Ocena wpływu pokrytych filtrów i filtrów wstępnych na zakaźność i stężenie aerozolu zawierającego wirusa Phi6

Podsumowanie

Przedstawiamy tutaj badanie mające na celu ocenę skuteczności przeciwwirusowej powłok powierzchniowych na filtrach powietrza na bazie miedzi i srebra. Korzystając z komory bioaerozolowej i bakteriofaga Phi6, ta metoda mierzy nieaktywację wirusów i efektywność mechanicznej filtracji dla samoczyszczących technologii czyszczenia powietrza wewnętrznego.

Streszczenie

Rozwój skutecznych technologii filtrowania powietrza w pomieszczeniach zyskał na znaczeniu po pandemii choroby COVID-19. Celem niniejszego badania jest ocena skuteczności przeciwwirusowej różnych powłok na bazie miedzi i srebra dla filtrów powietrza, z wykorzystaniem standaryzowanej komory bioaerozoli i bakteriofaga Phi6 otoczonego błoną jako substytutu dla wirusów dróg oddechowych. Testy powierzchni potwierdziły, że wszystkie powłoki wykazywały aktywność przeciwwirusową, przy czym konkretna formułacja powłoki na bazie miedzi (B4) osiągnęła pełne unieruchomienie wirusa Phi6 w ciągu 10 min, A6 w 25 min, a VS-B w 60 min; wczesne zmniejszenie zakaźności było głównie spowodowane wysychaniem kropel. Eksperymenty z aerozolami wykazały, że filtry HEPA i filtry wstępne znacząco zmniejszyły zakaźność wirusową nawet bez powłok, przy czym mechaniczne filtrowanie powodowało zmniejszenie o 1,0–2,0 log, a filtry ze szkła GF-2 wysokiej klasy eliminowały wykrywalny zakaźny wirus. Powłoki nie poprawiły znacząco wydajności filtracji, prawdopodobnie ze względu na ograniczony kontakt wirusa z powierzchniami powlekanemi. Użyte filtry GF-2 wykazały lepsze usuwanie wirusów, co przypisywano akumulacji cząstek i zagęszczeniu filtra, podczas gdy powłoki nie zmieniały liczby kopii wirusów przechodzących przez nie. Powłoki VS-B wykazywały właściwości lipofilowe, co sugeruje dodatkowe funkcjonalne korzyści. Ta metodologia podkreśla, że chociaż wydajność filtra jest głównie sterowana przez mechaniczne uwięzienie i akumulację cząstek, zintegrowane powłoki powierzchniowe zapewniają mechanizm samoczyszczący poprzez unieruchomienie uwięzionych cząstek wirusowych; zaproponowano integrację światła ultrafioletowego (UV) jako potencjalny przyszły kierunek badań w celu dalszego zwiększenia wydajności systemu.

Wprowadzenie

Zrozumienie przenoszenia wirusów drogą powietrzną uległo znacznemu postępowaniu podczas pandemii COVID-19. Biorąc pod uwagę, że środowiska wewnątrz budynków prezentują znacznie wyższe ryzyko przenoszenia niż środowiska na zewnątrz, istnieje pilna potrzeba opracowania bardziej efektywnych strategii ochronnych^1,2. W tym kontekście, systemy klimatyzacji i czyszczenia powietrza o wysokiej wydajności stanowią istotne elementy łagodzenia przenoszenia wirusów w przestrzeniach zamkniętych.

Filtracja powietrza jest jedną z najbardziej rozpowszechnionych metod stosowanych w systemach czyszczenia powietrza, polegającą na wewnętrznych fizycznych właściwościach filtracji i wielowarstwowym filtrowaniu^3,4,5. Często obejmuje to filtr wstępny, gruboziarnisty filtr, który uchwytuje duże cząstki; średniowydajny filtr, na przykład filtr węglowy; oraz filtr powietrza o wysokiej efektywności (HEPA), który usuwa co najmniej 99,97% cząstek o najbardziej penetrującym rozmiarze cząstek 0,3 μm^6,7. Właściwości fizyczne filtrów zawierają wiele przeciwdrobnoustrojowych korzyści. Wcześniej wykazano, że materiały porowate mogą inaktywować wirusy poprzez ich uwięzienie i wysuszenie^8,9,10. Można również odpowiednio wykorzystać hydrofobowość lub hydrofilność. Wirusy o hydrofobowych powłokach preferują hydrofobowe powierzchnie do sorpcji, podczas gdy powierzchnie hydrofilowe przyciągają wirusy hydrofilowe^11,12. Ponadto, antywirusowe powłoki na powierzchniach mogą być wykorzystywane do dalszego zwiększenia czystości. Powłoki filtrów mają na celu natychmiastową inaktywację patogenów, gdy dotykają filtra^13,14. Te cechy mogą zwiększyć bezpieczeństwo eksploatacyjne, szczególnie w szpitalach, ale również w środowiskach publicznych podczas epidemii i pandemii¹⁴.

W praktycznych zastosowaniach, efekt inaktywacji powłok filtra musi być wystarczająco szybki, aby móc być wykorzystany w przepływającym powietrzu. W związku z tym, powierzchnia do bezpośredniego kontaktu pomiędzy powłoką a cząstkami wirusa powinna być wystarczająca, a powłoka powinna być w stanie inaktywować wirusa w określonym czasie kontaktu. Metale ciężkie, takie jak miedź i srebro, są znane z przeciwwirusowych efektów^15,16,17. Ten przeciwwirusowy efekt został zaobserwowany dla wirusów takich jak poliowirus, wirus ospy prawdziwej, wirus opryszczki pospolitej 1, Phi6, papovirus SV-40, adenowirus, wirus stomatytu pęcherzykowego, koronawirus SARS, bakulowirus i wirus infekcyjnego zapalenia otrzewnej u kotów^{18,19,20,21,22}. Mechanizmy obejmują uwolnienie jonów miedzi i srebra oraz wytwarzanie reaktywnych form tlenu (ROS), które reagują z białkami wirusowymi i utleniają kwasy nukleinowe^{23,24,25,26,27,28,29,30}.

