اثرات امواج الکترومغناطیسی بر ویروس‌های بیماری‌زا و مکانیسم‌های مرتبط: مروری در مجله ویروس‌شناسی

عفونت‌های ویروسی بیماری‌زا به یک مشکل عمده بهداشت عمومی در سراسر جهان تبدیل شده‌اند. ویروس‌ها می‌توانند همه موجودات سلولی را آلوده کرده و باعث درجات مختلفی از آسیب و خسارت شوند که منجر به بیماری و حتی مرگ می‌شود. با شیوع ویروس‌های بسیار بیماری‌زا مانند سندرم حاد تنفسی کروناویروس ۲ (SARS-CoV-2)، نیاز مبرمی به توسعه روش‌های مؤثر و ایمن برای غیرفعال کردن ویروس‌های بیماری‌زا وجود دارد. روش‌های سنتی برای غیرفعال کردن ویروس‌های بیماری‌زا کاربردی هستند اما محدودیت‌هایی دارند. امواج الکترومغناطیسی با ویژگی‌های قدرت نفوذ بالا، رزونانس فیزیکی و عدم آلودگی، به یک استراتژی بالقوه برای غیرفعال کردن ویروس‌های بیماری‌زا تبدیل شده‌اند و توجه فزاینده‌ای 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 غیرفعال کردن ویروس‌های بیماری‌زا، و همچنین ایده‌ها و روش‌های جدید برای چنین غیرفعال‌سازی ارائه می‌دهد.
بسیاری از ویروس‌ها به سرعت گسترش می‌یابند، برای مدت طولانی باقی می‌مانند، بسیار بیماری‌زا هستند و می‌توانند باعث همه‌گیری‌های جهانی و خطرات جدی برای سلامتی شوند. پیشگیری، تشخیص، آزمایش، ریشه‌کنی و درمان، گام‌های کلیدی برای متوقف کردن شیوع ویروس هستند. حذف سریع و کارآمد ویروس‌های بیماری‌زا شامل پیشگیری، محافظت و حذف منبع است. غیرفعال کردن ویروس‌های بیماری‌زا با تخریب فیزیولوژیکی برای کاهش عفونت‌زایی، بیماری‌زایی و ظرفیت تولید مثل آنها، روشی مؤثر برای حذف آنهاست. روش‌های سنتی، از جمله دمای بالا، مواد شیمیایی و پرتوهای یونیزان، می‌توانند ویروس‌های بیماری‌زا را به طور مؤثر غیرفعال کنند. با این حال، این روش‌ها هنوز محدودیت‌هایی دارند. بنابراین، هنوز نیاز مبرمی به توسعه استراتژی‌های نوآورانه برای غیرفعال کردن ویروس‌های بیماری‌زا وجود دارد.
انتشار امواج الکترومغناطیسی مزایایی مانند قدرت نفوذ بالا، گرمایش سریع و یکنواخت، رزونانس با میکروارگانیسم‌ها و آزادسازی پلاسما را دارد و انتظار می‌رود به روشی عملی برای غیرفعال کردن ویروس‌های بیماری‌زا تبدیل شود [1،2،3]. توانایی امواج الکترومغناطیسی در غیرفعال کردن ویروس‌های بیماری‌زا در قرن گذشته نشان داده شده است [4]. در سال‌های اخیر، استفاده از امواج الکترومغناطیسی برای غیرفعال کردن ویروس‌های بیماری‌زا توجه فزاینده‌ای را به خود جلب کرده است. این مقاله به بررسی تأثیر امواج الکترومغناطیسی بر ویروس‌های بیماری‌زا و مکانیسم‌های آنها می‌پردازد که می‌تواند به عنوان راهنمای مفیدی برای تحقیقات پایه و کاربردی باشد.
ویژگی‌های مورفولوژیکی ویروس‌ها می‌تواند منعکس‌کننده عملکردهایی مانند بقا و عفونت‌زایی باشد. نشان داده شده است که امواج الکترومغناطیسی، به ویژه امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بسیار بالا (UHF) و فرکانس بسیار بالا (EHF)، می‌توانند مورفولوژی ویروس‌ها را مختل کنند.
باکتریوفاژ MS2 (MS2) اغلب در زمینه‌های تحقیقاتی مختلف مانند ارزیابی ضدعفونی، مدل‌سازی سینتیکی (آبی) و توصیف بیولوژیکی مولکول‌های ویروسی استفاده می‌شود [5، 6]. وو دریافت که مایکروویوها با فرکانس 2450 مگاهرتز و 700 وات باعث تجمع و انقباض قابل توجه فاژهای آبزی MS2 پس از 1 دقیقه تابش مستقیم می‌شوند [1]. پس از بررسی بیشتر، شکستگی در سطح فاژ MS2 نیز مشاهده شد [7]. کازمارچیک [8] سوسپانسیون‌هایی از نمونه‌های کروناویروس 229E (CoV-229E) را به مدت 0.1 ثانیه در معرض امواج میلی‌متری با فرکانس 95 گیگاهرتز و چگالی توان 70 تا 100 وات بر سانتی‌متر مربع قرار داد. سوراخ‌های بزرگی را می‌توان در پوسته کروی خشن ویروس یافت که منجر به از بین رفتن محتویات آن می‌شود. قرار گرفتن در معرض امواج الکترومغناطیسی می‌تواند 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 را برای ارزیابی غیرفعال‌سازی ویروس ارائه دهد [1].
