اثرات امواج الکترومغناطیسی بر ویروس های بیماری زا و مکانیسم های مرتبط: مروری در مجله ویروس شناسی

عفونت های ویروسی بیماری زا به یک مشکل عمده بهداشت عمومی در سراسر جهان تبدیل شده است. ویروس ها می توانند همه ارگانیسم های سلولی را آلوده کرده و درجات مختلفی از آسیب و آسیب را ایجاد کنند که منجر به بیماری و حتی مرگ شود. با شیوع ویروس های بسیار بیماری زا مانند سندرم حاد تنفسی ویروس کرونا 2 (SARS-CoV-2)، نیاز فوری به توسعه روش های موثر و ایمن برای غیرفعال کردن ویروس های بیماری زا وجود دارد. روش های سنتی برای غیرفعال کردن ویروس های بیماری زا عملی هستند اما محدودیت هایی دارند. امواج الکترومغناطیسی با ویژگی‌های قدرت نفوذ بالا، تشدید فیزیکی و عدم آلودگی، به یک استراتژی بالقوه برای غیرفعال کردن ویروس‌های بیماری‌زا تبدیل شده‌اند و توجه روزافزونی را به خود جلب می‌کنند. این مقاله مروری بر انتشارات اخیر در مورد تأثیر امواج الکترومغناطیسی بر ویروس‌های بیماری‌زا و مکانیسم‌های آنها و همچنین چشم‌انداز استفاده از امواج الکترومغناطیسی برای غیرفعال‌سازی ویروس‌های بیماری‌زا و همچنین ایده‌ها و روش‌های جدیدی برای این غیرفعال‌سازی ارائه می‌دهد.
بسیاری از ویروس ها به سرعت پخش می شوند، برای مدت طولانی باقی می مانند، بسیار بیماری زا هستند و می توانند باعث بیماری های همه گیر جهانی و خطرات جدی برای سلامتی شوند. پیشگیری، تشخیص، آزمایش، ریشه‌کنی و درمان گام‌های کلیدی برای جلوگیری از انتشار ویروس هستند. از بین بردن سریع و کارآمد ویروس های بیماری زا شامل حذف پیشگیرانه، حفاظتی و از بین بردن منبع است. غیرفعال سازی ویروس های بیماری زا با تخریب فیزیولوژیکی به منظور کاهش عفونت، بیماری زایی و ظرفیت تولیدمثلی آنها روشی موثر برای از بین بردن آنها است. روش های سنتی، از جمله دمای بالا، مواد شیمیایی و پرتوهای یونیزان، می توانند به طور موثر ویروس های بیماری زا را غیرفعال کنند. با این حال، این روش ها هنوز هم محدودیت هایی دارند. بنابراین، هنوز نیاز فوری به توسعه استراتژی‌های نوآورانه برای غیرفعال کردن ویروس‌های بیماری‌زا وجود دارد.
انتشار امواج الکترومغناطیسی دارای مزایای قدرت نفوذ بالا، گرمایش سریع و یکنواخت، رزونانس با میکروارگانیسم‌ها و انتشار پلاسما است و انتظار می‌رود که به روشی عملی برای غیرفعال کردن ویروس‌های بیماری‌زا تبدیل شود [1،2،3]. توانایی امواج الکترومغناطیسی برای غیرفعال کردن ویروس های بیماری زا در قرن گذشته نشان داده شده است [4]. در سال های اخیر، استفاده از امواج الکترومغناطیسی برای غیرفعال کردن ویروس های بیماری زا توجه روزافزونی را به خود جلب کرده است. این مقاله به بررسی تاثیر امواج الکترومغناطیسی بر ویروس های بیماری زا و مکانیسم های آنها می پردازد که می تواند به عنوان راهنمای مفیدی برای تحقیقات پایه و کاربردی باشد.
ویژگی های مورفولوژیکی ویروس ها می تواند منعکس کننده عملکردهایی مانند بقا و عفونت باشد. ثابت شده است که امواج الکترومغناطیسی، به ویژه امواج الکترومغناطیسی با فرکانس فوق العاده بالا (UHF) و فرکانس فوق العاده بالا (EHF)، می توانند مورفولوژی ویروس ها را مختل کنند.
باکتریوفاژ MS2 (MS2) اغلب در زمینه های تحقیقاتی مختلف مانند ارزیابی ضد عفونی، مدل سازی جنبشی (آبی)، و خصوصیات بیولوژیکی مولکول های ویروسی استفاده می شود [5، 6]. Wu دریافت که امواج مایکروویو در 2450 مگاهرتز و 700 وات باعث تجمع و انقباض قابل توجه فاژهای آبی MS2 پس از 1 دقیقه تابش مستقیم می شوند [1]. پس از بررسی بیشتر، شکستگی در سطح فاژ MS2 نیز مشاهده شد [7]. Kaczmarczyk [8] تعلیق نمونه‌های کروناویروس 229E (CoV-229E) را در معرض امواج میلی‌متری با فرکانس 95 گیگاهرتز و چگالی توان 70 تا 100 وات بر سانتی‌متر مربع به مدت 0.1 ثانیه قرار داد. سوراخ های بزرگی در پوسته کروی خشن ویروس یافت می شود که منجر به از بین رفتن محتویات آن می شود. قرار گرفتن در معرض امواج الکترومغناطیسی می تواند برای اشکال ویروسی مخرب باشد. با این حال، تغییرات در خواص مورفولوژیکی، مانند شکل، قطر و صافی سطح، پس از قرار گرفتن در معرض ویروس با تابش الکترومغناطیسی ناشناخته است. بنابراین، تجزیه و تحلیل رابطه بین ویژگی‌های مورفولوژیکی و اختلالات عملکردی مهم است که می‌تواند شاخص‌های ارزشمند و مناسبی برای ارزیابی غیرفعال‌سازی ویروس ارائه کند [1].