Do przeprowadzenia tego badania opracowano komorę testową filtra aerozolu o regulowanych właściwościach pobierania próbek aerozolu i wirusów, opartą na poprzednim setupie komory przedstawionym przez Sofieva i in. (2022) (patrz Rysunek 1 i Dodatkowy Rysunek 1)³¹. Zaadaptowana komora została zaprojektowana jako zamknięty system, w którym modele wirusów powodujących choroby układu oddechowego są narażone na działanie filtrów, oceniając skuteczność antywirusową powłok pokrytych i niepokrytych filtrów. Bakteriofag Phi6 otoczonego otoczkami został wybrany jako surogat dla wirusów dróg oddechowych, ponieważ jest dobrze przebadanym i szeroko stosowanym modelem nadającym się do badań aerozoli wirusowych. Ponieważ Phi6 jest niepatogenny dla ludzi i klasyfikowany jako Poziom Bezpieczeństwa Biologicznego 1 (BSL-1), pozwala na bezpieczną i praktyczną ocenę powłok przeciwwirusowych w środowisku laboratorium Poziomu Bezpieczeństwa Biologicznego 2 (BSL-2) zgodnie z instytucjonalnymi wytycznymi dotyczącymi bezpieczeństwa. Ponadto, Phi6 dzieli podobieństwa strukturalne z wirusami otoczonego otoczkami, które powodują choroby układu oddechowego, takie jak ciężki ostry zespół oddechowy koronawirusów 1 i 2 (SARS-CoV-1 i SARS-CoV-2). Jego lipidowa otoczka nadaje mu specyficzną wrażliwość na wysuszenie i chemiczną inaktywację, zapewniając reprezentatywny model do oceny skuteczności powłok przeciwdrob

Protokół

Wirus, szczepy, pożywki wzrostowe i miana wirusa zakaźnego
Bakteriofag Phi6, pierwotnie przekazany grupie badawczej przez dr Anne K. Vidaver⁴⁰, był namnażany z wykorzystaniem bakterii gospodarza Pseudomonas syringae pv. phaseolicola HB10Y. Gospodarza hodowano w pożywce Luria–Bertani (LB) w temperaturze 22 °C. Zapasy Phi6 na agarze przygotowano z materiału zamrożonego poprzez rozcieńczenia seryjne, zgodnie z protokołem Bamforda i wsp. (1995)⁴¹, i wykorzystano zarówno do testów żywotności na powierzchni, jak i do oczyszczania wirusa.

Oczyszczanie i zagęszczanie Phi6 przeprowadzono zgodnie z protokołem opracowanym przez Bamford i wsp. (1995)⁴¹. Otrzymaną zawiesinę rozcieńczono w 20 mM buforze fosforanu potasu (K₃PO₄) zawierającym 1 mM chlorku magnezu (MgCl₂), dostosowanym do pH 7.2, aby uzyskać końcowy miano wynoszący 5 × 10¹⁰–10¹¹ jednostek tworzących plak (PFU/mL). Tak przygotowaną zawiesinę wykorzystano następnie w eksperymentach generowania aerozolu.

Wyliczanie zakaźnych cząsteczek wirusa przeprowadzono za pomocą standardowego testu plackowego z dwuwarstwową nakładką agaru, który został zoptymalizowany dla bakteriofaga Phi6⁴². W skrócie, najpierw dla każdej próbki wirusa lub kontrolnej przygotowano rozcieńczenia seryjne w podłożu LB, po czym do 100 µL każdego rozcieńczenia dodano 200 µL zawiesiny bakterii gospodarza oraz 3 mL miękkiego agaru. Mieszaniny miękkiego agaru naniesiono na powierzchnię płytek z agarem LB, a następnie płytki inkubowano przez noc w temperaturze 22 °C. Następnie policzono placki i obliczono liczbę PFU/mL według wzoru: ( liczba placków × czynnik rozcieńczenia ) / objętość naniesiona na płytkę.

Analiza qRT-PCR
Przygotowanie próbek do ilościowej reakcji polimerazy łańcuchowej w czasie rzeczywistym z odwrotną transkrypcją (qRT-PCR) przeprowadzono zgodnie z protokołem Gregorova i wsp. (2022)⁴³. Krzywe standardowe dla RNA P2 i P8 wygenerowano, stosując serię rozcieńczeń 10-krotnych w zakresie od 10² do 10⁹ cząsteczek na 5 µL. Każde rozcieńczenie przetwarzano w sposób identyczny jak próbki doświadczalne, w tym poprzez dodanie chloroformu, mieszanie w wortexie, wirowanie przy 10000 × g przez 1 min w 22 °C oraz przeprowadzenie cykli (informacje o cyklach i starterach znajdują się w Uzupełniającej tabeli 1 oraz Uzupełniającej tabeli 2). Kontrole negatywne przygotowano, zastępując 5 µL matrycy RNA wodą ultrapurystyczną. Dane z qRT-PCR analizowano przy użyciu dedykowanego oprogramowania do projektowania i analizy (patrz Tabela materiałów).

Konfiguracja komory aerozolowej
Do aerozolizacji wirusów i testowania filtrów opracowano specjalnie zbudowaną, autoklawowalną komorę aerozolową, wzorowaną na opisanym wcześniej systemie³¹. Komora eksperymentalna składała się z cylindrycznego szklanego korpusu z dopasowaną pokrywą, wewnętrznego metalowego stelaża oraz uszczelek izolacyjnych zapewniających szczelność (patrz Tabela materiałów oraz Rycina uzupełniająca 1).

Ogólna konfiguracja badania, wraz z komorą, została przedstawiona na Rysunku 1. Aby zapewnić stabilny i powtarzalny dopływ aerozoli wirusowych, zastosowano nebulizator w połączeniu z pompką powietrzną (patrz Tabela materiałów).

Wewnątrz komory nebulizator generował przepływ aerozolu o natężeniu 8 L/min. Około trzech czwartych tego przepływu kierowano do układu wydechowego przez filtr HEPA, natomiast pozostała jedna czwarta (2 L/min) trafiała do komory. Taki podział miał na celu zmniejszenie wilgotności podczas długotrwałych pomiarów. Aerozole wprowadzano do komory za pomocą metalowego lejka, który kierował strumień na powierzchnię filtra lub prefiltra.

Eksperymenty aerozolowe przeprowadzono w komorze bezpieczeństwa biologicznego. Po przejściu przez komorę przepływ powietrza został osuszony w desykatorem, aby chronić filtr HEPA oraz przepływomierz przed nadmierną wilgocią. Zewnętrzna pompa dodatkowo wspomagała przepływ powietrza, wytwarzając w systemie podciśnienie i zapewniając wydajny odpływ przez port wylotowy.

Rycina 1: Schemat eksperymentalnej komory aerozolowej i pobierania próbek. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.

Projekt badania
W niniejszym badaniu oceniono właściwości przeciwwirusowe powłok oraz materiałów filtracyjnych i prefiltracyjnych wymienionych w Tabeli 1, Tabeli uzupełniającej 3 oraz Tabeli uzupełniającej 4 (patrz również Tabela materiałów). Badanie przeprowadzono w dwóch etapach: testy powierzchniowe oraz testy prefiltrów w komorze aerozolowej.

