Tác động của sóng điện từ lên vi-rút gây bệnh và các cơ chế liên quan: một bài đánh giá trên Tạp chí Vi-rút học

Nhiễm trùng do vi-rút gây bệnh đã trở thành một vấn đề lớn về sức khỏe cộng đồng trên toàn thế giới. Vi-rút có thể lây nhiễm cho tất cả các sinh vật tế bào và gây ra các mức độ tổn thương và thiệt hại khác nhau, dẫn đến bệnh tật và thậm chí tử vong. Với sự phổ biến của các loại vi-rút có khả năng gây bệnh cao như vi-rút corona gây hội chứng hô hấp cấp tính nặng 2 (SARS-CoV-2), nhu cầu cấp thiết phải phát triển các phương pháp hiệu quả và an toàn để vô hiệu hóa vi-rút gây bệnh. Các phương pháp truyền thống để vô hiệu hóa vi-rút gây bệnh rất thiết thực nhưng có một số hạn chế. Với đặc điểm là khả năng xuyên thấu cao, cộng hưởng vật lý và không gây ô nhiễm, sóng điện từ đã trở thành một chiến lược tiềm năng để vô hiệu hóa vi-rút gây bệnh và đang thu hút ngày càng nhiều sự chú ý. Bài viết này cung cấp tổng quan về các ấn phẩm gần đây về tác động của sóng điện từ đối với vi-rút gây bệnh và cơ chế của chúng, cũng như triển vọng sử dụng sóng điện từ để vô hiệu hóa vi-rút gây bệnh, cũng như các ý tưởng và phương pháp mới để vô hiệu hóa như vậy.
Nhiều loại vi-rút lây lan nhanh, tồn tại trong thời gian dài, có khả năng gây bệnh cao và có thể gây ra các dịch bệnh toàn cầu và các rủi ro nghiêm trọng đối với sức khỏe. Phòng ngừa, phát hiện, xét nghiệm, diệt trừ và điều trị là những bước chính để ngăn chặn sự lây lan của vi-rút. Việc loại bỏ nhanh chóng và hiệu quả các loại vi-rút gây bệnh bao gồm loại bỏ dự phòng, bảo vệ và nguồn gốc. Vô hiệu hóa các loại vi-rút gây bệnh bằng cách phá hủy sinh lý để giảm khả năng lây nhiễm, khả năng gây bệnh và khả năng sinh sản của chúng là một phương pháp hiệu quả để loại bỏ chúng. Các phương pháp truyền thống, bao gồm nhiệt độ cao, hóa chất và bức xạ ion hóa, có thể vô hiệu hóa hiệu quả các loại vi-rút gây bệnh. Tuy nhiên, các phương pháp này vẫn còn một số hạn chế. Do đó, vẫn cần phải phát triển các chiến lược sáng tạo để vô hiệu hóa các loại vi-rút gây bệnh.
Việc phát ra sóng điện từ có những ưu điểm là khả năng xuyên thấu cao, làm nóng nhanh và đồng đều, cộng hưởng với vi sinh vật và giải phóng plasma, và được kỳ vọng sẽ trở thành một phương pháp thực tế để vô hiệu hóa vi-rút gây bệnh [1,2,3]. Khả năng vô hiệu hóa vi-rút gây bệnh của sóng điện từ đã được chứng minh vào thế kỷ trước [4]. Trong những năm gần đây, việc sử dụng sóng điện từ để vô hiệu hóa vi-rút gây bệnh đã thu hút được sự chú ý ngày càng tăng. Bài viết này thảo luận về tác động của sóng điện từ lên vi-rút gây bệnh và cơ chế của chúng, có thể đóng vai trò là hướng dẫn hữu ích cho nghiên cứu cơ bản và ứng dụng.
Đặc điểm hình thái của virus có thể phản ánh các chức năng như khả năng sống sót và khả năng lây nhiễm. Người ta đã chứng minh rằng sóng điện từ, đặc biệt là sóng điện từ tần số cực cao (UHF) và tần số cực cao (EHF), có thể phá vỡ hình thái của virus.
