Auswirkungen elektromagnetischer Wellen auf pathogene Viren und verwandte Mechanismen: eine Übersicht im Journal of Virology

Pathogene Virusinfektionen sind weltweit zu einem großen Problem der öffentlichen Gesundheit geworden.Viren können alle zellulären Organismen infizieren und Verletzungen und Schäden in unterschiedlichem Ausmaß verursachen, die zu Krankheiten und sogar zum Tod führen.Angesichts der Prävalenz hochpathogener Viren wie des Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) mit schwerem akutem respiratorischem Syndrom besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung wirksamer und sicherer Methoden zur Inaktivierung pathogener Viren.Herkömmliche Verfahren zur Inaktivierung pathogener Viren sind praktikabel, weisen jedoch einige Einschränkungen auf.Mit den Eigenschaften hoher Durchdringungskraft, physikalischer Resonanz und Schadstofffreiheit sind elektromagnetische Wellen zu einer potenziellen Strategie zur Inaktivierung pathogener Viren geworden und ziehen zunehmend Aufmerksamkeit auf sich.Dieser Artikel gibt einen Überblick über neuere Veröffentlichungen zum Einfluss elektromagnetischer Wellen auf pathogene Viren und deren Mechanismen sowie zu den Aussichten für den Einsatz elektromagnetischer Wellen zur Inaktivierung pathogener Viren sowie zu neuen Ideen und Methoden für eine solche Inaktivierung.
Viele Viren verbreiten sich schnell, bestehen lange Zeit, sind hochgradig pathogen und können weltweite Epidemien und ernsthafte Gesundheitsrisiken verursachen.Prävention, Erkennung, Tests, Ausrottung und Behandlung sind wichtige Schritte, um die Ausbreitung des Virus zu stoppen.Die schnelle und effiziente Eliminierung pathogener Viren umfasst die prophylaktische, schützende und Quelleneliminierung.Die Inaktivierung pathogener Viren durch physiologische Zerstörung zur Verringerung ihrer Infektiosität, Pathogenität und Reproduktionsfähigkeit ist eine wirksame Methode zu ihrer Eliminierung.Herkömmliche Methoden, einschließlich hoher Temperaturen, Chemikalien und ionisierender Strahlung, können pathogene Viren wirksam inaktivieren.Diese Methoden haben jedoch noch einige Einschränkungen.Daher besteht nach wie vor ein dringender Bedarf, innovative Strategien zur Inaktivierung pathogener Viren zu entwickeln.
Die Emission elektromagnetischer Wellen hat die Vorteile hoher Durchdringungskraft, schneller und gleichmäßiger Erwärmung, Resonanz mit Mikroorganismen und Plasmafreisetzung und wird voraussichtlich zu einer praktischen Methode zur Inaktivierung pathogener Viren [1,2,3].Die Fähigkeit elektromagnetischer Wellen, pathogene Viren zu inaktivieren, wurde im letzten Jahrhundert nachgewiesen [4].In den letzten Jahren hat die Verwendung elektromagnetischer Wellen zur Inaktivierung pathogener Viren zunehmend Aufmerksamkeit erregt.Dieser Artikel diskutiert die Wirkung elektromagnetischer Wellen auf pathogene Viren und ihre Mechanismen, die als nützliche Anleitung für die Grundlagen- und angewandte Forschung dienen können.
Die morphologischen Eigenschaften von Viren können Funktionen wie Überleben und Infektiosität widerspiegeln.Es wurde gezeigt, dass elektromagnetische Wellen, insbesondere ultrahochfrequente (UHF) und ultrahochfrequente (EHF) elektromagnetische Wellen, die Morphologie von Viren stören können.
