Assorbimento risonante a microonde della SARS

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 12596 (2022) Citare questo articolo

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Le microonde a bassa potenza possono disattivare efficacemente il virus dell'influenza di tipo A attraverso l'effetto di trasferimento di energia di risonanza della struttura non termica, a una frequenza corrispondente alla frequenza della modalità dipolare acustica confinata del virus. Attualmente, l’aerosol è considerato la principale via di trasmissione della SARS-CoV-2. Per la potenziale sterilizzazione a microonde, è necessario svelare la frequenza di risonanza delle microonde di SARS-CoV-2. Qui riportiamo uno studio di spettroscopia di assorbimento a microonde dei virus SARS-CoV-2 e HCoV-229E attraverso l’ideazione di un sensore basato su guida d’onda complanare. Si può osservare un notevole assorbimento delle microonde, mentre abbiamo identificato le frequenze di risonanza della 1a e 2a modalità dipolare del virus SARS-CoV-2 rispettivamente come 4 e 7,5 GHz. Abbiamo inoltre scoperto che le frequenze di risonanza sono invarianti rispetto al titolo del virus e abbiamo anche studiato l’assorbimento a microonde di HCoV-229E in un mezzo di acidità debole per simulare il valore di pH comune nella secrezione fluida. I nostri risultati suggeriscono la possibile frequenza di radiazione per i dispositivi di sterilizzazione a microonde recentemente proposti per inattivare il virus SARS-CoV-2 attraverso un meccanismo non termico in modo da controllare la trasmissione della malattia nell’era post-pandemia.

Ampiamente considerata la via principale, la trasmissione aerea del SARS-CoV-2 è resa possibile perché le particelle di aerosol sono abbastanza piccole da galleggiare nell’aria1. Nelle attuali circostanze in cui la nuova variante preoccupante, come la variante Omicron (B.1.1.529)2, potrebbe essere resistente ai vaccini, il controllo della pandemia richiede ancora una volta azioni di base come il mantenimento della distanza fisica, l'uso di maschere adeguate, l'uso regolare delle mani lavaggio e sterilizzazione3. In generale, i processi di sterilizzazione chimica e fisica sono limitati dalla copertura spaziale e dalla penetrazione e causano anche danni all’uomo e agli animali. Pertanto, al fine di ridurre il rischio di infezione in vari scenari senza maschera facciale nell’era post-pandemica, è urgentemente necessario un metodo di sterilizzazione ininterrotto e sicuro con un’eccellente capacità di penetrazione per sterilizzare gli spazi liberi.

Le interazioni delle onde elettromagnetiche con i materiali comportano tipicamente il trasferimento di energia. Precedenti studi hanno dimostrato che le microonde possono far risuonare virus con geometrie semplici attraverso l’effetto di trasferimento di energia risonante della struttura (SRET), a una frequenza corrispondente alla frequenza della modalità dipolare acustica confinata4,5,6,7,8,9. Uno studio recente ha inoltre rivelato che le microonde a 8,4 GHz con densità di potenza di 810 W/m2 possono rompere in modo efficiente la membrana del virus dell’influenza A attraverso l’effetto SRET, ottenendo così una riduzione di almeno 3 log al virus attivo in meno di 15 minuti6. È stato segnalato che i virioni SARS-CoV-2 rimangono stabili e infettivi nell’aerosol fino a 3 ore10; pertanto, le microonde con frequenze specifiche potrebbero essere potenzialmente utilizzate per inattivare la SARS-CoV-2 a densità di potenza delle microonde ragionevoli e sicure per il corpo umano. Sono stati progettati e proposti vari dispositivi e metodologie per verificare l’efficacia di inattivazione del SARS-CoV-211,12,13,14, ma le frequenze di risonanza corrette sono rimaste sconosciute. Considerando la sterilizzazione a microonde nelle aree pubbliche, le frequenze delle microonde che potrebbero entrare in risonanza con i sistemi biologici dovrebbero essere evitate e l'esposizione alle microonde dovrebbe seguire gli standard di sicurezza IEEE. È quindi altamente auspicabile che le frequenze di risonanza di SARS-CoV-2 possano essere determinate valutando quantitativamente gli spettri di assorbimento risonante a microonde (MRA).

In questo rapporto è stato osservato un assorbimento significativo delle microonde da parte del virus SARS-CoV-2 alle corrispondenti frequenze di risonanza delle microonde. Abbiamo identificato due frequenze di risonanza, 4 e 7,5 GHz, sugli spettri di perdita di inserzione (IL) normalizzati con un'ampiezza fino al 32% della frequenza di risonanza fondamentale, che è commisurata a quella precedentemente riportata per il virus dell'influenza A H3N2 a densità più elevate6. I nostri risultati hanno rivelato un meccanismo altamente accoppiato, in cui l’energia proveniente dal campo elettrico a microonde provoca la risonanza strutturale virale SARS-CoV-2; mentre la larghezza di banda della frequenza MRA coincideva anche con la disomogeneità dimensionale del virus. Abbiamo anche studiato gli effetti del titolo del virus e dell’acidità media utilizzando il virus corona umano 229E (HCoV-229E).