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

Pathogene Virusinfektionen sind weltweit zu einem großen Problem der öffentlichen Gesundheit geworden. Viren können alle Zellorganismen infizieren und unterschiedlich schwere Verletzungen und Schäden verursachen, die zu Krankheiten und sogar zum Tod führen können. Angesichts der Verbreitung hochpathogener Viren wie des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung wirksamer und sicherer Methoden zur Inaktivierung pathogener Viren. Herkömmliche Methoden zur Inaktivierung pathogener Viren sind praktisch, weisen jedoch einige Einschränkungen auf. Mit den Eigenschaften hoher Durchschlagskraft, physikalischer Resonanz und fehlender Umweltverschmutzung sind elektromagnetische Wellen zu einer potenziellen Strategie zur Inaktivierung pathogener Viren geworden und erregen zunehmend Aufmerksamkeit. Dieser Artikel bietet einen Überblick über aktuelle Veröffentlichungen zum Einfluss elektromagnetischer Wellen auf pathogene Viren und deren Mechanismen sowie über die Aussichten für den Einsatz elektromagnetischer Wellen zur Inaktivierung pathogener Viren sowie neue Ideen und Methoden für eine solche Inaktivierung.
Viele Viren verbreiten sich schnell, bleiben lange bestehen, sind hochpathogen und können weltweite Epidemien und schwere Gesundheitsrisiken verursachen. Prävention, Erkennung, Tests, Ausrottung und Behandlung sind wichtige Schritte, um die Ausbreitung des Virus zu stoppen. Die schnelle und effiziente Beseitigung pathogener Viren umfasst die prophylaktische, schützende und Quellenbeseitigung. 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. Allerdings weisen diese Methoden noch einige Einschränkungen auf. Daher besteht nach wie vor ein dringender Bedarf an der Entwicklung innovativer Strategien zur Inaktivierung pathogener Viren.
Die Emission elektromagnetischer Wellen hat die Vorteile einer hohen Durchschlagskraft, einer schnellen und gleichmäßigen Erwärmung, einer Resonanz mit Mikroorganismen und einer Plasmafreisetzung und wird voraussichtlich zu einer praktischen Methode zur Inaktivierung pathogener Viren werden [1,2,3]. Die Fähigkeit elektromagnetischer Wellen, pathogene Viren zu inaktivieren, wurde im letzten Jahrhundert nachgewiesen [4]. In den letzten Jahren hat der Einsatz elektromagnetischer Wellen zur Inaktivierung pathogener Viren zunehmend Aufmerksamkeit erregt. In diesem Artikel werden die Wirkung elektromagnetischer Wellen auf pathogene Viren und ihre Mechanismen erörtert, die als nützlicher Leitfaden für die Grundlagen- und angewandte Forschung dienen können.
Die morphologischen Eigenschaften von Viren können Funktionen wie Überleben und Infektiosität widerspiegeln. Es wurde nachgewiesen, 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 der Desinfektionsbewertung, der kinetischen Modellierung (wässrig) und der biologischen Charakterisierung viraler Moleküle eingesetzt [5, 6]. Wu fand heraus, dass Mikrowellen bei 2450 MHz und 700 W nach 1 Minute direkter Bestrahlung eine Aggregation und eine signifikante Schrumpfung von MS2-Wasserphagen 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) 0,1 s lang 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 Einwirkung elektromagnetischer Wellen kann für virale Formen zerstörerisch sein. Allerdings sind Veränderungen der morphologischen Eigenschaften wie Form, Durchmesser und Oberflächenglätte nach der Exposition gegenüber dem Virus mit elektromagnetischer Strahlung nicht bekannt. Daher ist es wichtig, den Zusammenhang zwischen morphologischen Merkmalen und Funktionsstörungen zu analysieren, was wertvolle und praktische Indikatoren für die Beurteilung der Virusinaktivierung liefern kann [1].
