Ocena wpływu pokrytych filtrów i filtrów wstępnych na zakaźność i stężenie aerozolu zawierającego wirusa Phi6
29 maja 2026
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.
Badanie wpływu przefiltrów i powłok przeciwwirusowych na zmniejszanie zakaźności i stężenia wirusów przenoszonych drogą powietrzną w środowiskach zamkniętych. Obecne podejścia nie uwzględniają realistycznej dynamiki przepływu powietrza. Nasz protokół odtworzy warunki aerozolowe i mierzy zarówno zakaźne wirusy, jak i całkowitą ładunkową wirusową.
Na początek, rozcieńcz czystą zawiesinę szczepu bakteriofaga phi6 w 20 milimolarowym buforze fosforanowym potasu zawierającym jeden milimolar chlorku magnezu dostosowanym do pH 7,2. Złóż wszystkie filtry, przefiltry i materiały powłok przeciwwirusowych w szafce bezpieczeństwa biologicznego, aby wykonać testy powierzchni. Oceń aktywność przeciwwirusową wszystkich materiałów powłokowych na podstawie miedzi lub składników aktywnych miedzi i srebra osadzanych w własnościowych macierzach, a mianowicie A6, B4, VS i VS B na płaskich próbkach testowych.
Następnie, nakłuj 20 mikrolitrów rozcieńczonej zawiesiny szczepu bakteriofaga phi6 na powleczone próbki testowe, aby wykonać test żywotności na powierzchni. Rozprowadź próbkę równomiernie na obszarze dwóch na dwa centymetry, używając sterylnego szkła trójkątnego. Inkubuje próbki w 22 stopniach Celsjusza do czterech punktów czasowych, w tym jedna minuta, pięć minut, jedna godzina lub trzy godziny.
Dodaj 180 mikrolitrów świeżego bulionu LB do powierzchni, aby odzyskać wirusy po każdym punkcie czasowym. Umyj powierzchnię poprzez wielokrotne nakłuwanie 10 do 20 razy, aby zebrać próbkę. Użyj plastikowego naczynia Petriego jako kontrolnej powierzchni.
Wyznacz skuteczność przeciwwirusową powłok powierzchniowych za pomocą testu płytowego, aby zmierzyć liczbę zakaźnych cząstek wirusowych i ilościową odwrotną transkryptazę reakcji łańcuchowej polimerazy, czyli qRT-PCR, aby określić liczbę kopii genomu wirusowego. Rozcieńcz czystą i skoncentrowaną zawiesinę bakteriofaga phi6, jak pokazano wcześniej, aby uzyskać stężenie wirusowe w zakresie 2,5 razy 10 do potęgi 10 do 4,08 razy 10 do potęgi 11 jednostek tworzących plamy na mililitr. Następnie, złóż komorę aerozolową eksperymentalną, używając cylindrycznego szklanego korpusu z pasującą pokrywą.
Włóż wewnętrzny metalowy stelaż do komory i zabezpiecz uszczelki izolacyjne, aby zapewnić szczelność. Użyj nebulizatora w połączeniu z pompą powietrza, aby wygenerować stabilny i powtarzalny wlot aerozolu wirusowego. Tytruj roztwór wirusowy użyty w nebulizatorze przed i po każdym eksperymencie, aby monitorować stabilność.
Ustaw przepływ aerozolu na osiem litrów na minutę w komorze. Aby zmniejszyć wilgotność podczas długotrwałych pomiarów, skieruj około trzy czwarte przepływu aerozolu do wydechu przez filtr powietrza wysokiej sprawności, czyli HEPA. Pozostałe jedno czwarte przepływu odpowiadające dwu litrom na minutę pozwól wejść do komory.
Użyj lejka, aby skierować przepływ aerozolu w kierunku powierzchni filtra lub przefiltra w komorze. Odwilgotnij wypływ powietrza za pomocą eksykatora, aby chronić filtr HEPA i miernik przepływu przed nadmierną wilgocią. Za pomocą zewnętrznej pompy, stwórz ciśnienie ujemne w systemie i dodatkowo wspomóż przepływ powietrza, aby zapewnić wydajne odprowadzanie przez otwór wylotowy.
Oceń właściwości przeciwwirusowe niepowleczonych lub powleczonych VS B poliestrowych i bulprenowych przefiltrów obok dwuwarstwowych materiałów z włókna szklanego w komorze aerozolowej. Aby ocenić efekt przeciwwirusowy przez próbkowanie impaktowe, umieść naczynie Petriego zawierające 20 milimolarowy bufor HEPES o pH 7,2 bezpośrednio pod testowanym przefiltrem, aby zmaksymalizować osadzanie cząstek. Alternatywnie, aby przetestować efekt przeciwwirusowy filtrów GF2, ustaw trójstrumieńkowy całoszklany wirujący uderzeniowiec podłączony do zewnętrznej pompy do zbierania aerozolu.
