Articolo di ricerca

Valutazione dell'effetto dei filtri e dei pre-filtri rivestiti sull'infettività e la concentrazione del virus Phi6 aerosolizzato

DOI:

10.3791/70877

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29 maggio 2026

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Atmospheric Composition Research, Finnish Meteorological Institute, 2Department of Environmental Sciences, Faculty of Biological and Environmental Sciences, University of Helsinki, 3Department of Microbiology, Faculty of Agriculture and Forestry, University of Helsinki, 4Department of Otorhinolaryngology and Phoniatrics-Head and Neck Surgery, Helsinki University Hospital

* These authors contributed equally

In questo articolo

Sommario

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Qui presentiamo uno studio per valutare l'efficacia antivirale di rivestimenti superficiali a base di rame e argento sui filtri dell'aria. Utilizzando una camera di bioaerosol e il batteriofago Phi6, questo metodo quantifica l'efficienza dell'inattivazione virale e della filtrazione meccanica per tecnologie di aria interna auto-sanificanti.

Abstract

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Lo sviluppo di tecnologie efficienti di filtrazione dell'aria interna ha acquisito importanza dopo la pandemia di coronavirus 2019 (COVID-19). L'obiettivo di questo studio è valutare l'efficacia antivirale di vari rivestimenti superficiali a base di rame e argento per filtri d'aria utilizzando una camera di bioaerosol standardizzata e il batteriofago avvolto Phi6 come surrogato per i virus respiratori. I test superficiali hanno confermato che tutti i rivestimenti hanno mostrato attività antivirale, con la formulazione specifica a base di rame (B4) che ha ottenuto l'inattivazione completa del virus Phi6 in 10 minuti, A6 in 25 minuti e VS-B in 60 minuti; Le prime riduzioni dell'infettività erano dovute principalmente alla disidratazione delle gocce. Esperimenti in aerosol hanno dimostrato che filtri e prefiltri ad aria particolatica ad alta efficienza (HEPA) riducono sostanzialmente l'infettività virale anche senza rivestimenti, con la filtrazione meccanica che provoca una riduzione di 1,0–2,0 log, mentre i filtri in fibra di vetro di grado GF-2 ad alta efficienza eliminano i virus infettivi rilevabili. I rivestimenti non miglioravano significativamente l'efficienza di filtrazione, probabilmente a causa del limitato contatto virale con le superfici rivestite. I filtri GF-2 utilizzati hanno mostrato una migliore rimozione dei virus, attribuita all'accumulo di particelle e alla densificazione del filtro, mentre i rivestimenti non hanno modificato il numero di copie dei virus che passano attraverso. I filtri rivestiti VS-B mostravano proprietà lipofile, suggerendo ulteriori benefici funzionali. Questa metodologia evidenzia che, sebbene l'efficienza del filtro sia principalmente guidata da intrappolamento meccanico e accumulo di particelle, i rivestimenti superficiali integrati forniscono un meccanismo di auto-sanificazione inattivando le particelle virali intrappolate; l'integrazione della luce ultravioletta (UV) è proposta come una possibile direzione di ricerca futura per migliorare ulteriormente l'efficacia del sistema.

Introduzione

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La comprensione della trasmissione virale aerea è migliorata notevolmente durante la pandemia di COVID-19. Dato che gli ambienti interni presentano rischi di trasmissione nettamente più alti rispetto agli ambienti esterni, è urgente sviluppare strategie protettivepiù efficaci 1,2. In questo contesto, i sistemi di condizionamento dell'aria ad alte prestazioni e di purificazione dell'aria costituiscono componenti essenziali per mitigare la trasmissione del virus in spazi chiusi.

La filtrazione dell'aria è uno dei metodi più diffusi utilizzati nei sistemi di purificazione dell'aria, basandosi sulle qualità fisiche intrinseche di filtrazione e sul filtraggiomultistrato 3,4,5. Questo spesso include un pre-filtro, un filtro grossolano che cattura particelle di grandi dimensioni; un filtro a media efficienza, ad esempio, un filtro a carbone; e un filtro d'aria particolato ad alta efficienza (HEPA) che rimuove almeno il 99,97% delle particelle con la dimensione più penetrante delle particelle di 0,3μm 6,7. Le proprietà fisiche dei filtri contengono molti benefici antimicrobici. È stato dimostrato in precedenza che materiali porosi possono inattivare i virus intrappolandoli easciugandoli 8,9,10. Anche idrofobia o idrofilitia possono essere utilizzate in modo corrispondente. I virus con rivestimento idrofobico preferiscono superfici idrofobiche per l'assorbimento, mentre le superfici idrofile attirano i virusidrofili 11,12. Inoltre, un rivestimento antivirale superficiale può essere utilizzato per migliorare ulteriormente la purificazione. Il rivestimento dei filtri mira a inattivare immediatamente i patogeni al contatto con ilfiltro 13,14. Queste caratteristiche potrebbero aumentare la sicurezza operativa, specialmente negli ospedali, ma anche negli ambienti pubblici durante epidemie epandemie 14.

Per applicazioni pratiche, l'effetto inattivante dei rivestimenti filtranti deve essere sufficientemente rapido da poter essere utilizzato nell'aria a flusso diretto. Pertanto, l'area superficiale per il contatto diretto tra il rivestimento e le particelle virali dovrebbe essere sufficiente, e il rivestimento dovrebbe essere in grado di inattivare il virus entro il tempo di contatto stabilito. I metalli pesanti, come rame e argento, sono noti per avere effettiantivirali 15,16,17. Questo effetto antivirale è stato osservato per virus come poliovirus, vaccinia, herpes simplex 1, Phi6, papovirus SV-40, adenovirus, virus della stomatite vescicolare, SARS-coronavirus, baculovirus e il virus infeccioso della peritonitefelina 18,19,20,21,22. I meccanismi includono il rilascio di ioni rame e argento e la generazione di specie reattive dell'ossigeno (ROS), che reagiscono con le proteine virali e ossidano gli acidi nucleici 23,24,25,26,27,28,29,30.

Per questa ricerca è stata sviluppata una camera di prova per il filtro aerosol con proprietà regolabili di campionamento di aerosol e virus, basata su una precedente configurazione di camera presentata da Sofieva et al. (2022) (vedi Figura 1 e Figura Supplementare 1)31. La camera adattata è stata progettata come un sistema chiuso in cui i virus modello per virus patogeni che causano malattie respiratorie vengono colpiti dai filtri, valutando l'efficienza antivirale dei filtri rivestiti e non rivestiti. Il batteriofago avvolto Phi6 è stato selezionato come surrogato per i virus respiratori perché è un modello ben studiato e ampiamente utilizzato, adatto agli studi sugli aerosol virali. Poiché Phi6 non è patogeno per l'uomo ed è classificato come Biosafety Level 1 (BSL-1), consente la valutazione sicura e pratica dei rivestimenti antivirali all'interno di un laboratorio Biosafety Level 2 (BSL-2) in conformità con le linee guida istituzionali di sicurezza. Inoltre, Phi6 condivide somiglianze strutturali con i virus avvolti che causano malattie respiratorie, come i coronavirus 1 e 2 della sindrome respiratoria acuta grave (SARS-CoV-1 e SARS-CoV-2). Il suo involucro lipidico conferisce inoltre una sensibilità specifica alla disidratazione e all'inattivazione chimica, fornendo un modello rappresentativo per valutare l'efficacia dei rivestimenti superficiali antimicrobici e dei sistemi di filtrazione contro patogeniavvoltiti 32,33,34,35,36,37,38,39.