W testach powierzchniowych wszystkie materiały powłokowe zostały najpierw ocenione na płaskich próbkach w celu określenia ich aktywności przeciwwirusowej. Powlekłe próbki dostarczyła firma Clean Touch Medical LTD (Tabela 1 oraz Tabela materiałów). Wszystkie powłoki opierają się na aktywnych składnikach miedzi i/lub srebra osadzonych w zastrzeżonych matrycach; różnice między formulacjami dotyczą przede wszystkim składu metali, ich stężenia oraz kompatybilności z powierzchnią (np. powierzchnie płaskie w porównaniu z filtrami porowatymi) (Tabela uzupełniająca 3).

Testy filtrów wstępnych w komorze aerozolowej: spośród dostępnych powłok tylko powłoka VS-B na bazie miedzi i srebra mogła zostać naniesiona na filtry wstępne podczas badania. W związku z tym filtry wstępne traktowane powłoką VS-B zostały przebadane w komorze aerozolowej w celu oceny ich skuteczności przeciwwirusowej w warunkach ekspozycji na aerozol. Zdjęcia wszystkich filtrów i filtrów wstępnych użytych w badaniu znajdują się na Ryc. uzupełniającej 2.

Skuteczność przeciwwirusową określono za pomocą dwóch komplementarnych metod: testu plackowego w celu pomiaru liczby zakaźnych cząsteczek wirusa (patrz sekcja „Wirusy, szczepy, pożywki i miana wirusa zakaźnego”) oraz ilościowej PCR (qPCR) w celu określenia liczby kopii genomu wirusa (patrz sekcja „Analiza qRT-PCR”).

Filtry i prefiltry	Filtr dostarczony przez	Powłoki
		(Wszystkie dostarczone przez Clean Touch Medical)
Prefiltr poliestrowy FMR-5, niepowlekany (FMR-5)	M-filter LTD	Eksperymentalny środek powierzchniowy na bazie miedzi A6 (A6) Eksperymentalny środek powierzchniowy na bazie miedzi B4 (B4) Miedziano-srebrny środek powierzchniowy Viral Safe (VS) Miedziano-srebrny środek powierzchniowy Viral Safe B (VS B)
Prefiltr poliestrowy FMR-5, powlekany VS B (FMR-5 VS B)
Prefiltr poliestrowy S-11, niepowlekany (S-11)
Prefiltr poliestrowy S-11, powlekany VS B (S-11 VS B)
Dwuwarstwowy filtr z włókna szklanego GF-2, niepowlekany (filtr typu HEPA) (GF-2)
Prefiltr Bulpren BP-6, 6 mm, niepowlekany (BP-6)	Clean Touch Medical LTD
Prefiltr Bulpren BP-6, 6 mm, powlekany VS B (BP-6 VS B)

Tabela 1: Filtry i powłoki powierzchniowe użyte w niniejszym badaniu.

Wydajność antywirulanych powłok powierzchniowych
Opracowano test żywotności powierzchniowej w celu oceny trwałości zakaźności wirusa na różnych materiałach powłokowych. W skrócie, 20 µL roztworu zapasowego Phi6 (patrz sekcja „Wirus, szczepy, pożywki i miano wirusa zakaźnego”) naniesiono pipetą na powlekane próbki testowe i równomiernie rozprowadzono na obszarze 2 cm × 2 cm za pomocą sterylnego trójkąta szklanego. Próbki inkubowano w komorze bezpieczeństwa biologicznego w temperaturze 22 °C przez 1 min, 5 min, 1 h lub 3 h.

Wirusy odzyskano poprzez dodanie 180 µL świeżego pożywki LB na powierzchnię i wypłukanie poprzez wielokrotne pipetowanie. Jako powierzchnię kontrolną wykorzystano plastikową płytkę Petriego. Wszystkie doświadczenia przeprowadzono w temperaturze 22 °C. Liczbę infekcyjnych cząsteczek wirusa określono za pomocą metody płytkowej⁴¹.

Wpływ powłoki przeciwwirusowej VS-B na skuteczność filtra/prefiltra
Gromadzenie wirusów i badanie wydajności filtrów przeprowadzono z wykorzystaniem metody impakcji z użyciem szalki Petriego zawierającej 20 mM bufor HEPES (pH 7,2) lub szklanego impingera wirowego (dalej nazywanego „impingerem”; patrz Tabela materiałów)⁴⁴. W przypadku pobierania próbek metodą impakcji, szalkę Petriego umieszczono bezpośrednio pod filtrem, aby zmaksymalizować osadzanie się cząstek (Rycina 1). W eksperymentach z filtrami GF‑2, które były użytkowane przez 3 miesiące, zamiast szalki Petriego zastosowano impinger w celu zwiększenia czułości. Impinger jest urządzeniem szklanym wyposażonym w trzy dysze i wymaga zewnętrznej pompy do pobierania powietrza do cieczy. Przepływ powietrza przez dysze generuje ruch wirowy cieczy zbierającej wzdłuż wewnętrznej ścianki, co ułatwia łagodne usuwanie cząstek. W tej konfiguracji przepływ powietrza przez filtr utrzymywano na poziomie 2 L/min, a po opuszczeniu komory dodatkowy zawór zwiększał całkowity dopływ powietrza do 10 L/min. Aerozole wychwytywano w 5 mL 20 mM buforu HEPES (pH 7,2), uzupełniając odparowany bufor co 30 min. W eksperymentach z użyciem impingera usunięto zarówno szalkę Petriego, jak i prefiltr bulpren (stosowany do wyrównania przepływu powietrza; Rycina uzupełniająca 1 oraz Rycina uzupełniająca 2B).

Szczegółowy protokół pobierania próbek przedstawiono w Tabeli 2. Aerozole wirusowe zbierano poprzez odzyskanie 1 mL zawiesiny z czałek Petriego zawierających 20 mL buforu HEPES 20 mM (pH 7,2). Z tej ilości 800 µL wykorzystano do analizy qRT‑PCR, a 200 µL do miareczkowania wirusa. Każdy filtr lub przefiltrowano w trzech powtórzeniach, a serie kontrolne bez filtra/przedfiltru przeprowadzano przez 15 min przed i po każdym eksperymencie w komorze. Po kontroli przedeksperymentalnej do komory wprowadzono badany filtr lub przedfiltr, a następnie komora pracowała przez 3 h, po czym usunięto filtr/przedfiltr i przeprowadzono kontrolę poeksperymentalną. Próbki do qRT‑PCR i miareczkowania wirusa pobierano co 30 min, co pozwoliło na uzyskanie ośmiu próbek do qRT‑PCR i ośmiu próbek do miareczkowania w każdym eksperymencie. W eksperymentach z użyciem impingera próbki do miareczkowania pobierano tylko raz, na koniec 3-godzinnego cyklu. Każdą próbkę do qRT‑PCR zamrożono gwałtownie w ciekłym azocie i przechowywano w temperaturze -80 °C do czasu dalszego wykorzystania, natomiast próbki do miareczkowania wirusa przetwarzano niezwłocznie po eksperymencie przy użyciu metody płytkowej. Roztwór wirusa użyty w nebulizatorze miareczkowano zarówno przed, jak i po każdym eksperymencie w celu monitorowania stabilności.