Der Bakteriophage MS2 (MS2) wird häufig in verschiedenen Forschungsbereichen wie Desinfektionsbewertung, kinetische Modellierung (wässrig) und biologische Charakterisierung viraler Moleküle verwendet [5, 6].Wu fand heraus, dass Mikrowellen bei 2450 MHz und 700 W eine Aggregation und eine signifikante Schrumpfung von aquatischen MS2-Phagen nach 1 Minute direkter Bestrahlung verursachten [1].Nach weiteren Untersuchungen wurde auch ein Bruch in der Oberfläche des MS2-Phagen beobachtet [7].Kaczmarczyk [8] setzte Suspensionen von Proben des Coronavirus 229E (CoV-229E) für 0,1 s Millimeterwellen mit einer Frequenz von 95 GHz und einer Leistungsdichte von 70 bis 100 W/cm2 aus.In der rauen Kugelhülle des Virus finden sich große Löcher, die zum Verlust seines Inhalts führen.Die Exposition gegenüber elektromagnetischen Wellen kann für virale Formen destruktiv sein.Veränderungen der morphologischen Eigenschaften wie Form, Durchmesser und Oberflächenglätte nach Exposition gegenüber dem Virus mit elektromagnetischer Strahlung sind jedoch nicht bekannt.Daher ist es wichtig, die Beziehung zwischen morphologischen Merkmalen und funktionellen Störungen zu analysieren, die wertvolle und praktische Indikatoren zur Beurteilung der Virusinaktivierung liefern können [1].
Die virale Struktur besteht normalerweise aus einer internen Nukleinsäure (RNA oder DNA) und einem externen Kapsid.Nukleinsäuren bestimmen die genetischen und Replikationseigenschaften von Viren.Das Kapsid ist die äußere Schicht regelmäßig angeordneter Proteinuntereinheiten, das Grundgerüst und antigene Komponente viraler Partikel, und schützt auch Nukleinsäuren.Die meisten Viren haben eine Hüllenstruktur, die aus Lipiden und Glykoproteinen besteht.Darüber hinaus bestimmen Hüllproteine ​​die Spezifität der Rezeptoren und dienen als Hauptantigene, die das Immunsystem des Wirts erkennen kann.Die vollständige Struktur gewährleistet die Integrität und genetische Stabilität des Virus.
Die Forschung hat gezeigt, dass elektromagnetische Wellen, insbesondere elektromagnetische UHF-Wellen, die RNA von krankheitsverursachenden Viren schädigen können.Wu [1] setzte die wässrige Umgebung des MS2-Virus 2 Minuten lang direkt Mikrowellen mit 2450 MHz aus und analysierte die Gene, die für Protein A, Kapsidprotein, Replikaseprotein und Spaltprotein kodieren, durch Gelelektrophorese und reverse Transkriptions-Polymerase-Kettenreaktion.RT-PCR).Diese Gene wurden mit zunehmender Leistungsdichte zunehmend zerstört und verschwanden sogar bei der höchsten Leistungsdichte.Beispielsweise nahm die Expression des Protein A-Gens (934 bp) nach Exposition gegenüber elektromagnetischen Wellen mit einer Leistung von 119 und 385 W signifikant ab und verschwand vollständig, wenn die Leistungsdichte auf 700 W erhöht wurde. Diese Daten zeigen, dass elektromagnetische Wellen, zerstören je nach Dosis die Struktur der Nukleinsäuren von Viren.
Neuere Studien haben gezeigt, dass die Wirkung elektromagnetischer Wellen auf pathogene virale Proteine ​​hauptsächlich auf ihrer indirekten thermischen Wirkung auf Mediatoren und ihrer indirekten Wirkung auf die Proteinsynthese durch die Zerstörung von Nukleinsäuren beruht [1, 3, 8, 9].Athermische Effekte können aber auch die Polarität oder Struktur viraler Proteine ​​verändern [1, 10, 11].Die direkte Wirkung elektromagnetischer Wellen auf grundlegende Struktur-/Nichtstrukturproteine ​​wie Kapsidproteine, Hüllproteine ​​oder Spike-Proteine ​​pathogener Viren bedarf noch weiterer Untersuchungen.Kürzlich wurde vorgeschlagen, dass 2 Minuten elektromagnetische Strahlung bei einer Frequenz von 2,45 GHz mit einer Leistung von 700 W mit verschiedenen Bruchteilen von Proteinladungen durch die Bildung von Hot Spots und oszillierenden elektrischen Feldern durch rein elektromagnetische Effekte interagieren können [12].
