορεί επίσης να αξιολογηθεί άμεσα με την απομόνωση του ζωντανού ιού ή με την ανάλυση του ιικού αντιγόνου, της πυκνότητας των ιικών σωματιδίων, της επιβίωσης του ιού κλπ.
Έχει αναφερθεί ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα UHF, SHF και EHF μπορούν να απενεργοποιήσουν άμεσα τα αερολύματα ιογενούς ή τους υδατογραφημένους ιούς. Wu [1] εκτεθειμένο αερολύμα MS2 βακτηριοφάγου που παράγεται από εργαστηριακό νεφελοποιητή σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα με συχνότητα 2450 MHz και ισχύ 700 W για 1,7 λεπτά, ενώ ο ρυθμός επιβίωσης βακτηριοφάγου MS2 ήταν μόνο 8,66%. Παρόμοια με το ιικό αερολύριο MS2, το 91,3% του υδατικού MS2 απενεργοποιήθηκε εντός 1,5 λεπτών μετά την έκθεση στην ίδια δόση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Επιπλέον, η ικανότητα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας να απενεργοποιήσει τον ιό MS2 συσχετίστηκε θετικά με την πυκνότητα ισχύος και τον χρόνο έκθεσης. Ωστόσο, όταν η αποτελεσματικότητα απενεργοποίησης φθάνει στη μέγιστη τιμή της, η αποτελεσματικότητα απενεργοποίησης δεν μπορεί να βελτιωθεί αυξάνοντας τον χρόνο έκθεσης ή αυξάνοντας την πυκνότητα ισχύος. Για παράδειγμα, ο ιός MS2 είχε ελάχιστο ποσοστό επιβίωσης 2,65% έως 4,37% μετά την έκθεση σε 2450 MHz και ηλεκτρομαγνητικά κύματα 700 W και δεν βρέθηκαν σημαντικές αλλαγές με τον αυξανόμενο χρόνο έκθεσης. Το Siddharta [3] ακτινοβολούσε μια εναιώρημα κυτταρικής καλλιέργειας που περιείχε τον ιό της ηπατίτιδας C (HCV)/τον ιό της ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας τύπου 1 (HIV-1) με ηλεκτρομαγνητικά κύματα με συχνότητα 2450 MHz και μια ισχύ 360 W. μετάδοση του ιού ακόμη και όταν εκτίθεται μαζί. Κατά την ακτινοβολία των κυτταρικών καλλιεργειών HCV και των εναιωρημάτων HIV-1 με ηλεκτρομαγνητικά κύματα χαμηλής κατανάλωσης με συχνότητα 2450 MHz, 90 W ή 180 W, παρατηρήθηκε καμία μεταβολή στον τίτλο του ιού, που προσδιορίστηκε από τη δραστικότητα ανταποκριτή λουσιφεράσης και μια σημαντική μεταβολή της ιογενούς λοιμώσεως. Στα 600 και 800 W για 1 λεπτό, η μολυσματικότητα και των δύο ιών δεν μειώθηκε σημαντικά, γεγονός που πιστεύεται ότι σχετίζεται με τη δύναμη της ακτινοβολίας ηλεκτρομαγνητικού κύματος και του χρόνου της κρίσιμης έκθεσης στη θερμοκρασία.
Ο Kaczmarczyk [8] κατέδειξε για πρώτη φορά τη θνησιμότητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων EHF έναντι των υδάτων παθογόνων ιών και της πυκνότητας ισχύος των 70 έως 100 W/CM2 για 2 δευτερόλεπτα. Η αποτελεσματικότητα απενεργοποίησης των δύο παθογόνων ιών ήταν 99,98% και 99,375% αντίστοιχα. που υποδεικνύει ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα EHF έχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής στον τομέα της απενεργοποίησης του ιού.
