Mga epekto ng mga electromagnetic wave sa mga pathogenic na virus at mga kaugnay na mekanismo: isang pagsusuri sa Journal of Virology

Ang mga pathogen na impeksyon sa viral ay naging isang pangunahing problema sa kalusugan ng publiko sa buong mundo. Maaaring mahawa ng mga virus ang lahat ng cellular organism at magdulot ng iba't ibang antas ng pinsala at pinsala, na humahantong sa sakit at maging kamatayan. Sa paglaganap ng mga highly pathogenic na virus tulad ng severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), mayroong isang kagyat na pangangailangan na bumuo ng epektibo at ligtas na mga paraan upang hindi aktibo ang mga pathogenic na virus. Ang mga tradisyonal na pamamaraan para sa pag-inactivate ng mga pathogenic na virus ay praktikal ngunit may ilang mga limitasyon. Sa mga katangian ng mataas na lakas ng pagtagos, pisikal na resonance at walang polusyon, ang mga electromagnetic wave ay naging isang potensyal na diskarte para sa inactivation ng mga pathogenic virus at nakakaakit ng pagtaas ng atensyon. Ang artikulong ito ay nagbibigay ng isang pangkalahatang-ideya ng mga kamakailang publikasyon tungkol sa epekto ng mga electromagnetic wave sa mga pathogenic na virus at ang kanilang mga mekanismo, pati na rin ang mga prospect para sa paggamit ng mga electromagnetic wave para sa inactivation ng mga pathogenic virus, pati na rin ang mga bagong ideya at pamamaraan para sa naturang inactivation.
Maraming mga virus ang mabilis na kumakalat, nananatili sa mahabang panahon, ay lubhang pathogenic at maaaring magdulot ng pandaigdigang epidemya at malubhang panganib sa kalusugan. Ang pag-iwas, pagtuklas, pagsusuri, pagpuksa at paggamot ay mga pangunahing hakbang upang matigil ang pagkalat ng virus. Ang mabilis at mahusay na pag-aalis ng mga pathogenic na virus ay kinabibilangan ng prophylactic, protective, at source elimination. Ang inactivation ng mga pathogenic virus sa pamamagitan ng physiological destruction upang mabawasan ang kanilang infectivity, pathogenicity at reproductive capacity ay isang epektibong paraan ng kanilang pag-aalis. Ang mga tradisyonal na pamamaraan, kabilang ang mataas na temperatura, mga kemikal at ionizing radiation, ay maaaring epektibong hindi aktibo ang mga pathogenic na virus. Gayunpaman, ang mga pamamaraang ito ay mayroon pa ring ilang mga limitasyon. Samakatuwid, mayroon pa ring kagyat na pangangailangan na bumuo ng mga makabagong estratehiya para sa hindi aktibo na mga pathogenic na virus.
Ang paglabas ng mga electromagnetic wave ay may mga pakinabang ng mataas na lakas ng pagtagos, mabilis at pare-parehong pag-init, resonance sa mga microorganism at pagpapalabas ng plasma, at inaasahang magiging isang praktikal na paraan para sa pag-inactivate ng mga pathogenic na virus [1,2,3]. Ang kakayahan ng mga electromagnetic wave na hindi aktibo ang mga pathogenic na virus ay ipinakita noong nakaraang siglo [4]. Sa mga nagdaang taon, ang paggamit ng mga electromagnetic wave para sa inactivation ng mga pathogenic virus ay nakakaakit ng pagtaas ng pansin. Tinatalakay ng artikulong ito ang epekto ng mga electromagnetic wave sa mga pathogenic na virus at ang kanilang mga mekanismo, na maaaring magsilbi bilang isang kapaki-pakinabang na gabay para sa basic at inilapat na pananaliksik.
Ang mga morphological na katangian ng mga virus ay maaaring magpakita ng mga function tulad ng kaligtasan ng buhay at infectivity. Ipinakita na ang mga electromagnetic wave, lalo na ang ultra high frequency (UHF) at ultra high frequency (EHF) electromagnetic wave, ay maaaring makagambala sa morpolohiya ng mga virus.
Ang Bacteriophage MS2 (MS2) ay kadalasang ginagamit sa iba't ibang lugar ng pananaliksik tulad ng pagsusuri sa pagdidisimpekta, kinetic modeling (may tubig), at biological characterization ng mga viral molecule [5, 6]. Nalaman ni Wu na ang mga microwave sa 2450 MHz at 700 W ay nagdulot ng pagsasama-sama at makabuluhang pag-urong ng MS2 aquatic phages pagkatapos ng 1 minuto ng direktang pag-iilaw [1]. Pagkatapos ng karagdagang pagsisiyasat, ang isang pahinga sa ibabaw ng MS2 phage ay naobserbahan din [7]. Inilantad ni Kaczmarczyk [8] ang mga pagsususpinde ng mga sample ng coronavirus 229E (CoV-229E) sa mga millimeter wave na may frequency na 95 GHz at power density na 70 hanggang 100 W/cm2 sa loob ng 0.1 s. Ang malalaking butas ay matatagpuan sa magaspang na spherical shell ng virus, na humahantong sa pagkawala ng mga nilalaman nito. Ang pagkakalantad sa mga electromagnetic wave ay maaaring makasira sa mga viral form. Gayunpaman, ang mga pagbabago sa mga katangian ng morphological, tulad ng hugis, diameter at kinis ng ibabaw, pagkatapos ng pagkakalantad sa virus na may electromagnetic radiation ay hindi alam. Samakatuwid, mahalagang pag-aralan ang kaugnayan sa pagitan ng mga tampok na morphological at functional disorder, na maaaring magbigay ng mahalaga at maginhawang mga tagapagpahiwatig para sa pagtatasa ng hindi aktibo ng virus [1].
