Исследовательская статья

Оценка влияния покрытых фильтров и префильтров на инфекционность и концентрацию аэрозольного вируса Phi6

137 просмотров

⸱

DOI:

10.3791/70877

⸱

29 мая 2026 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

Здесь мы представляем исследование по оценке противовирусной эффективности поверхностных покрытий на основе меди и серебра на воздушных фильтрах. Используя биоаэрозольную камеру и бактериофаг Phi6, этот метод количественно оценивает эффективность вирусной инактивации и механической фильтрации для самодезинфицирующих систем внутреннего воздуха.

Аннотация

Разработка эффективных технологий фильтрации воздуха в помещениях получила значимость после пандемии коронавируса 2019 года (COVID-19). Цель данного исследования — оценить противовирусную эффективность различных поверхностных покрытий на основе меди и серебра для воздушных фильтров с использованием стандартизированной биоаэрозольной камеры и оболочённого бактериофага Phi6 в качестве суррогата респираторных вирусов. Поверхностное тестирование подтвердило, что все покрытия проявили противовирусную активность: специфическая медная формула покрытия (B4) полностью инактивировала вирус Phi6 за 10 минут, A6 — за 25 минут и VS-B — за 60 минут; Раннее снижение инфекционной активности было в основном связано с высыханием капель. Аэрозольные эксперименты показали, что высокоэффективные фильтры и предварительные фильтры для твердого воздуха (HEPA) значительно снижают вирусную инфекционность даже без покрытий: механическая фильтрация приводит к снижению логарифма 1,0–2,0, а высокоэффективные стекловолокнистые фильтры GF-2 устраняют обнаруженные инфекционные вирусы. Покрытия не значительно повышали эффективность фильтрации, вероятно, из-за ограниченного вирусного контакта с покрытыми поверхностями. Использованные фильтры GF-2 демонстрировали улучшение удаления вирусов, что объясняется накоплением частиц и плотностью фильтра, в то время как покрытия не изменяли количество прохожих вирусов копий. Фильтры с покрытием VS-B обладали липофильными свойствами, что указывает на дополнительные функциональные преимущества. Эта методология подчёркивает, что эффективность фильтра в первую очередь определяется механическим захватом и накоплением частиц, а интегрированные поверхностные покрытия обеспечивают самодезинфекцию, инактивируя захваченные вирусные частицы; интеграция ультрафиолетового (УФ) света рассматривается как потенциальное будущее направление исследований для дальнейшего повышения эффективности системы.

Введение

Понимание воздушно-капельной передачи вируса значительно продвинулось во время пандемии COVID-19. Учитывая, что внутренние помещения несут значительно более высокий риск передачи вируса, чем наружные, существует острая необходимость разработать более эффективные защитныестратегии 1,2. В этом контексте высокоэффективные системы кондиционирования и очистки воздуха являются необходимыми компонентами для предотвращения передачи вируса в закрытых помещениях.

Фильтрация воздуха — один из самых распространённых методов, используемых в системах очистки воздуха, основанный на внутренних физических фильтрационных свойствах и многослойнойфильтрации 3,4,5. Это часто включает предфильтр — грубый фильтр, захватывающий крупные частицы; фильтр средней эффективности, например, угольный фильтр; а также высокоэффективный фильтр для твердых частиц воздуха (HEPA), который удаляет не менее 99,97% частиц с самым проникающим размером частиц 0,3мкм 6,7. Физические свойства фильтров обладают множеством антимикробных преимуществ. Ранее было показано, что пористые материалы могут инактивировать вирусы, захватывая ивысушивая их 8,9,10. Гидрофобность или гидрофильность также могут использоваться соответственно. Вирусы с гидрофобной оболочкой предпочитают гидрофобные поверхности для сорбции, тогда как гидрофильные поверхности привлекают гидрофобныевирусы 11,12. Кроме того, для дальнейшего улучшения очистки можно использовать противовирусное покрытие. Покрытие фильтров направлено на немедленную инактивацию патогенов при их соприкосновении сфильтром 13,14. Эти функции могут повысить операционную безопасность, особенно в больницах, а также в общественных местах во время эпидемий ипандемий 14.

Для практических применений инактивирующий эффект фильтрующих покрытий должен быть достаточно быстрым, чтобы его можно было использовать в проточном воздухе. Таким образом, площадь поверхности для прямого контакта между покрытием и вирусными частицами должна быть достаточной, и покрытие должно способно инактивировать вирус в течение заданного времени контакта. Тяжёлые металлы, такие как медь и серебро, известны своими противовируснымиэффектами 15,16,17. Этот противовирусный эффект был зафиксирован у таких вирусов, как полиовирус, вирус вакцинии, герпес простой 1, Phi6, паповирус SV-40, аденовирус, вирус везикулярного стоматита, SARS-коронавирус, бакуловирус и вирус инфекционного перитонитакошек 18,19,20,21,22. Механизмы включают высвобождение ионов меди и серебра, а также образование реактивных кислородных форм (ROS), которые реагируют с вирусными белками и окисляют нуклеиновыекислоты 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30.