Utrzymuj przepływ powietrza przez testowany przefiltr lub filtr na poziomie dwóch litrów na minutę. Zwiększ całkowitą ilość powietrza do 10 litrów na minutę, używając dodatkowej zaworu po wylocie z komory. Zbierz aerozole w pięciu mililitrach 20 milimolarowego bufora HEPES.
I uzupełniaj odparowany bufor co 30 minut. W przypadku trzykrotnego pobierania próbek, przeprowadź kontrolne uruchomienia bez przefiltrów lub filtrów przez 15 minut przed i po każdym eksperymencie. Po kontrolnym uruchomieniu przed eksperymentem, włóż filtr lub przefiltr do komory i eksploatuj system przez trzy godziny.
Zbieraj aerozole wirusowe, odzyskują jednego mililitra zawiesiny z naczyń Petriego zawierających 20 mililitrów bufora co 30 minut. Zdejmij filtr i przeprowadź kontrolne uruchomienie po eksperymencie. Zbieraj próbki co 30 minut podczas eksperymentu, aby uzyskać osiem próbek qRT-PCR i tytulacji na każdy eksperyment.
W eksperymentach z uderzeniowcem, zbieraj próbki tytulacyjne tylko raz na końcu trzech godzinnego uruchomienia. Użyj 800 mikrolitrów zebranej próbki do analizy qRT-PCR, a pozostałe 200 mikrolitrów do tytulacji wirusowej. Nag
Przegląd
Niniejsze badanie ocenia skuteczność przeciwwirusową powłok powierzchniowych na bazie miedzi i srebra naniesionych na filtry powietrza, z wykorzystaniem standaryzowanej komory bioaerozoli oraz otoczkowanego bakteriofaga Phi6 jako substytutu wirusów oddechowych. Celem badań jest dostarczenie informacji niezbędnych do opracowania bardziej efektywnych technologii filtracji powietrza w pomieszczeniach, co stało się szczególnie istotne w obliczu pandemii COVID-19.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Wirusologia
- Inżynieria środowiska
- Inżynieria materiałowa
- Zdrowie publiczne
Wstęp
- Filtracja powietrza w pomieszczeniach jest kluczowa dla ograniczenia przenoszenia wirusów oddechowych drogą powietrzną.
- Powłoki powierzchniowe o właściwościach przeciwwirusowych mogą zwiększyć wydajność filtrów poprzez inaktywację uwięzionych patogenów.
- Pandemia COVID-19 zwiększyła zapotrzebowanie na ulepszone rozwiązania w zakresie filtracji powietrza.
- Bakteriofag Phi6 służy jako bezpieczny zamiennik do badania wirusów oddechowych z otoczką.
Cel badania
- Ocena aktywności przeciwwirusowej różnych powłok na bazie miedzi i srebra na powierzchniach filtrów powietrza.
- Określenie wpływu tych powłok na filtrację i inaktywację wirusów przenoszonych drogą powietrzną.
- Porównanie skuteczności filtrów powlekanych i niepowlekanych zarówno w scenariuszach wirusów powierzchniowych, jak i aerozolowych.
Zastosowane metody
- Nakładanie powłok na bazie miedzi i srebra na materiały filtrów powietrza.
- Wykorzystanie zestandaryzowanej komory bioaerozoli do kontrolowanych testów.
- Badania powierzchniowe w celu oceny bezpośredniej aktywności przeciwwirusowej przeciwko Phi6.
- Eksperymenty aerozolowe w celu oceny filtracji i inaktywacji podczas przepływu powietrza.
Główne wyniki
- Wszystkie przetestowane powłoki wykazały aktywność przeciwwirusową na powierzchniach, przy czym powłoka B4 oparta na miedzi doprowadziła do całkowitej inaktywacji Phi6 w ciągu 10 minut.
- Filtry HEPA i filtry wstępne zredukowały zakaźność wirusów o 1,0–2,0 log nawet bez powłok, głównie poprzez filtrację mechaniczną.
- Wyskoefektywne filtry z włókna szklanego GF-2 wyeliminowały wykrywalnego zakaźnego wirusa.
- Powłoki nie zwiększyły znacząco wydajności filtracji w eksperymentach z aerozolami, co prawdopodobnie wynika z ograniczonego kontaktu wirusa z powlekanymi powierzchniami.
- Użyte filtry GF-2 wykazały poprawę usuwania wirusów ze względu na akumulację i zagęszczenie cząstek.
- Filtry powlekane VS-B wykazały właściwości lipofilne, co sugeruje potencjalne dodatkowe korzyści.