Die Virusstruktur besteht normalerweise aus einer inneren Nukleinsäure (RNA oder DNA) und einem äußeren Kapsid. Nukleinsäuren bestimmen die genetischen und Replikationseigenschaften von Viren. Das Kapsid ist die äußere Schicht regelmäßig angeordneter Proteinuntereinheiten, das Grundgerüst und die Antigenkomponente viraler Partikel und schützt auch Nukleinsäuren. Die meisten Viren haben eine Hüllstruktur aus Lipiden und Glykoproteinen. 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.
Untersuchungen haben gezeigt, dass elektromagnetische Wellen, insbesondere elektromagnetische UHF-Wellen, die RNA krankheitserregender Viren schädigen können. Wu [1] setzte die wässrige Umgebung des MS2-Virus zwei Minuten lang direkt 2450-MHz-Mikrowellen aus und analysierte die Gene, die für Protein A, Kapsidprotein, Replikaseprotein und Spaltungsprotein 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 der Exposition gegenüber elektromagnetischen Wellen mit einer Leistung von 119 und 385 W deutlich ab und verschwand vollständig, als 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 aufgrund der Zerstörung von Nukleinsäuren beruht [1, 3, 8, 9]. Allerdings können athermische Effekte auch die Polarität oder Struktur viraler Proteine ​​verändern [1, 10, 11]. Die direkte Wirkung elektromagnetischer Wellen auf grundlegende strukturelle/nichtstrukturelle Proteine ​​wie Kapsidproteine, Hüllproteine ​​oder Spike-Proteine ​​pathogener Viren bedarf noch weiterer Untersuchungen. Kürzlich wurde vermutet, dass 2 Minuten elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz von 2,45 GHz und einer Leistung von 700 W durch rein elektromagnetische Effekte mit verschiedenen Fraktionen von Proteinladungen interagieren können, indem sie Hotspots und oszillierende elektrische Felder bilden [12].
Die Hülle eines pathogenen Virus hängt eng mit seiner Fähigkeit zusammen, zu infizieren oder Krankheiten zu verursachen. Mehrere Studien haben berichtet, dass elektromagnetische UHF- und Mikrowellenwellen die Hüllen krankheitserregender Viren zerstören können. Wie oben erwähnt, können in der Virushülle des Coronavirus 229E nach 0,1 Sekunden Exposition gegenüber der 95-GHz-Millimeterwelle bei einer Leistungsdichte von 70 bis 100 W/cm2 deutliche Löcher nachgewiesen werden [8]. Der Effekt der resonanten Energieübertragung elektromagnetischer Wellen kann so viel Stress verursachen, dass die Struktur der Virushülle zerstört wird. Bei umhüllten Viren nimmt nach dem Aufbrechen 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 pathogener Viren, die elektromagnetischen Wellen ausgesetzt waren, und eines fragmentierten Modells zu vergleichen, das mehrere Zyklen lang in flüssigem Stickstoff eingefroren und sofort aufgetaut wurde, wurde eine RT-PCR durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass die RNA-Signale der beiden Modelle sehr konsistent sind. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die physikalische Struktur des Virus gestört ist und die Hüllenstruktur nach der Einwirkung von Mikrowellenstrahlung zerstört wird.
Die Aktivität eines Virus kann durch seine Fähigkeit zur Infektion, Replikation und Transkription charakterisiert werden. Die Virusinfektiosität oder -aktivität wird üblicherweise durch Messung der Virustiter mithilfe von Plaque-Assays, der mittleren infektiösen Dosis der Gewebekultur (TCID50) oder der Aktivität des Luciferase-Reportergens beurteilt. Es kann aber auch direkt durch die Isolierung lebender Viren oder durch die Analyse von viralem Antigen, viraler Partikeldichte, Virusüberleben usw. beurteilt werden.