Для этого исследования была разработана тестовая камера аэрозольного фильтра с регулируемыми свойствами аэрозоля и отбора проб вирусов, основанная на предыдущей конфигурации камеры, представленной Sofieva et al. (2022) (см. рисунок 1 и дополнительный рисунок 1)31. Адаптированная камера была спроектирована как закрытая система, в которой фильтры воздействуют на модельные вирусы патогенных респираторных заболеваний, оценивая противовирусную эффективность покрытых и непокрытых фильтров. Окутывающий бактериофаг Phi6 был выбран в качестве суррогата для респираторных вирусов, поскольку это хорошо изученная и широко используемая модель, подходящая для исследований вирусных аэрозолей. Поскольку Phi6 не является патогенным для человека и классифицируется как уровень биобезопасности 1 (BSL-1), он позволяет проводить безопасную и практическую оценку противовирусных покрытий в лабораторной среде уровня биобезопасности 2 (BSL-2) в соответствии с институциональными рекомендациями по безопасности. Кроме того, Phi6 имеет структурные сходства с оболочёнными вирусами, вызывающими респираторные заболевания, такими как коронавирусы с тяжелым острым респираторным синдромом 1 и 2 (SARS-CoV-1 и SARS-CoV-2). Липидная оболочка также обладает специфической чувствительностью к высушиванию и химической инактивации, предоставляя репрезентативную модель для оценки эффективности антимикробных поверхностных покрытий и систем фильтрации против покрытых оболочкамипатогенов 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39.

Целью этого исследования было сначала анализ противовирусной эффективности выбранных материалов для покрытия фильтров, содержащих медь и серебро по поверхности, посредством поверхностного тестирования с помощью бактериофага Phi6 перед их применением в фильтрации воздуха. Впоследствии эти материалы для обработки поверхности на основе меди и серебра были оценены на воздушных предфильтрах для оценки их способности улучшать как фильтрационные, так и элиминационные свойства против воздушно-капельных вирусов.

Протокол

Вирусы, штаммы, среды роста и количество инфекционных вирусов
Бактериофаг Phi6, первоначально предоставленный исследовательской группе доктором Энн К.Видавер (40), был размножён с помощью Pseudomonas syringae pv. phaseolicola HB10Y — как бактерия-хозяин. Хозяин был выращен в среде Лурия–Бертани (LB) при 22 °C. Запасы Phi6 агаров были получены из замороженного материала последовательно разбавленным в соответствии с протоколом Bamford и др. (1995)41, и использовались как для анализов на жизнеспособность поверхности, так и для очистки вирусов.

Очистка и концентрация Phi6 проводились согласно протоколу, разработанному Bamford и др. (1995)41. Полученная суспензия разбавялась в буфере 20 мМ фосфата калия (K₃PO₄), содержащем 1 мМ хлорида магния (MgCl₂), скорректированного до pH 7,2, чтобы получить итоговый титр 5 ×10 10–1011 единиц образования бляшек на миллилитр (PFU/mL). Эта подготовленная подвеска впоследствии использовалась для экспериментов по генерации аэрозолей.

Перечисление инфекционных вирусных частиц проводилось с использованием стандартного анализа наложения бляшек с двуслойным агаром, оптимизированного для бактериофага Phi642. Кратко, для каждого вирусного или контрольного образца были подготовлены первые последовательные разбавления в среде LB, после чего добавляли 100 мкл каждого разбавления, 200 мкл суспензии бактерий хозяина и 3 мл мягкого агара. Мягкие агарные смеси накладывались поверх пластин LB агар, а пластины инкубировали при 22 °C ночью. Затем бляшки подсчитываются, и количество PFU/mL рассчитывается как (бляшки × коэффициент разбавления) / объёмная пластинка.

qRT-ПЦР-анализ
Подготовка образца для количественной обратной транскрипции в реальном времени полимеразной цепной реакции (qRT-PCR) проводилась по протоколу Gregorova et al. (2022)43. Стандартные кривые для РНК P2 и P8 были получены с помощью 10-кратной серии разбавления от 10, 2 до 109 молекул на 5 мкл. Каждое разбавление обрабатывалось аналогично экспериментальным образцам, включая добавление хлороформа, вихрь, центрифугирование при 10000 × г в течение 1 минуты при 22 °C, а также циклирование (информация о циклах и праймерах в Дополнительной таблице 1 и Дополнительной таблице 2). Отрицательные контроли были подготовлены путём замены 5 мкл ультрачистой воды на шаблон РНК. Данные qRT-PCR анализировались с использованием специализированного программного обеспечения для проектирования и анализа (см. таблицу материалов).