ساختار ویروسی معمولاً از یک اسید نوکلئیک داخلی (RNA یا DNA) و یک کپسید خارجی تشکیل شده است. اسیدهای نوکلئیک خواص ژنتیکی و همانندسازی ویروس ها را تعیین می کنند. کپسید لایه بیرونی زیرواحدهای پروتئینی مرتب شده، داربست اساسی و جزء آنتی ژنی ذرات ویروسی است و همچنین از اسیدهای نوکلئیک محافظت می کند. بیشتر ویروس ها دارای ساختار پوششی هستند که از لیپیدها و گلیکوپروتئین ها تشکیل شده است. علاوه بر این، پروتئین های پوششی ویژگی گیرنده ها را تعیین می کنند و به عنوان آنتی ژن های اصلی که سیستم ایمنی میزبان می تواند تشخیص دهد عمل می کنند. ساختار کامل یکپارچگی و ثبات ژنتیکی ویروس را تضمین می کند.
تحقیقات نشان داده است که امواج الکترومغناطیسی، به ویژه امواج الکترومغناطیسی UHF، می تواند به RNA ویروس های بیماری زا آسیب برساند. Wu [1] مستقیماً محیط آبی ویروس MS2 را به مدت 2 دقیقه در معرض امواج مایکروویو 2450 مگاهرتز قرار داد و ژن های کد کننده پروتئین A، پروتئین کپسید، پروتئین replicase و پروتئین برش را با الکتروفورز ژل و واکنش زنجیره ای پلیمراز رونویسی معکوس تجزیه و تحلیل کرد. RT-PCR). این ژن ها با افزایش چگالی توان به تدریج از بین رفتند و حتی در بالاترین چگالی توان ناپدید شدند. به عنوان مثال، بیان ژن پروتئین A (934 جفت باز) پس از قرار گرفتن در معرض امواج الکترومغناطیسی با توان 119 و 385 وات به طور قابل توجهی کاهش یافت و با افزایش چگالی توان به 700 وات به طور کامل ناپدید شد. این داده ها نشان می دهد که امواج الکترومغناطیسی می توانند بسته به دوز، ساختار اسیدهای نوکلئیک ویروس ها را از بین می برد.
مطالعات اخیر نشان داده است که تأثیر امواج الکترومغناطیسی بر پروتئین‌های ویروسی بیماری‌زا عمدتاً مبتنی بر اثر حرارتی غیرمستقیم آنها بر واسطه‌ها و تأثیر غیرمستقیم آنها بر سنتز پروتئین به دلیل تخریب اسیدهای نوکلئیک است [1، 3، 8، 9]. با این حال، اثرات حرارتی همچنین می تواند قطبیت یا ساختار پروتئین های ویروسی را تغییر دهد [1، 10، 11]. اثر مستقیم امواج الکترومغناطیسی بر پروتئین‌های ساختاری/غیر ساختاری مانند پروتئین‌های کپسید، پروتئین‌های پوششی یا پروتئین‌های اسپایک ویروس‌های بیماری‌زا هنوز نیاز به مطالعه بیشتر دارد. اخیراً پیشنهاد شده است که 2 دقیقه تابش الکترومغناطیسی با فرکانس 2.45 گیگاهرتز با توان 700 وات می تواند با بخش های مختلف بارهای پروتئینی از طریق تشکیل نقاط داغ و میدان های الکتریکی نوسانی از طریق اثرات صرفاً الکترومغناطیسی تعامل داشته باشد [12].
پوشش یک ویروس بیماری زا ارتباط نزدیکی با توانایی آن در آلوده کردن یا ایجاد بیماری دارد. چندین مطالعه گزارش کرده اند که امواج الکترومغناطیسی UHF و مایکروویو می توانند پوسته ویروس های بیماری زا را از بین ببرند. همانطور که در بالا ذکر شد، حفره های متمایز را می توان در پوشش ویروسی کروناویروس 229E پس از قرار گرفتن 0.1 ثانیه در معرض موج میلی متری 95 گیگاهرتز با چگالی توان 70 تا 100 وات بر سانتی متر مربع تشخیص داد [8]. اثر انتقال انرژی رزونانسی امواج الکترومغناطیسی می تواند باعث ایجاد استرس کافی برای تخریب ساختار پوشش ویروس شود. برای ویروس های پوششی، پس از پاره شدن پاکت، عفونت یا برخی فعالیت ها معمولاً کاهش می یابد یا به طور کامل از بین می رود [13، 14]. یانگ [13] ویروس آنفولانزا H3N2 (H3N2) و ویروس آنفلوانزا H1N1 (H1N1) را به ترتیب به مدت 15 دقیقه در معرض امواج مایکروویو با فرکانس 8.35 گیگاهرتز، 320 وات بر متر مربع و 7 گیگاهرتز، 308 وات بر متر مربع قرار داد. برای مقایسه سیگنال‌های RNA ویروس‌های بیماری‌زا در معرض امواج الکترومغناطیسی و مدل تکه‌تکه‌شده منجمد شده و بلافاصله در نیتروژن مایع برای چندین سیکل ذوب شده، RT-PCR انجام شد. نتایج نشان داد که سیگنال‌های RNA دو مدل بسیار سازگار هستند. این نتایج نشان می دهد که ساختار فیزیکی ویروس مختل شده و ساختار پوششی پس از قرار گرفتن در معرض تشعشعات مایکروویو از بین می رود.