Die Hülle eines pathogenen Virus steht in engem Zusammenhang mit seiner Fähigkeit, Krankheiten zu infizieren oder zu verursachen.Mehrere Studien haben berichtet, dass elektromagnetische UHF- und Mikrowellenwellen die Hüllen von krankheitsverursachenden Viren zerstören können.Wie oben erwähnt, können deutliche Löcher in der Virushülle des Coronavirus 229E nach 0,1 Sekunden Einwirkung der 95-GHz-Millimeterwelle bei einer Leistungsdichte von 70 bis 100 W/cm2 nachgewiesen werden [8].Die Wirkung der resonanten Energieübertragung elektromagnetischer Wellen kann genug Stress verursachen, um die Struktur der Virushülle zu zerstören.Bei umhüllten Viren nimmt nach dem Aufreißen der Hülle die Infektiosität oder eine gewisse Aktivität normalerweise ab oder geht vollständig verloren [13, 14].Yang [13] setzte das Influenzavirus H3N2 (H3N2) und das Influenzavirus H1N1 (H1N1) 15 Minuten lang Mikrowellen bei 8,35 GHz, 320 W/m² bzw. 7 GHz, 308 W/m² aus.Um die RNA-Signale von pathogenen Viren, die elektromagnetischen Wellen ausgesetzt waren, und einem fragmentierten Modell, das mehrere Zyklen lang in flüssigem Stickstoff eingefroren und sofort wieder aufgetaut wurde, zu vergleichen, wurde RT-PCR durchgeführt.Die Ergebnisse zeigten, dass die RNA-Signale der beiden Modelle sehr konsistent sind.Diese Ergebnisse zeigen, dass die physikalische Struktur des Virus zerstört wird und die Hüllstruktur zerstört wird, nachdem es Mikrowellenstrahlung ausgesetzt wurde.
Die Aktivität eines Virus kann durch seine Fähigkeit zur Infektion, Replikation und Transkription charakterisiert werden.Die virale Infektiosität oder Aktivität wird normalerweise durch Messung der viralen Titer unter Verwendung von Plaque-Assays, der mittleren infektiösen Dosis der Gewebekultur (TCID50) oder der Aktivität des Luciferase-Reportergens beurteilt.Es kann aber auch direkt durch Isolierung lebender Viren oder durch Analyse von viralem Antigen, viraler Partikeldichte, Virusüberleben usw. bewertet werden.
Es wurde berichtet, dass elektromagnetische UHF-, SHF- und EHF-Wellen virale Aerosole oder durch Wasser übertragene Viren direkt inaktivieren können.Wu [1] setzte MS2-Bakteriophagen-Aerosol, das von einem Laborvernebler erzeugt wurde, 1,7 Minuten lang elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz von 2450 MHz und einer Leistung von 700 W aus, während die MS2-Bakteriophagen-Überlebensrate nur 8,66 % betrug.Ähnlich wie beim viralen MS2-Aerosol wurden 91,3 % des wässrigen MS2 innerhalb von 1,5 Minuten nach Exposition gegenüber der gleichen Dosis elektromagnetischer Wellen inaktiviert.Darüber hinaus korrelierte die Fähigkeit elektromagnetischer Strahlung zur Inaktivierung des MS2-Virus positiv mit der Leistungsdichte und der Expositionszeit.Wenn jedoch die Deaktivierungseffizienz ihren Maximalwert erreicht, kann die Deaktivierungseffizienz nicht durch Erhöhen der Belichtungszeit oder Erhöhen der Leistungsdichte verbessert werden.Beispielsweise hatte das MS2-Virus eine minimale Überlebensrate von 2,65 % bis 4,37 % nach der Exposition gegenüber elektromagnetischen Wellen mit 2450 MHz und 700 W, und es wurden keine signifikanten Veränderungen mit zunehmender Expositionszeit festgestellt.Siddharta [3] bestrahlten eine Zellkultursuspension mit Hepatitis-C-Virus (HCV)/humanem Immundefizienzvirus Typ 1 (HIV-1) mit elektromagnetischen Wellen bei einer Frequenz von 2450 MHz und einer Leistung von 360 W. Sie stellten fest, dass die Virustiter deutlich abfielen nach 3-minütiger Exposition, was darauf hinweist, dass elektromagnetische Wellenstrahlung gegen die HCV- und HIV-1-Infektiosität wirksam ist und dazu beiträgt, die Übertragung des Virus zu verhindern, selbst wenn sie zusammen exponiert werden.Bei Bestrahlung von HCV-Zellkulturen und HIV-1-Suspensionen mit elektromagnetischen Wellen niedriger Leistung mit einer Frequenz von 2450 MHz, 90 W oder 180 W, keine Änderung des Virustiters, bestimmt durch die Luciferase-Reporteraktivität, und eine signifikante Änderung der viralen Infektiosität wurden beobachtet.bei 600 und 800 W für 1 Minute nahm die Infektiosität beider Viren nicht signifikant ab, was vermutlich mit der Stärke der elektromagnetischen Wellenstrahlung und der Zeit der kritischen Temperaturexposition zusammenhängt.