Установка аэрозольной камеры
Была разработана специально созданная автоклавируемая аэрозольная камера для вирусной аэрозолизации и тестирования фильтров, смоделированная по образцу ранее описанной системы31. Экспериментальная камера состояла из цилиндрического стеклянного корпуса с подходящей крышкой, внутреннего металлического каркаса и изоляционных прокладок для обеспечения герметичности (см. таблицу материалов и дополнительный рисунок 1).

Общая конструкция исследования, включая камеру, показана на рисунке 1. Для обеспечения стабильного и воспроизводимого подачи вирусных аэрозолей использовался небулайзер в сочетании с воздушным насосом (см. таблицу материалов).

Внутри камеры небулайзер генерировал аэрозольный поток 8 л/мин. Примерно три четверти этого потока направлялись в выхлоп через HEPA-фильтр, а оставшаяся четверть (2 л/мин) поступала в камеру. Этот разрез был разработан для снижения влажности при длительных измерениях. Аэрозоли вводились в камеру через металлическую воронку, которая направляла поток на поверхность фильтра или предварительного фильтра.

Аэрозольные эксперименты проводились в биологическом защитном шкафе. После прохождения через камеру поток воздуха осушался в десикаторе для защиты HEPA-фильтра и расходомера от избыточной влажности. Внешний насос дополнительно поддерживал поток воздуха, создавая отрицательное давление внутри системы и обеспечивая эффективный выброс через выходной отверстие.

figure-protocol-1
Рисунок 1: Схема экспериментальной аэрозольной камеры и коллекции образцов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Дизайн исследования
В этом исследовании оценивались противовирусные свойства покрытий и материалов фильтров/предфильтров, перечисленных в Таблице 1, Дополнительной таблице 3 и Дополнительной таблице 4 (см. также Таблицу материалов). Исследование проводилось в два этапа: поверхностные испытания и предварительное фильтрование в аэрозольной камере.

В поверхностных тестах все материалы покрытия сначала оценивались на плоских пробных деталях для определения их противовирусной активности. Покрытые тестовые изделия были предоставлены компанией Clean Touch Medical LTD (Таблица 1 и Таблица материалов). Все покрытия основаны на медных и/или серебристых активных компонентах, встроенных в проприетарные матрицы; различия между составами в первую очередь связаны с составом металлов, концентрацией и совместимостью поверхностей (например, плоские поверхности против пористых фильтров) (Дополнительная таблица 3).

Предфильтровальные испытания в аэрозольной камере: Среди доступных покрытий во время исследования можно было наносить только медино-серебристое покрытие VS-B на предварительном фильтре. Поэтому предварительные фильтры, обработанные VS-B, были исследованы в аэрозольной камере для оценки их противовирусной эффективности при аэрозольным воздействии. Фотографии всех фильтров и предфильтров, использованных в исследовании, приведены на дополнительном рисунке 2.

Антивирусная эффективность количественно оценивалась двумя дополняющими методами: анализом бляшек для измерения количества инфекционных вирусных частиц (см. раздел «Вирусы, штаммы, среда роста и количество инфекционных вирусов») и количественный ПЦР (qPCR) для определения числа копий вирусного генома (см. раздел «qRT-PCR анализ»).

Фильтры и префильтрыФильтр предоставленПокрытия
(Всё предоставлено Clean Touch Medical)
Полиэстеровый предфильтр FMR-5, без покрытия (FMR-5)M-filter LTDЭкспериментальный медный поверхностный агент A6 (A6)
Экспериментальный поверхностный агент на основе меди B4 (B4)
Медино-серебряный поверхностный агент Viral Safe (VS)
Медино-серебристый поверхностный агент Вирусный сейф B (VS B)
Полиэфирный предфильтр FMR-5, покрытый VS B (FMR-5 против B)
Полиэстеровый префильтр S-11, без покрытия (S-11)
Полиэстеровый префильтр S-11, покрытый VS B (S-11 VS B)
Двухслойный стекловолоконный фильтр GF-2, без покрытия (фильтр типа HEPA) (GF-2)
Префильтр Булпрена BP-6, 6 мм, без покрытия (BP-6)Clean Touch Medical LTD
Префильтр Бульпрена BP-6, 6 мм, покрыт VS B (BP-6 против B)

Таблица 1: Фильтры и поверхностные покрытия, использованные в этом исследовании.

Эффективность противовирусных поверхностных покрытий
Был разработан поверхностный тест жизнеспособности для оценки устойчивости вирусной инфекции на различных материалах покрытия. Кратко, 20 мкл запаса Phi6 (см. раздел «Вирусы, штаммы, среда роста и количество инфекционных вирусов») было нанесено пипеткой на покрытые тестовые изделия и равномерно распределено на площади 2 см × 2 см с помощью стерильного стеклянного треугольника. Образцы инкубировали в шкафу для биобезопасности при 22 °C в течение 1 минуты, 5 минут, 1 часа или 3 часа.