Ang istraktura ng viral ay karaniwang binubuo ng isang panloob na nucleic acid (RNA o DNA) at isang panlabas na capsid. Tinutukoy ng mga nucleic acid ang genetic at replication properties ng mga virus. Ang capsid ay ang panlabas na layer ng regular na nakaayos na mga subunit ng protina, ang pangunahing scaffolding at antigenic na bahagi ng mga viral particle, at pinoprotektahan din ang mga nucleic acid. Karamihan sa mga virus ay may istraktura ng sobre na binubuo ng mga lipid at glycoproteins. Bilang karagdagan, tinutukoy ng mga protina ng sobre ang pagtitiyak ng mga receptor at nagsisilbing pangunahing antigens na maaaring makilala ng immune system ng host. Tinitiyak ng kumpletong istraktura ang integridad at genetic na katatagan ng virus.
Ipinakita ng pananaliksik na ang mga electromagnetic wave, lalo na ang UHF electromagnetic wave, ay maaaring makapinsala sa RNA ng mga virus na nagdudulot ng sakit. Direktang inilantad ni Wu [1] ang may tubig na kapaligiran ng MS2 virus sa 2450 MHz microwave sa loob ng 2 minuto at sinuri ang mga gene na nag-encode ng protina A, capsid protein, replicase protein, at cleavage protein sa pamamagitan ng gel electrophoresis at reverse transcription polymerase chain reaction. RT-PCR). Ang mga gene na ito ay unti-unting nawasak sa pagtaas ng density ng kapangyarihan at nawala pa sa pinakamataas na density ng kapangyarihan. Halimbawa, ang expression ng protina A gene (934 bp) ay makabuluhang nabawasan pagkatapos ng pagkakalantad sa mga electromagnetic wave na may kapangyarihan na 119 at 385 W at ganap na nawala kapag ang power density ay nadagdagan sa 700 W. Ang mga datos na ito ay nagpapahiwatig na ang mga electromagnetic wave ay maaaring, depende sa dosis, sirain ang istraktura ng mga nucleic acid ng mga virus.
Ipinakita ng mga kamakailang pag-aaral na ang epekto ng mga electromagnetic wave sa pathogenic viral protein ay pangunahing batay sa kanilang hindi direktang thermal effect sa mga tagapamagitan at ang kanilang hindi direktang epekto sa synthesis ng protina dahil sa pagkasira ng mga nucleic acid [1, 3, 8, 9]. Gayunpaman, ang mga epekto ng athermic ay maaari ring baguhin ang polarity o istraktura ng mga viral protein [1, 10, 11]. Ang direktang epekto ng mga electromagnetic wave sa mga pangunahing structural/non-structural na protina tulad ng mga capsid protein, envelope protein o spike protein ng pathogenic virus ay nangangailangan pa rin ng karagdagang pag-aaral. Kamakailan ay iminungkahi na ang 2 minuto ng electromagnetic radiation sa dalas ng 2.45 GHz na may lakas na 700 W ay maaaring makipag-ugnayan sa iba't ibang mga fraction ng mga singil ng protina sa pamamagitan ng pagbuo ng mga hot spot at oscillating electric field sa pamamagitan ng puro electromagnetic effect [12].
Ang sobre ng isang pathogenic virus ay malapit na nauugnay sa kakayahan nitong makahawa o magdulot ng sakit. Ilang pag-aaral ang nag-ulat na ang UHF at microwave electromagnetic waves ay maaaring sirain ang mga shell ng mga virus na nagdudulot ng sakit. Tulad ng nabanggit sa itaas, ang mga natatanging butas ay maaaring makita sa viral envelope ng coronavirus 229E pagkatapos ng 0.1 segundong pagkakalantad sa 95 GHz millimeter wave sa power density na 70 hanggang 100 W/cm2 [8]. Ang epekto ng resonant energy transfer ng electromagnetic waves ay maaaring magdulot ng sapat na stress upang sirain ang istruktura ng virus envelope. Para sa mga nakabalot na virus, pagkatapos masira ang sobre, ang infectivity o ilang aktibidad ay karaniwang bumababa o ganap na nawala [13, 14]. Inilantad ni Yang [13] ang H3N2 (H3N2) influenza virus at ang H1N1 (H1N1) influenza virus sa mga microwave sa 8.35 GHz, 320 W/m² at 7 GHz, 308 W/m², ayon sa pagkakabanggit, sa loob ng 15 minuto. Upang ihambing ang mga signal ng RNA ng mga pathogenic na virus na nakalantad sa mga electromagnetic wave at isang fragmented na modelo na nagyelo at agad na natunaw sa likidong nitrogen para sa ilang mga cycle, isinagawa ang RT-PCR. Ang mga resulta ay nagpakita na ang mga signal ng RNA ng dalawang modelo ay napaka pare-pareho. Ang mga resultang ito ay nagpapahiwatig na ang pisikal na istraktura ng virus ay naaabala at ang istraktura ng sobre ay nawasak pagkatapos ng pagkakalantad sa microwave radiation.