Kaczmarczyk [8] demonstrierte 2021 erstmals die Tödlichkeit von elektromagnetischen EHF-Wellen gegen im Wasser übertragene pathogene Viren. Sie setzten Proben des Coronavirus 229E oder des Poliovirus (PV) elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz von 95 GHz und einer Leistungsdichte von 70 bis 100 W/cm2 aus für 2 Sekunden.Die Inaktivierungseffizienz der beiden pathogenen Viren betrug 99,98 % bzw. 99,375 %.was darauf hindeutet, dass elektromagnetische EHF-Wellen breite Anwendungsperspektiven im Bereich der Virusinaktivierung haben.
Die Wirksamkeit der UHF-Inaktivierung von Viren wurde auch in verschiedenen Medien wie Muttermilch und einigen Materialien, die üblicherweise im Haushalt verwendet werden, bewertet.Die Forscher setzten Anästhesiemasken, die mit Adenovirus (ADV), Poliovirus Typ 1 (PV-1), Herpesvirus 1 (HV-1) und Rhinovirus (RHV) kontaminiert waren, elektromagnetischer Strahlung mit einer Frequenz von 2450 MHz und einer Leistung von 720 Watt aus.Sie berichteten, dass Tests auf ADV- und PV-1-Antigene negativ wurden und die HV-1-, PIV-3- und RHV-Titer auf Null abfielen, was auf eine vollständige Inaktivierung aller Viren nach 4-minütiger Exposition hinweist [15, 16].Elhafi [17] setzte Tupfer, die mit dem aviären infektiösen Bronchitisvirus (IBV), dem aviären Pneumovirus (APV), dem Newcastle-Disease-Virus (NDV) und dem aviären Influenzavirus (AIV) infiziert waren, direkt einem 2450 MHz, 900 W Mikrowellenherd aus.verlieren ihre Infektiosität.Darunter wurden APV und IBV zusätzlich in Kulturen von Trachealorganen nachgewiesen, die aus Hühnerembryos der 5. Generation gewonnen wurden.Obwohl das Virus nicht isoliert werden konnte, wurde die virale Nukleinsäure dennoch durch RT-PCR nachgewiesen.Ben-Shoshan [18] setzte 2450 MHz, 750 W elektromagnetischen Wellen 30 Sekunden lang direkt 15 Cytomegalovirus (CMV)-positiven Muttermilchproben aus.Der Antigennachweis durch Shell-Vial zeigte eine vollständige Inaktivierung von CMV.Bei 500 W erreichten jedoch 2 von 15 Proben keine vollständige Inaktivierung, was auf eine positive Korrelation zwischen der Inaktivierungseffizienz und der Leistung elektromagnetischer Wellen hindeutet.