Вирусы удалялись путём добавления 180 мкл свежего LB бульона на поверхность и многократного промывания пипеткой. Пластиковая чашка Петри служила управляющей поверхностью. Все эксперименты проводились при 22 °C. Количество инфекционных вирусных частиц было количественно измерено с помощью тестабляшек 41.

Влияние противовирусного покрытия VS-B на эффективность фильтра/предварительного фильтра
Сбор вирусов и тестирование эффективности фильтра проводились либо методом импакции с чашкой Петри с буфером HEPES 20 мМ (pH 7,2), либо с использованием полностью стеклянного вихревого импингера (далее — «импингер»; см. Таблицу материалов)44. Для импаксионного отбора Петри-тарелка была размещена непосредственно под фильтром для максимизации осаждения частиц (рисунок 1). В экспериментах с фильтрами GF-2, которые использовались уже 3 месяца, вместо чашки Петри использовался импингер для повышения чувствительности. Импингер — это стеклянное устройство с тремя соплами и требует внешнего насоса для отбора проб воздуха в жидкость. Поток воздуха через сопла создаёт закрученное движение собирающей жидкости вдоль внутренней стенки, что облегчает мягкое удаление частиц. В такой конфигурации поток воздуха через фильтр поддерживался на уровне 2 л/мин, а при выходе из камеры дополнительный клапан увеличивал общий поток воздуха до 10 л/мин. Аэрозоли собирались в 5 мл буфера HEPES объемом 20 мМ (pH 7,2), при этом испаренный буфер пополнялся каждые 30 минут. Для экспериментов с импингером используются как чашка Петри, так и предварительный фильтр бульпрена (используемый для выравнивания воздушного потока; Дополнительная рисунок 1 и дополнительный рисунок 2B) были удалены.

Подробный протокол выборки представлен в Таблице 2. Вирусные аэрозоли были собраны путём извлечения 1 мл суспензии из чашок Петри, содержащей 20 мл буфера HEPES 20 мМ (pH 7,2). Из них 800 мкл использовалось для анализа qRT-PCR и 200 мкл для титрации вирусов. Каждый фильтр или предфильтр тестировался в тройном экземпляре, а контрольные запуски без фильтра/предварительного фильтра проводились в течение 15 минут до и после каждого эксперимента с камерой. После предэкспериментального контроля фильтр или предфильтр вставлялся в камеру, которая работала 3 часа, после чего фильтр/предфильтр снимался, и проводился контрольный запуск после эксперимента. Образцы qRT-ПЦР и титрирования вирусов собирались каждые 30 минут, давая восемь образцов qRT-PCR и восемь титровых образцов за эксперимент. В экспериментах с импингером титровые образцы собирались только один раз в конце трёхчасового запуска. Каждый образец qRT-PCR мгновенно замораживался в жидком азоте и хранился при -80 °C до дальнейшего использования, в то время как образцы титрирования вирусов обрабатывались сразу после эксперимента с использованием анализа бляшек. Раствор вируса, используемый в небулайзере, титрировался как до, так и после каждого эксперимента для контроля стабильности.

Три различных предварительных фильтра — BP-6, S-11 и FMR-5, а также фильтр GF-2 (Таблица 1 и Дополнительный рисунок 2, Дополнительная таблица 4) были покрыты VS-B. Предварительные фильтры состояли из синтетических волокнистых материалов с разной плотностью конструкции, в первую очередь предназначенные для удаления крупных частиц и стабилизации воздушного потока, тогда как фильтр GF-2 представляет собой высокоэффективный стекловолоконный фильтр с характеристиками типа HEPA. Предварительные фильтры без покрытия и установка без фильтра тестировались в аэрозольной камере для сравнения.

Точка времениНастройкаСэмплы
Управление0-15 минБез фильтра/предварительного фильтра, чашка Петри с 20 мл HEPES200 мкл для титрации, 800 мкл замороженных для qRT-PCR
Эксперимент0-30 минИнтересный фильтр/префильтр, новая чашка Петри с 20 мл HEPES
30-60 минИнтересный фильтр/префильтр — та же чашка Петри с 19 мл HEPES
60-90 минИнтересующийся фильтр/префильтр, та же чашка Петри с 18 мл HEPES
90-120 минИнтересный фильтр/префильтр, та же чашка Петри с 17 мл HEPES
120-150 минИнтересующийся фильтр/префильтр, та же чашка Петри с 16 мл HEPES
150-180 минИнтересующийся фильтр/префильтр, та же чашка Петри с 15 мл HEPES
Управление0-15 минБез фильтра/префильтра, новая чашка Петри с 20 мл HEPES

Таблица 2: Хронология сбора образцов.