فعالیت یک ویروس را می توان با توانایی آن در آلوده کردن، تکثیر و رونویسی مشخص کرد. عفونت یا فعالیت ویروسی معمولاً با اندازه گیری تیترهای ویروسی با استفاده از سنجش پلاک، دوز عفونی متوسط ​​کشت بافت (TCID50) یا فعالیت ژن گزارشگر لوسیفراز ارزیابی می شود. اما می توان آن را مستقیماً با جداسازی ویروس زنده یا با تجزیه و تحلیل آنتی ژن ویروسی، تراکم ذرات ویروسی، بقای ویروس و غیره ارزیابی کرد.
گزارش شده است که امواج الکترومغناطیسی UHF، SHF و EHF می توانند مستقیماً آئروسل های ویروسی یا ویروس های موجود در آب را غیرفعال کنند. Wu [1] آئروسل باکتریوفاژ MS2 تولید شده توسط یک نبولایزر آزمایشگاهی را در معرض امواج الکترومغناطیسی با فرکانس 2450 مگاهرتز و توان 700 وات به مدت 1.7 دقیقه قرار داد، در حالی که میزان بقای باکتریوفاژ MS2 تنها 8.66٪ بود. مشابه آئروسل ویروسی MS2، 91.3 درصد از MS2 آبی در عرض 1.5 دقیقه پس از قرار گرفتن در معرض همان دوز امواج الکترومغناطیسی غیرفعال شد. علاوه بر این، توانایی پرتوهای الکترومغناطیسی برای غیرفعال کردن ویروس MS2 با چگالی توان و زمان قرار گرفتن در معرض همبستگی مثبت داشت. با این حال، زمانی که راندمان غیرفعال‌سازی به حداکثر مقدار خود می‌رسد، راندمان غیرفعال‌سازی را نمی‌توان با افزایش زمان نوردهی یا افزایش چگالی توان بهبود بخشید. به عنوان مثال، ویروس MS2 پس از قرار گرفتن در معرض امواج الکترومغناطیسی 2450 مگاهرتز و 700 وات، نرخ بقای حداقل 2.65% تا 4.37% داشت و با افزایش زمان قرار گرفتن در معرض هیچ تغییر قابل توجهی مشاهده نشد. Siddharta [3] یک سوسپانسیون کشت سلولی حاوی ویروس هپاتیت C (HCV) / ویروس نقص ایمنی انسانی نوع 1 (HIV-1) را با امواج الکترومغناطیسی با فرکانس 2450 مگاهرتز و توان 360 وات تحت تابش قرار داد. آنها دریافتند که تیتر ویروس به طور قابل توجهی کاهش یافته است. پس از 3 دقیقه قرار گرفتن در معرض، نشان می دهد که تابش امواج الکترومغناطیسی در برابر HCV و عفونت HIV-1 و به جلوگیری از انتقال ویروس حتی در صورت قرار گرفتن با هم کمک می کند. هنگام تابش کشت های سلولی HCV و سوسپانسیون های HIV-1 با امواج الکترومغناطیسی کم توان با فرکانس 2450 مگاهرتز، 90 وات یا 180 وات، هیچ تغییری در تیتر ویروس، تعیین شده توسط فعالیت گزارشگر لوسیفراز، و تغییر قابل توجهی در عفونت ویروسی وجود ندارد. مشاهده شدند. در 600 و 800 وات به مدت 1 دقیقه، عفونت هر دو ویروس به طور قابل توجهی کاهش نمی یابد، که اعتقاد بر این است که مربوط به قدرت تابش امواج الکترومغناطیسی و زمان قرار گرفتن در معرض دمای بحرانی است.
Kaczmarczyk [8] برای اولین بار در سال 2021 کشندگی امواج الکترومغناطیسی EHF را در برابر ویروس های بیماری زا موجود در آب نشان داد. آنها نمونه های کروناویروس 229E یا ویروس پولیو (PV) را در معرض امواج الکترومغناطیسی با فرکانس 95 گیگاهرتز و چگالی توان 70 تا 100 وات بر سانتی متر قرار دادند. به مدت 2 ثانیه راندمان غیرفعال سازی دو ویروس بیماری زا به ترتیب 98/99 درصد و 375/99 درصد بود. که نشان می دهد امواج الکترومغناطیسی EHF چشم انداز کاربردی گسترده ای در زمینه غیرفعال سازی ویروس دارند.