Η αποτελεσματικότητα της απενεργοποίησης των ιών UHF έχει επίσης αξιολογηθεί σε διάφορα μέσα όπως το μητρικό γάλα και ορισμένα υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως στο σπίτι. Οι ερευνητές εκθέτουν μάσκες αναισθησίας μολυσμένες με αδενοϊό (ADV), τύπου 1 (PV-1), ιός έρπητα 1 (HV-1) και ρινοϊό (RHV) σε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε συχνότητα 2450 MHz και ισχύ 720 watts. Ανέφεραν ότι οι δοκιμές για αντιγόνα ADV και PV-1 έγιναν αρνητικές και οι τίτλοι HV-1, PIV-3 και RHV μειώθηκαν στο μηδέν, υποδεικνύοντας πλήρη απενεργοποίηση όλων των ιών μετά από 4 λεπτά έκθεσης [15, 16]. Το Elhafi [17] εκτέθηκε άμεσα επιχρίσματα μολυσμένα με ιό μολυσματικής βρογχίτιδας πτηνών (IBV), πνευμοϊό των πτηνών (APV), ιό της νόσου του Newcastle (NDV) και ιό της γρίπης των πτηνών (AIV) σε ένα φούρνο μικροβίων 900 W. χάνουν τη μολυσματικότητα τους. Μεταξύ αυτών, το APV και το IBV ανιχνεύθηκαν επιπλέον σε καλλιέργειες τραχειακών οργάνων που ελήφθησαν από έμβρυα κοτόπουλου της 5ης γενιάς. Αν και ο ιός δεν μπορούσε να απομονωθεί, το ιικό νουκλεϊνικό οξύ εξακολουθούσε να ανιχνεύθηκε με RT-PCR. Ο Ben-Shoshan [18] εκτέθηκε άμεσα 2450 MHz, 750 W ηλεκτρομαγνητικά κύματα σε 15 δείγματα γάλακτος κυτταρομεγαλοϊού (CMV) για 30 δευτερόλεπτα. Η ανίχνευση αντιγόνου με κέλυφος-vial έδειξε πλήρη απενεργοποίηση του CMV. Ωστόσο, στα 500 W, 2 από τα 15 δείγματα δεν πέτυχαν πλήρη απενεργοποίηση, γεγονός που υποδηλώνει θετική συσχέτιση μεταξύ της αποτελεσματικότητας της απενεργοποίησης και της ισχύος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι ο Yang [13] προέβλεψε τη συχνότητα συντονισμού μεταξύ των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και των ιών που βασίζονται σε καθιερωμένα φυσικά μοντέλα. Μια ανάρτηση σωματιδίων ιού Η3Ν2 με πυκνότητα 7,5 χ 1014 Μ-3, που παράγεται από ευαίσθητα σε ιούς Madin Darby Dog Cells (MDCK), εκτέθηκε άμεσα σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα σε συχνότητα 8 GHz και ισχύς 820 W/M² για 15 λεπτά. Το επίπεδο αδρανοποίησης του ιού H3N2 φθάνει το 100%. Ωστόσο, σε ένα θεωρητικό όριο των 82 W/M2, μόνο το 38% του ιού H3N2 απενεργοποιήθηκε, υποδηλώνοντας ότι η αποτελεσματικότητα της απενεργοποίησης του ιού που προκαλείται από EM είναι στενά συνδεδεμένη με την πυκνότητα ισχύος. Με βάση αυτή τη μελέτη, ο Barbora [14] υπολόγισε την περιοχή συντονισμού (8,5-20 GHz) μεταξύ ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και SARS-COV-2 και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι 7,5 χ 1014 m-3 του SARS-COV-2 που έχουν εκτεθεί σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα ένα κύμα με συχνότητα 10-17 GHz και πυκνότητα ισχύος 14,5 ± 1 W/m2 για περίπου 15 λεπτά θα έχουν ως αποτέλεσμα το 100,5 λεπτό. απενεργοποίηση. Μια πρόσφατη μελέτη του Wang [19] έδειξε ότι οι συντονιστικές συχνότητες του SARS-COV-2 είναι 4 και 7,5 GHz, επιβεβαιώνοντας την ύπαρξη συντονιστικών συχνοτήτων ανεξάρτητα από τον τίτλο του ιού.