Влияние противовирусного покрытия по сравнению с использованными фильтрами
Долговечность противовирусного эффекта на фильтры типа HEPA GF-2, покрытые медно-серебристым поверхностным агентом Viral Safe (VS), была оценена путём измерения эффективности фильтров, использовавшихся в течение 3 месяцев, на основе как количества инфекционных вирусов, так и копий вирусного генома. Для этих экспериментов использовались четыре очистителя воздуха (см. Таблицу материалов), каждый оснащён HEPA-фильтром и слоем активированного древесного угля. Фильтры эксплуатировались в течение трёх месяцев в двух ресторанах до сбора и анализа: один был рестораном высокой кухни, другой — столовой для персонала на фабрике (подробнее на дополнительных рисунках 3 и 4). Производительность этих использованных фильтров сравнивалась с чистыми, непокрытыми фильтрами GF-2.

Перед испытаниями в камере использованные фильтры извлекались из металлических клеток очистителя воздуха, раскладывались и нарезались на подходящие по размеру куски для аэрозольной камеры внутри ламинарного вытяжки для обеспечения биобезопасности и минимизации перекрёстного загрязнения. Фильтры GF-2, собранные в ресторане высокой кухни и столовой для персонала, затем были протестированы в экспериментальной установке, описанной в разделе «проектирование исследования», с использованием модифицированного 5 мл импингера для сбора аэрозолей.

Помимо противовирусной эффективности, были оценены физические свойства поверхности фильтров. Липофилность оценивалась путём нанесения 50 мкл капель рапсового масла, а гидрофобность — с помощью 50 мкл деионизированной воды на фильтрующие полоски. Контактные углы были задокументированы фотографически по процедуре Xiao и Wiesner (2012)45. Отталкивание воды количественно оценивалось с помощью измерений времени проникновения капли воды (WDPT), описанных Lichner и др. (2006), при этом все значения превышали 7200 с46.

Статистический анализ
Статистический анализ проводился с использованием стандартизированного статистического программного обеспечения (см. Таблицу материалов) для оценки значимости наблюдаемых вариаций между тестируемыми материалами покрытия и фильтрами. Статистический анализ проводился в два этапа для всех экспериментов: тест Kruskal-Wallis H и пост-hoc тест Games-Howell. Тест Kruskal-Wallis H использовался для оценки значимых различий, а специфическое различие между типами выборок определялось с помощью множественных сравнений среднего с пост-hoc тестом Games-Howell.

Тесты на эффективность покрытия были статистически проанализированы путём сравнения снижения концентрации инфекционных вирусов через 1 минуту и 5 минут относительно начальных концентраций. В связи с целью использования покрытий на фильтрах мы искали статистически значимое отклонение в жизнеспособности вируса по сравнению с контрольной системой в первые минуты теста.

Статистический анализ, определивший значительные различия в эффективности предфильтров с покрытием и без него по количеству инфекций и результатам qPCR, проводился отдельно для каждой временной точки — 30 минут, 60 минут, 90 минут, 120 минут, 150 минут и 180 минут. Затем данные были сгруппированы по типу предварительного фильтра и наличию покрытия на поверхности предварительного фильтра. Аналогично, результаты использованных фильтров GF-2 оценивались на эффективность с точки зрения инактивации вирусов и фильтрации путём группировки данных по расположению и наличию покрытия на поверхности фильтра.

Результаты

Эффективность противовирусных поверхностных покрытий
Анализы на жизнеспособность поверхности подтвердили, что все тестируемые материалы покрытия обладают противовирусными свойствами, при этом VS-покрытие показало самую медленную скорость инактивации вируса (рисунок 2A). Статистический анализ подтвердил значительное снижение концентрации инфекционных вирусов через 1 минуту 5 минут относительно начальной концентрации для каждого покрытия и контроля (p < 0,001, рисунок 2B, дополнительная таблица 5). Экспериментальное поверхностное покрытие на основе меди B4 достигло самого быстрого восстановления, снизив количество инфекционных вирусов до трёх порядков в течение 5 минут, а вирусы оставались необнаруживаемыми спустя 15 минут (предел обнаружения: 100 ПФУ/мл). Другие покрытия, A6 и VS-B, аналогично обеспечивали полную инактивацию Phi6 за 25 и 60 минут соответственно (рисунок 2A).

figure-results-1
Рисунок 2: Противовирусное влияние поверхностных покрытий на вирусную инфекцию. (A) Потеря инфекционных частиц в зависимости от времени. (B) Соотношение потери частиц инфекционного вируса по сравнению с точкой 0 мин-времени. Спецификации покрытия приведены в Таблице 1 и Дополнительной Таблице 3. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

По сравнению с контрольным периодом, в первые 5 минут инактивация вируса была наименее эффективной при нанесении покрытия A6 (p = 0,006 через 1 мину и p = 0,012 через 5 минут, дополнительная таблица 6), за которой следовало покрытие VS (p = 0,001 через 1 мину и p = 0,017 через 5 минут, дополнительная таблица 6). Покрытие B4 имело меньшую инактивацию по сравнению с контрольной точки в момент 1 минуты (p = 0,001, дополнительная таблица 6), но не отличалось существенно от контроля на 5-минутном времени (p > 0,05, дополнительная таблица 6). В более длительном промежутке времени VS-B демонстрировал повышенную инактивацию вируса, аналогичную B4 и A6. Подробные результаты статистического анализа приведены в Дополнительной таблице 6.

