Сверхбыстрый

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 11935 (2022) Цитировать эту статью

1189 Доступов

1 Цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Методы, основанные на ультрафиолетовом (УФ) облучении, используемые для инактивации вируса, открыли важный путь борьбы с вирусом тяжелого острого респираторного синдрома коронавируса-2 (SARS-CoV-2). Основная проблема современной технологии УФ-инактивации заключается в том, что она основана на УФ-лампах, которые имеют ограниченную эффективность, требуют высокой мощности, больших доз и длительного времени облучения. Эти недостатки ограничивают использование УФ-ламп в системах фильтрации воздуха и других приложениях. Чтобы устранить эти ограничения, здесь мы сообщаем об изготовлении устройства, содержащего импульсный наносекундный УФ-лазер с длиной волны 266 нм, соединенный с интегрирующей полостью (LIC), состоящей из отражающего УФ-излучение материала, политетрафторэтилена. Предыдущие полости для инактивации УФ-ламп были основаны на полированных стенках с зеркальными отражениями, но диффузно-отражающие УФ-ИС не были тщательно исследованы на предмет инактивации вирусов. Наши результаты показывают, что устройство LIC может инактивировать несколько респираторных вирусов, включая SARS-CoV-2, при эффективном времени облучения ~ 1 мс, с более чем на 2 порядка большей эффективностью по сравнению с УФ-лампами. Продемонстрированное увеличение полости на 3 порядка по сравнению с прямым воздействием имеет решающее значение для разработки эффективных систем УФ-очистки воздуха и воды в реальном времени. Насколько нам известно, это первая демонстрация применения LIC для широкой вирусной инактивации с высокой эффективностью.

Для борьбы со вспышкой глобальной пандемии тяжелого острого респираторного синдрома коронавируса-2 (SARS-CoV-2) были разработаны различные наноматериалы с настраиваемыми физическими и химическими свойствами для вакцинации и лечения пациентов1,2. Кроме того, были разработаны очистители воздуха с фотоэлектрохимическим окислением в качестве потенциальных инструментов для контроля воздействия SARS-CoV-2 в помещениях3. Однако пандемические вирусы распространяются через воздух и поверхности, и поэтому существует острая необходимость в разработке быстрых и эффективных методов инактивации вирусных частиц на поверхностях и в воздухе, особенно в общественных местах, таких как больницы, аэропорты, магазины и т. д. пандемия и возможные будущие пандемии.

В настоящее время валидированы различные протоколы световой дезинфекции для проб поверхностей, воздуха и воды, а также средств индивидуальной защиты4. УФ-облучение как эффективный бесконтактный метод инактивации вирусных возбудителей применяется уже давно, преимущественно в виде ртутных ламп низкого давления или светодиодов5,6,7,8. УФ-излучение (в диапазоне 100–280 нм) обладает наибольшей антимикробной и противовирусной эффективностью инактивации среди различных диапазонов УФ-излучения, включая UVA (315–400 нм) и UVB (280–315 нм)9. Максимальное поглощение нуклеиновых кислот приходится на длину волны ~ 265 нм, при этом УФ-излучение вызывает повреждение, индуцируя фотохимическое слияние двух соседних пиримидинов в ковалентно связанные димеры, сшивку РНК-белка и сайт-специфическое молекулярное повреждение10. УФ-излучение изучалось для лечения энтеровирусов человека, вируса Зика, гепатита Е, лихорадки денге, Западного Нила и других11,12,13,14,15,16,17,18,19, а недавно и SARS-CoV-220. ,21,22,23,24,25,26,27,28. На вирулицидную эффективность УФ-излучения влияет ряд факторов, включая целевой патоген, окружающую среду и обеззараживаемый материал29. Кроме того, бактерицидное УФ сочетается с термической обработкой для дезинфекции вирусов30,31, включая SARS-CoV-232. Проблемы с УФ-лампами включают ограниченную эффективность, требующую высокой мощности и длительного времени облучения (большие дозы), что отнимает много времени и не подходит для использования во многих системах кондиционирования воздуха, где воздух проходит мимо УФ-лампы только в течение очень коротких периодов времени. времени. К недостаткам отопления относятся низкий КПД и большие потери тепла в окружающую среду, что требует дополнительных усилий по охлаждению и, следовательно, увеличивает стоимость инактивации.