Συμπερασματικά, μπορούμε να πούμε ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να επηρεάσουν τα αερολύματα και τα εναιωρήματα, καθώς και τη δραστηριότητα των ιών στις επιφάνειες. Διαπιστώθηκε ότι η αποτελεσματικότητα της απενεργοποίησης συνδέεται στενά με τη συχνότητα και τη δύναμη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και το μέσο που χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη του ιού. Επιπλέον, οι ηλεκτρομαγνητικές συχνότητες που βασίζονται σε φυσικούς συντονισμούς είναι πολύ σημαντικές για την απενεργοποίηση του ιού [2, 13]. Μέχρι τώρα, η επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στη δραστηριότητα των παθογόνων ιών επικεντρώθηκε κυρίως στην μεταβαλλόμενη μολυσματικότητα. Λόγω του σύνθετου μηχανισμού, αρκετές μελέτες έχουν αναφέρει την επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην αντιγραφή και τη μεταγραφή παθογόνων ιών.
Οι μηχανισμοί με τους οποίους οι ηλεκτρομαγνητικά κύματα απενεργοποιούν τους ιούς είναι στενά συνδεδεμένοι με τον τύπο του ιού, τη συχνότητα και την ισχύ των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και το περιβάλλον ανάπτυξης του ιού, αλλά παραμένουν σε μεγάλο βαθμό ανεξερεύνητα. Πρόσφατες έρευνες επικεντρώθηκαν στους μηχανισμούς της θερμικής, αθηριακής και δομικής μεταφοράς ενέργειας.
Το θερμικό αποτέλεσμα γίνεται κατανοητό ως αύξηση της θερμοκρασίας που προκαλείται από περιστροφή υψηλής ταχύτητας, σύγκρουση και τριβή πολικών μορίων σε ιστούς υπό την επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Λόγω αυτής της ιδιότητας, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να αυξήσουν τη θερμοκρασία του ιού πάνω από το όριο της φυσιολογικής ανοχής, προκαλώντας το θάνατο του ιού. Ωστόσο, οι ιοί περιέχουν λίγα πολικά μόρια, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι άμεσες θερμικές επιδράσεις στους ιούς είναι σπάνιες [1]. Αντίθετα, υπάρχουν πολλά περισσότερα πολικά μόρια στο μέσο και το περιβάλλον, όπως τα μόρια του νερού, τα οποία κινούνται σύμφωνα με το εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο που διεγείρονται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα, δημιουργώντας θερμότητα μέσω τριβής. Στη συνέχεια, η θερμότητα μεταφέρεται στον ιό για να αυξήσει τη θερμοκρασία του. Όταν ξεπεραστεί το όριο ανοχής, καταστρέφονται τα νουκλεϊνικά οξέα και οι πρωτεΐνες, γεγονός που μειώνει τελικά τη μολυσματικότητα και ακόμη και απενεργοποιεί τον ιό.
Αρκετές ομάδες έχουν αναφέρει ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να μειώσουν τη μολυσματικότητα των ιών μέσω της θερμικής έκθεσης [1, 3, 8]. Το Kaczmarczyk [8] εκτεθειμένες εναιωρήσεις του κοροναϊού 229Ε σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα σε συχνότητα 95 GHz με πυκνότητα ισχύος 70 έως 100 W/cm2 για 0,2-0,7 s. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αύξηση της θερμοκρασίας των 100 ° C κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας συνέβαλε στην καταστροφή της μορφολογίας του ιού και στη μειωμένη δραστικότητα του ιού. Αυτά τα θερμικά αποτελέσματα μπορούν να εξηγηθούν από τη δράση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στα γύρω μόρια του νερού. Η Siddharta [3] ακτινοβολούσε εναιωρήματα κυτταρικής καλλιέργειας που περιέχουν HCV διαφόρων γονότυπων, συμπεριλαμβανομένων των GT1A, GT2A, GT3A, GT4A, GT5A, GT6A και GT7A, με ηλεκτρομαγνητικά κύματα σε συχνότητα 2450 MHz και ισχύς 90 W και 180 W, 360 W, 600 W και 800 TUe με αύξηση της θερμοκρασίας των κυττάρων. Από τους 26 ° C έως τους 92 ° C, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μείωσε τη μολυσματικότητα του ιού ή απενεργοποίησε πλήρως τον ιό. Ωστόσο, η HCV εκτέθηκε σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα για μικρό χρονικό διάστημα σε χαμηλή ισχύ (90 ή 180 W, 3 λεπτά) ή υψηλότερη ισχύ (600 ή 800 W, 1 λεπτό), ενώ δεν υπήρξε σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας και σημαντική αλλαγή στον ιό δεν παρατηρήθηκε μολυσματικότητα ή δραστηριότητα.