L'obiettivo di questo studio era innanzitutto analizzare l'efficacia antivirale dei materiali filtranti selezionati contenenti rame e argento tramite test superficiali con il batteriofagio Phi6 prima del loro utilizzo nella filtrazione dell'aria. Successivamente, questi materiali di trattamento superficiale a base di rame e argento sono stati valutati su prefiltri d'aria per valutarne la capacità di migliorare sia le proprietà di filtrazione che di eliminazione contro i virus trasportati dall'aria.

Protocollo

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Virus, ceppi, mezzi di crescita e conteggi di virus infettivi
Il batteriofago Phi6, originariamente fornito al gruppo di ricerca dalla dottoressa Anne K.Vidaver 40, è stato propagato utilizzando Pseudomonas syringae pv. Phaseolicola HB10Y come batterio ospite. L'ospite è stato coltivato in mezzo Luria–Bertani (LB) a 22 °C. Le scorte di agar Phi6 sono state preparate da materiale congelato tramite diluizione seriale, seguendo il protocollo di Bamford et al. (1995)41, e utilizzate sia per saggi di vitalità superficiale sia per la purificazione del virus.

La purificazione e la concentrazione di Phi6 sono state effettuate secondo il protocollo sviluppato da Bamford et al. (1995)41. La sospensione risultante è stata diluita in un tampone di fosfato di potassio (K₃PO₄) da 20 mM contenente 1 mM di cloruro di magnesio (MgCl₂), regolato a pH 7,2, per ottenere un titolo finale di 5 ×10 10–1011 unità formanti placca per millilitro (PFU/mL). Questa sospensione preparata fu successivamente utilizzata per esperimenti di generazione di aerosol.

L'enumerazione delle particelle virali infettive è stata effettuata utilizzando il test standard a doppio strato di placca con sovrapposizione di agar, ottimizzato per il batteriofagoPhi6 42. In breve, furono preparate prime diluizioni seriali in mezzo LB per ogni campione virale o di controllo, dopodiché fino a 100 μL di ciascuna diluizione furono aggiunti 200 μL di sospensione batterica ospite e 3 mL di agar morbido. Le miscele di agar morbido sono state sovrapposte sopra le piastre di agar LB e le placche sono state incubate a 22 °C durante la notte. Le placche vengono poi conteggiate e il numero di PFU/mL è stato calcolato come (placche × fattore di diluizione) / volume placcato.

Analisi qRT-PCR
La preparazione del campione per la reazione a catena della polimerasi in tempo reale per trascrizione inversa quantitativa (qRT-PCR) ha seguito il protocollo di Gregorova et al. (2022)43. Le curve standard per l'RNA P2 e P8 sono state generate utilizzando una serie di diluizione di 10 volte che varia da 102 a10 9 molecole per 5 μL. Ogni diluizione è stata processata identica ai campioni sperimentali, inclusi l'aggiunta di cloroformio, il vortexing, la centrifugazione a 10000 × g per 1 minuto a 22 °C e il ciclo (informazioni sul ciclo e sul primer nella Tabella Supplementare 1 e nella Tabella Supplementare 2). I controlli negativi sono stati preparati sostituendo il modello RNA con 5 μL di acqua ultrapura. i dati qRT-PCR sono stati analizzati utilizzando il software specifico di progettazione e analisi (vedi Tabella dei Materiali).

Configurazione della camera aerosol
È stata sviluppata una camera aerosol autoclavabile costruita su misura per l'aerosolizzazione dei virus e i test del filtro, modellata su un sistema31 precedentemente descritto. La camera sperimentale era composta da un corpo cilindrico in vetro con coperchio abbinato, un impalcatura metallica interna e guarnizioni isolanti per garantire una tenuta ermetica (vedi Tabella dei Materiali e Figura Supplementare 1).

L'organizzazione complessiva dello studio, inclusa la camera, è mostrata nella Figura 1. Per garantire un apporto stabile e riproducibile di aerosol virali, veniva utilizzato un nebulizzatore in combinazione con una pompa ad aria (vedi Tabella dei Materiali).

All'interno della camera, il nebulizzatore generava un flusso di aerosol di 8 L/min. Circa tre quarti di questo flusso venivano diretti allo scarico attraverso un filtro HEPA, mentre il restante quarto (2 L/min) entrava nella camera. Questa divisione è stata progettata per ridurre l'umidità durante misurazioni prolungate. Gli aerosol venivano introdotti nella camera tramite un imbuto metallico, che indirizzava il flusso sulla superficie del filtro o del pre-filtro.

Gli esperimenti con aerosol venivano condotti all'interno di un armadietto di sicurezza biologica. Dopo il passaggio attraverso la camera, il flusso d'aria veniva deumidificato in un essiccatore per proteggere il filtro HEPA e il misuratore di flusso dall'eccessiva umidità. Una pompa esterna supportava ulteriormente il flusso d'aria, creando una pressione negativa all'interno del sistema e garantendo un efficiente scarico attraverso la porta di uscita.

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Figura 1: Schema della camera sperimentale di aerosol e della raccolta di campioni. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Progettazione dello studio
Questo studio ha valutato le proprietà antivirali dei rivestimenti e dei materiali filtranti/pre-filtri elencati nella Tabella 1, nella Tabella Supplementare 3 e nella Tabella Supplementare 4 (vedi anche Tabella dei Materiali). L'indagine è stata condotta in due fasi: test superficiali e test pre-filtro nella camera aerosol.

Nei test superficiali, tutti i materiali di rivestimento sono stati inizialmente valutati su pezzi piatti per determinarne l'attività antivirale. I pezzi di prova rivestiti sono stati forniti da Clean Touch Medical LTD (Tabella 1 e Tabella dei Materiali). Tutti i rivestimenti sono basati su componenti attivi in rame e/o argento incorporati in matrici proprietarie; Le differenze tra le formulazioni riguardano principalmente la composizione, la concentrazione e la compatibilità delle superfici dei metalli (ad esempio, superfici piatte vs filtri porosi) (Tabella Supplementare 3).

Test pre-filtro nella camera aerosol: Tra i rivestimenti disponibili, solo il rivestimento a base di rame e argento VS-B poteva essere applicato ai pre-filtri durante lo studio. I prefiltri trattati con VS-B sono quindi stati esaminati nella camera aerosol per valutarne le prestazioni antivirali in condizioni di esposizione agli aerosol. Fotografie di tutti i filtri e prefiltri utilizzati nello studio sono fornite nella Figura Supplementare 2.