Ang aktibidad ng isang virus ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng kakayahang makahawa, magtiklop at mag-transcribe. Karaniwang sinusuri ang pagkahawa o aktibidad ng viral sa pamamagitan ng pagsukat ng mga titer ng viral gamit ang mga plaque assay, tissue culture median infective dose (TCID50), o aktibidad ng gene ng reporter ng luciferase. Ngunit maaari din itong direktang masuri sa pamamagitan ng paghiwalay ng live na virus o sa pamamagitan ng pagsusuri sa viral antigen, density ng viral particle, kaligtasan ng virus, atbp.
Naiulat na ang UHF, SHF at EHF electromagnetic waves ay maaaring direktang mag-inactivate ng mga viral aerosol o waterborne virus. Inilantad ni Wu [1] ang MS2 bacteriophage aerosol na nabuo ng isang laboratoryo nebulizer sa mga electromagnetic wave na may dalas na 2450 MHz at isang kapangyarihan na 700 W sa loob ng 1.7 min, habang ang MS2 bacteriophage survival rate ay 8.66% lamang. Katulad ng MS2 viral aerosol, 91.3% ng aqueous MS2 ay inactivated sa loob ng 1.5 minuto pagkatapos ng exposure sa parehong dosis ng electromagnetic waves. Bilang karagdagan, ang kakayahan ng electromagnetic radiation na hindi aktibo ang MS2 virus ay positibong nauugnay sa density ng kapangyarihan at oras ng pagkakalantad. Gayunpaman, kapag ang kahusayan sa pag-deactivate ay umabot sa pinakamataas na halaga nito, ang kahusayan sa pag-deactivate ay hindi maaaring mapabuti sa pamamagitan ng pagtaas ng oras ng pagkakalantad o pagtaas ng density ng kuryente. Halimbawa, ang MS2 virus ay may minimal na survival rate na 2.65% hanggang 4.37% pagkatapos ng exposure sa 2450 MHz at 700 W electromagnetic waves, at walang nakitang makabuluhang pagbabago sa pagtaas ng oras ng exposure. Si Siddharta [3] ay nag-irradiated ng isang cell culture suspension na naglalaman ng hepatitis C virus (HCV)/human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) na may mga electromagnetic wave sa frequency na 2450 MHz at isang kapangyarihan na 360 W. Nalaman nila na ang mga titer ng virus ay bumaba nang malaki. pagkatapos ng 3 minutong pagkakalantad, na nagpapahiwatig na ang electromagnetic wave radiation ay epektibo laban sa HCV at HIV-1 infectivity at nakakatulong na maiwasan ang paghahatid ng virus kahit na kapag nakalabas na magkasama. Kapag nag-iiradiate sa mga kultura ng selula ng HCV at mga pagsususpinde ng HIV-1 na may mga low-power na electromagnetic wave na may dalas na 2450 MHz, 90 W o 180 W, walang pagbabago sa titer ng virus, na tinutukoy ng aktibidad ng reporter ng luciferase, at isang makabuluhang pagbabago sa infectivity ng viral ay naobserbahan. sa 600 at 800 W sa loob ng 1 minuto, ang infectivity ng parehong mga virus ay hindi makabuluhang bumaba, na pinaniniwalaan na nauugnay sa kapangyarihan ng electromagnetic wave radiation at ang oras ng kritikal na pagkakalantad sa temperatura.
Unang ipinakita ng Kaczmarczyk [8] ang kabagsikan ng EHF electromagnetic waves laban sa waterborne pathogenic virus noong 2021. Inilantad nila ang mga sample ng coronavirus 229E o poliovirus (PV) sa mga electromagnetic wave sa frequency na 95 GHz at power density na 70 hanggang 100 W/cm2 para sa 2 segundo. Ang kahusayan ng hindi aktibo ng dalawang pathogenic na mga virus ay 99.98% at 99.375%, ayon sa pagkakabanggit. na nagpapahiwatig na ang mga electromagnetic wave ng EHF ay may malawak na mga prospect ng aplikasyon sa larangan ng hindi aktibo na virus.