Τα παραπάνω αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η θερμική επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι ένας βασικός παράγοντας που επηρεάζει τη μολυσματικότητα ή τη δραστηριότητα των παθογόνων ιών. Επιπλέον, πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι η θερμική επίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας απενεργοποιεί τους παθογόνους ιούς πιο αποτελεσματικά από την UV-C και τη συμβατική θέρμανση [8, 20, 21, 22, 23, 24].
Εκτός από τις θερμικές επιδράσεις, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν επίσης να αλλάξουν την πολικότητα των μορίων όπως οι μικροβιακές πρωτεΐνες και τα νουκλεϊνικά οξέα, προκαλώντας την περιστροφή και τη δονεία των μορίων, με αποτέλεσμα τη μειωμένη βιωσιμότητα ή ακόμα και το θάνατο [10]. Πιστεύεται ότι η ταχεία εναλλαγή της πολικότητας των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων προκαλεί πόλωση πρωτεΐνης, η οποία οδηγεί σε συστροφή και καμπυλότητα της δομής της πρωτεΐνης και, τελικά, σε μετουσίωση πρωτεΐνης [11].
Η μη θερμική επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην απενεργοποίηση του ιού παραμένει αμφιλεγόμενη, αλλά οι περισσότερες μελέτες έχουν δείξει θετικά αποτελέσματα [1, 25]. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να διεισδύσουν άμεσα στην πρωτεΐνη του φακέλου του ιού MS2 και να καταστρέψουν το νουκλεϊνικό οξύ του ιού. Επιπλέον, τα αερολύματα του ιού MS2 είναι πολύ πιο ευαίσθητα στα ηλεκτρομαγνητικά κύματα από το υδατικό MS2. Λόγω των λιγότερων πολικών μορίων, όπως τα μόρια νερού, στο περιβάλλον που περιβάλλει τα αερολύματα του ιού MS2, τα αθυμικά αποτελέσματα μπορεί να διαδραματίσουν βασικό ρόλο στον αδρανοποιημένο ιό που προκαλείται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα [1].
Το φαινόμενο του συντονισμού αναφέρεται στην τάση ενός φυσικού συστήματος να απορροφά περισσότερη ενέργεια από το περιβάλλον του με τη φυσική του συχνότητα και το μήκος κύματος. Ο συντονισμός εμφανίζεται σε πολλά μέρη στη φύση. Είναι γνωστό ότι οι ιοί αντηχούν με μικροκύματα της ίδιας συχνότητας σε περιορισμένο τρόπο ακουστικής διπόλης, φαινόμενο συντονισμού [2, 13, 26]. Οι συντονισμένοι τρόποι αλληλεπίδρασης μεταξύ ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος και ενός ιού προσελκύουν όλο και περισσότερη προσοχή. Η επίδραση της αποτελεσματικής μεταφοράς ενέργειας δομικού συντονισμού (SRET) από ηλεκτρομαγνητικά κύματα σε κλειστές ακουστικές ταλαντώσεις (CAV) σε ιούς μπορεί να οδηγήσει σε ρήξη της ιογενούς μεμβράνης λόγω των αντιτιθέμενων δονήσεων του πυρήνα καπακιού. Επιπλέον, η συνολική αποτελεσματικότητα του SRET σχετίζεται με τη φύση του περιβάλλοντος, όπου το μέγεθος και το ρΗ του ιικού σωματιδίου καθορίζουν τη συχνότητα συντονισμού και την απορρόφηση ενέργειας, αντίστοιχα [2, 13, 19].