L'efficacia antivirale è stata quantificata con due metodi complementari: test sulla placca per misurare il numero di particelle virali infettive (vedi sezione "Virus, ceppi, substrato di crescita e conteggi di virus infettivi"), e PCR quantitativa (qPCR) per determinare il numero di copie del genoma virale (vedi sezione "analisi qRT-PCR").

Filtri e prefiltriFiltro fornito daRivestimenti
(Tutto fornito da Clean Touch Medical)
Prefiltro in poliestere FMR-5, non rivestito (FMR-5)M-filter LTDAgente di superficie sperimentale a base di rame A6 (A6)
Agente di superficie sperimentale a base di rame B4 (B4)
Agente superficiale di rame e argento Viral Safe (VS)
Agente superficiale in rame e argento Viral Safe B (VS B)
Prefiltro in poliestere FMR-5, rivestito con VS B (FMR-5 VS B)
Prefiltro in poliestere S-11, non rivestito (S-11)
Prefiltro in poliestere S-11, rivestito con VS B (S-11 VS B)
Filtro a doppio strato in fibra di vetro GF-2, non rivestito, (filtro tipo HEPA) (GF-2)
Prefiltro Bulpren BP-6, 6 mm, non rivestito (BP-6)Clean Touch Medical LTD
Prefiltro Bulpren BP-6, 6 mm, rivestito con VS B (BP-6 VS B)

Tabella 1: Filtri e rivestimenti superficiali utilizzati in questo studio.

Efficienza dei rivestimenti antivirali superficiali
È stato sviluppato un saggio di viabilità superficiale per valutare la persistenza dell'infettività virale su diversi materiali di rivestimento. In breve, 20 μL di stock Phi6 (vedi sezione "Virus, ceppi, materiale di crescita e conteggi di virus infettivi") sono stati pipettati sui pezzi di prova rivestiti e distribuiti uniformemente su un'area di 2 cm × 2 cm utilizzando un triangolo di vetro sterile. I campioni sono stati incubati in un armadietto di biosicurezza a 22 °C per 1 minuto, 5 minuti, 1 ora o 3 ore.

I virus venivano recuperati aggiungendo 180 μL di brodo LB fresco alla superficie e lavandi tramite pipettaggio ripetuto. Una piastra di Petri in plastica fungeva da superficie di controllo. Tutti gli esperimenti sono stati condotti a 22 °C. Il numero di particelle virali infettive è stato quantificato utilizzando un test diplacca 41.

Effetto del rivestimento antivirale VS-B sull'efficacia del filtro/pre-filtro
La raccolta dei virus e i test sull'efficienza del filtro venivano condotti utilizzando un metodo di impazione con una piastra di Petri contenente un tampone HEPES da 20 mM (pH 7,2) o un impinger a vortice interamente in vetro (d'ora in poi chiamato "l'impinger"; vedi Tabella dei Materiali)44. Per il campionamento per impazione, una piastra di Petri è stata posizionata direttamente sotto il filtro per massimizzare la deposizione delle particelle (Figura 1). In esperimenti con filtri GF-2 in uso da 3 mesi, è stato utilizzato l'impinger al posto della piastra di Petri per aumentare la sensibilità. L'impinger è un dispositivo in vetro dotato di tre ugelli e richiede una pompa esterna per il campionamento d'aria nel liquido. Il flusso d'aria attraverso gli ugelli genera un movimento vorticoso del liquido di raccolta lungo la parete interna, facilitando una rimozione delicata delle particelle. In questa configurazione, il flusso d'aria attraverso il filtro era mantenuto a 2 L/min e, uscendo dalla camera, una valvola aggiuntiva aumentava l'ingresso totale d'aria a 10 L/min. Gli aerosol sono stati catturati in 5 mL di buffer HEPES da 20 mM (pH 7,2), con il buffer evaporato rifornito ogni 30 minuti. Per gli esperimenti con l'impinger, sia la piastra di Petri che il prefiltro bulpren (usato per l'equalizzazione del flusso d'aria; La Figura Supplementare 1 e la Figura Supplementare 2B) sono state rimesse.

Il protocollo di campionamento dettagliato è presentato nella Tabella 2. Gli aerosol virali sono stati raccolti recuperando 1 mL di sospensione da piastre di Petri contenenti 20 mL di tampone HEPES da 20 mM (pH 7,2). Di questi, 800 μL sono stati utilizzati per l'analisi qRT-PCR e 200 μL per la titolazione virale. Ogni filtro o prefiltro è stato testato in triplice, e sono state eseguite corse di controllo senza filtro/prefiltro per 15 minuti prima e dopo ogni esperimento in camera. Dopo il controllo pre-esperimento, il filtro o prefiltro di interesse veniva inserito nella camera, che veniva operato per 3 ore, dopo di che il filtro/prefiltro veniva rimosso e veniva effettuata una corsa di controllo post-esperimento. Campioni qRT-PCR e titolazione virale sono stati raccolti ogni 30 minuti, ottenendo otto campioni qRT-PCR e otto campioni di titolazione per esperimento. Negli esperimenti con l'impinger, i campioni di titolazione sono stati raccolti una sola volta al termine delle 3 ore di esecuzione. Ogni campione qRT-PCR veniva congelato rapidamente in azoto liquido e conservato a -80 °C fino a un ulteriore utilizzo, mentre i campioni di titolazione virale venivano processati immediatamente dopo l'esperimento tramite test a placche. La soluzione virale utilizzata nel nebulizzatore veniva titolata sia prima che dopo ogni esperimento per monitorare la stabilità.

Tre diversi pre-filtri, BP-6, S-11 e FMR-5, e il filtro GF-2 (Tabella 1 e Figura Supplementare 2, Tabella Supplementare 4) sono stati rivestiti con VS-B. I pre-filtri erano costituiti da materiali sintetici fibrosi con densità strutturali variabili, progettati principalmente per la rimozione di particelle grossolane e la stabilizzazione del flusso d'aria, mentre il filtro GF-2 è un filtro ad alta efficienza in fibra di vetro con prestazioni di tipo HEPA. Pre-filtri senza rivestimento e un sistema senza filtro sono stati testati nella camera aerosol per confronto.

Momento temporaleConfigurazioneCampioni
Controllo0-15 minNessun filtro/prefiltro, piastra di Petri con 20 mL di HEPES200 μL per la titolazione, 800 μL congelati per qRT-PCR
Esperimento0-30 minFiltro/prefiltro di interesse, nuova piastra di Petri con 20 mL di HEPES
30-60 minFiltro/prefiltro di interesse, stessa piastra di Petri con 19 mL di HEPES
60-90 minFiltro/prefiltro di interesse, stessa piastra di Petri con 18 mL di HEPES
90-120 minFiltro/prefiltro di interesse, stessa piastra di Petri con 17 mL di HEPES
120-150 minFiltro/prefiltro di interesse, stessa piastra di Petri con 16 mL di HEPES
150-180 minFiltro/prefiltro di interesse, stessa piastra di Petri con 15 mL di HEPES
Controllo0-15 minNessun filtro/prefiltro, nuova piastra di Petri con 20 mL di HEPES

Tabella 2: Cronologia della raccolta del campione.