Ang pagiging epektibo ng hindi aktibo ng UHF ng mga virus ay nasuri din sa iba't ibang media tulad ng gatas ng ina at ilang materyales na karaniwang ginagamit sa bahay. Inilantad ng mga mananaliksik ang mga anesthesia mask na kontaminado ng adenovirus (ADV), poliovirus type 1 (PV-1), herpesvirus 1 (HV-1) at rhinovirus (RHV) sa electromagnetic radiation sa frequency na 2450 MHz at kapangyarihan na 720 watts. Iniulat nila na ang mga pagsusuri para sa ADV at PV-1 antigens ay naging negatibo, at ang mga titer ng HV-1, PIV-3, at RHV ay bumaba sa zero, na nagpapahiwatig ng kumpletong hindi aktibo ng lahat ng mga virus pagkatapos ng 4 na minuto ng pagkakalantad [15, 16]. Direktang inilantad ng Elhafi [17] ang mga pamunas na nahawaan ng avian infectious bronchitis virus (IBV), avian pneumovirus (APV), Newcastle disease virus (NDV), at avian influenza virus (AIV) sa isang 2450 MHz, 900 W microwave oven. mawala ang kanilang pagkahawa. Kabilang sa mga ito, ang APV at IBV ay karagdagang nakita sa mga kultura ng mga organ ng tracheal na nakuha mula sa mga chick embryo ng ika-5 henerasyon. Kahit na ang virus ay hindi maaaring ihiwalay, ang viral nucleic acid ay nakita pa rin ng RT-PCR. Direktang inilantad ni Ben-Shoshan [18] ang 2450 MHz, 750 W electromagnetic wave sa 15 cytomegalovirus (CMV) na positibong sample ng gatas ng ina sa loob ng 30 segundo. Ang pagtuklas ng antigen ng Shell-Vial ay nagpakita ng kumpletong hindi aktibo ng CMV. Gayunpaman, sa 500 W, 2 sa 15 na mga sample ay hindi nakamit ang kumpletong hindi aktibo, na nagpapahiwatig ng isang positibong ugnayan sa pagitan ng kahusayan ng hindi aktibo at ang kapangyarihan ng mga electromagnetic wave.
Kapansin-pansin din na hinulaan ni Yang [13] ang resonant frequency sa pagitan ng mga electromagnetic wave at mga virus batay sa itinatag na mga pisikal na modelo. Ang pagsususpinde ng mga particle ng H3N2 virus na may density na 7.5 × 1014 m-3, na ginawa ng sensitibo sa virus na Madin Darby dog ​​​​kidney cells (MDCK), ay direktang nalantad sa mga electromagnetic wave sa dalas na 8 GHz at lakas na 820 W/m² sa loob ng 15 minuto. Ang antas ng hindi aktibo ng H3N2 virus ay umabot sa 100%. Gayunpaman, sa isang theoretical threshold na 82 W/m2, 38% lamang ng H3N2 virus ang na-inactivate, na nagmumungkahi na ang kahusayan ng EM-mediated virus inactivation ay malapit na nauugnay sa power density. Batay sa pag-aaral na ito, kinakalkula ni Barbora [14] ang resonant frequency range (8.5–20 GHz) sa pagitan ng mga electromagnetic wave at SARS-CoV-2 at napagpasyahan na 7.5 × 1014 m-3 ng SARS-CoV- 2 na nakalantad sa electromagnetic waves A wave na may dalas na 10-17 GHz at isang power density na 14.5 ± 1 W/m2 para sa humigit-kumulang 15 minuto ay magreresulta sa 100% deactivation. Ang isang kamakailang pag-aaral ni Wang [19] ay nagpakita na ang mga resonant frequency ng SARS-CoV-2 ay 4 at 7.5 GHz, na nagpapatunay sa pagkakaroon ng mga resonant frequency na hindi nakasalalay sa titer ng virus.
Sa konklusyon, maaari nating sabihin na ang mga electromagnetic wave ay maaaring makaapekto sa mga aerosol at suspensyon, pati na rin ang aktibidad ng mga virus sa mga ibabaw. Napag-alaman na ang pagiging epektibo ng inactivation ay malapit na nauugnay sa dalas at kapangyarihan ng mga electromagnetic wave at ang medium na ginagamit para sa paglaki ng virus. Bilang karagdagan, ang mga electromagnetic frequency batay sa mga pisikal na resonance ay napakahalaga para sa hindi aktibo ng virus [2, 13]. Hanggang ngayon, ang epekto ng mga electromagnetic wave sa aktibidad ng mga pathogenic na virus ay pangunahing nakatuon sa pagbabago ng infectivity. Dahil sa kumplikadong mekanismo, maraming mga pag-aaral ang nag-ulat ng epekto ng mga electromagnetic wave sa pagtitiklop at transkripsyon ng mga pathogenic na virus.