اثربخشی غیرفعال‌سازی ویروس‌های UHF در رسانه‌های مختلف مانند شیر مادر و برخی از موادی که معمولاً در خانه استفاده می‌شوند، ارزیابی شده است. محققان ماسک های بیهوشی آلوده به آدنوویروس (ADV)، ویروس فلج اطفال نوع 1 (PV-1)، هرپس ویروس 1 (HV-1) و راینو ویروس (RHV) را در معرض تشعشعات الکترومغناطیسی با فرکانس 2450 مگاهرتز و توان 720 وات قرار دادند. آنها گزارش دادند که آزمایش‌های آنتی‌ژن‌های ADV و PV-1 منفی شد و تیتر HV-1، PIV-3 و RHV به صفر رسید که نشان‌دهنده غیرفعال شدن کامل همه ویروس‌ها پس از 4 دقیقه قرار گرفتن در معرض است [15، 16]. الهافی [17] سواب های آلوده به ویروس برونشیت عفونی پرندگان (IBV)، پنوموویروس پرندگان (APV)، ویروس بیماری نیوکاسل (NDV) و ویروس آنفلوانزای مرغی (AIV) را مستقیماً در اجاق مایکروویو 2450 مگاهرتز، 900 وات قرار داد. عفونت خود را از دست بدهند در میان آنها، APV و IBV علاوه بر این در کشت‌های اندام‌های نای به‌دست‌آمده از جنین‌های جوجه نسل پنجم شناسایی شدند. اگرچه ویروس را نمی توان جدا کرد، اسید نوکلئیک ویروسی هنوز با RT-PCR شناسایی شد. بن شوشان [18] به طور مستقیم امواج الکترومغناطیسی 2450 مگاهرتز، 750 وات را در معرض 15 نمونه سیتومگالوویروس (CMV) مثبت شیر ​​مادر به مدت 30 ثانیه قرار داد. تشخیص آنتی ژن توسط Shell-Vial غیر فعال شدن کامل CMV را نشان داد. با این حال، در 500 وات، 2 نمونه از 15 نمونه به غیر فعال سازی کامل دست پیدا نکردند، که نشان دهنده همبستگی مثبت بین راندمان غیرفعال سازی و قدرت امواج الکترومغناطیسی است.
همچنین شایان ذکر است که یانگ [13] فرکانس تشدید بین امواج الکترومغناطیسی و ویروس ها را بر اساس مدل های فیزیکی تعیین شده پیش بینی کرد. سوسپانسیونی از ذرات ویروس H3N2 با چگالی 7.5 × 1014 m-3، تولید شده توسط سلول های کلیه سگ سگ مدین داربی (MDCK) حساس به ویروس، مستقیماً در معرض امواج الکترومغناطیسی با فرکانس 8 گیگاهرتز و توان 820 قرار گرفت. W/m² به مدت 15 دقیقه. سطح غیر فعال شدن ویروس H3N2 به 100 درصد می رسد. با این حال، در آستانه نظری 82 وات بر متر مربع، تنها 38 درصد از ویروس H3N2 غیرفعال شد، که نشان می‌دهد کارایی غیرفعال‌سازی ویروس با واسطه EM ارتباط نزدیکی با چگالی توان دارد. بر اساس این مطالعه، باربورا [14] محدوده فرکانس تشدید (8.5-20 گیگاهرتز) بین امواج الکترومغناطیسی و SARS-CoV-2 را محاسبه کرد و به این نتیجه رسید که 7.5 × 1014 m-3 SARS-CoV-2 در معرض امواج الکترومغناطیسی یک موج قرار گرفته است. با فرکانس 10-17 گیگاهرتز و چگالی توان 1 ± 14.5 W/m2 برای تقریباً 15 دقیقه باعث غیرفعال شدن 100٪ می شود. مطالعه اخیر وانگ [19] نشان داد که فرکانس‌های تشدید SARS-CoV-2 4 و 7.5 گیگاهرتز هستند که وجود فرکانس‌های تشدید مستقل از تیتر ویروس را تأیید می‌کند.
در نتیجه می توان گفت که امواج الکترومغناطیسی می توانند بر روی آئروسل ها و سوسپانسیون ها و همچنین فعالیت ویروس ها بر روی سطوح تأثیر بگذارند. مشخص شد که اثربخشی غیرفعال سازی ارتباط نزدیکی با فرکانس و قدرت امواج الکترومغناطیسی و محیط مورد استفاده برای رشد ویروس دارد. علاوه بر این، فرکانس های الکترومغناطیسی مبتنی بر رزونانس های فیزیکی برای غیرفعال سازی ویروس بسیار مهم هستند [2، 13]. تا به حال، تأثیر امواج الکترومغناطیسی بر فعالیت ویروس‌های بیماری‌زا عمدتاً بر تغییر میزان آلودگی متمرکز بوده است. به دلیل مکانیسم پیچیده، مطالعات متعددی اثر امواج الکترومغناطیسی را بر تکثیر و رونویسی ویروس‌های بیماری‌زا گزارش کرده‌اند.