Trzy różne filtry wstępne: BP-6, S-11 i FMR-5 oraz filtr GF-2 (Tabela 1 oraz Rycina uzupełniająca 2, Tabela uzupełniająca 4) zostały pokryte VS-B. Filtry wstępne składały się z syntetycznych materiałów włóknistych o różnej gęstości strukturalnej, zaprojektowanych głównie do usuwania grubych cząstek i stabilizacji przepływu powietrza, natomiast filtr GF-2 jest wysokowydajnym filtrem z włókna szklanego o charakterystyce typu HEPA. W celu porównania w komorze aerozolowej przetestowano filtry wstępne bez powłoki oraz układ bez filtra.

	Punkt czasowy	Układ	Próbki
Kontrola	0-15 min	Brak filtra/prefiltra, szalka Petri z 20 mL HEPES	200 μl do mianowania, 800 μL zamrożone do qRT-PCR
Eksperyment	0-30 min	Analizowany filtr/prefiltr, nowa szalka Petri z 20 mL HEPES
	30-60 min	Analizowany filtr/prefiltr, ta sama szalka Petri z 19 mL HEPES
	60-90 min	Analizowany filtr/prefiltr, ta sama szalka Petri z 18 mL HEPES
	90-120 min	Analizowany filtr/prefiltr, ta sama szalka Petri z 17 mL HEPES
	120-150 min	Analizowany filtr/prefiltr, ta sama szalka Petri z 16 mL HEPES
	150-180 min	Analizowany filtr/prefiltr, ta sama szalka Petri z 15 mL HEPES
Kontrola	0-15 min	Brak filtra/prefiltra, nowa szalka Petri z 20 mL HEPES

Tabela 2: Harmonogram pobierania próbek.

Wpływ powłoki przeciwwirusowej VS na używane filtry
Trwałość działania przeciwwirusowego na filtrach typu HEPA GF-2 powleczonych miedzio-srebrnym środkiem powierzchniowym Viral Safe (VS) oceniono poprzez pomiar wydajności filtracji filtrów, które były użytkowane przez 3 miesiące, w oparciu zarówno o liczbę wirusów zakaźnych, jak i liczbę kopii genomu wirusowego. W tych eksperymentach wykorzystano cztery oczyszczacze powietrza (patrz Tabela materiałów), z których każdy był wyposażony w filtr HEPA i warstwę węgla aktywnego. Przed pobraniem i analizą filtry pracowały przez okres 3 miesięcy w dwóch restauracjach: jedna była restauracją typu fine-dining, a druga stołówką pracowniczą w fabryce (więcej informacji w Rysunek uzupełniający 3 oraz Rysunek uzupełniający 4). Wydajność tych używanych filtrów porównano z wydajnością czystych, niepowlekanych filtrów GF-2.

Przed badaniami w komorze zużyte filtry wyjęto z metalowych klatek oczyszczaczy powietrza, rozłożono i pocięto na kawałki o odpowiedniej wielkości do komory aerozolowej wewnątrz dygestorium z laminarnym przepływem powietrza, aby zapewnić bezpieczeństwo biologiczne i zminimalizować kontaminację krzyżową. Filtry GF‑2 pobrane z restauracji typu fine-dining oraz z kantyny pracowniczej poddano następnie badaniom w układzie eksperymentalnym opisanym w sekcji „study design”, wykorzystując zmodyfikowany impinger o pojemności 5 mL do pobierania aerozolu.

Oprócz skuteczności przeciwwirusowej oceniono fizyczne właściwości powierzchni filtrów. Lipofilność oceniano poprzez naniesienie kropli 50 µL oleju rzepakowego, natomiast hydrofobowość określono poprzez naniesienie kropli 50 µL wody dejonizowanej na wycięte paski filtrów. Kąty zwilżania udokumentowano fotograficznie zgodnie z procedurą Xiao i Wiesnera (2012)⁴⁵. Odpychanie wody ilościowo określono za pomocą pomiarów czasu penetracji kropli wody (WDPT) zgodnie z opisem Lichnera i wsp. (2006), przy czym wszystkie wartości przekroczyły 7200 s⁴⁶.

Analiza statystyczna
Analizę statystyczną przeprowadzono przy użyciu standardowego oprogramowania statystycznego (patrz Tabela materiałów), aby ocenić istotność zaobserwowanych różnic między testowanymi materiałami powłok i filtrami. Analiza statystyczna dla wszystkich eksperymentów została wykonana w dwóch etapach: przy użyciu testu H Kruskala-Wallisa oraz testu post-hoc Gamesa-Howella. Test H Kruskala-Wallisa zastosowano w celu ustalenia, czy zaobserwowano istotne różnice, a konkretne różnice między typami próbek określono za pomocą wielokrotnych porównań średnich z zastosowaniem testu post-hoc Gamesa-Howella.

Testy wydajności powłok analizowano statystycznie poprzez porównanie spadku stężeń wirusa zakaźnego w 1 min i 5 min w stosunku do stężeń początkowych. Ze względu na zamysł wykorzystania powłok na filtrach, poszukiwano statystycznie istotnych odchyleń w żywotności wirusa w porównaniu z kontrolą w pierwszych minutach testu.

Analizę statystyczną w celu określenia istotnych różnic w wydajności filtrów wstępnych z powłoką i bez powłoki pod kątem liczby jednostek zakaźnych oraz wyników qPCR przeprowadzono oddzielnie dla każdego punktu czasowego: 30 min, 60 min, 90 min, 120 min, 150 min i 180 min. Następnie dane pogrupowano według rodzaju filtra wstępnego oraz obecności powłoki na jego powierzchni. Podobnie oceniono wydajność użytych filtrów GF-2 pod kątem inaktywacji wirusów i efektywności filtracji, grupując dane według lokalizacji oraz obecności powłoki na powierzchni filtra.

Wyniki

Wydajność przeciwwirusowych powłok powierzchniowych
Testy żywotności na powierzchni potwierdziły, że wszystkie badane materiały powłokowe posiadały właściwości przeciwwirusowe, przy czym powłoka VS wykazała najwolniejszy wskaźnik inaktywacji wirusa (Rycina 2A). Analiza statystyczna potwierdziła istotny spadek stężeń zakaźnego wirusa w 1 min i 5 min w stosunku do stężenia początkowego dla każdej powłoki oraz grupy kontrolnej (p < 0.001, Rycina 2B, Tabela uzupełniająca 5). Eksperymentalna miedziana powłoka powierzchniowa B4 osiągnęła najszybszą redukcję, obniżając liczbę zakaźnych wirusów nawet o trzy rzędy wielkości w ciągu 5 min, a wirusy były niewykrywalne po 15 min (granica wykrywalności: 100 PFU/mL). Inne powłoki, A6 i VS-B, w podobny sposób doprowadziły do całkowitej inaktywacji Phi6 odpowiednio w ciągu 25 i 60 min (Rycina 2A).