Effetto del rivestimento antivirale VS sui filtri usati
La durabilità dell'effetto antivirale sui filtri GF-2 di tipo HEPA rivestiti con l'agente superficiale rame-argento Viral Safe (VS) è stata valutata misurando l'efficienza di filtraggio dei filtri in uso da 3 mesi, basandosi sia sul numero di numeri di virus infettivi che su copie del genoma virale. Per questi esperimenti sono stati impiegati quattro purificatori d'aria (vedi Tabella dei Materiali), ciascuno dotato di un filtro HEPA e uno strato di carbone attivo. I filtri erano stati utilizzati per un periodo di 3 mesi in due ristoranti prima della raccolta e dell'analisi: uno era un ristorante di alta cucina, l'altro una mensa per il personale in una fabbrica (maggiori informazioni nella Figura Supplementare 3 e nella Figura Supplementare 4). Le prestazioni di questi filtri utilizzati furono confrontate con quelle dei filtri GF-2 puliti e non rivestiti.

Prima dei test in camera, i filtri usati sono stati rimossi dalle gabbie metalliche del purificatore d'aria, spiegato e tagliato in pezzi di dimensioni appropriate per la camera aerosol all'interno di una cappa a flusso laminare per garantire la biosicurezza e minimizzare la contaminazione incrociata. I filtri GF-2 raccolti da un ristorante di alta cucina e da una mensa per il personale sono stati poi testati nell'allestimento sperimentale descritto nella sezione "progettazione dello studio", utilizzando un impinger modificato da 5 mL per la raccolta degli aerosol.

Oltre all'efficienza antivirale, sono state valutate le proprietà fisiche superficiali dei filtri. La lipofilicità è stata valutata applicando 50 μL di gocce di colza, mentre l'idrofobia è stata determinata applicando 50 μL di gocce d'acqua deionizzata su strisce filtranti ricortanti. Gli angoli di contatto sono stati documentati fotograficamente seguendo la procedura di Xiao e Wiesner (2012)45. La repellenza all'acqua è stata quantificata utilizzando misurazioni del tempo di penetrazione delle goccie d'acqua (WDPT) descritte da Lichner et al. (2006), con tutti i valori superiori a 7200 s46.

Analisi statistica
L'analisi statistica è stata effettuata utilizzando software statistico standardizzato (vedi Tabella dei Materiali) per valutare la significanza delle variazioni osservate tra i materiali di rivestimento testati e i filtri. L'analisi statistica è stata effettuata in due fasi per tutti gli esperimenti: il test Kruskal-Wallis H e il test post-hoc Games-Howell. Il test Kruskal-Wallis H è stato utilizzato per valutare se fossero state osservate differenze significative, e la variazione specifica tra i tipi di campione è stata determinata tramite confronti medi multipli con il test post hoc di Games-Howell.

I test di efficienza del rivestimento sono stati analizzati statisticamente confrontando la diminuzione delle concentrazioni di virus infettivi a 1 minuto e 5 minuti rispetto alle concentrazioni iniziali. A causa dell'obiettivo di utilizzare i rivestimenti sui filtri, abbiamo cercato una deviazione statisticamente significativa nella vitalità del virus rispetto al controllo entro i primi minuti del test.

L'analisi statistica che determina differenze significative nell'efficienza dei pre-filtri con e senza rivestimento in termini di conteggio infettivo e risultati qPCR è stata eseguita separatamente per ogni momento di tempo, 30 min, 60 min, 90 min, 120 min, 150 min e 180 min. I dati venivano poi raggruppati per tipo di prefiltro e la presenza di rivestimento sulla superficie del pre-filtro. Analogamente, i risultati dei filtri GF-2 utilizzati sono stati valutati per l'efficienza in termini di inattivazione del virus e efficienza di filtrazione, raggruppando i dati per posizione e la presenza di rivestimento sulla superficie del filtro.

Risultati

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Efficienza dei rivestimenti antivirali superficiali
I saggi di vitalità superficiale hanno confermato che tutti i materiali di rivestimento testati avevano proprietà antivirali, con il rivestimento VS che ha mostrato il tasso di inattivazione del virus più lento (Figura 2A). L'analisi statistica ha confermato una diminuzione significativa delle concentrazioni di virus infettivi a 1 minuto e 5 minuti rispetto alla concentrazione iniziale per ciascun rivestimento e controllo (p < 0,001, Figura 2B, Tabella supplementare 5). Il rivestimento superficiale sperimentale a base di rame B4 ha raggiunto la riduzione più rapida, riducendo il conteggio dei virus infettivi fino a tre ordini di grandezza entro 5 minuti, e i virus sono diventati non rilevabili dopo 15 minuti (limite di rilevamento: 100 PFU/mL). Altri rivestimenti, A6 e VS-B, hanno ottenuto analogamente l'inattivazione completa di Phi6 entro 25 e 60 minuti rispettivamente (Figura 2A).

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Figura 2: Effetto antivirale dei rivestimenti superficiali sull'infettività virale. (A) Perdita di particelle infettive in funzione del tempo. (B) Rapporto di perdita di particelle infettive del virus rispetto al punto temporale di 0 min. Le specifiche del rivestimento sono elencate nella Tabella 1 e nella Tabella Supplementare 3. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Rispetto al controllo, entro i primi 5 minuti, l'inattivazione del virus è stata meno efficiente con il rivestimento A6 (p = 0,006 a 1 minuto e p = 0,012 a 5 minuti, Tabella supplementare 6), seguita da vicino dal rivestimento VS (p = 0,001 a 1 minuto e p = 0,017 a 5 minuti, Tabella supplementare 6). Il rivestimento B4 presentava una riduzione dell'inattivazione rispetto al controllo nel punto temporale di 1 minuto (p = 0,001, Tabella Supplementare 6) ma non differiva significativamente dal controllo al punto di 5 minuti (p > 0,05, Tabella Supplementare 6). Nel lungo periodo, il VS-B ha mostrato un aumento dell'inattivazione virale simile a B4 e A6. I risultati dettagliati dell'analisi statistica sono forniti nella Tabella Supplementare 6.

Effetto del rivestimento antivirale VS-B sull'efficacia del filtro/pre-filtro
Gli esperimenti hanno mostrato che tutti e tre i pre-filtri studiati, BP-6, S-11 e FMR-5, sono stati ugualmente efficaci nel ridurre significativamente il numero di virus infettivi che li attraversano di 1,5–2,0 ordini di grandezza rispetto al sistema senza filtro (Figura 3A, Tabella Supplementare 7). I filtri GF-2 hanno ridotto il carico virale di almeno sei ordini di grandezza e non sono state rilevate placche del virus Phi6 infettivo entro il limite di rilevamento (indicato come dati non rilevati (*) nella Figura 3A).

Il rivestimento VS-B non ha influenzato in modo significativo l'efficacia della filtrazione del virus infettivo (Figura 3B). Per i pre-filtri S-11 e FMR-5, la differenza nel numero di virus infettivi che passano attraverso i pre-filtri rivestiti e non rivestiti rientrava nella deviazione standard (SD), indicando l'insignificanza della differenza (Tabella Supplementare 8). Sorprendentemente, il prefiltro BP-6 non rivestito ha ottenuto prestazioni migliori rispetto al prefiltro BP-6 rivestito nei primi 90 minuti. Tuttavia, le differenze tra pre-filtri rivestiti e non rivestiti si sono dimostrate statisticamente insignificanti (p > 0,05, Tabella Supplementare 8).