مکانیسم هایی که توسط امواج الکترومغناطیسی ویروس ها را غیرفعال می کند، ارتباط نزدیکی با نوع ویروس، فرکانس و قدرت امواج الکترومغناطیسی و محیط رشد ویروس دارد، اما تا حد زیادی ناشناخته باقی می ماند. تحقیقات اخیر بر مکانیسم های انتقال انرژی حرارتی، حرارتی و ساختاری متمرکز شده است.
اثر حرارتی به عنوان افزایش دما ناشی از چرخش با سرعت بالا، برخورد و اصطکاک مولکول های قطبی در بافت ها تحت تأثیر امواج الکترومغناطیسی درک می شود. با توجه به این خاصیت، امواج الکترومغناطیسی می توانند دمای ویروس را از آستانه تحمل فیزیولوژیکی بالاتر برده و باعث مرگ ویروس شوند. با این حال، ویروس ها حاوی چند مولکول قطبی هستند که نشان می دهد اثرات حرارتی مستقیم روی ویروس ها نادر است [1]. برعکس، مولکول های قطبی بسیار بیشتری در محیط و محیط وجود دارند، مانند مولکول های آب، که مطابق با میدان الکتریکی متناوب تحریک شده توسط امواج الکترومغناطیسی حرکت می کنند و از طریق اصطکاک گرما تولید می کنند. سپس گرما به ویروس منتقل می شود تا دمای آن افزایش یابد. وقتی از آستانه تحمل فراتر رود، اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها از بین می روند که در نهایت باعث کاهش عفونت و حتی غیرفعال شدن ویروس می شود.
چندین گروه گزارش کرده اند که امواج الکترومغناطیسی می توانند عفونت ویروس ها را از طریق قرار گرفتن در معرض حرارت کاهش دهند [1، 3، 8]. Kaczmarczyk [8] تعلیق ویروس کرونا 229E را در معرض امواج الکترومغناطیسی با فرکانس 95 گیگاهرتز با چگالی توان 70 تا 100 W/cm² برای 0.2-0.7 ثانیه قرار داد. نتایج نشان داد که افزایش دمای 100 درجه سانتی گراد در طول این فرآیند به تخریب مورفولوژی ویروس و کاهش فعالیت ویروس کمک کرد. این اثرات حرارتی را می توان با عمل امواج الکترومغناطیسی بر روی مولکول های آب اطراف توضیح داد. Siddharta [3] سوسپانسیون های کشت سلولی حاوی HCV از ژنوتیپ های مختلف، از جمله GT1a، GT2a، GT3a، GT4a، GT5a، GT6a و GT7a را با امواج الکترومغناطیسی در فرکانس 2450 مگاهرتز و توان 360 وات، 360 وات، تحت تابش قرار داد. W، 600 W و 800 سه با افزایش دمای محیط کشت سلولی از 26 درجه سانتیگراد به 92 درجه سانتیگراد، تابش الکترومغناطیسی باعث کاهش عفونت ویروس یا به طور کامل غیرفعال شدن ویروس شد. اما HCV برای مدت کوتاهی با توان کم (90 یا 180 وات، 3 دقیقه) یا بالاتر (600 یا 800 وات، 1 دقیقه) در معرض امواج الکترومغناطیسی قرار گرفت، در حالی که افزایش قابل توجهی در دما و تغییر قابل توجهی در دما مشاهده نشد. عفونت یا فعالیت ویروس مشاهده نشد.
نتایج فوق نشان می دهد که اثر حرارتی امواج الکترومغناطیسی یک عامل کلیدی موثر بر عفونت یا فعالیت ویروس های بیماری زا است. علاوه بر این، مطالعات متعدد نشان داده اند که اثر حرارتی پرتوهای الکترومغناطیسی ویروس های بیماری زا را به طور موثرتری نسبت به UV-C و حرارت معمولی غیرفعال می کند [8، 20، 21، 22، 23، 24].
علاوه بر اثرات حرارتی، امواج الکترومغناطیسی می‌توانند قطبیت مولکول‌هایی مانند پروتئین‌های میکروبی و اسیدهای نوکلئیک را نیز تغییر دهند و باعث چرخش و ارتعاش مولکول‌ها و در نتیجه کاهش زنده‌مانی یا حتی مرگ شوند [10]. اعتقاد بر این است که تغییر سریع قطبیت امواج الکترومغناطیسی باعث پلاریزاسیون پروتئین می شود که منجر به پیچ خوردگی و انحنای ساختار پروتئین و در نهایت دناتوره شدن پروتئین می شود [11].
اثر غیر حرارتی امواج الکترومغناطیسی بر غیرفعال سازی ویروس بحث برانگیز است، اما اکثر مطالعات نتایج مثبتی را نشان داده اند [1، 25]. همانطور که در بالا اشاره کردیم، امواج الکترومغناطیسی می توانند مستقیماً به پروتئین پوششی ویروس MS2 نفوذ کرده و اسید نوکلئیک ویروس را از بین ببرند. علاوه بر این، آئروسل های ویروس MS2 نسبت به MS2 آبی به امواج الکترومغناطیسی بسیار حساس تر هستند. با توجه به مولکول‌های قطبی کمتر، مانند مولکول‌های آب، در محیط اطراف آئروسل‌های ویروس MS2، اثرات اتمیک ممکن است نقش کلیدی در غیرفعال‌سازی ویروس با واسطه امواج الکترومغناطیسی داشته باشند [1].