Rysunek 2: Działanie przeciwwirusowe powłok powierzchniowych na zakaźność wirusa. (A) Utrata cząstek zakaźnych w funkcji czasu. (B) Stosunek utraty zakaźnych cząstek wirusa w porównaniu do punktu czasowego 0 min. Specyfikacje powłok wymieniono w Tabeli 1 oraz w Tabeli uzupełniającej 3. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

W porównaniu z grupą kontrolną, w ciągu pierwszych 5 min inaktywacja wirusa była najmniej efektywna w przypadku powłoki A6 (p = 0,006 w 1 min i p = 0,012 w 5 min, Tabela uzupełniająca 6), a następnie w przypadku powłoki VS (p = 0,001 w 1 min i p = 0,017 w 5 min, Tabela uzupełniająca 6). Powłoka B4 wykazała zmniejszoną inaktywację w porównaniu z kontrolą w punkcie czasowym 1 min (p = 0,001, Tabela uzupełniająca 6), ale nie różniła się istotnie od kontroli w punkcie czasowym 5 min (p > 0,05, Tabela uzupełniająca 6). W dłuższym przedziale czasowym VS-B wykazała zwiększoną inaktywację wirusa, podobnie jak B4 i A6. Szczegółowe wyniki analizy statystycznej przedstawiono w Tabeli uzupełniającej 6.

Wpływ powłoki przeciwwirusowej VS-B na skuteczność filtrów i prefiltrów
Eksperymenty wykazały, że wszystkie trzy badane prefiltry: BP-6, S-11 i FMR-5, były równie skuteczne w znaczącym obniżeniu liczby wirusów zakaźnych przenikających przez nie o 1,5–2,0 rzędu wielkości w porównaniu z układem bez filtra (Rysunek 3A, Tabela uzupełniająca 7). Filtry GF-2 obniżyły ładunek wirusowy o co najmniej sześć rzędów wielkości i nie wykryto żadnych placków zakaźnego wirusa Phi6 w obrębie granicy wykrywalności (oznaczono jako dane niewykryte (*) na Rysunku 3A).

Powłoka VS-B nie wpłynęła znacząco na skuteczność filtracji wirusów zakaźnych (Rycina 3B). W przypadku przedfiltrów S-11 i FMR-5 różnica w liczbie wirusów zakaźnych przechodzących przez przedfiltry powlekane i niepowlekane mieściła się w granicach odchylenia standardowego (SD), co wskazuje na nieistotność tej różnicy (Tabela uzupełniająca 8). Co zaskakujące, niepowlekany przedfiltr BP-6 wykazał lepszą skuteczność niż powlekany przedfiltr BP-6 w ciągu pierwszych 90 min. Niemniej jednak wykazano, że różnice między przedfiltrami powlekanymi a niepowlekanymi były statystycznie nieistotne (p > 0,05, Tabela uzupełniająca 8).

Rycina 3: Średnie stężenia infekcyjnego wirusa w aerozolu Phi6 na płytkach impakcyjnych. (A) Dla filtra GF-2, układu bez filtra oraz filtrów wstępnych. (B) Wyłącznie dla filtrów wstępnych. Słupki błędów reprezentują odchylenie standardowe (SD), a typy filtrów wymieniono w Tabeli 1. VS-B oznacza filtry powlekane. Dane dla filtra GF-2 były poniżej granicy wykrywalności i są oznaczone linią przerywaną. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Wyniki eksperymentu qRT-PCR wykazały, że filtry wstępne obniżyły liczbę kopii genomów wirusów przechodzących przez filtry wstępne nawet o dwa rzędy wielkości, podczas gdy filtr GF-2 wykazał spadek o maksymalnie cztery rzędy wielkości w porównaniu z układem bez filtra (Rycina 4A, Tabela uzupełniająca 9). W ciągu pierwszych 30 min różnice między filtrami wstępnymi a układem bez filtra pozostawały niewielkie, natomiast od punktu czasowego 60 min filtry wstępne wykazały zwiększoną wydajność filtrowania mechanicznego (Rycina 4A, Tabela uzupełniająca 10). Powłoka VS-B nie wpłynęła na liczbę kopii genomu wirusa przechodzącego przez filtr (Rycina 4B). Różnice w liczbie kopii genomów mieściły się w granicach odchylenia standardowego (p > 0,05, Tabela uzupełniająca 10).

Rycina 4: Średnie stężenia liczby kopii genomu wirusa w nebulizowanym wirusie Phi6 na płytkach impakcyjnych. (A) Dla filtra GF-2, układu bez filtra oraz filtrów wstępnych. (B) Wyłącznie dla filtrów wstępnych. Słupki błędów reprezentują odchylenie standardowe (SD), a rodzaje filtrów wymieniono w Tabeli 1. VS-B oznacza filtry powlekane. Prosimy kliknąć tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 3 oraz Rysunek 4 wykazują, że liczba wirusów zakaźnych (PFU/mL) w porównaniu do całkowitej liczby kopii genomu wirusa przechodzącego przez filtr jest w przybliżeniu o dwa rzędy wielkości mniejsza w przypadku filtrów wstępnych oraz filtra GF-2, i tylko o jeden rząd wielkości mniejsza przy braku filtra. Sugeruje to, że proces filtrowania, nawet przy łagodnym przepływie powietrza, może być mechanicznie niszczący dla cząsteczek wirusa, co prowadzi do utraty zakaźności.

Na podstawie eksperymentalnego przepływu powietrza (2 L/min) oraz szacowanej powierzchni filtra (~20 cm²), prędkość czołowa wyniosła około 0,01–0,02 m/s. Typowe wartości porowatości dla filtrów włóknistych mieszczą się w zakresie od około 0,7 do 0,98, w zależności od materiału i gęstości upakowania, przy czym filtry szklane typu HEPA wykazują zazwyczaj niższą porowatość (~0,7–0,9) w porównaniu do bardziej otwartych syntetycznych filtrów wstępnych (~0,85–0,98)^47,48. Biorąc pod uwagę porowatość filtra i warunki przepływu wewnętrznego, oszacowano, że prędkość interstycjalna wewnątrz matrycy filtra była nieco wyższa niż prędkość czołowa (0,02–0,03 m/s). Wykorzystując grubość filtrów i uwzględniając współczynniki krętości (1,2–2,0), oszacowano, że efektywny czas przebywania cząsteczek aerozolu w strukturze filtra mieścił się w zakresie od około 0,03 do 0,4 s⁴⁹. Te ułamkowe czasy interakcji wskazują, że kontakt wirusa z powierzchnią jest wysoce przejściowy, co ogranicza wkład powłok przeciwwirusowych podczas filtracji jednoprzepustowej.