Es ist auch erwähnenswert, dass Yang [13] die Resonanzfrequenz zwischen elektromagnetischen Wellen und Viren auf der Grundlage etablierter physikalischer Modelle vorhergesagt hat.Eine Suspension von H3N2-Viruspartikeln mit einer Dichte von 7,5 × 1014 m-3, produziert von virussensitiven Madin-Darby-Hundenierenzellen (MDCK), wurde direkt elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz von 8 GHz und einer Leistung von 820 ausgesetzt W/m² für 15 Minuten.Der Inaktivierungsgrad des H3N2-Virus erreicht 100%.Bei einem theoretischen Schwellenwert von 82 W/m2 wurden jedoch nur 38 % des H3N2-Virus inaktiviert, was darauf hindeutet, dass die Effizienz der EM-vermittelten Virusinaktivierung eng mit der Leistungsdichte zusammenhängt.Basierend auf dieser Studie berechnete Barbora [14] den Resonanzfrequenzbereich (8,5–20 GHz) zwischen elektromagnetischen Wellen und SARS-CoV-2 und kam zu dem Schluss, dass 7,5 × 1014 m-3 von SARS-CoV-2 elektromagnetischen Wellen ausgesetzt sind A-Welle mit einer Frequenz von 10-17 GHz und einer Leistungsdichte von 14,5 ± 1 W/m2 für ca. 15 Minuten führt zu einer 100% Deaktivierung.Eine aktuelle Studie von Wang [19] zeigte, dass die Resonanzfrequenzen von SARS-CoV-2 4 und 7,5 GHz betragen, was die Existenz von Resonanzfrequenzen unabhängig vom Virustiter bestätigt.
Zusammenfassend können wir sagen, dass elektromagnetische Wellen Aerosole und Suspensionen sowie die Aktivität von Viren auf Oberflächen beeinflussen können.Es wurde festgestellt, dass die Wirksamkeit der Inaktivierung eng mit der Frequenz und Leistung elektromagnetischer Wellen und dem für das Wachstum des Virus verwendeten Medium zusammenhängt.Darüber hinaus sind elektromagnetische Frequenzen basierend auf physikalischen Resonanzen sehr wichtig für die Virusinaktivierung [2, 13].Bisher konzentrierte sich die Wirkung elektromagnetischer Wellen auf die Aktivität pathogener Viren hauptsächlich auf die Veränderung der Infektiosität.Aufgrund des komplexen Mechanismus haben mehrere Studien über die Wirkung elektromagnetischer Wellen auf die Replikation und Transkription pathogener Viren berichtet.
Die Mechanismen, durch die elektromagnetische Wellen Viren inaktivieren, stehen in engem Zusammenhang mit der Art des Virus, der Frequenz und Stärke der elektromagnetischen Wellen und der Wachstumsumgebung des Virus, bleiben jedoch weitgehend unerforscht.Neuere Forschungen haben sich auf die Mechanismen der thermischen, athermischen und strukturellen resonanten Energieübertragung konzentriert.
Der thermische Effekt wird als Temperaturerhöhung verstanden, die durch Hochgeschwindigkeitsrotation, Kollision und Reibung polarer Moleküle in Geweben unter dem Einfluss elektromagnetischer Wellen verursacht wird.Aufgrund dieser Eigenschaft können elektromagnetische Wellen die Temperatur des Virus über die Schwelle der physiologischen Toleranz anheben und den Tod des Virus verursachen.Viren enthalten jedoch nur wenige polare Moleküle, was darauf hindeutet, dass direkte thermische Wirkungen auf Viren selten sind [1].Im Gegenteil, es gibt viel mehr polare Moleküle im Medium und in der Umgebung, wie beispielsweise Wassermoleküle, die sich gemäß dem durch elektromagnetische Wellen angeregten elektrischen Wechselfeld bewegen und durch Reibung Wärme erzeugen.Die Wärme wird dann auf das Virus übertragen, um dessen Temperatur zu erhöhen.Beim Überschreiten der Toleranzschwelle werden Nukleinsäuren und Proteine ​​zerstört, was letztendlich die Infektiosität reduziert und sogar das Virus inaktiviert.