Ang mga mekanismo kung saan inactivate ng mga electromagnetic wave ang mga virus ay malapit na nauugnay sa uri ng virus, dalas at kapangyarihan ng mga electromagnetic wave, at ang kapaligiran ng paglago ng virus, ngunit nananatiling hindi pa natutuklasan. Ang kamakailang pananaliksik ay nakatuon sa mga mekanismo ng thermal, athermal, at structural resonant na paglipat ng enerhiya.
Ang thermal effect ay nauunawaan bilang pagtaas ng temperatura na dulot ng high-speed rotation, collision at friction ng mga polar molecule sa mga tissue sa ilalim ng impluwensya ng electromagnetic waves. Dahil sa pag-aari na ito, maaaring itaas ng mga electromagnetic wave ang temperatura ng virus sa itaas ng threshold ng physiological tolerance, na nagiging sanhi ng pagkamatay ng virus. Gayunpaman, ang mga virus ay naglalaman ng ilang mga polar molecule, na nagmumungkahi na ang direktang thermal effect sa mga virus ay bihira [1]. Sa kabaligtaran, mayroong maraming higit pang mga polar molecule sa daluyan at kapaligiran, tulad ng mga molekula ng tubig, na gumagalaw alinsunod sa alternating electric field na nasasabik ng mga electromagnetic wave, na bumubuo ng init sa pamamagitan ng friction. Ang init ay pagkatapos ay inililipat sa virus upang itaas ang temperatura nito. Kapag nalampasan ang tolerance threshold, ang mga nucleic acid at protina ay nawasak, na sa huli ay binabawasan ang pagkahawa at kahit na hindi aktibo ang virus.
Ilang grupo ang nag-ulat na ang mga electromagnetic wave ay maaaring mabawasan ang infectivity ng mga virus sa pamamagitan ng thermal exposure [1, 3, 8]. Inilantad ni Kaczmarczyk [8] ang mga suspensyon ng coronavirus 229E sa mga electromagnetic wave sa frequency na 95 GHz na may power density na 70 hanggang 100 W/cm² sa loob ng 0.2-0.7 s. Ang mga resulta ay nagpakita na ang pagtaas ng temperatura ng 100°C sa panahon ng prosesong ito ay nag-ambag sa pagkasira ng morpolohiya ng virus at nabawasan ang aktibidad ng virus. Ang mga thermal effect na ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng pagkilos ng mga electromagnetic wave sa nakapalibot na mga molekula ng tubig. Si Siddharta [3] ay nag-irradiate ng mga suspensyon ng cell culture na naglalaman ng HCV ng iba't ibang genotypes, kabilang ang GT1a, GT2a, GT3a, GT4a, GT5a, GT6a at GT7a, na may mga electromagnetic wave sa frequency na 2450 MHz at kapangyarihan na 90 W at 180 W, 360 W, 600 W at 800 Tue Sa pagtaas ng temperatura ng ang cell culture medium mula 26°C hanggang 92°C, binawasan ng electromagnetic radiation ang infectivity ng virus o ganap na inactivated ang virus. Ngunit ang HCV ay nalantad sa mga electromagnetic wave sa maikling panahon sa mababang kapangyarihan (90 o 180 W, 3 minuto) o mas mataas na kapangyarihan (600 o 800 W, 1 minuto), habang walang makabuluhang pagtaas sa temperatura at isang makabuluhang pagbabago sa ang virus ay hindi naobserbahang infectivity o aktibidad.
Ang mga resulta sa itaas ay nagpapahiwatig na ang thermal effect ng electromagnetic waves ay isang pangunahing salik na nakakaimpluwensya sa infectivity o aktibidad ng mga pathogenic na virus. Bilang karagdagan, ipinakita ng maraming pag-aaral na ang thermal effect ng electromagnetic radiation ay hindi aktibo ang mga pathogenic na virus nang mas epektibo kaysa sa UV-C at maginoo na pagpainit [8, 20, 21, 22, 23, 24].
Bilang karagdagan sa mga thermal effect, ang mga electromagnetic wave ay maaari ding magbago ng polarity ng mga molekula tulad ng mga microbial protein at nucleic acid, na nagiging sanhi ng pag-ikot at pag-vibrate ng mga molekula, na nagreresulta sa pagbawas ng viability o kahit kamatayan [10]. Ito ay pinaniniwalaan na ang mabilis na paglipat ng polarity ng mga electromagnetic wave ay nagdudulot ng polariseysyon ng protina, na humahantong sa pag-twist at pagkurba ng istraktura ng protina at, sa huli, sa denaturation ng protina [11].
Ang nonthermal na epekto ng mga electromagnetic wave sa hindi aktibo ng virus ay nananatiling kontrobersyal, ngunit karamihan sa mga pag-aaral ay nagpakita ng mga positibong resulta [1, 25]. Tulad ng nabanggit namin sa itaas, ang mga electromagnetic wave ay maaaring direktang tumagos sa envelope protein ng MS2 virus at sirain ang nucleic acid ng virus. Bilang karagdagan, ang MS2 virus aerosol ay mas sensitibo sa mga electromagnetic wave kaysa sa may tubig na MS2. Dahil sa mas kaunting polar na mga molekula, tulad ng mga molekula ng tubig, sa kapaligiran na nakapalibot sa MS2 virus aerosol, ang mga athermic effect ay maaaring may mahalagang papel sa electromagnetic wave-mediated virus inactivation [1].