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Figura 3: Concentrazioni medie di virus infettivi del virus nebulizzato Phi6 sulle piastre di impazione. (A) Per il filtro GF-2, configurazione senza filtro e pre-filtri pre-filtro. (B) Solo per i pre-filtri. Le barre di errore rappresentano la deviazione standard (SD) e i tipi di filtro sono elencati nella Tabella 1. VS-B indica filtri rivestiti. I dati del filtro GF-2 risultavano sotto il limite di rilevamento e sono segnati con una linea tratteggiata. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

I risultati dell'esperimento qRT-PCR hanno mostrato che i pre-filtri hanno ridotto il numero di copie genomiche dei virus che passano attraverso i prefiltri fino a due ordini di grandezza, mentre il filtro GF-2 ha mostrato una diminuzione fino a quattro ordini di grandezza rispetto al sistema senza filtro (Figura 4A, Tabella Supplementare 9). Durante i primi 30 minuti, le differenze tra i pre-filtri e la configurazione senza filtro sono rimaste minime, mentre a partire dai 60 minuti i pre-filtri hanno mostrato un aumento dell'efficienza di filtraggio meccanico (Figura 4A, Tabella Supplementare 10). Il rivestimento VS-B non ha influenzato il numero di copie del genoma virale che passano attraverso il filtro (Figura 4B). Le differenze nel numero di copie genomiche rientravano nella deviazione standard (p > 0,05, Tabella Supplementare 10).

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Figura 4: Concentrazioni medie del virus Phi6 nebulizzato in numero di copie del genoma virale sulle piastre di impattazione. (A) Per il filtro GF-2, configurazione senza filtro e pre-filtri. (B) Solo per i pre-filtri. Le barre di errore rappresentano la deviazione standard (SD) e i tipi di filtro sono elencati nella Tabella 1. VS-B indica filtri rivestiti. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Le Figure 3 e la Figura 4 dimostrano che il numero di virus infettivi (PFU/mL) rispetto al numero totale di copie del genoma virale dei virus che attraversano il filtro è circa due ordini di grandezza inferiore per i pre-filtri e il filtro GF-2, e solo un ordine di grandezza inferiore senza filtro. Ciò suggerisce che l'effetto del filtraggio, anche con un flusso d'aria delicato, può essere meccanicamente distruttivo per le particelle virali, portando alla perdita di infettività.

Basandosi sul flusso d'aria sperimentale (2 L/min) e sull'area stimata della superficie del filtro (~20 cm2), la velocità facciale era di circa 0,01–0,02 m/s. I valori tipici di porosità per i filtri fibrosi variano da circa 0,7 a 0,98, a seconda del materiale e della densità di imballaggio, con i filtri di tipo HEPA in fibra di vetro che generalmente mostrano una porosità inferiore (~0,7–0,9) rispetto ai prefiltri sintetici più aperti (~0,85–0,98)47,48. Considerando la porosità del filtro e le condizioni di flusso interno, la velocità interstiziale all'interno della matrice del filtro è stata stimata leggermente superiore alla velocità della faccia (0,02–0,03 m/s). Utilizzando gli spessori del filtro e incorporando fattori di tortuosità (1,2–2,0), il tempo effettivo di residenza delle particelle di aerosol all'interno della struttura del filtro è stato stimato tra circa 0,03 e 0,4 s49. Questi tempi di interazione inferiori al secondo indicano che il contatto virus–superficie è altamente transitorio, limitando il contributo dei rivestimenti antivirali durante la filtrazione a passaggio singolo.

Effetto del rivestimento antivirale VS sui filtri usati
I filtri GF-2 rivestiti e non rivestiti utilizzati nei purificatori d'aria per 3 mesi nei due ristoranti scelti (Figura Supplementare 3 e Figura Supplementare 4) sono stati studiati per la loro capacità di filtrazione. Nelle stesse condizioni sperimentali, filtri inutilizzati e non rivestiti (controllo) sono passati attraverso 1,23 × 102 PFU/mL di virus infettivi. I filtri usati e non rivestiti provenienti dal ristorante di alta cucina e dalla mensa del personale hanno superato rispettivamente ~3 PFU/mL e 2,3 × 101 PFU/mL di virus infettivi. Al contrario, i filtri utilizzati rivestiti VS provenienti da un ristorante di alta cucina e da una mensa del personale hanno attraversato rispettivamente 5,3 × 101 PFU/mL e 4,6 × 101 PFU/mL di virus infettivi (Figura 5). Sono state osservate differenze statisticamente significative nel conteggio dei virus infettivi tra i filtri, con i filtri GF-2 non rivestiti usati a 3 mesi che hanno mostrato la riduzione più pronunciata (Figura 5; χ2(2) = 11,432, p = 0,022, Tabella Supplementare 11). I risultati ottenuti utilizzando i filtri GF-2 rivestiti di 3 mesi hanno fornito risultati simili a quelli dei filtri GF-2 non rivestiti non utilizzati a p > 0,05 (Tabella Supplementare 12).

figure-results-4
Figura 5: Concentrazioni di virus infettivi dopo aver testato filtri usati di tre mesi. Ogni punto dati rappresenta la media di tre esperimenti e la deviazione standard calcolata su tre ripetizioni. VS = Agente superficiale di rame e argento Viral Safe; GF-2 = filtro a doppio strato in fibra di vetro GF-2, non rivestito (filtro tipo HEPA); Le caselle rappresentano un intervallo di confidenza del 95% per la media, che è la linea nera tra l'intervallo di confidenza inferiore e superiore. Le barre di errore rappresentano la deviazione standard (SD) per ogni tipo di filtro. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

I risultati qRT-PCR dei filtri usati, non utilizzati, rivestiti e non rivestiti sono presentati nella Figura 6. i dati qRT-PCR dei filtri non utilizzati e non rivestiti (controllo) hanno mostrato 2,7 × 10copie da 3 copie/mL di copie del genoma virale. I dati dei filtri usati e non rivestiti provenienti dal ristorante di alta cucina e dalla mensa del personale mostravano rispettivamente 3,6 × 10copie da 2 copie/mL e 2,4 × 10copie da 3 copie/mL di copie virali, mentre i filtri usati rivestiti VS provenienti dal ristorante di alta cucina e dalla mensa del personale mostravano rispettivamente 2,8 × 10copie da 3 copie/mL e 4,6 × 10copie da 3 copie/mL di copie virali (Figura 6). Il filtro GF-2 usato e non rivestito dal ristorante di alta cucina è stato significativamente più efficiente nel ridurre il numero di copie del genoma virale rispetto al filtro usato e non rivestito dalla mensa del personale (p = 0,012), o al VS usato rivestito da un ristorante di alta cucina (p < 0,001), o al filtro VS usato dalla mensa del personale (p = 0,005) (Tabella Supplementare 13 e Tabella Supplementare 14)). Tuttavia, rispetto al filtro GF-2 non utilizzato e non rivestito, il filtro GF-2 non rivestito usato dal ristorante di alta cucina non ha mostrato differenze statisticamente significative (p>0,05). I risultati dettagliati dell'analisi statistica sono presentati nella Tabella Supplementare 14.