Wpływ powłoki przeciwwirusowej VS na zużyte filtry
Zbadano zdolność filtracyjną powlekanych i niepowlekanych filtrów GF-2, które były użytkowane w oczyszczaczach powietrza przez 3 miesiące w dwóch wybranych restauracjach (Supplementary Figure 3 oraz Supplementary Figure 4). W tych samych warunkach doświadczalnych, nieużywane, niepowlekane (kontrolne) filtry przepuściły 1,23 × 10² PFU/mL wirusów zakaźnych. Zużyte, niepowlekane filtry z restauracji typu fine-dining oraz z stołówki pracowniczej przepuściły odpowiednio ~3 PFU/mL oraz 2,3 × 10¹ PFU/mL wirusów zakaźnych. W przeciwieństwie do nich, zużyte filtry powlekane VS z restauracji typu fine-dining i stołówki pracowniczej przepuściły odpowiednio 5,3 × 10¹ PFU/mL oraz 4,6 × 10¹ PFU/mL wirusów zakaźnych (Figure 5). Zaobserwowano statystycznie istotne różnice w liczbie wirusów zakaźnych między filtrami, przy czym niepowlekane filtry GF-2 używane przez 3 miesiące wykazały najbardziej wyraźną redukcję (Figure 5; χ2(2) = 11,432, p = 0,022, Supplementary Table 11). Wyniki uzyskane przy użyciu powlekanych 3-miesięcznych filtrów GF-2 były zbliżone do wyników dla nieużywanych, niepowlekanych filtrów GF-2 przy p > 0,05 (Supplementary Table 12).

Rycina 5: Stężenia wirusa zakaźnego po przetestowaniu filtrów używanych przez trzy miesiące. Każdy punkt danych reprezentuje średnią z trzech eksperymentów oraz obliczone odchylenie standardowe dla trzech powtórzeń. VS = środek powierzchniowy miedzi i srebra Viral Safe; GF-2 = dwuwarstwowy filtr z włókna szklanego GF-2, niepowlekany (filtr typu HEPA); Prostokąty przedstawiają 95% przedział ufności dla średniej, którą jest czarna linia między dolnym a górnym przedziałem ufności. Słupki błędów reprezentują odchylenie standardowe (SD) dla każdego typu filtra. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Wyniki qRT-PCR dla filtrów używanych, nieużywanych, powlekanych i niepowlekanych przedstawiono na Rysunku 6. Dane qRT-PCR dla nieużywanych, niepowlekanych (kontrolnych) filtrów wykazały 2,7 × 10³ kopii/mL genomu wirusa. Dane dla używanych, niepowlekanych filtrów z restauracji fine-dining oraz stołówki pracowniczej wykazały odpowiednio 3,6 × 10² kopii/mL i 2,4 × 10³ kopii/mL kopii wirusa, podczas gdy używane filtry powlekane VS z restauracji fine-dining oraz stołówki pracowniczej wykazały odpowiednio 2,8 × 10³ kopii/mL i 4,6 × 10³ kopii/mL kopii wirusa (Rysunek 6). Używany, niepowlekany filtr GF-2 z restauracji fine-dining był znacznie bardziej efektywny w redukcji liczby kopii genomu wirusa w porównaniu do używanego, niepowlekanego filtra ze stołówki pracowniczej (p = 0,012), używanego filtra powlekanego VS z restauracji fine-dining (p < 0,001) lub używanego filtra powlekanego VS ze stołówki pracowniczej (p = 0,005) (Tabela uzupełniająca 13 i Tabela uzupełniająca 14). Jednak w porównaniu do nieużywanego, niepowlekanego filtra GF-2, używany niepowlekany filtr GF-2 z restauracji fine-dining nie wykazał statystycznie istotnej różnicy (p>0,05). Szczegółowe wyniki analizy statystycznej przedstawiono w Tabeli uzupełniającej 14.

Rysunek 6: Stężenie liczby kopii genomu wirusowego po przetestowaniu używanych filtrów w wieku trzech miesięcy. Każdy punkt danych reprezentuje średnią z trzech eksperymentów oraz obliczone odchylenie standardowe. VS = środek powierzchniowy miedzi i srebra Viral Safe; GF-2 = dwuwarstwowy filtr z włókna szklanego GF-2, niepowlekany (filtr typu HEPA); Pudełka przedstawiają 95% przedział ufności dla średniej, która jest zaznaczona czarną linią między dolnym a górnym przedziałem ufności. Słupki błędów reprezentują odchylenie standardowe (SD) dla każdego typu filtra. Aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.

W celu wyjaśnienia zaobserwowanych różnic w wydajności filtrów przeprowadzono testy hydrofobowości i lipofilności. Wszystkie filtry używane w restauracji typu fine-dining oraz w stołówce pracowniczej wykazały wysoką hydrofobowość na obu powierzchniach (wewnętrznej – skierowanej w stronę napływającego strumienia powietrza; zewnętrznej – skierowanej w stronę odpływającego strumienia powietrza), przy czym początkowy kąt zwilżania kropli wody konsekwentnie przekraczał 120 stopni, co zarejestrowano na fotografiach (nie przedstawiono). Pomiary czasu penetracji kropli wody (WDPT) wskazały na silne właściwości wodoodpychające, a wszystkie wartości przekroczyły 7200 s. Zmienność pomiędzy powtórzeniami testów była większa niż między typami filtrów, co mogło wynikać z zakłóceń mechanicznych użytych filtrów. W konsekwencji, przy zastosowaniu tych metod nie wykryto istotnych różnic między filtrami.

Lipofilność oceniono poprzez nanoszenie kropel oleju rzepakowego na powierzchnie filtrów. Filtry niepowlekane wykazywały konsekwentnie niską lipofilność, a kąt zwilżania kropli pozostawał powyżej 120 stopni przez cały czas trwania testu. W przeciwieństwie do nich, filtry powlekane Viral Safe wykazały szybkie rozprzestrzenianie się kropli, przy czym kąt wynoszący około mniej niż 30 stopni odnotowano 60 s po aplikacji (Supplementary Figure 5). Pozostaje niejasne, czy ta zwiększona lipofilność wynikała z samej powłoki, czy z procesu aplikacji.

DOSTĘPNOŚĆ DANYCH
Surowe dane wspierające wyniki niniejszego badania są dostępne w Pliku uzupełniającym 1.

Rycina uzupełniająca 1: Specjalnie wykonana komora aerozolowa i jej komponenty.Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.