پدیده تشدید به تمایل یک سیستم فیزیکی برای جذب انرژی بیشتر از محیط خود در فرکانس و طول موج طبیعی خود اشاره دارد. رزونانس در بسیاری از مکان های طبیعت رخ می دهد. مشخص است که ویروس ها با امواج مایکروویو با فرکانس یکسان در یک حالت دوقطبی صوتی محدود، یک پدیده رزونانس، تشدید می کنند [2، 13، 26]. حالت‌های رزونانسی تعامل بین یک موج الکترومغناطیسی و یک ویروس توجه بیشتری را به خود جلب می‌کنند. اثر انتقال انرژی تشدید ساختاری کارآمد (SRET) از امواج الکترومغناطیسی به نوسانات صوتی بسته (CAV) در ویروس‌ها می‌تواند منجر به پارگی غشای ویروسی به دلیل ارتعاشات مخالف هسته-کپسید شود. علاوه بر این، اثربخشی کلی SRET به ماهیت محیط مربوط می شود، جایی که اندازه و pH ذره ویروسی به ترتیب فرکانس تشدید و جذب انرژی را تعیین می کند [2، 13، 19].
اثر تشدید فیزیکی امواج الکترومغناطیسی نقش کلیدی در غیرفعال کردن ویروس‌های پوششی دارد که توسط یک غشای دولایه تعبیه‌شده در پروتئین‌های ویروسی احاطه شده‌اند. محققان دریافتند که غیرفعال شدن H3N2 توسط امواج الکترومغناطیسی با فرکانس 6 گیگاهرتز و چگالی توان 486 W/m² عمدتاً به دلیل پارگی فیزیکی پوسته به دلیل اثر تشدید ایجاد می‌شود [13]. دمای سوسپانسیون H3N2 پس از 15 دقیقه قرار گرفتن در معرض تنها 7 درجه سانتیگراد افزایش یافت، با این حال، برای غیرفعال شدن ویروس H3N2 انسانی با گرمایش حرارتی، دمای بالاتر از 55 درجه سانتیگراد مورد نیاز است [9]. پدیده های مشابهی برای ویروس هایی مانند SARS-CoV-2 و H3N1 مشاهده شده است [13، 14]. علاوه بر این، غیرفعال شدن ویروس ها توسط امواج الکترومغناطیسی منجر به تخریب ژنوم RNA ویروسی نمی شود [1،13،14]. بنابراین، غیرفعال شدن ویروس H3N2 به جای قرار گرفتن در معرض حرارت، با رزونانس فیزیکی تقویت شد [13].
در مقایسه با اثر حرارتی امواج الکترومغناطیسی، غیرفعال‌سازی ویروس‌ها توسط تشدید فیزیکی نیاز به پارامترهای دوز پایین‌تری دارد که کمتر از استانداردهای ایمنی مایکروویو ایجاد شده توسط موسسه مهندسین برق و الکترونیک (IEEE) است [2، 13]. فرکانس تشدید و دوز توان به خصوصیات فیزیکی ویروس مانند اندازه ذرات و خاصیت ارتجاعی بستگی دارد و همه ویروس‌های درون فرکانس تشدید می‌توانند به طور موثری برای غیرفعال شدن هدف قرار گیرند. با توجه به نرخ نفوذ بالا، عدم وجود اشعه یونیزان و ایمنی خوب، غیرفعال سازی ویروس به واسطه اثر گرمایی CPET برای درمان بیماری های بدخیم انسانی ناشی از ویروس های بیماری زا امیدوار کننده است [14، 26].
بر اساس اجرای غیرفعال سازی ویروس ها در فاز مایع و در سطح رسانه های مختلف، امواج الکترومغناطیسی می توانند به طور موثر با ذرات معلق در هوا مقابله کنند [1، 26] که یک پیشرفت بزرگ است و برای کنترل انتقال از اهمیت بالایی برخوردار است. ویروس و جلوگیری از انتقال ویروس در جامعه. اپیدمی. علاوه بر این، کشف خواص تشدید فیزیکی امواج الکترومغناطیسی از اهمیت زیادی در این زمینه برخوردار است. تا زمانی که فرکانس تشدید یک ویریون خاص و امواج الکترومغناطیسی مشخص باشد، همه ویروس‌های موجود در محدوده فرکانس تشدید زخم را می‌توان هدف قرار داد که با روش‌های غیرفعال‌سازی سنتی ویروس نمی‌توان به آن دست یافت [13،14،26]. غیرفعال سازی الکترومغناطیسی ویروس ها یک تحقیق امیدوارکننده با تحقیقات و ارزش و پتانسیل کاربردی بسیار است.