Η επίδραση φυσικού συντονισμού των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων διαδραματίζει βασικό ρόλο στην αδρανοποίηση των περιβάλλοντων ιών, οι οποίοι περιβάλλονται από μεμβράνη διπλής στιβάδας ενσωματωμένη σε ιικές πρωτεΐνες. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η απενεργοποίηση του H3N2 με ηλεκτρομαγνητικά κύματα με συχνότητα 6 GHz και πυκνότητα ισχύος 486 W/m² προκλήθηκε κυρίως από τη φυσική ρήξη του κελύφους λόγω του αποτελέσματος συντονισμού [13]. Η θερμοκρασία του εναιωρήματος Η3Ν2 αυξήθηκε μόνο κατά 7 ° C μετά από 15 λεπτά έκθεσης, ωστόσο, για την απενεργοποίηση του ανθρώπινου ιού Η3Ν2 με θερμική θέρμανση, απαιτείται θερμοκρασία πάνω από 55 ° C [9]. Παρόμοια φαινόμενα έχουν παρατηρηθεί για ιούς όπως SARS-COV-2 και H3N1 [13, 14]. Επιπλέον, η απενεργοποίηση των ιών από ηλεκτρομαγνητικά κύματα δεν οδηγεί στην αποικοδόμηση των γονιδιωμάτων του ιικού RNA [1,13,14]. Έτσι, η απενεργοποίηση του ιού H3N2 προωθήθηκε με φυσική απήχηση και όχι από θερμική έκθεση [13].
Σε σύγκριση με τη θερμική επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, η απενεργοποίηση των ιών με φυσικό συντονισμό απαιτεί χαμηλότερες παραμέτρους δόσης, οι οποίες βρίσκονται κάτω από τα πρότυπα ασφαλείας μικροκυμάτων που καθορίζονται από το Ινστιτούτο Ηλεκτρικών και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (IEEE) [2, 13]. Η συχνότητα συντονισμού και η δόση ισχύος εξαρτώνται από τις φυσικές ιδιότητες του ιού, όπως το μέγεθος των σωματιδίων και η ελαστικότητα και όλοι οι ιοί εντός της συχνότητας συντονισμού μπορούν να στοχεύσουν αποτελεσματικά για απενεργοποίηση. Λόγω του υψηλού ποσοστού διείσδυσης, η απουσία ιονίζουσας ακτινοβολίας και η καλή ασφάλεια, η απενεργοποίηση του ιού που προκαλείται από την αθηρική επίδραση της CPET υποσχόμαστε για τη θεραπεία ανθρώπινων κακοήθων ασθενειών που προκαλούνται από παθογόνους ιούς [14, 26].
Με βάση την εφαρμογή της απενεργοποίησης των ιών στην υγρή φάση και στην επιφάνεια των διαφόρων μέσων, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να αντιμετωπίσουν αποτελεσματικά τα αερολύματα [1, 26], που είναι σημαντική και έχει μεγάλη σημασία για τον έλεγχο της μετάδοσης του ιού και την πρόληψη της μετάδοσης του ιού στην κοινωνία. επιδημία. Επιπλέον, η ανακάλυψη των ιδιοτήτων φυσικού συντονισμού των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων έχει μεγάλη σημασία στον τομέα αυτό. Εφόσον είναι γνωστή η συχνότητα συντονισμού ενός συγκεκριμένου ιόν και ηλεκτρομαγνητικού κύματος, μπορούν να στοχευθούν όλοι οι ιοί εντός της περιοχής συντονισμού του τραύματος, οι οποίες δεν μπορούν να επιτευχθούν με τις παραδοσιακές μεθόδους αδρανοποίησης του ιού [13,14,26]. Η ηλεκτρομαγνητική απενεργοποίηση των ιών είναι μια πολλά υποσχόμενη έρευνα με μεγάλη έρευνα και εφαρμοσμένη αξία και δυνατότητες.