Es wurde berichtet, dass elektromagnetische Wellen im UHF-, SHF- und EHF-Bereich virale Aerosole oder durch Wasser übertragene Viren direkt inaktivieren können. Wu [1] setzte das von einem Laborvernebler erzeugte MS2-Bakteriophagen-Aerosol 1,7 Minuten lang elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz von 2450 MHz und einer Leistung von 700 W aus, während die Überlebensrate des MS2-Bakteriophagen nur 8,66 % betrug. Ähnlich wie beim viralen MS2-Aerosol wurden 91,3 % des wässrigen MS2 innerhalb von 1,5 Minuten nach der Exposition gegenüber der gleichen Dosis elektromagnetischer Wellen inaktiviert. Darüber hinaus korrelierte die Fähigkeit elektromagnetischer Strahlung, das MS2-Virus zu inaktivieren, positiv mit der Leistungsdichte und der Einwirkungszeit. Wenn die Deaktivierungseffizienz jedoch ihren Maximalwert erreicht, kann die Deaktivierungseffizienz nicht durch eine Verlängerung der Belichtungszeit oder eine Erhöhung der Leistungsdichte verbessert werden. Beispielsweise hatte das MS2-Virus eine minimale Überlebensrate von 2,65 % bis 4,37 %, nachdem es elektromagnetischen Wellen mit 2450 MHz und 700 W ausgesetzt wurde, und es wurden keine signifikanten Veränderungen mit zunehmender Expositionsdauer festgestellt. Siddharta [3] bestrahlte eine Zellkultursuspension, die das Hepatitis-C-Virus (HCV)/humanes Immundefizienzvirus Typ 1 (HIV-1) enthielt, mit elektromagnetischen Wellen bei einer Frequenz von 2450 MHz und einer Leistung von 360 W. Sie stellten fest, dass die Virustiter deutlich sanken nach 3 Minuten Exposition, was darauf hinweist, dass elektromagnetische Wellenstrahlung wirksam gegen HCV- und HIV-1-Infektiosität ist und dazu beiträgt, die Übertragung des Virus zu verhindern, selbst wenn sie gleichzeitig exponiert wird. Bei der Bestrahlung von HCV-Zellkulturen und HIV-1-Suspensionen mit elektromagnetischen Wellen geringer Leistung mit einer Frequenz von 2450 MHz, 90 W oder 180 W kam es zu keiner Veränderung des Virustiters, bestimmt durch die Luciferase-Reporteraktivität, und zu einer signifikanten Veränderung 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] zeigte erstmals im Jahr 2021 die Letalität elektromagnetischer EHF-Wellen gegen durch 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 %. Dies weist darauf hin, dass elektromagnetische EHF-Wellen breite Anwendungsaussichten im Bereich der Virusinaktivierung haben.
Die Wirksamkeit der UHF-Inaktivierung von Viren wurde auch in verschiedenen Medien wie Muttermilch und einigen im Haushalt häufig verwendeten Materialien untersucht. Die Forscher setzten mit Adenovirus (ADV), Poliovirus Typ 1 (PV-1), Herpesvirus 1 (HV-1) und Rhinovirus (RHV) kontaminierte Anästhesiemasken 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 ausfielen und die HV-1-, PIV-3- und RHV-Titer auf Null sanken, was auf eine vollständige Inaktivierung aller Viren nach 4 Minuten 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 Mikrowellenofen mit 2450 MHz und 900 W aus. verlieren ihre Infektiosität. Unter anderem wurden APV und IBV zusätzlich in Kulturen von Trachealorganen nachgewiesen, die aus Hühnerembryonen der 5. Generation gewonnen wurden. Obwohl das Virus nicht isoliert werden konnte, wurde die virale Nukleinsäure dennoch mittels RT-PCR nachgewiesen. Ben-Shoshan [18] setzte 15 Cytomegalovirus (CMV)-positiven Muttermilchproben 30 Sekunden lang elektromagnetische Wellen mit 2450 MHz und 750 W direkt aus. Der Antigennachweis mittels Shell-Vial zeigte eine vollständige Inaktivierung von CMV. Allerdings erreichten 2 von 15 Proben bei 500 W keine vollständige Inaktivierung, was auf eine positive Korrelation zwischen der Inaktivierungseffizienz und der Leistung elektromagnetischer Wellen hinweist.