در مقایسه با فناوری سنتی کشتن ویروس، امواج الکترومغناطیسی به دلیل ویژگی‌های فیزیکی منحصر به فرد خود دارای ویژگی‌های حفاظت محیطی ساده، مؤثر و عملی در هنگام کشتن ویروس‌ها هستند [2، 13]. با این حال، بسیاری از مشکلات باقی مانده است. اول، دانش مدرن محدود به خواص فیزیکی امواج الکترومغناطیسی است و مکانیسم استفاده از انرژی در طول انتشار امواج الکترومغناطیسی فاش نشده است [10، 27]. امواج مایکروویو، از جمله امواج میلی‌متری، به طور گسترده برای مطالعه غیرفعال‌سازی ویروس و مکانیسم‌های آن مورد استفاده قرار گرفته‌اند، با این حال، مطالعات امواج الکترومغناطیسی در فرکانس‌های دیگر، به‌ویژه در فرکانس‌های 100 کیلوهرتز تا 300 مگاهرتز و از 300 گیگاهرتز تا 10 تراهرتز، گزارش نشده است. ثانیا، مکانیسم کشتن ویروس های بیماری زا توسط امواج الکترومغناطیسی مشخص نشده است و فقط ویروس های کروی و میله ای شکل مورد مطالعه قرار گرفته اند [2]. علاوه بر این، ذرات ویروس کوچک، بدون سلول هستند، به راحتی جهش می یابند و به سرعت پخش می شوند، که می تواند از غیرفعال شدن ویروس جلوگیری کند. فناوری امواج الکترومغناطیسی هنوز نیاز به بهبود دارد تا بر مانع غیرفعال کردن ویروس های بیماری زا غلبه کند. در نهایت، جذب بالای انرژی تابشی توسط مولکول های قطبی در محیط، مانند مولکول های آب، منجر به اتلاف انرژی می شود. علاوه بر این، اثربخشی SRET ممکن است تحت تأثیر چندین مکانیسم ناشناس در ویروس ها قرار گیرد [28]. اثر SRET همچنین می تواند ویروس را برای سازگاری با محیط خود تغییر دهد و در نتیجه در برابر امواج الکترومغناطیسی مقاومت کند [29].
در آینده، فناوری غیرفعال سازی ویروس با استفاده از امواج الکترومغناطیسی باید بیشتر بهبود یابد. تحقیقات علمی بنیادی باید در جهت روشن کردن مکانیسم غیرفعال شدن ویروس توسط امواج الکترومغناطیسی باشد. به عنوان مثال، مکانیسم استفاده از انرژی ویروس ها هنگام قرار گرفتن در معرض امواج الکترومغناطیسی، مکانیسم دقیق عمل غیر حرارتی که ویروس های بیماری زا را می کشد، و مکانیسم اثر SRET بین امواج الکترومغناطیسی و انواع مختلف ویروس ها باید به طور سیستماتیک روشن شود. تحقیقات کاربردی باید بر روی نحوه جلوگیری از جذب بیش از حد انرژی تشعشع توسط مولکول های قطبی، مطالعه اثر امواج الکترومغناطیسی با فرکانس های مختلف بر روی ویروس های بیماری زا مختلف و بررسی اثرات غیر حرارتی امواج الکترومغناطیسی در تخریب ویروس های بیماری زا متمرکز شود.
امواج الکترومغناطیسی به روشی امیدوارکننده برای غیرفعال کردن ویروس‌های بیماری‌زا تبدیل شده‌اند. فناوری امواج الکترومغناطیسی دارای مزایای آلودگی کم، هزینه کم و راندمان بالای غیرفعال سازی ویروس پاتوژن است که می تواند بر محدودیت های فناوری آنتی ویروس سنتی غلبه کند. با این حال، تحقیقات بیشتری برای تعیین پارامترهای فناوری امواج الکترومغناطیسی و روشن کردن مکانیسم غیرفعال شدن ویروس مورد نیاز است.
دوز مشخصی از تابش امواج الکترومغناطیسی می تواند ساختار و فعالیت بسیاری از ویروس های بیماری زا را از بین ببرد. کارایی غیرفعال سازی ویروس ارتباط نزدیکی با فرکانس، چگالی توان و زمان قرار گرفتن در معرض دارد. علاوه بر این، مکانیسم‌های بالقوه شامل اثرات حرارتی، حرارتی و تشدید ساختاری انتقال انرژی است. در مقایسه با فن‌آوری‌های ضد ویروسی سنتی، غیرفعال‌سازی ویروس مبتنی بر امواج الکترومغناطیسی دارای مزایای سادگی، راندمان بالا و آلودگی کم است. بنابراین، غیرفعال کردن ویروس با واسطه امواج الکترومغناطیسی به یک تکنیک ضد ویروسی امیدوارکننده برای کاربردهای آینده تبدیل شده است.
یو یو. تأثیر تشعشعات مایکروویو و پلاسمای سرد بر فعالیت بیوآئروسل و مکانیسم‌های مرتبط دانشگاه پکن سال 2013.
Sun CK، Tsai YC، Chen Ye، Liu TM، Chen HY، Wang HC و همکاران. جفت شدن دوقطبی تشدید کننده امواج مایکروویو و نوسانات صوتی محدود در باکولوویروسها. گزارش علمی 2017; 7 (1): 4611.