Bacteriophage MS2 (MS2) thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau như đánh giá khử trùng, mô hình động học (dạng nước) và đặc tính sinh học của các phân tử vi-rút [5, 6]. Wu phát hiện ra rằng vi sóng ở tần số 2450 MHz và 700 W gây ra sự kết tụ và co lại đáng kể của các phage MS2 dưới nước sau 1 phút chiếu xạ trực tiếp [1]. Sau khi nghiên cứu sâu hơn, người ta cũng quan sát thấy một vết nứt trên bề mặt của phage MS2 [7]. Kaczmarczyk [8] đã phơi nhiễm các mẫu huyền phù của vi-rút corona 229E (CoV-229E) với sóng milimet có tần số 95 GHz và mật độ công suất từ ​​70 đến 100 W/cm2 trong 0,1 giây. Có thể tìm thấy các lỗ lớn trên lớp vỏ hình cầu thô ráp của vi-rút, dẫn đến mất đi nội dung của nó. Tiếp xúc với sóng điện từ có thể phá hủy các dạng vi-rút. Tuy nhiên, những thay đổi về đặc tính hình thái, chẳng hạn như hình dạng, đường kính và độ nhẵn bề mặt, sau khi tiếp xúc với vi-rút bằng bức xạ điện từ vẫn chưa được biết rõ. Do đó, điều quan trọng là phải phân tích mối quan hệ giữa các đặc điểm hình thái và rối loạn chức năng, có thể cung cấp các chỉ số có giá trị và thuận tiện để đánh giá quá trình bất hoạt vi-rút [1].
Cấu trúc của virus thường bao gồm một axit nucleic bên trong (RNA hoặc DNA) và một vỏ ngoài. Axit nucleic quyết định đặc tính di truyền và sao chép của virus. Vỏ ngoài là lớp ngoài của các tiểu đơn vị protein được sắp xếp đều đặn, là khung đỡ cơ bản và thành phần kháng nguyên của các hạt virus, đồng thời cũng bảo vệ axit nucleic. Hầu hết các virus đều có cấu trúc vỏ bao gồm lipid và glycoprotein. Ngoài ra, protein vỏ bao xác định tính đặc hiệu của các thụ thể và đóng vai trò là kháng nguyên chính mà hệ thống miễn dịch của vật chủ có thể nhận ra. Cấu trúc hoàn chỉnh đảm bảo tính toàn vẹn và tính ổn định di truyền của virus.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng sóng điện từ, đặc biệt là sóng điện từ UHF, có thể làm hỏng RNA của vi-rút gây bệnh. Wu [1] đã tiếp xúc trực tiếp môi trường nước của vi-rút MS2 với sóng vi ba 2450 MHz trong 2 phút và phân tích các gen mã hóa protein A, protein capsid, protein sao chép và protein phân cắt bằng điện di gel và phản ứng chuỗi polymerase phiên mã ngược (RT-PCR). Các gen này bị phá hủy dần dần khi mật độ công suất tăng và thậm chí biến mất ở mật độ công suất cao nhất. Ví dụ, biểu hiện của gen protein A (934 bp) giảm đáng kể sau khi tiếp xúc với sóng điện từ có công suất 119 và 385 W và biến mất hoàn toàn khi mật độ công suất tăng lên 700 W. Những dữ liệu này chỉ ra rằng sóng điện từ có thể, tùy thuộc vào liều lượng, phá hủy cấu trúc axit nucleic của vi-rút.
Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng tác động của sóng điện từ lên protein virus gây bệnh chủ yếu dựa trên tác động nhiệt gián tiếp của chúng lên các chất trung gian và tác động gián tiếp của chúng lên quá trình tổng hợp protein do phá hủy axit nucleic [1, 3, 8, 9]. Tuy nhiên, các hiệu ứng athermic cũng có thể thay đổi cực tính hoặc cấu trúc của protein virus [1, 10, 11]. Tác động trực tiếp của sóng điện từ lên các protein cấu trúc/phi cấu trúc cơ bản như protein capsid, protein vỏ hoặc protein gai của virus gây bệnh vẫn cần được nghiên cứu thêm. Gần đây, người ta cho rằng 2 phút bức xạ điện từ ở tần số 2,45 GHz với công suất 700 W có thể tương tác với các phân số khác nhau của điện tích protein thông qua sự hình thành các điểm nóng và dao động trường điện thông qua các hiệu ứng hoàn toàn là điện từ [12].
Vỏ của vi-rút gây bệnh có liên quan chặt chẽ đến khả năng lây nhiễm hoặc gây bệnh của nó. Một số nghiên cứu đã báo cáo rằng sóng điện từ UHF và vi sóng có thể phá hủy lớp vỏ của vi-rút gây bệnh. Như đã đề cập ở trên, có thể phát hiện các lỗ riêng biệt trong vỏ vi-rút của vi-rút corona 229E sau 0,1 giây tiếp xúc với sóng milimet 95 GHz ở mật độ công suất từ ​​70 đến 100 W/cm2 [8]. Hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng của sóng điện từ có thể gây ra đủ ứng suất để phá hủy cấu trúc của vỏ vi-rút. Đối với vi-rút có vỏ, sau khi vỏ bị vỡ, khả năng lây nhiễm hoặc một số hoạt động thường giảm hoặc mất hoàn toàn [13, 14]. Yang [13] đã tiếp xúc vi-rút cúm H3N2 (H3N2) và vi-rút cúm H1N1 (H1N1) với vi-rút vi sóng ở tần số 8,35 GHz, 320 W/m² và 7 GHz, 308 W/m² trong 15 phút. Để so sánh các tín hiệu RNA của virus gây bệnh tiếp xúc với sóng điện từ và mô hình phân mảnh được đông lạnh và rã đông ngay trong nitơ lỏng trong nhiều chu kỳ, RT-PCR đã được thực hiện. Kết quả cho thấy các tín hiệu RNA của hai mô hình rất nhất quán. Những kết quả này chỉ ra rằng cấu trúc vật lý của virus bị phá vỡ và cấu trúc vỏ bị phá hủy sau khi tiếp xúc với bức xạ vi sóng.