Σε σύγκριση με την παραδοσιακή τεχνολογία θανάτωσης του ιού, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχουν τα χαρακτηριστικά της απλής, αποτελεσματικής, πρακτικής προστασίας του περιβάλλοντος όταν σκοτώνουν τους ιούς λόγω των μοναδικών φυσικών ιδιοτήτων του [2, 13]. Ωστόσο, παραμένουν πολλά προβλήματα. Πρώτον, η σύγχρονη γνώση περιορίζεται στις φυσικές ιδιότητες των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και ο μηχανισμός χρήσης ενέργειας κατά τη διάρκεια της εκπομπής ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων δεν έχει αποκαλυφθεί [10, 27]. Τα μικροκύματα, συμπεριλαμβανομένων των κυμάτων χιλιοστών, έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως για τη μελέτη της απενεργοποίησης του ιού και των μηχανισμών του, ωστόσο, δεν έχουν αναφερθεί μελέτες ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε άλλες συχνότητες, ειδικά σε συχνότητες από 100 kHz έως 300 MHz και από 300 GHz έως 10 THz, Δεύτερον, ο μηχανισμός θανάτωσης των παθογόνων ιών από ηλεκτρομαγνητικά κύματα δεν έχει διασαφηνιστεί και έχουν μελετηθεί μόνο σφαιρικοί και ράβδοι σε σχήμα ράβδων [2]. Επιπλέον, τα σωματίδια του ιού είναι μικρά, χωρίς κύτταρα, μεταλλαγμένα εύκολα και εξαπλώνονται γρήγορα, τα οποία μπορούν να αποτρέψουν την απενεργοποίηση του ιού. Η τεχνολογία ηλεκτρομαγνητικού κύματος πρέπει ακόμα να βελτιωθεί για να ξεπεραστεί το εμπόδιο των αδρανοποιητικών παθογόνων ιών. Τέλος, η υψηλή απορρόφηση ακτινοβολίας ενέργειας από πολικά μόρια στο μέσο, ​​όπως τα μόρια του νερού, έχει ως αποτέλεσμα την απώλεια ενέργειας. Επιπλέον, η αποτελεσματικότητα του SRET μπορεί να επηρεαστεί από αρκετούς μη αναγνωρισμένους μηχανισμούς σε ιούς [28]. Το φαινόμενο SRET μπορεί επίσης να τροποποιήσει τον ιό για να προσαρμοστεί στο περιβάλλον του, με αποτέλεσμα την αντίσταση στα ηλεκτρομαγνητικά κύματα [29].
Στο μέλλον, η τεχνολογία της απενεργοποίησης του ιού χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητικά κύματα πρέπει να βελτιωθεί περαιτέρω. Η θεμελιώδης επιστημονική έρευνα θα πρέπει να αποσκοπεί στην αποσαφήνιση του μηχανισμού αδρανοποίησης του ιού με ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Για παράδειγμα, ο μηχανισμός χρήσης της ενέργειας των ιών όταν εκτίθεται σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα, ο λεπτομερής μηχανισμός της μη θερμικής δράσης που σκοτώνει τους παθογόνους ιούς και ο μηχανισμός του αποτελέσματος SRET μεταξύ των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και των διαφόρων τύπων ιών πρέπει να διασαφηνιστεί συστηματικά. Η εφαρμοσμένη έρευνα θα πρέπει να επικεντρωθεί στον τρόπο πρόληψης της υπερβολικής απορρόφησης ενέργειας ακτινοβολίας με πολικά μόρια, μελετά την επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων διαφορετικών συχνότητας σε διάφορους παθογόνους ιούς και μελετά τις μη θερμικές επιδράσεις των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην καταστροφή παθογόνων ιών.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχουν γίνει μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος για την απενεργοποίηση των παθογόνων ιών. Η τεχνολογία των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων έχει τα πλεονεκτήματα χαμηλής ρύπανσης, χαμηλού κόστους και υψηλής απόδοσης αδρανοποίησης του παθογόνου ιού, η οποία μπορεί να ξεπεράσει τους περιορισμούς της παραδοσιακής τεχνολογίας αντι-ιού. Ωστόσο, απαιτούνται περαιτέρω έρευνα για τον προσδιορισμό των παραμέτρων της τεχνολογίας ηλεκτρομαγνητικού κύματος και την αποσαφήνιση του μηχανισμού αδρανοποίησης του ιού.