Es ist auch erwähnenswert, dass Yang [13] die Resonanzfrequenz zwischen elektromagnetischen Wellen und Viren auf der Grundlage etablierter physikalischer Modelle vorhersagte. Eine Suspension von H3N2-Viruspartikeln mit einer Dichte von 7,5 × 1014 m-3, hergestellt von virusempfindlichen 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 Grad der Inaktivierung des H3N2-Virus erreicht 100 %. Allerdings wurden bei einem theoretischen Schwellenwert von 82 W/m2 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 SARS-CoV-2 elektromagnetischen Wellen der A-Welle ausgesetzt sind mit einer Frequenz von 10-17 GHz und einer Leistungsdichte von 14,5 ± 1 W/m2 für etwa 15 Minuten führt zu einer 100-prozentigen Deaktivierung. Eine aktuelle Studie von Wang [19] zeigte, dass die Resonanzfrequenzen von SARS-CoV-2 bei 4 und 7,5 GHz liegen, was die Existenz von Resonanzfrequenzen unabhängig vom Virustiter bestätigt.
Zusammenfassend lässt sich 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 Stärke elektromagnetischer Wellen und dem für das Wachstum des Virus verwendeten Medium zusammenhängt. Darüber hinaus sind elektromagnetische Frequenzen, die auf physikalischen Resonanzen basieren, für die Virusinaktivierung von großer Bedeutung [2, 13]. Bisher konzentrierte sich die Wirkung elektromagnetischer Wellen auf die Aktivität pathogener Viren hauptsächlich auf die Veränderung der Infektiosität. Aufgrund des komplexen Mechanismus wurde in mehreren Studien über die Wirkung elektromagnetischer Wellen auf die Replikation und Transkription pathogener Viren berichtet.
Die Mechanismen, durch die elektromagnetische Wellen Viren inaktivieren, hängen eng mit der Art des Virus, der Frequenz und Stärke elektromagnetischer Wellen sowie der Wachstumsumgebung des Virus zusammen, sind jedoch noch weitgehend unerforscht. Die jüngste Forschung konzentrierte sich auf die Mechanismen der thermischen, athermischen und strukturellen resonanten Energieübertragung.
Unter thermischem Effekt versteht man einen Temperaturanstieg, der durch Hochgeschwindigkeitsrotation, Kollision und Reibung polarer Moleküle im Gewebe unter dem Einfluss elektromagnetischer Wellen verursacht wird. Aufgrund dieser Eigenschaft können elektromagnetische Wellen die Temperatur des Virus über die physiologische Toleranzschwelle ansteigen lassen und so zum Tod des Virus führen. Allerdings enthalten Viren nur wenige polare Moleküle, was darauf hindeutet, dass direkte thermische Auswirkungen auf Viren selten sind [1]. Im Gegenteil, es gibt viel mehr polare Moleküle im Medium und in der Umgebung, wie zum Beispiel Wassermoleküle, die sich entsprechend dem durch elektromagnetische Wellen angeregten elektrischen Wechselfeld bewegen und dabei durch Reibung Wärme erzeugen. Die Wärme wird dann auf das Virus übertragen, um dessen Temperatur zu erhöhen. Beim Überschreiten der Toleranzschwelle kommt es zur Zerstörung von Nukleinsäuren und Proteinen, was letztendlich die Infektiosität verringert und sogar das Virus inaktiviert.
Mehrere Gruppen haben berichtet, dass elektromagnetische Wellen die Infektiosität von Viren durch thermische Einwirkung verringern können [1, 3, 8]. Kaczmarczyk [8] setzte Suspensionen des Coronavirus 229E für 0,2–0,7 s elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz von 95 GHz und einer Leistungsdichte von 70 bis 100 W/cm² aus. Die Ergebnisse zeigten, dass ein Temperaturanstieg von 100 °C während dieses Prozesses zur Zerstörung der Virusmorphologie und einer verringerten Virusaktivität beitrug. Diese thermischen Effekte können durch die Einwirkung elektromagnetischer Wellen auf die umgebenden Wassermoleküle erklärt werden. Siddharta [3] bestrahlte HCV-haltige Zellkultursuspensionen verschiedener Genotypen, darunter GT1a, GT2a, GT3a, GT4a, GT5a, GT6a und GT7a, mit elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz von 2450 MHz und einer Leistung von 90 W und 180 W, 360 W, 600 W und 800 Di mit einer Erhöhung der Temperatur des Zellkulturmediums ab Bei einer Temperatur von 26°C bis 92°C verringerte elektromagnetische Strahlung die Infektiosität des Virus oder inaktivierte das Virus vollständig. Aber HCV wurde für kurze Zeit elektromagnetischen Wellen bei niedriger Leistung (90 oder 180 W, 3 Minuten) oder höherer Leistung (600 oder 800 W, 1 Minute) ausgesetzt, während es zu keinem signifikanten Temperaturanstieg und einer signifikanten Veränderung der Temperatur kam Es wurde keine Infektiosität oder Aktivität des Virus beobachtet.