Hoạt động của một loại virus có thể được đặc trưng bởi khả năng lây nhiễm, sao chép và phiên mã của nó. Khả năng lây nhiễm hoặc hoạt động của virus thường được đánh giá bằng cách đo nồng độ virus bằng xét nghiệm mảng bám, liều lây nhiễm trung bình nuôi cấy mô (TCID50) hoặc hoạt động của gen báo cáo luciferase. Nhưng nó cũng có thể được đánh giá trực tiếp bằng cách phân lập virus sống hoặc bằng cách phân tích kháng nguyên virus, mật độ hạt virus, khả năng sống sót của virus, v.v.
Người ta đã báo cáo rằng sóng điện từ UHF, SHF và EHF có thể trực tiếp vô hiệu hóa các hạt khí dung virus hoặc virus trong nước. Wu [1] đã tiếp xúc với hạt khí dung thực khuẩn MS2 do máy phun sương trong phòng thí nghiệm tạo ra với sóng điện từ có tần số 2450 MHz và công suất 700 W trong 1,7 phút, trong khi tỷ lệ sống sót của thực khuẩn MS2 chỉ là 8,66%. Tương tự như hạt khí dung virus MS2, 91,3% MS2 trong nước bị vô hiệu hóa trong vòng 1,5 phút sau khi tiếp xúc với cùng liều sóng điện từ. Ngoài ra, khả năng vô hiệu hóa virus MS2 của bức xạ điện từ có mối tương quan tích cực với mật độ công suất và thời gian tiếp xúc. Tuy nhiên, khi hiệu suất vô hiệu hóa đạt giá trị tối đa, hiệu suất vô hiệu hóa không thể được cải thiện bằng cách tăng thời gian tiếp xúc hoặc tăng mật độ công suất. Ví dụ, vi-rút MS2 có tỷ lệ sống sót tối thiểu là 2,65% đến 4,37% sau khi tiếp xúc với sóng điện từ 2450 MHz và 700 W, và không có thay đổi đáng kể nào được tìm thấy khi thời gian tiếp xúc tăng dần. Siddharta [3] đã chiếu xạ một hỗn dịch nuôi cấy tế bào có chứa vi-rút viêm gan C (HCV)/vi-rút gây suy giảm miễn dịch ở người týp 1 (HIV-1) bằng sóng điện từ ở tần số 2450 MHz và công suất 360 W. Họ phát hiện ra rằng nồng độ vi-rút giảm đáng kể sau 3 phút tiếp xúc, cho thấy bức xạ sóng điện từ có hiệu quả chống lại khả năng lây nhiễm của HCV và HIV-1 và giúp ngăn ngừa sự lây truyền của vi-rút ngay cả khi tiếp xúc cùng nhau. Khi chiếu xạ các nuôi cấy tế bào HCV và hỗn dịch HIV-1 bằng sóng điện từ công suất thấp với tần số 2450 MHz, 90 W hoặc 180 W, không có thay đổi nào về nồng độ vi-rút, được xác định bởi hoạt động của chất báo cáo luciferase, và đã quan sát thấy sự thay đổi đáng kể về khả năng lây nhiễm của vi-rút. ở mức 600 và 800 W trong 1 phút, khả năng lây nhiễm của cả hai loại vi-rút đều không giảm đáng kể, điều này được cho là có liên quan đến cường độ bức xạ sóng điện từ và thời gian tiếp xúc với nhiệt độ tới hạn.
Kaczmarczyk [8] lần đầu tiên chứng minh khả năng gây tử vong của sóng điện từ EHF đối với các loại vi-rút gây bệnh trong nước vào năm 2021. Họ đã cho các mẫu vi-rút corona 229E hoặc vi-rút bại liệt (PV) tiếp xúc với sóng điện từ ở tần số 95 GHz và mật độ công suất từ ​​70 đến 100 W/cm2 trong 2 giây. Hiệu quả bất hoạt của hai loại vi-rút gây bệnh lần lượt là 99,98% và 99,375%. Điều này cho thấy sóng điện từ EHF có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực bất hoạt vi-rút.