Μια ορισμένη δόση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας κύματος μπορεί να καταστρέψει τη δομή και τη δραστηριότητα πολλών παθογόνων ιών. Η αποτελεσματικότητα της απενεργοποίησης του ιού σχετίζεται στενά με τη συχνότητα, την πυκνότητα ισχύος και τον χρόνο έκθεσης. Επιπλέον, οι δυνητικοί μηχανισμοί περιλαμβάνουν τις θερμικές, αθηριακές και διαρθρωτικές επιδράσεις συντονισμού της μεταφοράς ενέργειας. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές αντιιικές τεχνολογίες, η απενεργοποίηση του ιού που βασίζεται σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχει τα πλεονεκτήματα της απλότητας, της υψηλής απόδοσης και της χαμηλής ρύπανσης. Ως εκ τούτου, η απενεργοποίηση του ιού που προκαλείται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχει γίνει μια πολλά υποσχόμενη αντιιική τεχνική για μελλοντικές εφαρμογές.
U yu. Επίδραση της ακτινοβολίας μικροκυμάτων και του κρύου πλάσματος στη δραστηριότητα βιοαεριαόλης και τους συναφείς μηχανισμούς. Πανεπιστήμιο Πέκινγκ. έτος 2013.
Sun CK, Tsai YC, Chen YE, Liu ΤΜ, Chen HY, Wang HC et αϊ. Συντονιστής διπολική σύζευξη μικροκυμάτων και περιορισμένες ακουστικές ταλαντώσεις σε βακουλοϊούς. Επιστημονική Έκθεση 2017; 7 (1): 4611.
Siddharta Α, Pfaender S, Malassa Α, Doerrbecker J, Anggakusuma, Engelmann Μ, et αϊ. Απενεργοποίηση μικροκυμάτων HCV και HIV: Μια νέα προσέγγιση για την πρόληψη της μετάδοσης του ιού μεταξύ των χρηστών ναρκωτικών. Επιστημονική Έκθεση 2016; 6: 36619.
Yan SX, Wang RN, Cai YJ, Song YL, QV HL. Διερεύνηση και πειραματική παρατήρηση της μόλυνσης των νοσοκομειακών εγγράφων με απολύμανση μικροκυμάτων [J] κινεζική ιατρική περιοδική. 1987; 4: 221-2.
Προκαταρκτική μελέτη του Sun Wei του μηχανισμού απενεργοποίησης και της αποτελεσματικότητας του διχλωροϊσοκυανικού νατρίου έναντι του βακτηριοφάγου MS2. Πανεπιστήμιο Sichuan. 2007.
Yang Li Προκαταρκτική μελέτη του αποτελέσματος αδρανοποίησης και του μηχανισμού δράσης της Ο-Φθαλαλδεΰδης σε βακτηριοφάγος MS2. Πανεπιστήμιο Sichuan. 2007.
Wu Ye, κα Yao. Απενεργοποίηση ενός αερομεταφερόμενου ιού in situ με ακτινοβολία μικροκυμάτων. Κινέζικο Δελτίο Επιστημών. 2014 · 59 (13): 1438-45.
Kachmarchik LS, Marsai KS, Shevchenko S., Pilosof Μ., Levy Ν., Einat Μ. Et αϊ. Οι κοροναϊοί και οι πολιοϊοί είναι ευαίσθητοι σε μικρά παλμούς ακτινοβολίας κυκλοτρωνίου W-band. Επιστολή για την περιβαλλοντική χημεία. 2021 · 19 (6): 3967-72.