Влияние противовирусного покрытия VS-B на эффективность фильтра/предварительного фильтра
Эксперименты показали, что все три изученных предфильтра — BP-6, S-11 и FMR-5 — одинаково эффективны в значительном снижении количества инфекционных вирусов, проходящих через них, на 1,5–2,0 порядка по сравнению с системой без фильтров (рисунок 3A, дополнительная таблица 7). Фильтры GF-2 снизили вирусную нагрузку как минимум на шесть порядков, и ни одна инфекционная бляшка вируса Phi6 не была обнаружена в пределах предела обнаружения (указано как невыявленные данные (*) на рисунке 3A).

Покрытие VS-B существенно не повлияло на эффективность фильтрации инфекционных вирусов (рисунок 3B). Для предфильтров S-11 и FMR-5 разница в количестве инфекционных вирусов, проходящих через покрытые и непокрытые предфильтры, находилась в пределах стандартного отклонения (SD), что указывает на незначительность этой разницы (Дополнительная таблица 8). Удивительно, но непокрытый предфильтр BP-6 показал лучшие результаты, чем покрытый BP-6, в первые 90 минут. Однако различия между покрытыми и непокрытыми предфильтрами статистически незначительны (p > 0,05, Дополнительная таблица 8).

figure-results-2
Рисунок 3: Средние концентрации инфекционного вируса небулайзированного вируса Phi6 на импаксионных пластинах. (A) Для фильтра GF-2, настройки без фильтра и предварительного фильтра. (B) Только для предварительных фильтров. Индикаторы ошибок обозначают стандартное отклонение (SD), а типы фильтров приведены в Таблице 1. VS-B обозначает покрытые фильтры. Данные фильтра GF-2 оказались ниже предела обнаружения и отмечены пунктирной линией. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Результаты эксперимента qRT-PCR показали, что предфильтры снижают количество копий генома вирусов, проходящих через префильтры, до двух порядков, тогда как фильтр GF-2 показал уменьшение до четырёх порядков по сравнению с системой без фильтра (рисунок 4A, дополнительная таблица 9). В течение первых 30 минут различия между предфильтрами и без фильтра оставались небольшими, тогда как с 60-минутного времени предварительные фильтры показывали повышенную механическую эффективность фильтрации (рисунок 4A, дополнительная таблица 10). Покрытие VS-B не влияло на количество копий вирусного генома, проходящего через фильтр (рисунок 4B). Различия в количестве копий генома соответствовали стандартному отклонению (p > 0,05, дополнительная таблица 10).

figure-results-3
Рисунок 4: Средняя концентрация копий генома вируса небуларизированного Phi6 на импаксионных пластинах. (A) Для фильтра GF-2, настройки без фильтра и предварительных фильтров. (B) Только для предварительных фильтров. Индикаторы ошибок обозначают стандартное отклонение (SD), а типы фильтров приведены в Таблице 1. VS-B обозначает покрытые фильтры. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3 и рисунок 4 демонстрируют, что количество инфекционных вирусов (PFU/mL) по сравнению с общим количеством копий вирусов, проходящих через фильтр, примерно на два порядка меньше для предфильтров и фильтра GF-2, и всего на один порядок меньше без фильтра. Это говорит о том, что эффект фильтрации, даже при мягком потоке воздуха, может быть механически разрушительным для вирусных частиц, приводя к потере инфекционной способности.

Исходя из экспериментального воздушного потока (2 л/мин) и оценочной площади поверхности фильтра (~20см²), скорость поверхности составляла примерно 0,01–0,02 м/с. Типичные значения пористости волокнистых фильтров варьируются примерно от 0,7 до 0,98 в зависимости от материала и плотности упаковки, при этом фильтры HEPA-типа из стекловолокна обычно имеют меньшую пористость (~0,7–0,9) по сравнению с более открытыми синтетическими предварительные фильтры (~0,85–0,98)47,48. Учитывая пористость фильтра и внутренние условия потока, интерстициальная скорость внутри матрицы фильтра была оценена как немного выше скорости на грани (0,02–0,03 м/с). Используя толщины фильтра и учитывая коэффициенты искривлённости (1,2–2,0), эффективное время пребывания частиц аэрозоля в структуре фильтра оценивалось примерно в диапазоне от 0,03 до 0,4 с49. Эти времена взаимодействия ниже секунды свидетельствуют о том, что контакт вируса с поверхностью является крайне временным, что ограничивает вклад противовирусных покрытий при однопроходной фильтрации.