ساختار ویروسی معمولاً از یک اسید نوکلئیک داخلی (RNA یا DNA) و یک کپسید خارجی تشکیل شده است. اسیدهای نوکلئیک خواص ژنتیکی و تکثیر ویروس‌ها را تعیین می‌کنند. کپسید لایه بیرونی زیر واحدهای پروتئینی است که به طور منظم مرتب شده‌اند، داربست اساسی و جزء آنتی‌ژنی ذرات ویروسی است و همچنین از اسیدهای نوکلئیک محافظت می‌کند. اکثر ویروس‌ها دارای ساختار پوششی هستند که از لیپیدها و گلیکوپروتئین‌ها تشکیل شده است. علاوه بر این، پروتئین‌های پوششی، اختصاصی بودن گیرنده‌ها را تعیین می‌کنند و به عنوان آنتی‌ژن‌های اصلی که سیستم ایمنی میزبان می‌تواند تشخیص دهد، عمل می‌کنند. ساختار کامل، یکپارچگی و پایداری ژنتیکی ویروس را تضمین می‌کند.
تحقیقات نشان داده است که امواج الکترومغناطیسی، به ویژه امواج الکترومغناطیسی UHF، می‌توانند به RNA ویروس‌های بیماری‌زا آسیب برسانند. وو [1] محیط آبی ویروس MS2 را به مدت 2 دقیقه مستقیماً در معرض امواج مایکروویو 2450 مگاهرتز قرار داد و ژن‌های کدکننده پروتئین A، پروتئین کپسید، پروتئین رپلیکاز و پروتئین برش را با الکتروفورز ژل و واکنش زنجیره‌ای پلیمراز رونویسی معکوس (RT-PCR) تجزیه و تحلیل کرد. این ژن‌ها 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 کاملاً ناپدید شد. این داده‌ها نشان می‌دهد که امواج الکترومغناطیسی می‌توانند، بسته به دوز، ساختار اسیدهای نوکلئیک ویروس‌ها را از بین ببرند.
مطالعات اخیر نشان داده‌اند که تأثیر امواج الکترومغناطیسی بر پروتئین‌های ویروسی بیماری‌زا عمدتاً مبتنی بر اثر حرارتی غیرمستقیم آنها بر واسطه‌ها و اثر غیرمستقیم آنها بر سنتز پروتئین به دلیل تخریب اسیدهای نوکلئیک است [1، 3، 8، 9]. با این حال، اثرات آترمی همچنین می‌تواند قطبیت یا ساختار پروتئین‌های ویروسی را تغییر دهد [1، 10، 11]. تأثیر مستقیم امواج الکترومغناطیسی بر پروتئین‌های ساختاری/غیرساختاری اساسی 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 می‌تواند از طریق تشکیل نقاط داغ و میدان‌های الکتریکی نوسانی از طریق اثرات صرفاً الکترومغناطیسی با بخش‌های مختلف بارهای پروتئینی تعامل داشته باشد [12].
پوشش یک ویروس بیماری‌زا ارتباط نزدیکی با توانایی آن در ایجاد عفونت یا بیماری دارد. مطالعات متعددی گزارش داده‌اند که امواج الکترومغناطیسی UHF و مایکروویو می‌توانند پوسته‌های ویروس‌های بیماری‌زا را از بین ببرند. همانطور که در بالا ذکر شد، پس از قرار گرفتن در معرض موج میلی‌متری 95 گیگاهرتز با چگالی توان 70 تا 100 وات بر سانتی‌متر مربع به مدت 0.1 ثانیه، می‌توان سوراخ‌های مشخصی را در پوشش ویروسی کروناویروس 229E تشخیص داد [8]. اثر انتقال انرژی رزونانس امواج الکترومغناطیسی می‌تواند باعث ایجاد فشار کافی برای تخریب ساختار پوشش ویروس شود. برای ویروس‌های پوشش‌دار، پس از پارگی پوشش، عفونت‌زایی یا برخی فعالیت‌ها معمولاً کاهش می‌یابد یا کاملاً از بین می‌رود [13، 14]. یانگ [13] ویروس آنفولانزای H3N2 (H3N2) و ویروس آنفولانزای H1N1 (H1N1) را به مدت 15 دقیقه در معرض مایکروویوهایی 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 یک مدل قطعه قطعه شده که منجمد شده و بلافاصله برای چندین چرخه در نیتروژن مایع ذوب شده بود، RT-PCR انجام شد. نتایج نشان داد که سیگنال‌های RNA دو مدل بسیار سازگار هستند. این نتایج نشان می‌دهد که ساختار فیزیکی ویروس پس از قرار گرفتن در معرض تابش مایکروویو مختل شده و ساختار پوشش آن از بین می‌رود.