figure-results-5
Figura 6: Concentrazione dei numeri di copie del genoma virale dopo aver testato filtri usati di tre mesi fa. Ogni punto dati rappresenta la media di tre esperimenti e la deviazione standard calcolata. VS = Agente superficiale di rame e argento Viral Safe; GF-2 = filtro a doppio strato in fibra di vetro GF-2, non rivestito (filtro tipo HEPA); Le caselle rappresentano un intervallo di confidenza del 95% per la media, che è la linea nera tra l'intervallo di confidenza inferiore e superiore. Le barre di errore rappresentano la deviazione standard (SD) per ogni tipo di filtro. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Per chiarire le differenze osservate nelle prestazioni del filtro, sono stati eseguiti test di idrofobia e lipofilia. Tutti i filtri utilizzati nel ristorante di alta cucina e nella mensa del personale mostravano alta idrofobia su entrambe le superfici (lato interno—rivolto verso il flusso d'aria in ingresso; lato esterno—rivolto verso il flusso d'aria in uscita), con l'angolo di contatto iniziale delle gocce d'acqua costantemente superiore a 120 gradi, come catturato nelle fotografie (non mostrate). Le misurazioni del tempo di penetrazione delle goccie d'acqua (WDPT) indicavano una forte proprietà idrorepellente, con tutti i valori superiori a 7200 s. La variabilità tra i test ripetuti era maggiore rispetto a quella tra i tipi di filtri, potenzialmente dovuta a disturbi meccanici dei filtri utilizzati. Di conseguenza, non sono state rilevate differenze significative tra i filtri che utilizzano questi metodi.

La lipofiliacità è stata accertata applicando gocce di olio di colza sulle superfici del filtro. I filtri non rivestiti hanno mostrato costantemente una bassa lipofilia, con l'angolo di contatto delle gocce che rimaneva sopra i 120 gradi per tutto il test. Al contrario, i filtri Viral Safe-coated hanno mostrato una rapida diffusione delle gocce, con un angolo approssimativo inferiore a 30 gradi registrato 60 secondi dopo l'applicazione (Figura supplementare 5). Non è ancora chiaro se questo aumento della lipofilicità sia dovuto al rivestimento stesso o al processo di applicazione.

DISPONIBILITÀ DEI DATI
I dati grezzi a supporto dei risultati di questo studio sono disponibili nel File Supplementare 1.

Figura supplementare 1: Camera aerosol su misura e i suoi componenti.Clicca qui per scaricare questo file.

Figura supplementare 2: Immagini di filtri, prefiltri e rivestimenti. (A) Prefiltro FMR-5 in poliestere, (B) prefiltro Bulpren BP-6, (C) prefiltro S-11 in poliestere, (D) filtro GF-2 in fibra di vetro a doppio strato. Clicca qui per scaricare questo file.

Figura supplementare 3: La disposizione della sala ristorante di alta cucina dove venivano utilizzati i purificatori d'aria (vedi Tabella dei materiali), contrassegnata da rettangoli blu. Rettangoli gialli segnano i tavoli, e un rettangolo grigio scuro segna la porta. Un quadrato nella griglia rappresenta 1m 2. Dimensione della stanza ~60m2. Circa 30 ospiti visitano ogni giorno. Clicca qui per scaricare questo file.

Figura supplementare 4: La disposizione della fabbrica di dolciumi, della mensa del personale, dove venivano utilizzati i purificatori d'aria (vedi Tabella dei Materiali), contrassegnati da rettangoli blu. I rettangoli gialli segnano i tavoli, i rettangoli grigio scuro segnano le porte, i rettangoli grigi segnano i tavoli self-service e i rettangoli neri segnano le colonne di supporto. Un quadrato nella griglia rappresenta 1m 2. Dimensione della stanza ~160m2. Circa 20-50 ospiti visitano al giorno. Clicca qui per scaricare questo file.

Figura supplementare 5: Gocce di olio di colza (50 μL) sulle superfici del filtro GF-2 utilizzate nei test al ristorante. I filtri che erano stati ricoperti con un rivestimento Viral Safe (VS) (1–5) erano significativamente meno repellenti ai lipidi rispetto ai filtri non rivestiti (1, 6–7). Le foto sono state scattate con l'oculare di un microscopio di preparazione con un ingrandimento di 40 x 60 secondi dopo l'applicazione di una goccia. "In" indica il lato del filtro in cui entra il flusso d'aria; "Out" indica l'aria che esce dal lato. Il rivestimento VS-B è all'esterno. 1 si riferisce a un vecchio filtro usato proveniente da un ristorante di alta cucina; 2 e 3 erano filtri rivestiti VS-B utilizzati nel ristorante di alta cucina; 4 e 5 erano filtri rivestiti VS-B utilizzati nella mensa del personale; e i 6 e 7 erano filtri non rivestiti usati nella mensa del personale. Clicca qui per scaricare questo file.

Tabella supplementare 1: informazioni sui cicli qRT-PCR. Temperatura del coperchio 105 °C, 45 cicli, acquisizione dati durante un passaggio di 62 °C. Adattato da Gregorova et al.43. Clicca qui per scaricare questo file.

Tabella supplementare 2: informazioni sui primer qRT-PCR. Adattato da Gregorova et al.43. Clicca qui per scaricare questo file.

Tabella supplementare 3: Descrizione dettagliata dei materiali di rivestimento utilizzati in questo studio. Le composizioni chimiche esatte dei rivestimenti sono proprietarie del produttore (Clean Touch Medical Ltd.). Le descrizioni si basano sulla classificazione funzionale e sui componenti attivi noti (rame e/o argento). Clicca qui per scaricare questo file.

Tabella supplementare 4: Descrizione dettagliata dei materiali filtranti utilizzati in questo studio. Le composizioni esatte dei materiali dei prefiltri commerciali non sono completamente divulgate dai produttori; le descrizioni si basano su materiali tipici utilizzati nei sistemi di filtrazione HVAC e sulle proprietà strutturali osservate. Clicca qui per scaricare questo file.

Tabella supplementare 5: Statistiche dei test: analisi di Kruskal–Wallis dell'infettività virale attraverso i rivestimenti superficiali antivirali. La variabile di raggruppamento è il tipo di rivestimento. Clicca qui per scaricare questo file.

Tabella supplementare 6: Differenze statisticamente significative nell'infettività virale tra i rivestimenti nei momenti temporali di 1 minuto e 5 minuti secondo i risultati dei test post-hoc di confronti multipli di Games-Howell. La significatività statistica è indicata come Sì nei primi due pannelli della tabella, nei momenti di tempo di 1 minuto e 5 minuti. Clicca qui per scaricare questo file.