Rycina uzupełniająca 2: Zdjęcia filtrów, filtrów wstępnych i powłok. (A) Poliestrowy filtr wstępny FMR-5, (B) Filtr wstępny Bulpren BP-6, (C) Poliestrowy filtr wstępny S-11, (D) Dwuwarstwowy filtr z włókna szklanego GF-2.Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Rycina uzupełniająca 3: Układ sali restauracji typu fine-dining, w której zastosowano oczyszczacze powietrza (patrz Tabela materiałów), zaznaczone niebieskimi prostokątami. Żółte prostokąty oznaczają stoły, a ciemnoszary prostokąt oznacza drzwi. Jedno pole siatki odpowiada powierzchni 1 m². Wielkość pomieszczenia ~60 m². Dziennie odwiedza je około 30 gości.Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.

Rycina uzupełniająca 4: Układ fabryki słodyczy, stołówka pracownicza, w której zastosowano oczyszczacze powietrza (patrz Tabela materiałów), oznaczone niebieskimi prostokątami. Żółte prostokąty oznaczają stoły, ciemnoszare prostokąty oznaczają drzwi, szare prostokąty oznaczają stoły do samoobsługi, a czarne prostokąty oznaczają kolumny wsporcze. Jeden kwadrat w siatce reprezentuje 1 m². Wielkość pomieszczenia ~160 m². Dziennie odwiedza je około 20-50 gości.Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.

Rysunek uzupełniający 5: Krople oleju rzepakowego (50 µL) na powierzchniach filtrów GF-2, które były wykorzystywane w testach w restauracjach. Filtry pokryte powłoką Viral Safe (VS) (1–5) wykazywały znacznie mniejszą odpychalność lipidów niż filtry niepowlekane (1, 6–7). Zdjęcia wykonano przez okular mikroskopu preparacyjnego przy powiększeniu 40 x, 60 s po naniesieniu kropli. „In” oznacza stronę filtra, na którą wpływa strumień powietrza; „out” oznacza stronę, z której powietrze wypływa. Powłoka VS-B znajduje się po stronie zewnętrznej. Numer 1 odnosi się do starego, używanego filtra z restauracji typu fine-dining; 2 i 3 to filtry z powłoką VS-B używane w restauracji typu fine-dining; 4 i 5 to filtry z powłoką VS-B używane w stołówce pracowniczej; a 6 i 7 to filtry niepowlekane używane w stołówce pracowniczej.Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.

Tabela uzupełniająca 1: Informacje o cyklu qRT-PCR. Temperatura pokrywy 105 °C, 45 cykli, akwizycja danych podczas etapu 62 °C. Adaptowano z Gregorova et al.⁴³. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Tabela uzupełniająca 2: Informacje o starterach qRT-PCR. Opracowano na podstawie publikacji Gregorova i wsp.⁴³. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Tabela uzupełniająca 3: Szczegółowy opis materiałów powłokowych użytych w niniejszym badaniu.Dokładny skład chemiczny powłok jest zastrzeżony przez producenta (Clean Touch Medical Ltd.). Opisy oparto na klasyfikacji funkcjonalnej i znanych składnikach aktywnych (miedź i/lub srebro).Proszę kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.

Tabela uzupełniająca 4: Szczegółowy opis materiałów filtracyjnych wykorzystanych w niniejszym badaniu. Dokładny skład materiałowy komercyjnych filtrów wstępnych nie jest w pełni ujawniany przez producentów; opisy opierają się na typowych materiałach stosowanych w systemach filtracji HVAC oraz zaobserwowanych właściwościach strukturalnych.Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.

Tabela uzupełniająca 5: Statystyki testowe: analiza Kruskala-Wallisa zakaźności wirusowej w zależności od przeciwirusowych powłok powierzchniowych.Zmienną grupującą jest rodzaj powłoki.Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.

Tabela uzupełniająca 6: Statystycznie istotne różnice w zakaźności wirusowej pomiędzy powłokami w punktach czasowych 1 min i 5 min zgodnie z wynikami testu post-hoc wielokrotnych porównań Gamesa-Howella.Istotność statystyczna jest oznaczona jako „Yes” w dwóch pierwszych panelach tabeli, dla punktów czasowych 1 min i 5 min.Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.

Tabela uzupełniająca 7: Statystyki testowe: analiza Kruskala-Wallisa zakaźności wirusa w zależności od rodzaju filtra oraz w warunkach braku filtra. Zmienną grupującą jest rodzaj filtra.Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Tabela uzupełniająca 8: Wyniki testu porównań wielokrotnych zakaźności wirusa pomiędzy ustawieniem z prefiltrami a ustawieniem bez filtrów w punktach czasowych 30 min, 60 min, 90 min, 120 min, 150 min i 180 min zgodnie z post-hoc testem porównań wielokrotnych Games-Howell.Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.

Tabela uzupełniająca 9: Statystyki testowe: wyniki testu Kruskala–Wallisa oceniające różnice w liczbie kopii wirusa pomiędzy różnymi typami filtrów wstępnych, filtrem GF-2 a układem bez filtra.Zmienną grupującą jest typ filtra.Proszę kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.

Tabela uzupełniająca 10: Wyniki testu porównań wielokrotnych liczby kopii wirusa dla układów z przedfiltrami, filtrem GF-2 oraz bez filtra w punktach czasowych 30 min, 60 min, 90 min, 120 min, 150 min i 180 min zgodnie z post-hoc testem porównań wielokrotnych Games-Howell.Aby pobrać ten plik, kliknij tutaj.

Tabela uzupełniająca 11: Statystyki testowe: wyniki testu Kruskala–Wallisa porównujące zakaźność wirusa między nowymi filtrami GF-2 a filtrami użytymi w restauracjach. Zmienną grupującą jest typ filtra.Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Tabela uzupełniająca 12: Wyniki testu wielokrotnych porównań zakaźności wirusa pomiędzy układem z prefiltrami a układem bez filtra zgodnie z post-hoc testem wielokrotnych porównań Gamesa-Howella.Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.

Tabela uzupełniająca 13: Wyniki testu Kruskala–Wallisa porównujące liczby kopii wirusa pomiędzy różnymi typami filtrów wstępnych, filtrem GF-2 a układem bez filtra. Zmienną grupującą jest typ filtra.Aby pobrać ten plik, kliknij tutaj.

Tabela uzupełniająca 14: Wyniki testu wielokrotnych porównań liczby kopii wirusa pomiędzy filtrami wstępnymi, filtrem GF-2 a układem bez filtra zgodnie z post-hoc testem wielokrotnych porównań Gamesa-Howella.Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Plik uzupełniający 1: Surowe dane z niniejszego badania.Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dyskusja

W tej pracy przedstawiamy protokół oceny efektywności powłok powierzchniowych filtrów antywirusowych i przedprzędzi w komorze aerozolowej mikrobiologicznej. Zbudowana komora oferuje kontrolowany, zamknięty system nadający się do aseptycznych analiz mikrobiologicznych, ponieważ jest sterylizowana, przenośna, przejrzysta i ma małą skalę (3 L) w porównaniu z niektórymi wcześniej opisanymi komorami^31,50,51.