Mehrere Gruppen haben berichtet, dass elektromagnetische Wellen die Infektiosität von Viren durch thermische Belastung verringern können [1, 3, 8].Kaczmarczyk [8] setzte Suspensionen des Coronavirus 229E elektromagnetischen Wellen bei einer Frequenz von 95 GHz mit einer Leistungsdichte von 70 bis 100 W/cm² für 0,2–0,7 s aus.Die Ergebnisse zeigten, dass eine Temperaturerhöhung von 100°C während dieses Prozesses zur Zerstörung der Virusmorphologie und einer verringerten Virusaktivität beitrug.Diese thermischen Effekte lassen sich durch die Einwirkung elektromagnetischer Wellen auf die umgebenden Wassermoleküle erklären.Siddharta [3] bestrahlte HCV-haltige Zellkultursuspensionen verschiedener Genotypen, darunter GT1a, GT2a, GT3a, GT4a, GT5a, GT6a und GT7a, mit elektromagnetischen Wellen bei einer Frequenz von 2450 MHz und einer Leistung von 90 W und 180 W, 360 W, 600 W und 800 Di Bei einer Erhöhung der Temperatur des Zellkulturmediums von 26°C auf 92°C reduzierte elektromagnetische Strahlung die Infektiosität des Virus oder inaktivierte das Virus vollständig.Aber HCV wurde elektromagnetischen Wellen für kurze Zeit bei niedriger Leistung (90 oder 180 W, 3 Minuten) oder höherer Leistung (600 oder 800 W, 1 Minute) ausgesetzt, während es keinen signifikanten Temperaturanstieg und keine signifikante Änderung der Temperatur gab Virus wurde keine Infektiosität oder Aktivität beobachtet.
Die obigen Ergebnisse zeigen, dass die thermische Wirkung elektromagnetischer Wellen ein Schlüsselfaktor ist, der die Infektiosität oder Aktivität pathogener Viren beeinflusst.Darüber hinaus haben zahlreiche Studien gezeigt, dass die thermische Wirkung elektromagnetischer Strahlung pathogene Viren effektiver inaktiviert als UV-C und herkömmliche Erwärmung [8, 20, 21, 22, 23, 24].
Zusätzlich zu thermischen Effekten können elektromagnetische Wellen auch die Polarität von Molekülen wie mikrobiellen Proteinen und Nukleinsäuren ändern, wodurch die Moleküle rotieren und vibrieren, was zu einer verringerten Lebensfähigkeit oder sogar zum Tod führt [10].Es wird angenommen, dass das schnelle Umschalten der Polarität elektromagnetischer Wellen eine Proteinpolarisierung verursacht, die zu einer Verdrehung und Krümmung der Proteinstruktur und letztendlich zu einer Proteindenaturierung führt [11].
Die nichtthermische Wirkung elektromagnetischer Wellen auf die Virusinaktivierung bleibt umstritten, aber die meisten Studien haben positive Ergebnisse gezeigt [1, 25].Wie oben erwähnt, können elektromagnetische Wellen das Hüllprotein des MS2-Virus direkt durchdringen und die Nukleinsäure des Virus zerstören.Darüber hinaus sind MS2-Virusaerosole viel empfindlicher gegenüber elektromagnetischen Wellen als wässriges MS2.Aufgrund weniger polarer Moleküle wie Wassermoleküle in der Umgebung von MS2-Virusaerosolen können athermische Effekte eine Schlüsselrolle bei der durch elektromagnetische Wellen vermittelten Virusinaktivierung spielen [1].
Das Resonanzphänomen bezieht sich auf die Tendenz eines physikalischen Systems, mehr Energie aus seiner Umgebung bei seiner natürlichen Frequenz und Wellenlänge zu absorbieren.Resonanz tritt an vielen Stellen in der Natur auf.Es ist bekannt, dass Viren mit Mikrowellen derselben Frequenz in einem begrenzten akustischen Dipolmodus mitschwingen, ein Resonanzphänomen [2, 13, 26].Resonanzformen der Wechselwirkung zwischen einer elektromagnetischen Welle und einem Virus ziehen immer mehr Aufmerksamkeit auf sich.Der Effekt eines effizienten strukturellen Resonanzenergietransfers (SRET) von elektromagnetischen Wellen zu geschlossenen akustischen Schwingungen (CAV) in Viren kann aufgrund entgegengesetzter Kern-Kapsid-Schwingungen zum Bruch der Virusmembran führen.Darüber hinaus hängt die Gesamtwirksamkeit von SRET von der Art der Umgebung ab, in der die Größe und der pH-Wert des Viruspartikels die Resonanzfrequenz bzw. die Energieabsorption bestimmen [2, 13, 19].