Tabella supplementare 7: Statistiche dei test: analisi di Kruskal–Wallis sull'infettività virale tra i tipi di filtro e la condizione di assenza di filtro. La variabile di raggruppamento è il tipo di filtro. Clicca qui per scaricare questo file.

Tabella supplementare 8: I risultati dei confronti multipli testano l'infettività virale tra pre-filtri e configurazione senza filtro nei momenti di tempo di 30 min, 60 min, 90 min, 120 min, 150 min e 180 min secondo il test post-hoc dei confronti multipli di Games-Howell.Clicca qui per scaricare questo file.

Tabella Supplementare 9: Statistiche dei test: risultati dei test di Kruskal–Wallis che valutano le differenze nel numero di copie del virus tra i tipi pre-filtro, il filtro GF-2 e la configurazione senza filtro. La variabile di raggruppamento è il tipo di filtro. Clicca qui per scaricare questo file.

Tabella supplementare 10: Risultati per il test di confronto multiplo del numero di copie del virus tra prefiltri, filtro GF-2 e configurazione senza filtro a 30 minuti, 60 minuti, 90 minuti, 120 minuti, 150 minuti e 180 minuti secondo i confronti post-hoc Games-Howell Multiple.Clicca qui per scaricare questo file.

Tabella supplementare 11: Statistiche dei test: risultati dei test di Kruskal–Wallis che confrontano l'infettività virale tra filtri GF-2 non utilizzati e filtri usati nei ristoranti. La variabile di raggruppamento è il tipo di filtro. Clicca qui per scaricare questo file.

Tabella supplementare 12: Risultati del test di confronto multiplo dell'infettività virale tra pre-filtri e configurazione senza filtro secondo il test post-hoc Games-Howell Multiple Comparisons.Clicca qui per scaricare questo file.

Tabella supplementare 13: Risultati del test di Kruskal–Wallis che confrontano il numero di copie del virus tra i tipi pre-filtro, il filtro GF-2 e la configurazione senza filtro. La variabile di raggruppamento è il tipo di filtro. Clicca qui per scaricare questo file.

Tabella supplementare 14: Risultati per il test di confronto multiplo del numero di copie del virus tra pre-filtri, filtro GF-2 e configurazione senza filtro secondo il test post-hoc Games-Howell Multiple confronts.Clicca qui per scaricare questo file.

Fascicolo supplementare 1: Dati grezzi di questo studio.Clicca qui per scaricare questo file.

Discussione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In questo studio, presentiamo un protocollo per valutare l'efficienza dei rivestimenti superficiali antivirali e pre-filtri in una camera aerosol microbiologica. La camera prodotta offre un sistema controllato e chiuso adatto ad analisi microbiologiche asettiche, poiché è autoclavabile, portatile, trasparente e su piccola scala (3 L) rispetto ad alcune camere precedentementedescritte 31,50,51.

Tutti i materiali di rivestimento testati in questo studio sono stati confermati come presenti di attività antivirale (Figura 2A), con il rivestimento superficiale sperimentale a base di rame B4 che ha dimostrato la massima efficacia, riducendo l'infettività virale al di sotto del limite di rilevamento entro 10 minuti. Il rivestimento a base di rame A6 è seguito da vicino, raggiungendo l'inattivazione virale completa in 25 minuti (Figura 2A). Questi risultati sono coerenti con i precedenti rapporti sulle proprietà antivirali di rame eargento 17,18,20,21,22,52. Non è stata osservata alcuna inattivazione virale nei primi 5 minuti prima della disidratazione delle gocciole, indicando che le riduzioni precoce dell'infettività erano dovute in gran parte all'essiccazione piuttosto che al rivestimento stesso (controllo, Figura 2A, Figura 2B)36. I rivestimenti B4 e A6 mostravano una cinetica di inattivazione più rapida rispetto a quelli VS e VS-B, mentre VS-B richiedeva fino a 60 minuti per raggiungere il limite di rilevamento (Figura 2A). Non erano disponibili prefiltri con rivestimenti B4 e A6; perciò, VS-B fu selezionato per successivi esperimenti con aerosol filtrati.

I risultati di questo studio sottolineano che i filtri e i pre-filtri HEPA riducono efficacemente il numero di virus che li attraversano anche in assenza di un rivestimento antivirale. Lo stress meccanico sui virus aerosolizzati durante la filtrazione ha portato a una riduzione di 1,0–2,0 logaritarimi dell'infettività virale (da ~8 × 105 – 1 × 107 PFU/mL a ~5 × 104 – 105, Figura 3A). Questa riduzione è stata osservata in modo costante in tutti i test pre-filtro, supportando i risultatiprecedenti 50, 53 e 54. Per il filtro di tipo HEPA GF-2, la perdita di infettività virale è stata ancora maggiore, senza particelle infettive rilevabili entro i limiti di sensibilità del metodo (Figura 3A). La minore contagiosità rispetto al numero totale di copie genomiche suggerisce che la filtrazione infligge danni meccanici alle particelle virali, un fenomeno particolarmente marcato per il virus Phi6 avvolto. Poiché i virus avvolto sono più suscettibili a disordini meccanici, questa differenza può essere minore per i virus non avvolto55.

Nei test sugli aerosol, i rivestimenti non hanno avuto effetti statisticamente significativi sulle prestazioni di filtrazione dei pre-filtri. Questo probabilmente riflette un contatto limitato tra il rivestimento e i virus che attraversano il filtro, producendo risultati simili sia per prefiltri rivestiti che non rivestiti (Figura 3B, Figura 4B). I tempi di residenza calcolati sotto il secondo suggeriscono che la cinetica di inattivazione antivirale deve avvenire su una scala temporale molto rapida per essere efficace in condizioni realistiche di flusso d'aria. Inoltre, i nostri risultati suggeriscono che i rivestimenti testati non mostrano l'affinità elettrostatica caratteristica degli ioni rame verso molecole biologiche cariche negativamente, che altrimenti potrebbero attrarre virus nel filtro e ridurre il loro passaggio56. Pertanto, il principale vantaggio dei rivestimenti pre-filtro potrebbe risiedere nelle loro proprietà di auto-sanificazione post-cattura, come dimostrato nei test superficiali, piuttosto che nel migliorare l'efficienza meccanica della filtrazione. È importante sottolineare che gli esperimenti condotti in questo studio rappresentano condizioni di filtrazione a passaggio singolo, in cui le particelle aerosolizzate interagiscono con il filtro una sola volta. Questo comporta tempi di permanenza molto brevi e un contatto limitato virus-superficie, il che probabilmente riduce l'impatto osservabile dei rivestimenti antivirali. Al contrario, i sistemi reali di purificazione dell'aria funzionano tipicamente in condizioni di ricircicolazione, dove il passaggio ripetuto dell'aria aumenta il contatto cumulativo e può aumentare l'efficacia del rivestimento.