فعالیت یک ویروس را می‌توان با توانایی آن در آلوده‌سازی، تکثیر و رونویسی مشخص کرد. عفونت‌زایی یا فعالیت ویروسی معمولاً با اندازه‌گیری تیترهای ویروسی با استفاده از سنجش پلاک، دوز عفونی متوسط ​​کشت بافت (TCID50) یا فعالیت ژن گزارشگر لوسیفراز ارزیابی می‌شود. اما می‌توان آن را مستقیماً با جداسازی ویروس زنده یا با تجزیه و تحلیل آنتی‌ژن ویروسی، تراکم ذرات ویروسی، بقای ویروس و غیره نیز ارزیابی کرد.
گزارش شده است که امواج الکترومغناطیسی UHF، SHF و EHF می‌توانند مستقیماً آئروسل‌های ویروسی یا ویروس‌های منتقله از طریق آب را غیرفعال کنند. وو [1] آئروسل باکتریوفاژ MS2 تولید شده توسط یک نبولایزر آزمایشگاهی را به مدت 1.7 دقیقه در معرض امواج الکترومغناطیسی با فرکانس 2450 مگاهرتز و توان 700 وات قرار داد، در حالی که میزان بقای باکتریوفاژ MS2 تنها 8.66٪ بود. مشابه آئروسل ویروسی MS2، 91.3٪ از MS2 آبی در عرض 1.5 دقیقه پس از قرار گرفتن در معرض همان دوز امواج الکترومغناطیسی غیرفعال شد. علاوه بر این، توانایی تابش الکترومغناطیسی برای غیرفعال کردن ویروس MS2 با چگالی توان و زمان قرار گرفتن در معرض آن همبستگی مثبت داشت. با این حال، هنگامی که راندمان غیرفعال‌سازی به حداکثر مقدار خود می‌رسد، راندمان غیرفعال‌سازی را نمی‌توان با افزایش زمان قرار گرفتن در معرض یا افزایش چگالی توان بهبود بخشید. برای مثال، ویروس MS2 پس از قرار گرفتن در معرض امواج الکترومغناطیسی 2450 مگاهرتز و 700 وات، حداقل میزان بقای 2.65٪ تا 4.37٪ را داشت و با افزایش زمان قرار گرفتن در معرض، هیچ تغییر قابل توجهی مشاهده نشد. سیدارتا [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 تابش داد. آنها دریافتند که تیتر ویروس پس از 3 دقیقه قرار گرفتن در معرض، به طور قابل توجهی کاهش یافت، که نشان می‌دهد تابش موج الکترومغناطیسی در برابر عفونت‌زایی HCV و HIV-1 مؤثر است و به جلوگیری از انتقال ویروس حتی در صورت قرار گرفتن همزمان در معرض آنها کمک می‌کند. هنگام تابش کشت‌های سلولی HCV و سوسپانسیون‌های HIV-1 با امواج الکترومغناطیسی کم‌توان با فرکانس 2450 مگاهرتز، 90 وات یا 180 وات، هیچ تغییری در تیتر ویروس، که توسط فعالیت گزارشگر لوسیفراز تعیین می‌شود، و تغییر قابل توجهی در عفونت‌زایی ویروسی مشاهده نشد. در توان‌های ۶۰۰ و ۸۰۰ وات به مدت ۱ دقیقه، میزان عفونت‌زایی هر دو ویروس به طور قابل توجهی کاهش نیافت، که گمان می‌رود مربوط به قدرت تابش موج الکترومغناطیسی و زمان قرار گرفتن در معرض دمای بحرانی باشد.
کازمارچیک [8] برای اولین بار در سال 2021، کشندگی امواج الکترومغناطیسی EHF را در برابر ویروس‌های بیماری‌زای منتقله از طریق آب نشان داد. آنها نمونه‌هایی از کروناویروس 229E یا فلج اطفال (PV) را به مدت 2 ثانیه در معرض امواج الکترومغناطیسی با فرکانس 95 گیگاهرتز و چگالی توان 70 تا 100 وات بر سانتی‌متر مربع قرار دادند. راندمان غیرفعال‌سازی دو ویروس بیماری‌زا به ترتیب 99.98٪ و 99.375٪ بود. این نشان می‌دهد که امواج الکترومغناطیسی EHF چشم‌انداز کاربرد گسترده‌ای در زمینه غیرفعال‌سازی ویروس دارند.