Hiệu quả của việc vô hiệu hóa vi-rút bằng sóng UHF cũng đã được đánh giá trong nhiều phương tiện khác nhau như sữa mẹ và một số vật liệu thường dùng trong gia đình. Các nhà nghiên cứu đã cho mặt nạ gây mê bị nhiễm adenovirus (ADV), vi-rút bại liệt loại 1 (PV-1), vi-rút herpes 1 (HV-1) và vi-rút rhino (RHV) tiếp xúc với bức xạ điện từ ở tần số 2450 MHz và công suất 720 watt. Họ báo cáo rằng các xét nghiệm kháng nguyên ADV và PV-1 trở nên âm tính, và nồng độ HV-1, PIV-3 và RHV giảm xuống bằng 0, cho thấy tất cả các vi-rút đều bị vô hiệu hóa hoàn toàn sau 4 phút tiếp xúc [15, 16]. Elhafi [17] đã tiếp xúc trực tiếp với tăm bông bị nhiễm vi-rút viêm phế quản truyền nhiễm ở gia cầm (IBV), vi-rút phổi ở gia cầm (APV), vi-rút bệnh Newcastle (NDV) và vi-rút cúm gia cầm (AIV) trong lò vi sóng 2450 MHz, 900 W. mất khả năng lây nhiễm của chúng. Trong số đó, APV và IBV cũng được phát hiện trong các nuôi cấy các cơ quan khí quản lấy từ phôi gà thế hệ thứ 5. Mặc dù không thể phân lập được virus, axit nucleic của virus vẫn được phát hiện bằng RT-PCR. Ben-Shoshan [18] đã tiếp xúc trực tiếp với sóng điện từ 2450 MHz, 750 W với 15 mẫu sữa mẹ dương tính với cytomegalovirus (CMV) trong 30 giây. Phát hiện kháng nguyên bằng Shell-Vial cho thấy CMV bị bất hoạt hoàn toàn. Tuy nhiên, ở 500 W, 2 trong số 15 mẫu không đạt được sự bất hoạt hoàn toàn, điều này cho thấy mối tương quan tích cực giữa hiệu quả bất hoạt và công suất của sóng điện từ.
Cũng đáng chú ý là Yang [13] đã dự đoán tần số cộng hưởng giữa sóng điện từ và vi-rút dựa trên các mô hình vật lý đã được thiết lập. Một hỗn dịch các hạt vi-rút H3N2 có mật độ 7,5 × 1014 m-3, do các tế bào thận chó Madin Darby nhạy cảm với vi-rút (MDCK) tạo ra, được tiếp xúc trực tiếp với sóng điện từ ở tần số 8 GHz và công suất 820 W/m² trong 15 phút. Mức độ bất hoạt của vi-rút H3N2 đạt 100%. Tuy nhiên, ở ngưỡng lý thuyết là 82 W/m2, chỉ có 38% vi-rút H3N2 bị bất hoạt, điều này cho thấy hiệu quả bất hoạt vi-rút do EM làm trung gian có liên quan chặt chẽ đến mật độ công suất. Dựa trên nghiên cứu này, Barbora [14] đã tính toán dải tần số cộng hưởng (8,5–20 GHz) giữa sóng điện từ và SARS-CoV-2 và kết luận rằng 7,5 × 1014 m-3 của SARS-CoV-2 tiếp xúc với sóng điện từ Một sóng có tần số 10-17 GHz và mật độ công suất 14,5 ± 1 W/m2 trong khoảng 15 phút sẽ dẫn đến việc vô hiệu hóa 100%. Một nghiên cứu gần đây của Wang [19] cho thấy tần số cộng hưởng của SARS-CoV-2 là 4 và 7,5 GHz, xác nhận sự tồn tại của tần số cộng hưởng không phụ thuộc vào nồng độ vi-rút.
Tóm lại, chúng ta có thể nói rằng sóng điện từ có thể ảnh hưởng đến các hạt khí dung và huyền phù, cũng như hoạt động của vi-rút trên bề mặt. Người ta thấy rằng hiệu quả của quá trình bất hoạt có liên quan chặt chẽ đến tần số và công suất của sóng điện từ và môi trường được sử dụng để vi-rút phát triển. Ngoài ra, tần số điện từ dựa trên cộng hưởng vật lý rất quan trọng đối với quá trình bất hoạt vi-rút [2, 13]. Cho đến nay, tác động của sóng điện từ đối với hoạt động của vi-rút gây bệnh chủ yếu tập trung vào việc thay đổi khả năng lây nhiễm. Do cơ chế phức tạp, một số nghiên cứu đã báo cáo tác động của sóng điện từ đối với quá trình sao chép và phiên mã của vi-rút gây bệnh.
Các cơ chế mà sóng điện từ vô hiệu hóa vi-rút có liên quan chặt chẽ đến loại vi-rút, tần số và công suất của sóng điện từ và môi trường phát triển của vi-rút, nhưng vẫn chưa được khám phá nhiều. Nghiên cứu gần đây tập trung vào các cơ chế truyền năng lượng cộng hưởng nhiệt, phi nhiệt và cấu trúc.