I nostri risultati indicano che i filtri GF-2 hanno mostrato una migliore rimozione dei virus infettivi dopo tre mesi di utilizzo continuo nei purificatori d'aria nel ristorante di alta cucina e nella mensa del personale (Figura Supplementare 3 e Figura Supplementare 4) rispetto ai filtri non utilizzati (Figura 5). Questo miglioramento può essere attribuito a diversi fattori. Innanzitutto, l'accumulo di polvere e altri particolato è stato segnalato come inattivatore dei virus57. In secondo luogo, l'accumulo progressivo di inquinanti atmosferici interni può densificare la struttura del filtro, potenzialmente aumentandone temporaneamentel'efficacia 57,58,59. In particolare, la presenza di rivestimenti non ha influenzato in modo significativo l'infettività virale né il numero di copie genomiche rilevate dalla qRT-PCR. Il passaggio delle particelle virali non infettive è stato simile indipendentemente dai rivestimenti o dall'uso del filtro, indicando che l'efficienza di filtrazione osservata dei filtri e prefiltri di tipo HEPA GF-2 riflette principalmente le loro proprietà meccaniche. Tuttavia, l'accumulo di particelle filtrate sulla superficie del filtro GF-2 ha avuto un effetto marcato nel ridurre il numero di virus infettivi che passano (Figura 5).

Per comprendere le differenze nelle prestazioni del filtro osservate nelle Figure 5 e 6, sono stati condotti ulteriori test. Tutti i filtri hanno mostrato una forte idrofobia quando esposti a gocce d'acqua, mentre il test sulle gocce d'olio ha rivelato differenze notevoli, con i filtri rivestiti di VS che mostrano una pronunciata lipofilia. Il meccanismo sottostante di questa variazione rimane poco chiaro, ma questi risultati suggeriscono che l'età o la storia d'uso del filtro potrebbero non essere i principali determinanti delle prestazioni. Invece, il tipo di pretrattamento superficiale può alterare le proprietà fisiche del filtro, influenzando di conseguenza la ritenzione e il passaggio del virus. Collettivamente, questi risultati indicano che i rivestimenti antivirali offrono benefici funzionali oltre la filtrazione meccanica, in particolare grazie al loro potenziale di auto-sanificazione, che può ridurre i rischi per la salute del personale che maneggia filtri usati.

Sebbene questo protocollo fornisca un quadro solido per la valutazione della filtrazione antivirale, dovrebbero essere considerate diverse limitazioni. Innanzitutto, il batteriofago avvolto Phi6 è stato utilizzato come surrogato per patogeni respiratori umani. Sebbene Phi6 condivida somiglianze strutturali e chimiche con i coronavirus, differenze nella stabilità ambientale e nelle proteine superficiali possono influenzare la cinetica di inattivazione esatta. In secondo luogo, sebbene alcuni rivestimenti abbiano dimostrato un'efficacia significativa, questo studio ha valutato un insieme limitato di formulazioni in specifiche condizioni di aerosol; Le ricerche future dovrebbero ampliare il campo d'azione includendo una gamma più ampia di agenti antimicrobici. Infine, gli esperimenti sono stati condotti all'interno di una camera di aerosol controllata con flusso d'aria e umidità regolati. Sebbene queste condizioni garantiscano la riproducibilità, non replicano completamente il flusso d'aria complesso e turbolento e i parametri ambientali fluttuanti presenti negli ambienti interni reali.

Nel complesso, questo studio dimostra che, sebbene i filtri e i pre-filtri in fibra di vetro GF-2 rimuovano efficacemente i virus infettivi, soprattutto dopo un uso prolungato dovuto alla densificazione delle particelle, il ruolo principale dei rivestimenti a base di rame e argento è l'inattivazione dei virus al contatto diretto. Questi risultati sottolineano la robustezza della filtrazione meccanica nel controllo dei virus trasportati dall'aria e suggeriscono che studi futuri dovrebbero valutare la combinazione di rivestimenti antivirali con interventi complementari, come l'irradiazione UV, per ridurre ulteriormente il rischio di trasmissione. Pre-filtro60,61. Inoltre, futuri studi sul campo che integrano questi rivestimenti nei sistemi di ventilazione degli edifici esistenti saranno essenziali per convalidarne le prestazioni in situ.

Dichiarazioni

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori dichiarano di non avere conflitto di interessi.

Ringraziamenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sari Korhonen è ringraziata per l'eccellente assistenza tecnica. Pavlina Gregorova è riconosciuta per i consigli sul protocollo qRT-PCR. Ringraziamo il compianto Professor Dennis H. Bamford per il suo prezioso contributo nella progettazione dell'allestimento della camera e per tutto il supporto fornito durante gli esperimenti. Dottor A.-P. Hyvärinen è ringraziato per aver fornito una mano nell'allestimento della camera di prova degli aerosol. Le strutture e le competenze dell'unità Instruct-HiLIFE Biocomplex dell'Università di Helsinki, membro dell'Instruct-ERIC Centre Finland, FINStruct e Biocenter Finland sono riconosciute con gratitudine. Lo studio è stato finanziato dal Consiglio della Ricerca della Finlandia, dal 335681 speciale per il COVID e dal finanziamento 368144 alla N.S.A. Il Consiglio della Ricerca della Finlandia è riconosciuto per il finanziamento ACCC Flagship (grant n. 337552). Divulghiamo il sostegno finanziario da Clean Touch Medical LTD, M-Filter LTD e UniqAir LTD per finalizzare gli esperimenti, senza che le aziende svolgano alcun ruolo nella progettazione sperimentale, nell'esecuzione, nella rendicontazione o nella scrittura di qualsiasi parte del manoscritto.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Cilindro in vetro e coperchio per camera aerosolLaborexin OyN/ACilindro in vetro e coperchio su misura per contenimento aerosol.
Struttura interna metallica per camera aerosolClean Touch Medical Ltd.N/AStruttura di supporto in acciaio inossidabile su misura per il montaggio del filtro.
Guarnizioni di isolamento per coperchio della camera aerosolEtra Oy (Etola Group)N/AGuarnizioni in gomma su misura per sigillatura ermetica.
Pompa ad aria, WI 53082Thomas Industries Inc.N/APompa a diaframma utilizzata per mantenere un flusso d'aria regolato attraverso la camera.
BioSamplerSKC Inc.https://international.skcinc.com/products/air/bioaerosol-samplers/biosamplerImpingimento vorticoso interamente in vetro utilizzato per la raccolta ad alta efficienza di virus trasportati per via aerea.
Campioni di prova rivestitiClean Touch Medical Ltd.www.cleantouchmedical.comDiapositive in carta lucida rivestite con formulazioni antimicrobiche per test di efficacia superficiale.
Nebulizzatore CompAir Pro NE-C900Omron HealthcareNE-C900 Nebulizzatore a compressore ad alta potenza utilizzato per la generazione di aerosol virali.
Software SPSS StatisticsIBM Corp.https://www.ibm.com/products/spssSoftware di analisi statistica, versione 28.0.
Software QuantStudio Design and AnalysisThermo Fisher Scientifichttps://www.thermofisher.com/it/it/home/technical-resources/software-downloads.html#pcrSoftware utilizzato per l'analisi dei dati qRT-PCR, versione 1.3.1.
Purificatore d'aria UniqAir PROUniqAir Oyhttps://www.uniqair.fi/Unità di purificazione dell'aria di grado commerciale utilizzata per la pulizia della camera.

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