Ang phenomenon ng resonance ay tumutukoy sa ugali ng isang pisikal na sistema na sumipsip ng mas maraming enerhiya mula sa kapaligiran nito sa natural na frequency at wavelength nito. Ang resonance ay nangyayari sa maraming lugar sa kalikasan. Ito ay kilala na ang mga virus ay sumasalamin sa mga microwave ng parehong dalas sa isang limitadong acoustic dipole mode, isang resonance phenomenon [2, 13, 26]. Ang mga resonant na mode ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng electromagnetic wave at isang virus ay nakakaakit ng higit na pansin. Ang epekto ng mahusay na structural resonance energy transfer (SRET) mula sa mga electromagnetic wave hanggang sa closed acoustic oscillations (CAV) sa mga virus ay maaaring humantong sa pagkalagot ng viral membrane dahil sa magkasalungat na core-capsid vibrations. Bilang karagdagan, ang pangkalahatang pagiging epektibo ng SRET ay nauugnay sa likas na katangian ng kapaligiran, kung saan ang laki at pH ng viral particle ay tumutukoy sa resonant frequency at energy absorption, ayon sa pagkakabanggit [2, 13, 19].
Ang pisikal na resonance na epekto ng mga electromagnetic wave ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa hindi aktibo ng mga nakabalot na mga virus, na napapalibutan ng isang bilayer na lamad na naka-embed sa mga viral protein. Natuklasan ng mga mananaliksik na ang pag-deactivate ng H3N2 ng mga electromagnetic wave na may dalas na 6 GHz at isang power density na 486 W/m² ay pangunahing sanhi ng pisikal na pagkalagot ng shell dahil sa resonance effect [13]. Ang temperatura ng H3N2 suspension ay tumaas lamang ng 7°C pagkatapos ng 15 minutong pagkakalantad, gayunpaman, para sa hindi aktibo ng human H3N2 virus sa pamamagitan ng thermal heating, ang temperaturang higit sa 55°C ay kinakailangan [9]. Ang mga katulad na phenomena ay naobserbahan para sa mga virus tulad ng SARS-CoV-2 at H3N1 [13, 14]. Bilang karagdagan, ang hindi aktibo ng mga virus sa pamamagitan ng mga electromagnetic wave ay hindi humahantong sa pagkasira ng mga viral RNA genome [1,13,14]. Kaya, ang hindi aktibo ng H3N2 virus ay na-promote ng pisikal na resonance sa halip na thermal exposure [13].
Kung ikukumpara sa thermal effect ng electromagnetic waves, ang inactivation ng mga virus sa pamamagitan ng physical resonance ay nangangailangan ng mas mababang mga parameter ng dosis, na mas mababa sa mga pamantayan sa kaligtasan ng microwave na itinatag ng Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) [2, 13]. Ang resonant frequency at power dose ay nakadepende sa mga pisikal na katangian ng virus, gaya ng particle size at elasticity, at lahat ng virus sa loob ng resonant frequency ay maaaring epektibong ma-target para sa inactivation. Dahil sa mataas na rate ng pagtagos, ang kawalan ng ionizing radiation, at mahusay na kaligtasan, ang hindi aktibo na virus na pinagsama ng athermic na epekto ng CPET ay nangangako para sa paggamot ng mga malignant na sakit ng tao na dulot ng mga pathogenic na virus [14, 26].
Batay sa pagpapatupad ng inactivation ng mga virus sa liquid phase at sa ibabaw ng iba't ibang media, ang mga electromagnetic wave ay maaaring epektibong makitungo sa mga viral aerosol [1, 26], na isang pambihirang tagumpay at napakahalaga para sa pagkontrol sa paghahatid ng virus at pagpigil sa pagkalat ng virus sa lipunan. epidemya. Bukod dito, ang pagtuklas ng mga katangian ng pisikal na resonance ng mga electromagnetic wave ay napakahalaga sa larangang ito. Hangga't ang resonant frequency ng isang partikular na virion at electromagnetic waves ay kilala, ang lahat ng mga virus sa loob ng resonant frequency range ng sugat ay maaaring ma-target, na hindi maaaring makamit sa tradisyonal na virus inactivation method [13,14,26]. Ang electromagnetic inactivation ng mga virus ay isang promising na pananaliksik na may mahusay na pananaliksik at inilapat na halaga at potensyal.