Hiệu ứng nhiệt được hiểu là sự gia tăng nhiệt độ do sự quay, va chạm và ma sát tốc độ cao của các phân tử phân cực trong mô dưới tác động của sóng điện từ. Do tính chất này, sóng điện từ có thể làm tăng nhiệt độ của vi-rút lên trên ngưỡng chịu đựng sinh lý, khiến vi-rút chết. Tuy nhiên, vi-rút chứa ít phân tử phân cực, điều này cho thấy tác động nhiệt trực tiếp lên vi-rút là rất hiếm [1]. Ngược lại, có nhiều phân tử phân cực hơn trong môi trường và môi trường, chẳng hạn như phân tử nước, chuyển động theo trường điện xen kẽ do sóng điện từ kích thích, tạo ra nhiệt thông qua ma sát. Nhiệt sau đó được truyền cho vi-rút để tăng nhiệt độ của nó. Khi vượt quá ngưỡng chịu đựng, axit nucleic và protein bị phá hủy, cuối cùng làm giảm khả năng lây nhiễm và thậm chí làm bất hoạt vi-rút.
Một số nhóm đã báo cáo rằng sóng điện từ có thể làm giảm khả năng lây nhiễm của vi-rút thông qua tiếp xúc nhiệt [1, 3, 8]. Kaczmarczyk [8] đã tiếp xúc các hỗn dịch của vi-rút corona 229E với sóng điện từ ở tần số 95 GHz với mật độ công suất từ ​​70 đến 100 W/cm² trong 0,2-0,7 giây. Kết quả cho thấy nhiệt độ tăng 100°C trong quá trình này đã góp phần phá hủy hình thái vi-rút và làm giảm hoạt động của vi-rút. Những hiệu ứng nhiệt này có thể được giải thích bằng tác động của sóng điện từ lên các phân tử nước xung quanh. Siddharta [3] đã chiếu xạ các hỗn dịch nuôi cấy tế bào chứa HCV có các kiểu gen khác nhau, bao gồm GT1a, GT2a, GT3a, GT4a, GT5a, GT6a và GT7a, bằng sóng điện từ có tần số 2450 MHz và công suất 90 W và 180 W, 360 W, 600 W và 800 Tue. Khi nhiệt độ của môi trường nuôi cấy tế bào tăng từ 26°C lên 92°C, bức xạ điện từ đã làm giảm khả năng lây nhiễm của vi-rút hoặc vô hiệu hóa hoàn toàn vi-rút. Nhưng HCV đã tiếp xúc với sóng điện từ trong thời gian ngắn ở công suất thấp (90 hoặc 180 W, 3 phút) hoặc công suất cao hơn (600 hoặc 800 W, 1 phút), trong khi không có sự gia tăng đáng kể về nhiệt độ và không quan sát thấy sự thay đổi đáng kể về khả năng lây nhiễm hoặc hoạt động của vi-rút.
Các kết quả trên cho thấy rằng hiệu ứng nhiệt của sóng điện từ là yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng lây nhiễm hoặc hoạt động của vi-rút gây bệnh. Ngoài ra, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng hiệu ứng nhiệt của bức xạ điện từ làm bất hoạt vi-rút gây bệnh hiệu quả hơn so với tia UV-C và phương pháp sưởi ấm thông thường [8, 20, 21, 22, 23, 24].
Ngoài các hiệu ứng nhiệt, sóng điện từ cũng có thể thay đổi cực tính của các phân tử như protein vi khuẩn và axit nucleic, khiến các phân tử quay và rung, dẫn đến giảm khả năng sống hoặc thậm chí tử vong [10]. Người ta tin rằng sự chuyển đổi cực tính nhanh chóng của sóng điện từ gây ra sự phân cực protein, dẫn đến xoắn và cong cấu trúc protein và cuối cùng là biến tính protein [11].
Hiệu ứng phi nhiệt của sóng điện từ đối với quá trình bất hoạt vi-rút vẫn còn gây tranh cãi, nhưng hầu hết các nghiên cứu đều cho thấy kết quả tích cực [1, 25]. Như chúng tôi đã đề cập ở trên, sóng điện từ có thể xuyên trực tiếp vào protein vỏ của vi-rút MS2 và phá hủy axit nucleic của vi-rút. Ngoài ra, khí dung vi-rút MS2 nhạy cảm hơn nhiều với sóng điện từ so với MS2 trong nước. Do các phân tử ít phân cực hơn, chẳng hạn như các phân tử nước, trong môi trường xung quanh khí dung vi-rút MS2, các hiệu ứng phi nhiệt có thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình bất hoạt vi-rút do sóng điện từ làm trung gian [1].