Yonges Μ, Liu VM, van der Vries Ε, Jacobi R, Pronk Ι, Boog S, et αϊ. Η αδρανοποίηση του ιού της γρίπης για μελέτες αντιγονικότητας και προσδιορισμούς αντίστασης σε φαινοτυπικούς αναστολείς νευραμινιδάσης. Εφημερίδα της Κλινικής Μικροβιολογίας. 2010 · 48 (3): 928-40.
Zou Xinzhi, Zhang Lijia, Liu Yujia, Li Yu, Zhang Jia, Lin Fujia, et αϊ. Επισκόπηση της αποστείρωσης μικροκυμάτων. Η επιστήμη των μικροθρεπτικών συστατικών Guangdong. 2013, 20 (6): 67-70.
Li Jizhi. Μη θερμικές βιολογικές επιδράσεις των μικροκυμάτων σε μικροοργανισμούς τροφίμων και τεχνολογία αποστείρωσης μικροκυμάτων [Πανεπιστήμιο JJ Southwestern Nationalities (Έκδοση Φυσικών Επιστημών). 2006; 6: 1219-22.
Afagi P, Lapolla ΜΑ, Gandhi Κ. Sars-Cov-2 μετουσίωση πρωτεΐνης ακίδων κατά την ακτινοβολία των αθηρών μικροκυμάτων. Επιστημονική Έκθεση 2021; 11 (1): 23373.
Yang SC, Lin HC, Liu ΤΜ, Lu JT, Hong WT, Huang YR, et αϊ. Αποτελεσματική δομική μεταφορά ενέργειας από μικροκύματα σε περιορισμένες ακουστικές ταλαντώσεις σε ιούς. Επιστημονική Έκθεση 2015; 5: 18030.
Barbora Α, Minnes R. Στόχευση αντιιϊκής θεραπείας χρησιμοποιώντας μη ιονίζουσα ακτινοθεραπεία για SARS-COV-2 και προετοιμασία για ιογενή πανδημία: μέθοδοι, μεθόδους και πρακτικές για κλινική εφαρμογή. PLOS ONE. 2021 · 16 (5): E0251780.
Yang Huiming. Αποστείρωση μικροκυμάτων και παράγοντες που την επηρεάζουν. Κινεζικό Ιατρικό Περιοδικό. 1993, (04): 246-51.
Σελίδα WJ, Martin WG επιβίωση των μικροβίων σε φούρνους μικροκυμάτων. Μπορείτε να J Microorganisms. 1978, 24 (11): 1431-3.
Elhafi G., Naylor SJ, Savage KE, Jones RS μικροκυμάτων ή θεραπεία με αυτόκλειστο που καταστρέφει τη μολυσματικότητα του ιού της μολυσματικής βρογχίτιδας και του πνευμοϊού των πτηνών, αλλά τους επιτρέπει να ανιχνεύονται χρησιμοποιώντας αλυσιδωτή αντίδραση αντίστροφης μεταγραφάσης πολυμεράσης. ασθένεια πουλερικών. 2004 · 33 (3): 303-6.
Ben-Shoshan Μ., Mandel D., Lubezki R., Dollberg S., Mimouni FB Εξάλειψη μικροκυμάτων του κυτταρομεγαλοϊού από το μητρικό γάλα: μια πιλοτική μελέτη. Θηλαστικό φάρμακο. 2016 · 11: 186-7.
Wang PJ, Pang YH, Huang SY, Fang JT, Chang SY, Shih SR, et αϊ. Απορρόφηση συντονισμού μικροκυμάτων του ιού SARS-COV-2. Επιστημονική Έκθεση 2022; 12 (1): 12596.
Sabino CP, Sellera FP, Sales-Medina DF, Machado RRG, Durigon EL, Freitas-Junior LH, κλπ. UV-C (254 nm) θανατηφόρα δόση SARS-COV-2. Φωτιστικά διαγνωστικά φωτοβολία. 2020 · 32: 101995.
Storm N, McKay LGA, Downs SN, Johnson RI, Birru D, De Samber Μ, κλπ. Ταχεία και πλήρης αδρανοποίηση του SARS-Cov-2 από την UV-C. Επιστημονική Έκθεση 2020; 10 (1): 22421.