Kung ikukumpara sa tradisyunal na teknolohiya sa pagpatay ng virus, ang mga electromagnetic wave ay may mga katangian ng simple, epektibo, praktikal na proteksyon sa kapaligiran kapag pumapatay ng mga virus dahil sa mga kakaibang pisikal na katangian nito [2, 13]. Gayunpaman, maraming problema ang nananatili. Una, ang modernong kaalaman ay limitado sa mga pisikal na katangian ng mga electromagnetic wave, at ang mekanismo ng paggamit ng enerhiya sa panahon ng paglabas ng mga electromagnetic wave ay hindi isiniwalat [10, 27]. Ang mga microwave, kabilang ang mga millimeter wave, ay malawakang ginagamit upang pag-aralan ang hindi aktibo na virus at ang mga mekanismo nito, gayunpaman, ang mga pag-aaral ng mga electromagnetic wave sa iba pang mga frequency, lalo na sa mga frequency mula 100 kHz hanggang 300 MHz at mula 300 GHz hanggang 10 THz, ay hindi naiulat. Pangalawa, ang mekanismo ng pagpatay ng mga pathogenic na virus sa pamamagitan ng mga electromagnetic wave ay hindi pa naipaliwanag, at tanging mga spherical at rod-shaped na mga virus ang pinag-aralan [2]. Bilang karagdagan, ang mga particle ng virus ay maliit, walang cell, madaling mag-mutate, at mabilis na kumalat, na maaaring maiwasan ang hindi aktibo na virus. Ang teknolohiya ng electromagnetic wave ay kailangan pa ring pagbutihin upang malampasan ang hadlang ng hindi aktibo na mga pathogenic na virus. Sa wakas, ang mataas na pagsipsip ng nagliliwanag na enerhiya ng mga polar molecule sa daluyan, tulad ng mga molekula ng tubig, ay nagreresulta sa pagkawala ng enerhiya. Bilang karagdagan, ang pagiging epektibo ng SRET ay maaaring maapektuhan ng ilang hindi kilalang mekanismo sa mga virus [28]. Ang epekto ng SRET ay maaari ring baguhin ang virus upang umangkop sa kapaligiran nito, na nagreresulta sa paglaban sa mga electromagnetic wave [29].
Sa hinaharap, ang teknolohiya ng hindi aktibo na virus gamit ang mga electromagnetic wave ay kailangang pagbutihin pa. Ang pangunahing siyentipikong pananaliksik ay dapat na naglalayong ipaliwanag ang mekanismo ng hindi aktibo na virus ng mga electromagnetic wave. Halimbawa, ang mekanismo ng paggamit ng enerhiya ng mga virus kapag nalantad sa mga electromagnetic wave, ang detalyadong mekanismo ng non-thermal na aksyon na pumapatay ng mga pathogenic na virus, at ang mekanismo ng epekto ng SRET sa pagitan ng mga electromagnetic wave at iba't ibang uri ng mga virus ay dapat na sistematikong ipaliwanag. Ang inilapat na pananaliksik ay dapat tumuon sa kung paano maiwasan ang labis na pagsipsip ng enerhiya ng radiation ng mga polar molecule, pag-aralan ang epekto ng mga electromagnetic wave ng iba't ibang frequency sa iba't ibang pathogenic na mga virus, at pag-aralan ang mga di-thermal na epekto ng mga electromagnetic wave sa pagkasira ng mga pathogenic na virus.
Ang mga electromagnetic wave ay naging isang promising na paraan para sa hindi aktibo na mga pathogen virus. Ang teknolohiya ng electromagnetic wave ay may mga bentahe ng mababang polusyon, mababang gastos, at mataas na kahusayan sa hindi aktibo na pathogen virus, na maaaring pagtagumpayan ang mga limitasyon ng tradisyonal na teknolohiyang anti-virus. Gayunpaman, ang karagdagang pananaliksik ay kinakailangan upang matukoy ang mga parameter ng teknolohiya ng electromagnetic wave at ipaliwanag ang mekanismo ng hindi aktibo na virus.
Ang isang tiyak na dosis ng electromagnetic wave radiation ay maaaring sirain ang istraktura at aktibidad ng maraming pathogenic virus. Ang kahusayan ng hindi aktibo ng virus ay malapit na nauugnay sa dalas, density ng kapangyarihan, at oras ng pagkakalantad. Bilang karagdagan, ang mga potensyal na mekanismo ay kinabibilangan ng thermal, athermal, at structural resonance effect ng paglipat ng enerhiya. Kung ikukumpara sa mga tradisyonal na teknolohiyang antiviral, ang electromagnetic wave based virus inactivation ay may mga pakinabang ng pagiging simple, mataas na kahusayan at mababang polusyon. Samakatuwid, ang electromagnetic wave-mediated virus inactivation ay naging isang promising antiviral technique para sa mga aplikasyon sa hinaharap.
U Yu. Impluwensya ng microwave radiation at malamig na plasma sa aktibidad ng bioaerosol at mga kaugnay na mekanismo. Unibersidad ng Peking. taong 2013.
Sun CK, Tsai YC, Chen Ye, Liu TM, Chen HY, Wang HC et al. Resonant dipole coupling ng mga microwave at limitadong acoustic oscillations sa baculoviruses. Ulat sa agham 2017; 7(1):4611.