اثربخشی غیرفعال‌سازی ویروس‌ها با UHF در محیط‌های مختلف مانند شیر مادر و برخی از موادی که معمولاً در خانه استفاده می‌شوند نیز ارزیابی شده است. محققان ماسک‌های بیهوشی آلوده به آدنوویروس (ADV)، پولیوویروس نوع 1 (PV-1)، هرپس ویروس 1 (HV-1) و رینوویروس (RHV) را در معرض تابش الکترومغناطیسی با فرکانس 2450 مگاهرتز و توان 720 وات قرار دادند. آنها گزارش دادند که آزمایش‌های آنتی‌ژن‌های ADV و PV-1 منفی شد و تیترهای HV-1، PIV-3 و RHV به صفر رسید که نشان‌دهنده غیرفعال‌سازی کامل همه ویروس‌ها پس از 4 دقیقه قرار گرفتن در معرض تابش است [15، 16]. الحافی [17] سواب‌های آلوده به ویروس برونشیت عفونی پرندگان (IBV)، پنوموویروس پرندگان (APV)، ویروس بیماری نیوکاسل (NDV) و ویروس آنفولانزای پرندگان (AIV) را مستقیماً در معرض مایکروویو با فرکانس 2450 مگاهرتز و 900 وات قرار داد. در میان آنها، ویروس‌های APV و IBV علاوه بر این در کشت اندام‌های نای به دست آمده از جنین‌های جوجه نسل پنجم نیز شناسایی شدند. اگرچه ویروس قابل جداسازی نبود، اما اسید نوکلئیک ویروسی همچنان توسط RT-PCR شناسایی شد. بن-شوشان [18] به مدت 30 ثانیه مستقیماً امواج الکترومغناطیسی 2450 مگاهرتز و 750 وات را در معرض 15 نمونه شیر مادر مثبت از نظر سیتومگالوویروس (CMV) قرار داد. تشخیص آنتی‌ژن توسط Shell-Vial غیرفعال‌سازی کامل CMV را نشان داد. با این حال، در 500 وات، 2 نمونه از 15 نمونه غیرفعال‌سازی کامل را به دست نیاوردند، که نشان دهنده همبستگی مثبت بین راندمان غیرفعال‌سازی و قدرت امواج الکترومغناطیسی است.
همچنین شایان ذکر است که یانگ [13] فرکانس رزونانس بین امواج الکترومغناطیسی و ویروس‌ها را بر اساس مدل‌های فیزیکی تثبیت‌شده پیش‌بینی کرد. سوسپانسیونی از ذرات ویروس H3N2 با چگالی 7.5 × 1014 متر مکعب، که توسط سلول‌های کلیه سگ حساس به ویروس Madin Darby (MDCK) تولید شده بود، به مدت 15 دقیقه مستقیماً در معرض امواج الکترومغناطیسی با فرکانس 8 گیگاهرتز و توان 820 وات بر متر مربع قرار گرفت. سطح غیرفعال‌سازی ویروس H3N2 به 100٪ می‌رسد. با این حال، در آستانه نظری 82 وات بر متر مربع، تنها 38٪ 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 رزونانس (8.5-20 گیگاهرتز) بین امواج الکترومغناطیسی و SARS-CoV-2 را محاسبه کرد و نتیجه گرفت که 7.5 × 1014 متر مکعب از SARS-CoV-2 در معرض امواج الکترومغناطیسی موجی با فرکانس 10-17 گیگاهرتز و چگالی توان 14.5 ± 1 W/m2 به مدت تقریباً 15 دقیقه منجر به غیرفعال شدن 100٪ خواهد شد. مطالعه اخیر وانگ [19] نشان داد که فرکانس‌های رزونانس SARS-CoV-2 4 و 7.5 گیگاهرتز هستند که وجود فرکانس‌های رزونانس مستقل از تیتر ویروس را تأیید می‌کند.
در نتیجه، می‌توان گفت که امواج الکترومغناطیسی می‌توانند بر آئروسل‌ها و سوسپانسیون‌ها و همچنین فعالیت ویروس‌ها روی سطوح تأثیر بگذارند. مشخص شد که اثربخشی غیرفعال‌سازی ارتباط نزدیکی با فرکانس و قدرت امواج الکترومغناطیسی و محیط مورد استفاده برای رشد ویروس دارد. علاوه بر این، فرکانس‌های الکترومغناطیسی مبتنی بر رزونانس‌های فیزیکی برای غیرفعال‌سازی ویروس بسیار مهم هستند [2، 13]. تاکنون، تأثیر امواج الکترومغناطیسی بر فعالیت ویروس‌های بیماری‌زا عمدتاً بر تغییر عفونت‌زایی متمرکز بوده است. با توجه به مکانیسم پیچیده، مطالعات متعددی تأثیر امواج الکترومغناطیسی بر تکثیر و رونویسی ویروس‌های بیماری‌زا را گزارش کرده‌اند.
مکانیسم‌هایی که امواج الکترومغناطیسی از طریق آنها ویروس‌ها را غیرفعال می‌کنند، ارتباط نزدیکی با نوع ویروس، فرکانس و قدرت امواج الکترومغناطیسی و محیط رشد ویروس دارند، اما تا حد زیادی ناشناخته باقی مانده‌اند. تحقیقات اخیر بر مکانیسم‌های انتقال انرژی رزونانس حرارتی، غیرحرارتی و ساختاری متمرکز شده است.