Siddharta A، Pfaender S، Malassa A، Doerrbecker J، Anggakusuma، Engelmann M، و همکاران. غیرفعال سازی HCV و HIV در مایکروویو: رویکردی جدید برای جلوگیری از انتقال ویروس در بین معتادان تزریقی گزارش علمی 2016; 6:36619.
Yan SX، Wang RN، Cai YJ، Song YL، Qv HL. بررسی و مشاهده تجربی آلودگی اسناد بیمارستانی توسط ضد عفونی با امواج مایکروویو [J] مجله پزشکی چینی. 1987; 4:221-2.
Sun Wei مطالعه مقدماتی مکانیسم غیرفعال سازی و اثربخشی دی کلرو ایزوسیانات سدیم در برابر باکتریوفاژ MS2. دانشگاه سیچوان 2007.
یانگ لی مطالعه مقدماتی اثر غیرفعال سازی و مکانیسم اثر o-phthalaldehyde بر روی باکتریوفاژ MS2. دانشگاه سیچوان 2007.
وو، خانم یائو. غیرفعال کردن یک ویروس معلق در هوا در محل توسط تشعشعات مایکروویو. بولتن علوم چینی 2014؛ 59 (13): 1438-45.
Kachmarchik LS، Marsai KS، Shevchenko S.، Pilosof M.، Levy N.، Einat M. و همکاران. کروناویروس ها و فلج اطفال به پالس های کوتاه تابش سیکلوترون باند W حساس هستند. نامه در مورد شیمی محیطی. 2021؛ 19 (6): 3967-72.
Yonges M، Liu VM، van der Vries E، Jacobi R، Pronk I، Boog S، و همکاران. غیرفعال سازی ویروس آنفولانزا برای مطالعات آنتی ژنی و سنجش مقاومت به مهارکننده های نورآمینیداز فنوتیپی. مجله میکروبیولوژی بالینی. 2010؛ 48 (3): 928-40.
زو شینژی، ژانگ لیجیا، لیو یوجیا، لی یو، ژانگ جیا، لین فوجیا، و همکاران. بررسی اجمالی استریلیزاسیون مایکروویو علم ریز مغذی گوانگدونگ 2013؛ 20 (6): 67-70.
لی جیژی. اثرات بیولوژیکی غیر حرارتی مایکروویوها بر میکروارگانیسم های غذایی و فناوری استریلیزاسیون مایکروویو [JJ Southwestern Nationalities University (نسخه علوم طبیعی). 2006; 6:1219-22.
Afagi P، Lapolla MA، Gandhi K. دناتوره‌سازی پروتئین اسپایک SARS-CoV-2 بر اثر تابش مایکروویو آترمیک. گزارش علمی 2021; 11 (1): 23373.
Yang SC، Lin HC، Liu TM، Lu JT، Hong WT، Huang YR، و همکاران. انتقال انرژی تشدید ساختاری کارآمد از امواج مایکروویو به نوسانات صوتی محدود در ویروس ها. گزارش علمی 2015; 5:18030.
Barbora A, Minnes R. درمان ضد ویروسی هدفمند با استفاده از پرتودرمانی غیریونساز برای SARS-CoV-2 و آماده‌سازی برای یک بیماری همه‌گیر ویروسی: روش‌ها، روش‌ها و یادداشت‌های عملی برای کاربرد بالینی. PLOS One. 2021؛ 16 (5): e0251780.
یانگ هیومینگ. استریلیزاسیون مایکروویو و عوامل موثر بر آن مجله پزشکی چینی. 1993؛ (04): 246-51.
صفحه WJ، Martin WG بقای میکروب ها در اجاق های مایکروویو. شما می توانید میکروارگانیسم های J. 1978؛ 24 (11): 1431-3.
Elhafi G.، Naylor SJ، Savage KE، Jones RS درمان با مایکروویو یا اتوکلاو، عفونت‌پذیری ویروس برونشیت عفونی و پنوموویروس پرندگان را از بین می‌برد، اما به آنها اجازه می‌دهد تا با استفاده از واکنش زنجیره‌ای پلیمراز ترانس کریپتاز معکوس شناسایی شوند. بیماری طیور 2004؛ 33 (3): 303-6.
Ben-Shoshan M.، Mandel D.، Lubezki R.، Dollberg S.، Mimouni FB ریشه کن کردن سیتومگالوویروس از شیر مادر با مایکروویو: یک مطالعه آزمایشی. داروی شیردهی 2016؛ 11:186-7.
Wang PJ، Pang YH، Huang SY، Fang JT، Chang SY، Shih SR، و همکاران. جذب تشدید مایکروویو ویروس SARS-CoV-2. گزارش علمی 2022; 12 (1): 12596.
Sabino CP، Sellera FP، Sales-Medina DF، Machado RRG، Durigon EL، Freitas-Junior LH، و غیره. UV-C (254 نانومتر) دوز کشنده SARS-CoV-2. تشخیص نور Photodyne Ther. 2020؛ 32:101995.
Storm N، McKay LGA، Downs SN، Johnson RI، Birru D، de Samber M و غیره غیرفعال سازی سریع و کامل SARS-CoV-2 توسط UV-C. گزارش علمی 2020; 10 (1): 22421.