Siddharta A, Pfaender S, Malassa A, Doerrbecker J, Anggakusuma, Engelmann M, et al. Microwave inactivation ng HCV at HIV: isang bagong diskarte sa pagpigil sa paghahatid ng virus sa mga nag-iiniksyon na gumagamit ng droga. Ulat sa agham 2016; 6:36619.
Yan SX, Wang RN, Cai YJ, Song YL, Qv HL. Pagsisiyasat at Eksperimental na Pagmamasid sa Kontaminasyon ng mga Dokumento ng Ospital sa pamamagitan ng Microwave Disinfection [J] Chinese Medical Journal. 1987; 4:221-2.
Sun Wei Preliminary study ng inactivation mechanism at efficacy ng sodium dichloroisocyanate laban sa bacteriophage MS2. Unibersidad ng Sichuan. 2007.
Yang Li Paunang pag-aaral ng inactivation effect at mekanismo ng pagkilos ng o-phthalaldehyde sa bacteriophage MS2. Unibersidad ng Sichuan. 2007.
Wu Ye, Ms. Yao. Hindi aktibo ang isang airborne virus in situ sa pamamagitan ng microwave radiation. Chinese Science Bulletin. 2014;59(13):1438-45.
Kachmarchik LS, Marsai KS, Shevchenko S., Pilosof M., Levy N., Einat M. et al. Ang mga coronavirus at poliovirus ay sensitibo sa maiikling pulso ng W-band cyclotron radiation. Liham sa kimika sa kapaligiran. 2021;19(6):3967-72.
Yonges M, Liu VM, van der Vries E, Jacobi R, Pronk I, Boog S, et al. Hindi aktibo ang virus ng influenza para sa mga pag-aaral ng antigenicity at mga pagsusuri sa paglaban sa mga phenotypic neuraminidase inhibitors. Journal ng Clinical Microbiology. 2010;48(3):928-40.
Zou Xinzhi, Zhang Lijia, Liu Yujia, Li Yu, Zhang Jia, Lin Fujia, et al. Pangkalahatang-ideya ng microwave sterilization. Guangdong micronutrient science. 2013;20(6):67-70.
Li Jizhi. Nonthermal Biological Effects ng Microwaves sa Food Microorganisms at Microwave Sterilization Technology [JJ Southwestern Nationalities University (Natural Science Edition). 2006; 6:1219–22.
Afagi P, Lapolla MA, Gandhi K. SARS-CoV-2 spike protein denaturation sa athermic microwave irradiation. Ulat sa agham 2021; 11(1):23373.
Yang SC, Lin HC, Liu TM, Lu JT, Hong WT, Huang YR, et al. Mahusay na structural resonant na paglipat ng enerhiya mula sa mga microwave patungo sa limitadong acoustic oscillations sa mga virus. Ulat sa agham 2015; 5:18030.
Barbora A, Minnes R. Naka-target na antiviral therapy gamit ang non-ionizing radiation therapy para sa SARS-CoV-2 at paghahanda para sa isang viral pandemic: mga pamamaraan, pamamaraan, at tala ng pagsasanay para sa klinikal na aplikasyon. PLOS One. 2021;16(5):e0251780.
Yang Huiming. Microwave sterilization at mga salik na nakakaimpluwensya dito. Chinese Medical Journal. 1993;(04):246-51.
Page WJ, Martin WG Kaligtasan ng mga mikrobyo sa mga microwave oven. Maaari mong J Microorganisms. 1978;24(11):1431-3.
Ang Elhafi G., Naylor SJ, Savage KE, Jones RS Ang Microwave o autoclave na paggamot ay sumisira sa infectivity ng nakakahawang bronchitis virus at avian pneumovirus, ngunit pinapayagan silang matukoy gamit ang reverse transcriptase polymerase chain reaction. sakit ng manok. 2004;33(3):303-6.
Ben-Shoshan M., Mandel D., Lubezki R., Dollberg S., Mimouni FB Microwave eradication ng cytomegalovirus mula sa breast milk: isang pilot study. gamot sa pagpapasuso. 2016;11:186-7.
Wang PJ, Pang YH, Huang SY, Fang JT, Chang SY, Shih SR, et al. Microwave resonance absorption ng SARS-CoV-2 virus. Ulat sa Siyentipiko 2022; 12(1): 12596.
Sabino CP, Sellera FP, Sales-Medina DF, Machado RRG, Durigon EL, Freitas-Junior LH, atbp. UV-C (254 nm) nakamamatay na dosis ng SARS-CoV-2. Mga light diagnostic Photodyne Ther. 2020;32:101995.
Storm N, McKay LGA, Downs SN, Johnson RI, Birru D, de Samber M, atbp. Mabilis at kumpletong hindi aktibo ng SARS-CoV-2 ng UV-C. Ulat sa Siyentipiko 2020; 10(1):22421.