اثر حرارتی به عنوان افزایش دما ناشی از چرخش پرسرعت، برخورد و اصطکاک مولکول‌های قطبی در بافت‌ها تحت تأثیر امواج الکترومغناطیسی درک می‌شود. به دلیل این خاصیت، امواج الکترومغناطیسی می‌توانند دمای ویروس را بالاتر از آستانه تحمل فیزیولوژیکی افزایش دهند و باعث مرگ ویروس شوند. با این حال، ویروس‌ها حاوی مولکول‌های قطبی کمی هستند، که نشان می‌دهد اثرات حرارتی مستقیم بر ویروس‌ها نادر است [1]. برعکس، مولکول‌های قطبی بسیار بیشتری در محیط و محیط وجود دارد، مانند مولکول‌های آب، که مطابق با میدان الکتریکی متناوب تحریک شده توسط امواج الکترومغناطیسی حرکت می‌کنند و از طریق اصطکاک گرما تولید می‌کنند. سپس گرما به ویروس منتقل می‌شود تا دمای آن را افزایش دهد. هنگامی که آستانه تحمل از حد مجاز فراتر رود، اسیدهای نوکلئیک و پروتئین‌ها از بین می‌روند که در نهایت باعث کاهش عفونت‌زایی و حتی غیرفعال شدن ویروس می‌شود.
چندین گروه گزارش داده‌اند که امواج الکترومغناطیسی می‌توانند از طریق قرار گرفتن در معرض حرارت، عفونت‌زایی ویروس‌ها را کاهش دهند [1، 3، 8]. کازمارچیک [8] سوسپانسیون‌های کروناویروس 229E را به مدت 0.2 تا 0.7 ثانیه در معرض امواج الکترومغناطیسی با فرکانس 95 گیگاهرتز با چگالی توان 70 تا 100 وات بر سانتی‌متر مربع قرار داد. نتایج نشان داد که افزایش دما به میزان 100 درجه سانتیگراد در طول این فرآیند به تخریب مورفولوژی ویروس و کاهش فعالیت ویروس کمک می‌کند. این اثرات حرارتی را می‌توان با عملکرد امواج الکترومغناطیسی بر روی مولکول‌های آب اطراف توضیح داد. سیدارتا [3] سوسپانسیون‌های کشت سلولی حاوی HCV از ژنوتیپ‌های مختلف، شامل GT1a، GT2a، GT3a، GT4a، GT5a، GT6a و GT7a را با امواج الکترومغناطیسی با فرکانس 2450 مگاهرتز و توان‌های 90 و 180 وات، 360 وات، 600 وات و 800 وات تحت تابش قرار داد. با افزایش دمای محیط کشت سلولی از 26 درجه سانتیگراد به 92 درجه سانتیگراد، تابش الکترومغناطیسی باعث کاهش عفونت‌زایی ویروس یا غیرفعال شدن کامل ویروس شد. اما HCV برای مدت کوتاهی در توان کم (90 یا 180 وات، 3 دقیقه) یا توان بالاتر (600 یا 800 وات، 1 دقیقه) در معرض امواج الکترومغناطیسی قرار گرفت، در حالی که افزایش قابل توجهی در دما مشاهده نشد و تغییر قابل توجهی در عفونت‌زایی یا فعالیت ویروس مشاهده نشد.
نتایج فوق نشان می‌دهد که اثر حرارتی امواج الکترومغناطیسی یک عامل کلیدی مؤثر بر عفونت‌زایی یا فعالیت ویروس‌های بیماری‌زا است. علاوه بر این، مطالعات متعدد نشان داده‌اند که اثر حرارتی تابش الکترومغناطیسی، ویروس‌های بیماری‌زا را مؤثرتر از UV-C و گرمایش معمولی غیرفعال می‌کند [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 لرزش مولکول‌ها شوند که در نتیجه باعث کاهش زیست‌پذیری یا حتی مرگ می‌شود [10]. اعتقاد بر این است که تغییر سریع قطبیت امواج الکترومغناطیسی باعث قطبش پروتئین می‌شود که منجر به پیچش و انحنای ساختار پروتئین و در نهایت دناتوراسیون پروتئین می‌شود [11].
اثر غیرحرارتی امواج الکترومغناطیسی بر غیرفعال‌سازی ویروس همچنان بحث‌برانگیز است، اما اکثر مطالعات نتایج مثبتی را نشان داده‌اند [1، 25]. همانطور که در بالا ذکر شد، امواج الکترومغناطیسی می‌توانند مستقیماً به پروتئین پوششی ویروس MS2 نفوذ کرده و اسید نوکلئیک ویروس را از بین ببرند. علاوه بر این، آئروسل‌های ویروس MS2 نسبت به MS2 آبی نسبت به امواج الکترومغناطیسی بسیار حساس‌تر هستند. به دلیل مولکول‌های قطبی کمتر، مانند مولکول‌های آب، در محیط اطراف آئروسل‌های ویروس MS2، اثرات آترمی ممکن است نقش کلیدی در غیرفعال‌سازی ویروس با واسطه موج الکترومغناطیسی داشته باشند [1].