Влияние противовирусного покрытия по сравнению с использованными фильтрами
Покрытые и непокрытые фильтры GF-2, используемые в очистителях воздуха в течение 3 месяцев в двух выбранных ресторанах (дополнительный рисунок 3 и дополнительный рисунок 4), были изучены на их фильтрационную способность. При тех же экспериментальных условиях неиспользуемые, непокрытые (контрольные) фильтры проходили через 1,23 × 102 ПФУ/мл инфекционных вирусов. Использованные непокрытые фильтры из ресторана высокой кухни и столовой персонала выделяли соответственно ~3 ПФУ/мл и 2,3 × 101 ПФУ/мл инфекционных вирусов. Для сравнения, используемые фильтры с покрытием VS из ресторана высокой кухни и столовой для персонала выделяли 5,3 ×10 1 ПФУ/мл и 4,6 × 101 ПФУ/мл инфекционных вирусов соответственно (см. рисунок 5). Статистически значимые различия в количестве инфекционных вирусов наблюдались между фильтрами, при этом наиболее выраженное снижение GF-2, использовавшиеся 3 месяца, не покрытые (Рисунок 5; χ2(2) = 11,432, p = 0,022, Дополнительная таблица 11). Результаты, полученные с использованием покрытых трёхмесячных фильтров GF-2, показали схожие результаты, как и неиспользованные непокрытые фильтры GF-2 при p > 0,05 (Дополнительная таблица 12).

figure-results-4
Рисунок 5: Концентрация инфекционных вирусов после тестирования трехмесячных использованных фильтров. Каждая точка данных представляет среднее значение трёх экспериментов и рассчитанное стандартное отклонение по трём повторениям. VS = Медино-серебряный поверхностный агент Вирусный безопасный; GF-2 = двухслойный стекловолоконный фильтр GF-2, непокрытый (фильтр типа HEPA); Эти рамки изображают 95% доверительный интервал для среднего, который является чёрной линией между нижним и верхним доверительным интервалами. Полоски ошибок обозначают стандартное отклонение (SD) для каждого типа фильтра. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Результаты qRT-PCR использованных, неиспользованных, покрытых и непокрытых фильтров представлены на рисунке 6. данные qRT-PCR неиспользованных, непокрытых (контрольных) фильтров показывали 2,7 × 103 копий/мл вирусных геномных копий. Данные по использованным, непокрытым фильтрам из ресторана высокой кухни и столовой для персонала показали соответственно 3,6 × 102 копий/мл и 2,4 × 103 копий/мл вирусных копий соответственно, тогда как использованные фильтры с покрытием VS из ресторана высокой кухни и столовой персонала показали соответственно 2,8 × 103 копий/мл и 4,6 × 103 копий/мл вирусных копий соответственно (рисунок 6). Использованный непокрытый фильтр GF-2 из ресторана высокой кухни значительно эффективнее снижал количество копий вирусного генома по сравнению с использованным, непокрытым фильтром из столовой персонала (p = 0,012), использованным покрытым VS из ресторанов высокой кухни (p < 0,001), или использованным фильтром с покрытием VS из столовой персонала (p = 0,005) (Дополнительная таблица 13 и Дополнительная таблица 14). Однако по сравнению с неиспользованным, непокрытым фильтром GF-2, использованный непокрытый GF-2 фильтр из ресторана высокой кухни не дал статистически значимой разницы (стр>0.05). Подробные результаты статистического анализа представлены в Дополнительной таблице 14.

figure-results-5
Рисунок 6: Концентрация копий вирусного генома после тестирования трехмесячных использованных фильтров . Каждая точка данных представляет среднее значение трёх экспериментов и рассчитанное стандартное отклонение. VS = Медино-серебряный поверхностный агент Вирусный безопасный; GF-2 = двухслойный стекловолоконный фильтр GF-2, непокрытый (фильтр типа HEPA); Эти рамки изображают 95% доверительный интервал для среднего, который является чёрной линией между нижним и верхним доверительным интервалами. Полоски ошибок обозначают стандартное отклонение (SD) для каждого типа фильтра. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Для уточнения наблюдаемых различий в эффективности фильтра были проведены тесты гидрофобности и липофильности. Все фильтры, используемые в ресторане высокой кухни и столовой для персонала, демонстрировали высокую гидрофобность на обеих поверхностях (внутренняя сторона — направлена на входящий поток; внешняя сторона — обращённая к выходящему потоку воздуха), при этом первоначальный угол контакта капель воды стабильно превышал 120 градусов, как показано на фотографиях (не показано). Измерения времени проникновения капли воды (WDPT) показали сильное водоотталкивающее свойство, все значения превышали 7200 с. Вариабельность между повторными тестами была больше, чем между типами фильтров, возможно, из-за механических нарушений используемых фильтров. В результате существенных различий между фильтрами с помощью этих методов не было обнаружено.