Hiện tượng cộng hưởng đề cập đến xu hướng của một hệ thống vật lý hấp thụ nhiều năng lượng hơn từ môi trường của nó ở tần số và bước sóng tự nhiên của nó. Cộng hưởng xảy ra ở nhiều nơi trong tự nhiên. Người ta biết rằng vi-rút cộng hưởng với sóng vi ba có cùng tần số trong chế độ lưỡng cực âm hạn chế, một hiện tượng cộng hưởng [2, 13, 26]. Các chế độ tương tác cộng hưởng giữa sóng điện từ và vi-rút đang thu hút ngày càng nhiều sự chú ý. Hiệu ứng của quá trình truyền năng lượng cộng hưởng cấu trúc hiệu quả (SRET) từ sóng điện từ sang dao động âm thanh khép kín (CAV) trong vi-rút có thể dẫn đến vỡ màng vi-rút do các rung động lõi-vỏ đối lập. Ngoài ra, hiệu quả tổng thể của SRET liên quan đến bản chất của môi trường, trong đó kích thước và độ pH của hạt vi-rút lần lượt xác định tần số cộng hưởng và khả năng hấp thụ năng lượng [2, 13, 19].
Hiệu ứng cộng hưởng vật lý của sóng điện từ đóng vai trò quan trọng trong việc vô hiệu hóa các loại virus có màng bao quanh, được bao quanh bởi màng kép nhúng trong protein virus. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng việc vô hiệu hóa H3N2 bằng sóng điện từ có tần số 6 GHz và mật độ công suất 486 W/m² chủ yếu là do lớp vỏ bị vỡ vật lý do hiệu ứng cộng hưởng [13]. Nhiệt độ của hỗn dịch H3N2 chỉ tăng 7°C sau 15 phút tiếp xúc, tuy nhiên, để vô hiệu hóa virus H3N2 ở người bằng cách đun nóng, cần có nhiệt độ trên 55°C [9]. Hiện tượng tương tự đã được quan sát thấy đối với các loại virus như SARS-CoV-2 và H3N1 [13, 14]. Ngoài ra, việc vô hiệu hóa virus bằng sóng điện từ không dẫn đến sự thoái hóa bộ gen RNA của virus [1,13,14]. Do đó, quá trình vô hiệu hóa virus H3N2 được thúc đẩy bởi cộng hưởng vật lý thay vì tiếp xúc với nhiệt [13].
So với hiệu ứng nhiệt của sóng điện từ, việc bất hoạt vi-rút bằng cộng hưởng vật lý đòi hỏi các thông số liều thấp hơn, thấp hơn các tiêu chuẩn an toàn vi sóng do Viện Kỹ sư Điện và Điện tử (IEEE) thiết lập [2, 13]. Tần số cộng hưởng và liều công suất phụ thuộc vào các đặc tính vật lý của vi-rút, chẳng hạn như kích thước hạt và độ đàn hồi, và tất cả vi-rút trong tần số cộng hưởng đều có thể được nhắm mục tiêu hiệu quả để bất hoạt. Do tỷ lệ thâm nhập cao, không có bức xạ ion hóa và an toàn tốt, việc bất hoạt vi-rút được trung gian bởi hiệu ứng athermic của CPET có triển vọng trong việc điều trị các bệnh ác tính ở người do vi-rút gây bệnh gây ra [14, 26].
Dựa trên việc thực hiện bất hoạt vi-rút trong pha lỏng và trên bề mặt của nhiều môi trường khác nhau, sóng điện từ có thể xử lý hiệu quả các hạt khí dung vi-rút [1, 26], đây là một bước đột phá và có tầm quan trọng lớn trong việc kiểm soát sự lây truyền của vi-rút và ngăn ngừa sự lây truyền của vi-rút trong xã hội. dịch bệnh. Hơn nữa, việc phát hiện ra các tính chất cộng hưởng vật lý của sóng điện từ có tầm quan trọng lớn trong lĩnh vực này. Miễn là tần số cộng hưởng của một virion và sóng điện từ cụ thể được biết đến, tất cả các vi-rút trong phạm vi tần số cộng hưởng của vết thương đều có thể bị nhắm mục tiêu, điều này không thể đạt được bằng các phương pháp bất hoạt vi-rút truyền thống [13,14,26]. Việc bất hoạt vi-rút bằng điện từ là một nghiên cứu đầy hứa hẹn với giá trị và tiềm năng nghiên cứu và ứng dụng lớn.