پدیده رزونانس به تمایل یک سیستم فیزیکی برای جذب انرژی بیشتر از محیط خود در فرکانس و طول موج طبیعی آن اشاره دارد. رزونانس در بسیاری از نقاط طبیعت رخ می‌دهد. مشخص است که ویروس‌ها با مایکروویوهایی با فرکانس یکسان در یک حالت دوقطبی صوتی محدود، یک پدیده رزونانس، رزونانس می‌کنند [2، 13، 26]. حالت‌های رزونانس برهمکنش بین یک موج الکترومغناطیسی و یک ویروس، توجه بیشتری را به خود جلب می‌کنند. تأثیر انتقال انرژی رزونانس 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 می‌شود، جایی که اندازه و pH ذره ویروسی به ترتیب فرکانس رزونانس و جذب انرژی را تعیین می‌کنند [2، 13، 19].
اثر رزونانس فیزیکی امواج الکترومغناطیسی نقش کلیدی در غیرفعال‌سازی ویروس‌های پوشش‌دار دارد که توسط غشای دولایه جاسازی‌شده در پروتئین‌های ویروسی احاطه شده‌اند. محققان دریافتند که غیرفعال‌سازی H3N2 توسط امواج الکترومغناطیسی با فرکانس 6 گیگاهرتز و چگالی توان 486 وات بر متر مربع عمدتاً ناشی از پارگی فیزیکی پوسته به دلیل اثر رزونانس است [13]. دمای سوسپانسیون H3N2 پس از 15 دقیقه قرار گرفتن در معرض، تنها 7 درجه سانتیگراد افزایش یافت، با این حال، برای غیرفعال‌سازی ویروس H3N2 انسانی توسط گرمایش حرارتی، دمایی بالاتر از 55 درجه سانتیگراد مورد نیاز است [9]. پدیده‌های مشابهی برای ویروس‌هایی مانند SARS-CoV-2 و H3N1 مشاهده شده است [13، 14]. علاوه بر این، غیرفعال‌سازی ویروس‌ها توسط امواج الکترومغناطیسی منجر به تخریب ژنوم RNA ویروسی نمی‌شود [1،13،14]. بنابراین، غیرفعال‌سازی ویروس H3N2 به جای قرار گرفتن در معرض حرارت، توسط رزونانس فیزیکی انجام شد [13].
در مقایسه با اثر حرارتی امواج الکترومغناطیسی، غیرفعال‌سازی ویروس‌ها از طریق رزونانس فیزیکی به پارامترهای دوز پایین‌تری نیاز دارد که پایین‌تر از استانداردهای ایمنی مایکروویو تعیین‌شده توسط موسسه مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) است [2، 13]. فرکانس رزونانس و دوز توان به خواص فیزیکی ویروس، مانند اندازه ذرات و خاصیت ارتجاعی بستگی دارد و همه ویروس‌های درون فرکانس رزونانس می‌توانند به طور مؤثر برای غیرفعال‌سازی هدف قرار گیرند. با توجه به نرخ نفوذ بالا، عدم وجود تابش یونیزه‌کننده و ایمنی خوب، غیرفعال‌سازی ویروس با واسطه اثر آترمی CPET برای درمان بیماری‌های بدخیم انسانی ناشی از ویروس‌های بیماری‌زا امیدوارکننده است [14، 26].
بر اساس اجرای غیرفعال‌سازی ویروس‌ها در فاز مایع و روی سطح رسانه‌های مختلف، امواج الکترومغناطیسی می‌توانند به طور مؤثر با آئروسل‌های ویروسی مقابله کنند [1، 26]، که یک پیشرفت بزرگ است و برای کنترل انتقال ویروس و جلوگیری از انتقال ویروس در جامعه از اهمیت زیادی برخوردار است. اپیدمی. علاوه بر این، کشف خواص رزونانس فیزیکی امواج الکترومغناطیسی در این زمینه از اهمیت بالایی برخوردار است. تا زمانی که فرکانس رزونانس یک ویریون خاص و امواج الکترومغناطیسی شناخته شده باشد، می‌توان تمام ویروس‌های موجود در محدوده فرکانس رزونانس زخم را هدف قرار داد، که با روش‌های سنتی غیرفعال‌سازی ویروس قابل دستیابی نیست [13،14،26]. غیرفعال‌سازی الکترومغناطیسی ویروس‌ها یک تحقیق امیدوارکننده با ارزش و پتانسیل تحقیقاتی و کاربردی عالی است.