Die obigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die thermische Wirkung elektromagnetischer Wellen ein Schlüsselfaktor für die Infektiosität bzw. Aktivität pathogener Viren ist. Darüber hinaus haben zahlreiche Studien gezeigt, dass die thermische Wirkung elektromagnetischer Strahlung pathogene Viren wirksamer 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 verminderten Lebensfähigkeit oder sogar zum Tod führt [10]. Es wird angenommen, dass der schnelle Wechsel der Polarität elektromagnetischer Wellen eine Proteinpolarisierung verursacht, die zu einer Verdrehung und Krümmung der Proteinstruktur und letztendlich zur Denaturierung des Proteins führt [11].
Die nichtthermische Wirkung elektromagnetischer Wellen auf die Virusinaktivierung bleibt umstritten, die meisten Studien haben jedoch positive Ergebnisse gezeigt [1, 25]. Wie oben erwähnt, können elektromagnetische Wellen direkt in das Hüllprotein des MS2-Virus eindringen und die Nukleinsäure des Virus zerstören. Darüber hinaus reagieren MS2-Virus-Aerosole deutlich empfindlicher auf elektromagnetische Wellen als wässriges MS2. Aufgrund weniger polarer Moleküle wie Wassermoleküle in der Umgebung von MS2-Virus-Aerosolen können athermische Effekte eine Schlüsselrolle bei der durch elektromagnetische Wellen vermittelten Virusinaktivierung spielen [1].
Das Phänomen der Resonanz bezieht sich auf die Tendenz eines physikalischen Systems, bei seiner natürlichen Frequenz und Wellenlänge mehr Energie aus seiner Umgebung zu absorbieren. Resonanzen treten in der Natur an vielen Stellen auf. Es ist bekannt, dass Viren mit Mikrowellen derselben Frequenz in einem begrenzten akustischen Dipolmodus in Resonanz treten, einem Resonanzphänomen [2, 13, 26]. Resonante Wechselwirkungsmodi zwischen einer elektromagnetischen Welle und einem Virus erregen immer mehr Aufmerksamkeit. Der Effekt eines effizienten strukturellen Resonanzenergietransfers (SRET) von elektromagnetischen Wellen zu geschlossenen akustischen Schwingungen (CAV) bei 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 umhüllter Viren, die von einer Doppelschichtmembran umgeben sind, in der 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, zur Inaktivierung des menschlichen H3N2-Virus durch thermisches Erhitzen ist jedoch eine Temperatur über 55 °C erforderlich [9]. Ähnliche Phänomene wurden bei Viren wie SARS-CoV-2 und H3N1 beobachtet [13, 14]. Darüber hinaus 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 Einwirkung gefördert [13].
Im Vergleich zur thermischen Wirkung elektromagnetischer Wellen erfordert die Inaktivierung von Viren durch physikalische Resonanz niedrigere Dosisparameter, die unter den vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) festgelegten Mikrowellensicherheitsstandards liegen [2, 13]. Die Resonanzfrequenz und die Leistungsdosis hängen von den physikalischen Eigenschaften des Virus ab, wie etwa Partikelgröße und Elastizität, und alle Viren innerhalb der Resonanzfrequenz können effektiv zur Inaktivierung angegriffen werden. Aufgrund der hohen Penetrationsrate, der Abwesenheit ionisierender Strahlung und der guten Sicherheit ist die durch die athermische Wirkung von CPET vermittelte Virusinaktivierung vielversprechend für die Behandlung von bösartigen Erkrankungen des Menschen, 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 für die Kontrolle der Übertragung des Virus von großer Bedeutung ist Virus und die 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 elektromagnetische Wellen bekannt sind, können alle Viren innerhalb des Resonanzfrequenzbereichs der Wunde bekämpft werden, was mit herkömmlichen Methoden zur Virusinaktivierung nicht erreicht werden kann [13,14,26]. Die elektromagnetische Inaktivierung von Viren ist eine vielversprechende Forschung mit großem Forschungs- und Anwendungswert und Potenzial.