So với công nghệ diệt virus truyền thống, sóng điện từ có đặc điểm là bảo vệ môi trường đơn giản, hiệu quả, thiết thực khi tiêu diệt virus do tính chất vật lý độc đáo của nó [2, 13]. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề. Thứ nhất, kiến ​​thức hiện đại chỉ giới hạn ở tính chất vật lý của sóng điện từ và cơ chế sử dụng năng lượng trong quá trình phát sóng điện từ vẫn chưa được tiết lộ [10, 27]. Sóng vi ba, bao gồm cả sóng milimet, đã được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu quá trình bất hoạt virus và cơ chế của nó, tuy nhiên, các nghiên cứu về sóng điện từ ở các tần số khác, đặc biệt là ở tần số từ 100 kHz đến 300 MHz và từ 300 GHz đến 10 THz, vẫn chưa được báo cáo. Thứ hai, cơ chế tiêu diệt virus gây bệnh bằng sóng điện từ vẫn chưa được làm sáng tỏ và chỉ nghiên cứu virus hình cầu và hình que [2]. Ngoài ra, các hạt virus nhỏ, không có tế bào, dễ đột biến và lây lan nhanh chóng, có thể ngăn ngừa quá trình bất hoạt virus. Công nghệ sóng điện từ vẫn cần được cải tiến để vượt qua rào cản bất hoạt virus gây bệnh. Cuối cùng, sự hấp thụ năng lượng bức xạ cao của các phân tử phân cực trong môi trường, chẳng hạn như các phân tử nước, dẫn đến mất năng lượng. Ngoài ra, hiệu quả của SRET có thể bị ảnh hưởng bởi một số cơ chế chưa xác định trong vi-rút [28]. Hiệu ứng SRET cũng có thể biến đổi vi-rút để thích nghi với môi trường của nó, dẫn đến khả năng chống lại sóng điện từ [29].
Trong tương lai, công nghệ vô hiệu hóa virus bằng sóng điện từ cần được cải thiện hơn nữa. Nghiên cứu khoa học cơ bản nên hướng tới việc làm sáng tỏ cơ chế vô hiệu hóa virus bằng sóng điện từ. Ví dụ, cơ chế sử dụng năng lượng của virus khi tiếp xúc với sóng điện từ, cơ chế chi tiết của tác động phi nhiệt tiêu diệt virus gây bệnh và cơ chế hiệu ứng SRET giữa sóng điện từ và các loại virus khác nhau nên được làm sáng tỏ một cách có hệ thống. Nghiên cứu ứng dụng nên tập trung vào cách ngăn ngừa sự hấp thụ quá mức năng lượng bức xạ của các phân tử phân cực, nghiên cứu tác động của sóng điện từ có tần số khác nhau lên các loại virus gây bệnh khác nhau và nghiên cứu tác động phi nhiệt của sóng điện từ trong việc tiêu diệt virus gây bệnh.
Sóng điện từ đã trở thành một phương pháp đầy hứa hẹn để vô hiệu hóa các loại virus gây bệnh. Công nghệ sóng điện từ có ưu điểm là ít ô nhiễm, chi phí thấp và hiệu quả vô hiệu hóa virus gây bệnh cao, có thể khắc phục được những hạn chế của công nghệ diệt virus truyền thống. Tuy nhiên, cần phải nghiên cứu thêm để xác định các thông số của công nghệ sóng điện từ và làm sáng tỏ cơ chế vô hiệu hóa virus.
Một liều bức xạ sóng điện từ nhất định có thể phá hủy cấu trúc và hoạt động của nhiều loại vi-rút gây bệnh. Hiệu quả của việc vô hiệu hóa vi-rút có liên quan chặt chẽ đến tần số, mật độ công suất và thời gian tiếp xúc. Ngoài ra, các cơ chế tiềm năng bao gồm các hiệu ứng cộng hưởng nhiệt, phi nhiệt và cấu trúc của quá trình truyền năng lượng. So với các công nghệ chống vi-rút truyền thống, việc vô hiệu hóa vi-rút dựa trên sóng điện từ có những ưu điểm là đơn giản, hiệu quả cao và ít ô nhiễm. Do đó, việc vô hiệu hóa vi-rút bằng sóng điện từ đã trở thành một kỹ thuật chống vi-rút đầy hứa hẹn cho các ứng dụng trong tương lai.
U Yu. Ảnh hưởng của bức xạ vi sóng và plasma lạnh đến hoạt động của khí dung sinh học và các cơ chế liên quan. Đại học Bắc Kinh. năm 2013.
Sun CK, Tsai YC, Chen Ye, Liu TM, Chen HY, Wang HC và cộng sự. Sự ghép nối lưỡng cực cộng hưởng của vi sóng và dao động âm thanh hạn chế trong cầu trùng. Báo cáo khoa học năm 2017; 7(1):4611.
Siddharta A, Pfaender S, Malassa A, Doerrbecker J, Anggakusuma, Engelmann M, et al. Vô hiệu hóa HCV và HIV bằng vi sóng: một cách tiếp cận mới để ngăn ngừa lây truyền vi-rút ở những người tiêm chích ma túy. Báo cáo khoa học năm 2016; 6:36619.