در مقایسه با فناوری سنتی کشتن ویروس، امواج الکترومغناطیسی به دلیل خواص فیزیکی منحصر به فرد خود، ویژگی‌های ساده، مؤثر و عملی محافظت از محیط زیست را در هنگام کشتن ویروس‌ها دارند [2، 13]. با این حال، مشکلات زیادی باقی مانده است. اولاً، دانش مدرن محدود به خواص فیزیکی امواج الکترومغناطیسی است و مکانیسم استفاده از انرژی در طول انتشار امواج الکترومغناطیسی فاش نشده است [10، 27]. مایکروویوها، 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، به ویژه در فرکانس‌های 100 کیلوهرتز تا 300 مگاهرتز و از 300 گیگاهرتز تا 10 تراهرتز، گزارش نشده است. ثانیاً، مکانیسم کشتن ویروس‌های بیماری‌زا توسط امواج الکترومغناطیسی روشن نشده است و فقط ویروس‌های کروی و میله‌ای شکل مورد مطالعه قرار گرفته‌اند [2]. علاوه بر این، ذرات ویروس کوچک، بدون سلول هستند، به راحتی جهش می‌یابند و به سرعت پخش می‌شوند که می‌تواند از غیرفعال‌سازی ویروس جلوگیری کند. فناوری امواج الکترومغناطیسی هنوز برای غلبه بر مانع غیرفعال‌سازی ویروس‌های بیماری‌زا نیاز به بهبود دارد. در نهایت، جذب بالای انرژی تابشی توسط مولکول‌های قطبی در محیط، مانند مولکول‌های آب، منجر به اتلاف انرژی می‌شود. علاوه بر این، اثربخشی SRET ممکن است تحت تأثیر چندین مکانیسم ناشناخته در ویروس‌ها قرار گیرد [28]. اثر SRET همچنین می‌تواند ویروس را برای سازگاری با محیط خود تغییر دهد و در نتیجه در برابر امواج الکترومغناطیسی مقاومت ایجاد کند [29].
در آینده، فناوری غیرفعال‌سازی ویروس با استفاده از امواج الکترومغناطیسی باید بیشتر بهبود یابد. تحقیقات علمی بنیادی باید با هدف روشن کردن مکانیسم غیرفعال‌سازی ویروس توسط امواج الکترومغناطیسی انجام شود. به عنوان مثال، مکانیسم استفاده از انرژی ویروس‌ها هنگام قرار گرفتن در معرض امواج الکترومغناطیسی، مکانیسم دقیق عمل غیر حرارتی که ویروس‌های بیماری‌زا را از بین می‌برد و مکانیسم اثر SRET بین امواج الکترومغناطیسی و انواع مختلف ویروس‌ها باید به طور سیستماتیک روشن شود. تحقیقات کاربردی باید بر چگونگی جلوگیری از جذب بیش از حد انرژی تابشی توسط مولکول‌های قطبی، مطالعه تأثیر امواج الکترومغناطیسی با فرکانس‌های مختلف بر ویروس‌های بیماری‌زا و مطالعه اثرات غیر حرارتی امواج الکترومغناطیسی در تخریب ویروس‌های بیماری‌زا تمرکز کنند.
امواج الکترومغناطیسی به روشی امیدوارکننده برای غیرفعال‌سازی ویروس‌های بیماری‌زا تبدیل شده‌اند. فناوری امواج الکترومغناطیسی دارای مزایایی از جمله آلودگی کم، هزینه کم و راندمان بالای غیرفعال‌سازی ویروس‌های بیماری‌زا است که می‌تواند بر محدودیت‌های فناوری سنتی ضد ویروس غلبه کند. با این حال، تحقیقات بیشتری برای تعیین پارامترهای فناوری امواج الکترومغناطیسی و روشن شدن مکانیسم غیرفعال‌سازی ویروس مورد نیاز است.
دوز مشخصی از تابش موج الکترومغناطیسی می‌تواند ساختار و فعالیت بسیاری از ویروس‌های بیماری‌زا را از بین ببرد. کارایی غیرفعال‌سازی ویروس ارتباط نزدیکی با فرکانس، چگالی توان و زمان قرار گرفتن در معرض آن دارد. علاوه بر این، مکانیسم‌های بالقوه شامل اثرات حرارتی، غیرحرارتی و رزونانس ساختاری انتقال انرژی هستند. در مقایسه با فناوری‌های ضد ویروسی سنتی، غیرفعال‌سازی ویروس مبتنی بر موج الکترومغناطیسی مزایای سادگی، راندمان بالا و آلودگی کم را دارد. بنابراین، غیرفعال‌سازی ویروس با واسطه موج الکترومغناطیسی به یک تکنیک ضد ویروسی امیدوارکننده برای کاربردهای آینده تبدیل شده است.
یو. تأثیر تابش مایکروویو و پلاسمای سرد بر فعالیت بیوآئروسل و مکانیسم‌های مرتبط. دانشگاه پکن. سال ۲۰۱۳.
سان سی کی، تسای وای سی، چن یه، لیو تی ام، چن اچ وای، وانگ اچ سی و همکاران. کوپلینگ دوقطبی تشدیدی مایکروویوها و نوسانات صوتی محدود در باکولوویروس‌ها. گزارش علمی 2017؛ 7(1):4611.
سیدارتا آ، فایندر اس، مالسا آ، دوربکر جی، آنگاکوسوما، انگلمن ام و همکاران. غیرفعال‌سازی HCV و HIV با مایکروویو: رویکردی جدید برای جلوگیری از انتقال ویروس در بین مصرف‌کنندگان تزریقی مواد مخدر. گزارش علمی ۲۰۱۶؛ ۶:۳۶۶۱۹.