Wnioski
- Filtracja mechaniczna jest głównym czynnikiem usuwania wirusów w filtrach powietrza.
- Powłoki przeciwwirusowe zapewniają mechanizm samosterylizacji poprzez inaktywację wirusów uwięzionych na powierzchniach filtrów.
- Integracja światła ultrafioletowego (UV) jest proponowana jako przyszłe ulepszenie w celu dalszego zwiększenia skuteczności systemu.
Często zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ocena technologii powłok i filtrów wstępnych w usuwaniu aerozoli wirusowych pozwala na uzupełnienie krytycznych luk w zakresie bezpieczeństwa biologicznego i kontroli środowiskowej w zakładach biofarmaceutycznych. Niniejsze badanie wyjaśnia mechanistyczny wkład powłok powierzchniowych w porównaniu z filtracją mechaniczną, co dostarcza podstaw do opracowania strategii mitygacji ryzyka w środowiskach badawczo-rozwojowych oraz produkcyjnych. Wyniki wspierają oparty na dowodach wybór systemów filtracji w celu zmniejszenia ryzyka zanieczyszczenia wirusowego drogą powietrzną w portfelach przedsiębiorstw.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biopharmy
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia kontrolowaną ocenę antywirusowych technologii powierzchniowych z wykorzystaniem zestandaryzowanego modelu wirusa zastępczego.
- Wspiera mechanistyczną redukcję ryzyka poprzez odróżnienie mechanizmów inaktywacji od fizycznego usuwania.
- Zapewnia ilościowe punkty odniesienia do oceny nowych materiałów filtracyjnych i powłok w procesach zapewniania bezpieczeństwa biologicznego.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Umożliwia powtarzalne testowanie skuteczności filtrów w zestandaryzowanych warunkach narażenia na aerozol.
- Dostarcza ilościowych wyników dotyczących zakaźności oraz liczby kopii wirusa w celu porównania różnych typów filtrów.
- Wspiera standaryzację analizy służącej do oceny technologii filtrów samosterylizujących.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Dostosowuje testowanie wirusów zastępczych do translacyjnych potrzeb bezpieczeństwa biologicznego w zakresie ograniczania rozprzestrzeniania się patogenów układu oddechowego.
- Zapewnia ciągłość procesu od odkrycia materiałów przeciwwirusowych po przedkliniczną walidację kontroli środowiskowych.
- Stanowi podstawę do dostosowanego do ryzyka rozwoju technologii filtracji w środowiskach regulowanych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Niniejsza metodologia wpisuje się w kontinuum bezpieczeństwa biologicznego i kontroli środowiskowej, obejmując etapy od wczesnego odkrywania materiałów przeciwwirusowych po przedkliniczną ocenę systemów kontrolnych w placówkach.
- Biologia odkrywcza: Ilościowo określa aktywność przeciwwirusową powłok i wyjaśnia ich mechanistyczny wkład w inaktywację wirusów.
- Przesiewanie: Zapewnia zestandaryzowane odczyty redukcji zakaźności i ładunku wirusowego w celu porównania filtrów.
- Analityka: Umożliwia obliczanie redukcji logarytmicznej oraz kwantyfikację liczby kopii w celu wspierania decyzji opartych na danych.
- Badania translacyjne: Łączy testowanie wirusów zastępczych z rzeczywistymi zastosowaniami w zakresie biosafety w badaniach, rozwoju i produkcji.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy reużywalne ramy oceny nowych kombinacji filtrów i powłok w różnych programach.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w zakresie wydajności filtrów i mechanizmów inaktywacji wirusów.
- Wartość operacyjna: Wspiera standaryzację i powtarzalność w procesach testowania bezpieczeństwa biologicznego.
- Wartość strategiczna: Stanowi podstawę do podejmowania decyzji o kontynuacji lub przerwaniu prac (go/no-go) w zakresie modernizacji obiektów i wdrażania technologii.
- Wpływ na portfolio: Redukuje ryzyko związane z bezpieczeństwem biologicznym na późnych etapach oraz wspiera priorytetyzację środków kontroli środowiskowej z uwzględnieniem ryzyka.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy eksperckiej z zakresu wirusologii, nauki o aerozolach oraz ilościowych testów zakaźności.
- Wymaga dostępu do zestandaryzowanych komór bioaerozolowych i zwalidowanych modeli wirusów zastępczych.
- Wymaga uzgodnienia protokołów testowych i standardów interpretacji danych pomiędzy zespołami.
- Może wymagać adaptacji do różnych geometrii filtrów lub specyficznych dla danej placówki warunków przepływu powietrza.
- Skuteczność powłoki jest ograniczona kontaktem wirusa z filtrem; mechaniczna filtracja pozostaje głównym mechanizmem usuwania.