Der physikalische Resonanzeffekt elektromagnetischer Wellen spielt eine Schlüsselrolle bei der Inaktivierung behüllter Viren, die von einer Doppelschichtmembran umgeben sind, in die virale Proteine ​​eingebettet sind.Die Forscher fanden heraus, dass die Deaktivierung von H3N2 durch elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz von 6 GHz und einer Leistungsdichte von 486 W/m² hauptsächlich durch den physikalischen Bruch der Hülle aufgrund des Resonanzeffekts verursacht wurde [13].Die Temperatur der H3N2-Suspension stieg nach 15-minütiger Exposition nur um 7 °C an, jedoch ist zur Inaktivierung des humanen H3N2-Virus durch thermische Erwärmung eine Temperatur über 55 °C erforderlich [9].Ähnliche Phänomene wurden bei Viren wie SARS-CoV-2 und H3N1 beobachtet [13, 14].Außerdem führt die Inaktivierung von Viren durch elektromagnetische Wellen nicht zum Abbau viraler RNA-Genome [1,13,14].Somit wurde die Inaktivierung des H3N2-Virus eher durch physikalische Resonanz als durch thermische Exposition gefördert [13].
Im Vergleich zur thermischen Wirkung elektromagnetischer Wellen erfordert die Inaktivierung von Viren durch physikalische Resonanz niedrigere Dosisparameter, die unterhalb der vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) festgelegten Mikrowellen-Sicherheitsstandards liegen [2, 13].Die Resonanzfrequenz und die Leistungsdosis hängen von den physikalischen Eigenschaften des Virus ab, wie beispielsweise Partikelgröße und Elastizität, und alle Viren innerhalb der Resonanzfrequenz können effektiv für die Inaktivierung anvisiert werden.Aufgrund der hohen Penetrationsrate, des Fehlens ionisierender Strahlung und der guten Sicherheit ist die durch die athermische Wirkung von CPET vermittelte Virusinaktivierung vielversprechend für die Behandlung menschlicher maligner Erkrankungen, die durch pathogene Viren verursacht werden [14, 26].
Basierend auf der Implementierung der Inaktivierung von Viren in der flüssigen Phase und auf der Oberfläche verschiedener Medien können elektromagnetische Wellen virale Aerosole effektiv bekämpfen [1, 26], was einen Durchbruch darstellt und von großer Bedeutung für die Kontrolle der Übertragung der Viren ist Virus und Verhinderung der Übertragung des Virus in der Gesellschaft.Epidemie.Darüber hinaus ist die Entdeckung der physikalischen Resonanzeigenschaften elektromagnetischer Wellen auf diesem Gebiet von großer Bedeutung.Solange die Resonanzfrequenz eines bestimmten Virions und elektromagnetischer Wellen bekannt sind, können alle Viren im Resonanzfrequenzbereich der Wunde angegriffen werden, was mit herkömmlichen Virusinaktivierungsmethoden nicht erreicht werden kann [13,14,26].Die elektromagnetische Inaktivierung von Viren ist eine vielversprechende Forschung mit großem Forschungs- und angewandtem Wert und Potenzial.