Yan SX, Wang RN, Cai YJ, Song YL, Qv HL. Nghiên cứu và quan sát thực nghiệm về sự ô nhiễm của các tài liệu bệnh viện bằng phương pháp khử trùng bằng lò vi sóng [J] Tạp chí Y học Trung Quốc. 1987; 4:221-2.
Sun Wei Nghiên cứu sơ bộ về cơ chế bất hoạt và hiệu quả của natri dichloroisocyanate đối với vi khuẩn MS2. Đại học Tứ Xuyên. 2007.
Yang Li Nghiên cứu sơ bộ về tác dụng bất hoạt và cơ chế hoạt động của o-phthalaldehyde trên vi khuẩn MS2. Đại học Tứ Xuyên. 2007.
Wu Ye, Cô Yao. Vô hiệu hóa vi-rút trong không khí tại chỗ bằng bức xạ vi sóng. Bản tin khoa học Trung Quốc. 2014;59(13):1438-45.
Kachmarchik LS, Marsai KS, Shevchenko S., Pilosof M., Levy N., Einat M. và cộng sự. Các loại vi-rút corona và vi-rút bại liệt nhạy cảm với các xung ngắn của bức xạ cyclotron băng tần W. Thư về hóa học môi trường. 2021;19(6):3967-72.
Yonges M, Liu VM, van der Vries E, Jacobi R, Pronk I, Boog S, et al. Bất hoạt virus cúm để nghiên cứu tính kháng nguyên và thử nghiệm khả năng kháng thuốc ức chế neuraminidase kiểu hình. Tạp chí Vi sinh lâm sàng. 2010;48(3):928-40.
Zou Xinzhi, Zhang Lijia, Liu Yujia, Li Yu, Zhang Jia, Lin Fujia, và những người khác. Tổng quan về khử trùng bằng lò vi sóng. Khoa học vi chất dinh dưỡng Quảng Đông. 2013;20(6):67-70.
Li Jizhi. Tác động sinh học phi nhiệt của vi sóng lên vi sinh vật thực phẩm và công nghệ khử trùng bằng vi sóng [JJ Southwestern Nationalities University (Phiên bản khoa học tự nhiên). 2006; 6:1219–22.
Afagi P, Lapolla MA, Gandhi K. Biến tính protein gai SARS-CoV-2 khi chiếu xạ vi sóng athermic. Báo cáo khoa học 2021; 11(1):23373.
Yang SC, Lin HC, Liu TM, Lu JT, Hong WT, Huang YR, et al. Truyền năng lượng cộng hưởng cấu trúc hiệu quả từ vi sóng đến dao động âm thanh hạn chế trong vi-rút. Báo cáo khoa học 2015; 5:18030.
Barbora A, Minnes R. Liệu pháp kháng vi-rút có mục tiêu sử dụng liệu pháp bức xạ không ion hóa cho SARS-CoV-2 và chuẩn bị cho đại dịch vi-rút: phương pháp, phương pháp và ghi chú thực hành để ứng dụng lâm sàng. PLOS One. 2021;16(5):e0251780.
Dương Huệ Minh. Tiệt trùng bằng vi sóng và các yếu tố ảnh hưởng đến nó. Tạp chí Y học Trung Quốc. 1993;(04):246-51.
Trang WJ, Martin WG Sự sống sót của vi khuẩn trong lò vi sóng. Bạn có thể J Vi sinh vật. 1978;24(11):1431-3.
Elhafi G., Naylor SJ, Savage KE, Jones RS Xử lý bằng lò vi sóng hoặc lò hấp tiêu diệt khả năng lây nhiễm của vi-rút viêm phế quản truyền nhiễm và vi-rút gây bệnh phổi ở gia cầm, nhưng cho phép phát hiện chúng bằng phản ứng chuỗi polymerase phiên mã ngược. bệnh gia cầm. 2004;33(3):303-6.
Ben-Shoshan M., Mandel D., Lubezki R., Dollberg S., Mimouni FB Loại bỏ cytomegalovirus khỏi sữa mẹ bằng lò vi sóng: một nghiên cứu thí điểm. y học cho con bú. 2016;11:186-7.
Wang PJ, Pang YH, Huang SY, Fang JT, Chang SY, Shih SR, et al. Hấp thụ cộng hưởng vi sóng của virus SARS-CoV-2. Báo cáo khoa học 2022; 12(1): 12596.
Sabino CP, Sellera FP, Sales-Medina DF, Machado RRG, Durigon EL, Freitas-Junior LH, v.v. Liều gây chết của SARS-CoV-2 bằng tia UV-C (254 nm). Chẩn đoán bằng ánh sáng Photodyne Ther. 2020;32:101995.
Storm N, McKay LGA, Downs SN, Johnson RI, Birru D, de Samber M, v.v. Vô hiệu hóa nhanh chóng và hoàn toàn SARS-CoV-2 bằng tia UV-C. Báo cáo khoa học năm 2020; 10(1):22421.