یان اس ایکس، وانگ آر ان، کای وای جی، سونگ وای ال، کیو وی اچ ال. بررسی و مشاهده تجربی آلودگی اسناد بیمارستانی توسط ضدعفونی با مایکروویو [J] مجله پزشکی چین. ۱۹۸۷؛ ۴: ۲۲۱-۲.
سان وی، مطالعه مقدماتی مکانیسم غیرفعال‌سازی و اثربخشی دی‌کلروایزوسیانات سدیم علیه باکتریوفاژ MS2. دانشگاه سیچوان، ۲۰۰۷.
یانگ لی، مطالعه مقدماتی اثر غیرفعال‌سازی و مکانیسم عمل او-فتال‌آلدهید بر باکتریوفاژ MS2. دانشگاه سیچوان، ۲۰۰۷.
وو یه، خانم یائو. غیرفعال‌سازی یک ویروس معلق در هوا در محل توسط تابش مایکروویو. بولتن علمی چین. 2014؛59(13):1438-45.
کاچمارچیک ال.اس، مارسای کی.اس، شوچنکو اس.، پیلوسوف ام.، لوی ان.، عینات ام. و همکاران. کروناویروس‌ها و فلج اطفال به پالس‌های کوتاه تابش سیکلوترون باند W حساس هستند. نامه‌ای در مورد شیمی محیط زیست. 2021؛19(6):3967-72.
یانگس ام، لیو وی‌ام، ون در وریس ای، جاکوبی آر، پرونک آی، بوگ اس و همکاران. غیرفعال‌سازی ویروس آنفولانزا برای مطالعات آنتی‌ژنی و سنجش مقاومت در برابر مهارکننده‌های فنوتیپی نورآمینیداز. 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 غیرحرارتی مایکروویو بر میکروارگانیسم‌های غذایی و فناوری استریلیزاسیون مایکروویو [JJ دانشگاه ملیت‌های جنوب غربی (نسخه علوم طبیعی). 2006؛ 6: 1219–22.
آفاگی پی، لاپولا ام ای، گاندی کی. دناتوراسیون پروتئین اسپایک SARS-CoV-2 تحت تابش مایکروویو آترمی. گزارش علمی 2021؛ 11(1):23373.
یانگ اس سی، لین اچ سی، لیو تی ام، لو جی تی، هونگ دبلیو تی، هوانگ وای آر و همکاران. انتقال کارآمد انرژی رزونانس ساختاری از مایکروویوها به نوسانات صوتی محدود در ویروس‌ها. گزارش علمی ۲۰۱۵؛ ۵:۱۸۰۳۰.
باربورا ای، مینس آر. درمان ضد ویروسی هدفمند با استفاده از پرتودرمانی غیر یونیزان برای SARS-CoV-2 و آمادگی برای یک بیماری همه‌گیر ویروسی: روش‌ها، متدها و یادداشت‌های عملی برای کاربرد بالینی. PLOS One. 2021;16(5):e0251780.
یانگ هیومینگ. استریلیزاسیون با مایکروویو و عوامل مؤثر بر آن. مجله پزشکی چین. 1993؛ (04): 246-51.
پیج دبلیو جی، مارتین دبلیو جی. بقای میکروب‌ها در اجاق‌های مایکروویو. شما می‌توانید J Microorganisms. 1978;24(11):1431-3.
Elhafi G.، Naylor SJ، Savage KE، Jones RS درمان با مایکروویو یا اتوکلاو، عفونت‌زایی ویروس برونشیت عفونی و پنوموویروس پرندگان را از بین می‌برد، اما امکان تشخیص آنها را با استفاده از واکنش زنجیره‌ای پلیمراز رونویسی معکوس فراهم می‌کند. بیماری طیور. 2004؛33(3):303-6.
بن-شوشان م.، مندل د.، لوبزکی ر.، دولبرگ س.، میمونی ف.ب. ریشه‌کنی سیتومگالوویروس از شیر مادر با مایکروویو: یک مطالعه آزمایشی. داروی شیردهی. 2016؛ 11: 186-7.
وانگ پی‌جی، پانگ وای‌اچ، هوانگ اس‌وای، فانگ جی‌تی، چانگ اس‌وای، شی اس‌آر و همکاران. جذب رزونانس مایکروویو ویروس SARS-CoV-2. گزارش علمی 2022؛ 12(1): 12596.
سابینو سی پی، سلرا اف پی، سیلز-مدینا دی اف، ماچادو آر آر جی، دوریگُن ای ال، فریتاس-جونیور ال اچ و غیره. دوز کشنده UV-C (254 نانومتر) برای SARS-CoV-2. تشخیص نوری، فتوداین تر. 2020؛ 32:101995.
استورم ان، مک‌کی LGA، داونز اس‌ان، جانسون آر‌آی، بیرو دی، دی سمبر ام و غیره. غیرفعال‌سازی سریع و کامل SARS-CoV-2 توسط UV-C. گزارش علمی 2020؛ 10(1):22421.