Im Vergleich zur herkömmlichen Virustötungstechnologie zeichnen sich elektromagnetische Wellen aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen Eigenschaften durch einen einfachen, wirksamen und praktischen Umweltschutz bei der Abtötung von Viren aus [2, 13]. Allerdings bleiben viele Probleme bestehen. Erstens beschränkt sich das moderne Wissen auf die physikalischen Eigenschaften elektromagnetischer Wellen, und der Mechanismus der Energienutzung während der Emission elektromagnetischer Wellen wurde nicht offengelegt [10, 27]. Mikrowellen, einschließlich Millimeterwellen, werden häufig zur Untersuchung der Virusinaktivierung und ihrer Mechanismen eingesetzt. Über Studien zu elektromagnetischen Wellen bei anderen Frequenzen, insbesondere bei Frequenzen von 100 kHz bis 300 MHz und von 300 GHz bis 10 THz, wurde jedoch nicht berichtet. Zweitens ist der Mechanismus der Abtötung pathogener Viren durch elektromagnetische Wellen nicht aufgeklärt und es wurden nur kugel- und stäbchenförmige Viren untersucht [2]. Darüber hinaus sind Viruspartikel klein, zellfrei, mutieren leicht und breiten sich schnell aus, was die Inaktivierung des Virus 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 z. B. Wassermoleküle, zu Energieverlusten. Darüber hinaus kann die Wirksamkeit von SRET durch mehrere unbekannte Mechanismen bei Viren beeinträchtigt werden [28]. Der SRET-Effekt kann das Virus auch so verändern, dass es sich an seine Umgebung anpasst, was zu einer Resistenz gegen elektromagnetische Wellen führt [29].
Zukünftig muss die Technologie der Virusinaktivierung mittels elektromagnetischer Wellen weiter verbessert werden. Die grundlegende wissenschaftliche Forschung sollte darauf abzielen, den Mechanismus der Virusinaktivierung durch elektromagnetische Wellen aufzuklären. Beispielsweise sollten der Mechanismus der Nutzung der Energie von Viren bei Einwirkung elektromagnetischer 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 Frequenz auf verschiedene pathogene Viren untersucht werden und die nicht-thermische Wirkung elektromagnetischer Wellen bei der Zerstörung pathogener Viren untersucht werden.
Elektromagnetische Wellen haben sich zu einer vielversprechenden Methode zur Inaktivierung pathogener Viren entwickelt. Die elektromagnetische Wellentechnologie bietet die Vorteile einer geringen Umweltverschmutzung, niedriger Kosten und einer hohen Effizienz bei der Inaktivierung von Krankheitserregern, wodurch die Einschränkungen der herkömmlichen 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 Wellenstrahlung kann die Struktur und Aktivität vieler pathogener Viren zerstören. Die Effizienz der Virusinaktivierung hängt eng mit der Häufigkeit, der Leistungsdichte und der Einwirkzeit zusammen. Darüber hinaus umfassen mögliche Mechanismen thermische, athermische und strukturelle Resonanzeffekte der Energieübertragung. Im Vergleich zu herkömmlichen antiviralen Technologien bietet die Virusinaktivierung auf der Basis elektromagnetischer Wellen die Vorteile der Einfachheit, der hohen Effizienz und der geringen Umweltverschmutzung. Daher ist die durch elektromagnetische Wellen vermittelte Virusinaktivierung zu einer vielversprechenden antiviralen Technik für zukünftige Anwendungen geworden.
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