Verglichen mit herkömmlicher Virusabtötungstechnologie haben elektromagnetische Wellen aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen Eigenschaften die Eigenschaften eines einfachen, effektiven und praktischen Umweltschutzes beim Abtöten von Viren [2, 13].Es bleiben jedoch viele Probleme.Erstens ist das moderne Wissen auf die physikalischen Eigenschaften elektromagnetischer Wellen beschränkt, und der Mechanismus der Energienutzung während der Emission elektromagnetischer Wellen wurde nicht offenbart [10, 27].Mikrowellen, einschließlich Millimeterwellen, wurden weit verbreitet verwendet, um die Virusinaktivierung und ihre Mechanismen zu untersuchen, jedoch wurden Studien zu elektromagnetischen Wellen bei anderen Frequenzen, insbesondere bei Frequenzen von 100 kHz bis 300 MHz und von 300 GHz bis 10 THz, nicht berichtet.Zweitens wurde der Mechanismus der Abtötung pathogener Viren durch elektromagnetische Wellen nicht aufgeklärt, und es wurden nur kugelförmige und stäbchenförmige Viren untersucht [2].Außerdem sind Viruspartikel klein, zellfrei, mutieren leicht und breiten sich schnell aus, was eine Virusinaktivierung verhindern kann.Die Technologie elektromagnetischer Wellen muss noch verbessert werden, um die Hürde der Inaktivierung pathogener Viren zu überwinden.Schließlich führt eine hohe Absorption von Strahlungsenergie durch polare Moleküle im Medium, wie beispielsweise Wassermoleküle, zu einem Energieverlust.Darüber hinaus kann die Wirksamkeit von SRET durch mehrere nicht identifizierte Mechanismen in Viren beeinträchtigt werden [28].Der SRET-Effekt kann das Virus auch so modifizieren, dass es sich an seine Umgebung anpasst, was zu einer Resistenz gegenüber elektromagnetischen Wellen führt [29].
In Zukunft muss die Technologie der Virusinaktivierung mittels elektromagnetischer Wellen weiter verbessert werden.Wissenschaftliche Grundlagenforschung sollte darauf abzielen, den Mechanismus der Virusinaktivierung durch elektromagnetische Wellen aufzuklären.Beispielsweise sollten der Mechanismus der Nutzung der Energie von Viren bei Exposition gegenüber elektromagnetischen Wellen, der detaillierte Mechanismus der nicht-thermischen Wirkung, die pathogene Viren abtötet, und der Mechanismus des SRET-Effekts zwischen elektromagnetischen Wellen und verschiedenen Arten von Viren systematisch aufgeklärt werden.Angewandte Forschung sollte sich darauf konzentrieren, wie eine übermäßige Absorption von Strahlungsenergie durch polare Moleküle verhindert werden kann, die Wirkung elektromagnetischer Wellen unterschiedlicher Frequenzen auf verschiedene pathogene Viren untersuchen und die nicht-thermischen Wirkungen elektromagnetischer Wellen bei der Zerstörung pathogener Viren untersuchen.
Elektromagnetische Wellen sind zu einer vielversprechenden Methode zur Inaktivierung pathogener Viren geworden.Die elektromagnetische Wellentechnologie hat die Vorteile einer geringen Umweltverschmutzung, niedriger Kosten und einer hohen Inaktivierungseffizienz von Pathogenviren, wodurch die Einschränkungen herkömmlicher Antivirentechnologie überwunden werden können.Es bedarf jedoch weiterer Forschung, um die Parameter der elektromagnetischen Wellentechnologie zu bestimmen und den Mechanismus der Virusinaktivierung aufzuklären.
Eine bestimmte Dosis elektromagnetischer Strahlung kann die Struktur und Aktivität vieler pathogener Viren zerstören.Die Effizienz der Virusinaktivierung hängt eng mit Frequenz, Leistungsdichte und Expositionszeit zusammen.Darüber hinaus umfassen mögliche Mechanismen thermische, athermische und strukturelle Resonanzeffekte der Energieübertragung.Verglichen mit herkömmlichen antiviralen Technologien hat die auf elektromagnetischen Wellen basierende Virusinaktivierung die Vorteile der Einfachheit, hohen Effizienz und geringen Umweltverschmutzung.Daher ist die durch elektromagnetische Wellen vermittelte Virusinaktivierung zu einer vielversprechenden antiviralen Technik für zukünftige Anwendungen geworden.
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