SARS의 마이크로파 공명 흡수

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12596(2022) 이 기사 인용

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저전력 마이크로파는 바이러스의 제한된 음향 쌍극 모드 주파수와 일치하는 주파수에서 비열 구조 공명 에너지 전달 효과를 통해 A형 인플루엔자 바이러스를 효과적으로 비활성화할 수 있습니다. 현재 에어로졸은 SARS-CoV-2 전파의 주요 경로로 간주됩니다. 잠재적인 전자레인지 기반 살균을 위해서는 SARS-CoV-2의 전자레인지 공명 주파수를 풀어야 합니다. 여기에서는 동일 평면 도파관 기반 센서 고안을 통해 SARS-CoV-2 및 HCoV-229E 바이러스에 대한 마이크로파 흡수 분광학 연구를 보고합니다. 눈에 띄는 마이크로파 흡수가 관찰될 수 있으며, SARS-CoV-2 바이러스의 1차 및 2차 쌍극 모드의 공진 주파수는 각각 4GHz와 7.5GHz로 확인되었습니다. 우리는 또한 공명 주파수가 바이러스 역가에 불변한다는 것을 발견했으며, 체액 분비의 일반적인 pH 값을 시뮬레이션하기 위해 약산성 배지에서 HCoV-229E의 마이크로파 흡수를 연구했습니다. 우리의 결과는 최근 제안된 전자레인지 살균 장치가 비열 메커니즘을 통해 SARS-CoV-2 바이러스를 비활성화하여 전염병 이후 시대에 질병 전파를 제어할 수 있는 가능한 방사선 주파수를 제시합니다.

주요 경로로 널리 간주되는 SARS-CoV-2의 공기 전염은 에어로졸 입자가 공기 중에 떠 있을 만큼 작기 때문에 가능합니다1. Omicron (B.1.1.529)2 변종과 같은 우려되는 새로운 변종이 백신에 내성을 가질 수 있는 현 상황에서, 대유행을 통제하려면 다시 한번 물리적 거리 유지, 적절한 마스크 착용, 정기적인 손 사용 등 기본적인 조치가 필요합니다. 세척 및 살균3. 일반적으로 화학적, 물리적 멸균 공정은 공간적 적용 범위와 침투력에 의해 제한되며, 인간과 동물에게 해를 끼치기도 합니다. 따라서 포스트 팬데믹 시대에 마스크 없이 다양한 상황에서 감염될 위험을 줄이기 위해서는 침투력이 뛰어나고 여유 공간을 살균할 수 있는 중단 없고 안전한 살균 방법이 절실히 필요하다.

전자기파와 재료의 상호 작용에는 일반적으로 에너지 전달이 포함됩니다. 이전 연구에서는 마이크로파가 제한된 음향 쌍극 모드 주파수4,5,6,7,8,9와 일치하는 주파수에서 구조 공명 에너지 전달(SRET) 효과를 통해 단순한 형상을 가진 바이러스가 공명하도록 할 수 있음을 입증했습니다. 최근 연구에서는 전력 밀도가 810W/m2인 8.4GHz 마이크로파가 SRET 효과를 통해 인플루엔자 A 바이러스 막을 효율적으로 파열할 수 있으며, 이를 통해 15분 이내에 활성 바이러스에 대한 최소 3-로그 감소를 달성할 수 있음이 추가로 밝혀졌습니다6. SARS-CoV-2 비리온은 에어로졸에서 최대 3시간 동안 안정적이고 감염력을 유지하는 것으로 보고되었습니다10. 따라서 특정 주파수의 마이크로파는 인체에 안전한 합리적인 마이크로파 전력 밀도 하에서 SARS-CoV-2를 비활성화하는 데 잠재적으로 사용될 수 있습니다. SARS-CoV-211,12,13,14의 비활성화 효능을 검사하기 위해 다양한 장치와 방법론이 설계 및 제안되었지만 정확한 공진 주파수는 아직 알려지지 않았습니다. 공공장소의 전자레인지 살균을 고려할 때 생물학적 시스템과 공명하는 전자파 주파수는 피해야 하며 전자파 노출은 IEEE 안전 표준을 따라야 합니다. 따라서 SARS-CoV-2의 공명 주파수는 마이크로파 공명 흡수(MRA) 스펙트럼을 정량적으로 평가하여 결정될 수 있다는 것이 매우 바람직합니다.

이 보고서에서는 SARS-CoV-2 바이러스에 의한 상당한 마이크로파 흡수가 해당 마이크로파 공명 주파수에서 관찰되었습니다. 우리는 정규화된 삽입 손실(IL) 스펙트럼에서 기본 공진 주파수의 최대 32% 크기를 갖는 두 개의 공진 주파수인 4GHz와 7.5GHz를 식별했습니다. 이는 이전에 더 높은 밀도의 인플루엔자 A H3N2 바이러스에 대해 보고된 것과 일치합니다6. 우리의 결과는 마이크로파 전기장의 에너지가 SARS-CoV-2 바이러스 구조 공명을 유발하는 고도로 결합된 메커니즘을 밝혀냈습니다. MRA 주파수의 대역폭은 바이러스의 크기 불균일성과도 일치했습니다. 또한 인간 코로나 바이러스 229E(HCoV-229E)를 사용하여 바이러스 역가 및 중간 산도의 영향을 조사했습니다.

90%) to the CPW transmission line at high frequency (10 GHz to 20 GHz), the noise would be amplified when calculating the normalized IL. Therefore, we only consider the bandwidth from 0.2 GHz to 10 GHz which has better SNR. In the measurement of SARS-CoV-2, due to the difficulty of achieving perfect calibration of VNA in BSL-3 lab, the sum of \({\left|{S}_{11}\right|}^{2}\) and \({\left|{S}_{21}\right|}^{2}\) is slightly over 1 which lead to a gain in this 2-port system. Therefore, we had to omit the components which its frequency is lower than 1.1 GHz./p>

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