Wszystkie materiały powłokowe przetestowane w tej pracy potwierdziły posiadanie działania antywirusowego (Rysunek 2A), przy czym eksperymentalna powłoka powierzchniowa na bazie miedzi B4 wykazała najwyższą skuteczność, zmniejszając zakaźność wirusów poniżej granicy wykrywalności w ciągu 10 min. Powłoka na bazie miedzi A6 ściśle nadążała, osiągając całkowitą inaktywację wirusa w 25 min (Rysunek 2A). Te wyniki są zgodne z wcześniejszymi raportami dotyczącymi właściwości antywirusowych miedzi i srebra^{17,18,20,21,22,52}. Żadna inaktywacja wirusa nie została zaobserwowana w ciągu pierwszych 5 min przed zesuszeniem kropel, co wskazuje, że wczesne zmniejszenie zakaźności było w dużej mierze spowodowane suszeniem, a nie samą powłoką (kontrola, Rysunek 2A, Rysunek 2B)³⁶. Powłoki B4 i A6 wykazywały szybszą kinetykę inaktywacji w porównaniu z powłokami VS i VS-B, podczas gdy VS-B potrzebowało do 60 min, aby osiągnąć limit wykrywalności (Rysunek 2A). Przedprzędzia z powłokami B4 i A6 były niedostępne; dlatego VS-B zostało wybrane do kolejnych eksperymentów z aerozolami filtracyjnymi.

Wyniki tej pracy podkreślają, że filtry HEPA i przedprzędzia skutecznie zmniejszają liczbę wirusów przechodzących przez nie nawet w przypadku braku powłok antywirusowych. Stres mechaniczny na zawieszone wirusy podczas filtracji doprowadził do zmniejszenia zakaźności wirusów o 1,0–2,0 log (z ~8 × 10⁵ – 1 × 10⁷ PFU/mL do ~5 × 10⁴ – 10⁵, Rysunek 3A). To zmniejszenie było konsekwentnie obserwowane we wszystkich testach przedprzędzi, co wspiera wcześniejsze ustalenia^50,53,54. Dla filtra HEPA typu GF-2 utrata zakaźności wirusów była jeszcze większa, bez wykrywalnych zakaźnych cząstek w granicach wrażliwości metody (Rysunek 3A). Niższa zakaźność w stosunku do liczby kopii genomu sugeruje, że filtracja wywiera mechaniczne uszkodzenia na cząstkach wirusowych, zjawisko to jest szczególnie widoczne dla wirusa Phi6 otoczonego osłonką. Ponieważ wirusy otoczone osłonką są bardziej podatne na zakłócenia mechaniczne, ta różnica może być mniejsza dla wirusów nieotoczonych osłonką⁵⁵.

W testach aerozolowych powłoki nie wywierały statystycznie istotnego wpływu na wydajność filtracji przedprzędzi. Prawdopodobnie oznacza to ograniczony kontakt między powłoką a wirusami przechodzącymi przez filtr, co prowadzi do podobnych wyników dla powłokowanych i niepowłokowanych przedprzędzi (Rysunek 3B, Rysunek 4B). Obliczone czasy przebywania poniżej sekundy sugerują, że antywirusowa kinetyka inaktywacji musi zachodzić w bardzo krótkim czasie, aby być skuteczna w realnych warunkach przepływu powietrza. Ponadto nasze wyniki sugerują, że testowane powłoki nie wykazują elektrostatycznej afinicji charakterystycznej dla jonów miedzi do ujemnie naładowanych cząstek biologicznych, co mogłoby w przeciwnym razie przyciągać wirusy do filtra i zmniejszać ich przejście⁵⁶. Dlatego główna korzyść z powłok przedprzędzi może polegać na ich właściwościach samonaczyszczania po załadowaniu, jak to zostało wykazane w testach na powierzchni, a nie na zwiększaniu mechanicznej wydajności filtracji. Co ważne, eksperymenty przeprowadzone w tej pracy reprezentują warunki filtracji jednoprzelotowej, gdzie zawieszone cząstki wchodzą w interakcję z filtrem tylko raz. Prowadzi to do bardzo krótkich czasów przebywania i ograniczonego kontaktu wirus-powierzchnia, co prawdopodobnie zmniejsza obserwowalny wpływ powłok antywirusowych. W przeciwieństwie do tego, rzeczywiste systemy oczyszczania powietrza działają zwykle w warunkach recyrkulacji, gdzie wielokrotne przejście powietrza zwiększa łączny kontakt i może zwiększyć efektywność powłok.

Nasze wyniki wskazują, że filtry GF-2 wykazały lepszą usuwanie zaka

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Aerosol chamber glass cylinder and lid	Laborexin Oy	N/A	Nabrzmiały szklany cylinder i pokrywa do utrzymania aerozolu.
Aerosol chamber inner metal scaffold	Clean Touch Medical Ltd.	N/A	Nabrzmiały stalowy szkielecik do zamontowania filtra.
Aerosol chamber lid insulating gaskets	Etra Oy (Etola Group)	N/A	Nabrzmiałe gumowe uszczelki do hermetycznego uszczelnienia.
Air pump, WI 53082	Thomas Industries Inc.	N/A	Pompa membranowa służąca do utrzymania regulowanego przepływu powietrza przez komorę.
BioSampler	SKC Inc.	https://international.skcinc.com/products/air/bioaerosol-samplers/biosampler	Całkowicie szklany wirujący uderzeniowiec służący do wysokowydajnego pobierania wirusów z powietrza.
Coated test pieces	Clean Touch Medical Ltd.	www.cleantouchmedical.com	Połyskujące papierowe slajdki pokryte antymikrobialnymi preparatami do testowania efektywności powierzchni.
CompAir Pro NE-C900 nebulizer	Omron Healthcare	NE-C900	Kompresorowy nebulizator o wysokiej wydajności służący do generowania aerozolu wirusowego.
SPSS Statistics software	IBM Corp.	https://www.ibm.com/products/spss	Oprogramowanie do analizy statystycznej, wersja 28.0.
QuantStudio Design and Analysis Software	Thermo Fisher Scientific	https://www.thermofisher.com/in/en/home/technical-resources/software-downloads.html#pcr	Oprogramowanie do analizy danych qRT-PCR, wersja 1.3.1.
UniqAir PRO air purifier	UniqAir Oy	https://www.uniqair.fi/	Komercyjna jednostka do oczyszczania powietrza używana do oczyszczania komory.