Липофилность оценивалась путём нанесения капель рапсового масла на поверхности фильтра. Непокрытые фильтры стабильно демонстрировали низкую липофильность, при этом угол контакта капель оставался выше 120 градусов на протяжении всего испытания. Для сравнения, фильтры с вирусным безопасным покрытием показали быстрое распространение капель, с приблизительным углом менее 30 градусов, зафиксированным через 60 секунд после нанесения (Дополнительный рисунок 5). До сих пор неясно, была ли эта повышенная липофилность вызвана самим покрытием или процессом нанесения.

ДОСТУПНОСТЬ ДАННЫХ
Исходные данные, подтверждающие результаты этого исследования, доступны в Дополнительном файле 1.

Дополнительный рисунок 1: Аэрозольная камера на заказ и её компоненты.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительный рисунок 2: Изображения фильтров, предфильтров и покрытий. (A) предфильтр из полиэстера FMR-5, (B) предфильтр Bulpren BP-6, (C) предфильтр из полиэстера S-11, (D) двухслойный фильтр из стекловолокна GF-2. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительный рисунок 3: Планировка ресторана высокой кухни, где использовались очистители воздуха (см. Таблица материалов), отмеченная синими прямоугольниками. Жёлтые прямоугольники отмечают столы, а тёмно-серый прямоугольник отмечает дверь. Один квадрат в сетке соответствует 1 м2. Размер комнаты ~60м 2. В день посещают около 30 гостей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительный рисунок 4: Планировка кондитерской фабрики, столовой для персонала, где использовались очистители воздуха (см. Таблица материалов), отмеченные синими прямоугольниками. Жёлтые прямоугольники отмечают столы, тёмно-серые — двери, серые — столы самообслуживания, а чёрные — опорные колонны. Один квадрат в сетке соответствует 1 м2. Размер комнаты ~160 м2. В день приезжает около 20-50 гостей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительный рисунок 5: Капли рапсового масла (50 мкл) на поверхностях фильтра GF-2, использованные в ресторанных тестах. Фильтры, покрытые покрытием Viral Safe (VS) (1–5), были значительно менее липидноотталкивающими, чем непокрытые фильтры (1, 6–7). Фотографии были сделаны через глазной микроскоп с увеличением в 40 раз через 60 секунд после нанесения капли. «Вход» обозначает ту сторону фильтра, куда поступает воздушный поток; «Out» обозначает выходящую сторону воздуха. Покрытие VS-B находится снаружи. 1 относится к старому использованному фильтру из ресторана высокой кухни; 2 и 3 — это фильтры с покрытием VS-B, используемые в ресторанах высокой кухни; 4 и 5 были фильтрами с покрытием VS-B, использовавшиеся в столовой для персонала; а 6 и 7 — непокрытые фильтры, используемые в столовой для персонала. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительная таблица 1: информация о цикле qRT-PCR. Температура крышки 105 °C, 45 циклов, сбор данных на этапе 62 °C. Адаптировано из Gregorova et al.43. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительная таблица 2: информация о праймере qRT-PCR. Адаптировано из Gregorova et al.43. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительная таблица 3: Подробное описание материалов покрытия, использованных в данном исследовании. Точные химические составы покрытий являются патентом производителя (Clean Touch Medical Ltd.). Описания основаны на функциональной классификации и известных активных компонентах (медь и/или серебро). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительная таблица 4: Подробное описание фильтрующих материалов, использованных в данном исследовании. Точные составы материалов коммерческих предфильтров не полностью раскрываются производителями; Описания основаны на типичных материалах, используемых в системах фильтрации HVAC, а также на наблюдаемых конструктивных свойствах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительная таблица 5: Статистика тестирования: анализ вирусной инфекции по системе Крускал–Уоллис на противовирусных поверхностных покрытиях. Переменной группировки является тип покрытия. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительная таблица 6: статистически значимые различия в вирусной инфекционности между покрытиями за 1 минуту и 5 минут по данным Games-Howell Множественные сравнения пост-хок тестов .Статистическая значимость отмечена как «Да» в первых двух панелях таблицы, на 1 минуте и 5 минут времени. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительная таблица 7: Статистика тестов: анализ вирусной инфекции по типам фильтров по системе Крускал–Уоллис и условии отсутствия фильтра. Переменной группировки является тип фильтра. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительная таблица 8: Результаты многократного сравнения вирусной инфекции между предфильтрами и установкой без фильтра на 30, 60, 90, 120, 150 и 180 минут по временным точкам Games-Howell. Многократные сравнения пост-хок теста.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительная таблица 9: Статистика тестов: результаты теста Крускаля–Уоллиса оценивают различия в количествах копий вирусов между типами префильтров, фильтром GF-2 и системой без фильтра. Переменной группировки является тип фильтра. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительная таблица 10: Результаты многократного сравнения по количеству вирусных копий между предфильтрами, фильтром GF-2 и установкой без фильтра на 30 мин, 60 минут, 90 минут, 120 минут, 150 и 180 минут по временным точкам Games-Howell. Множественные сравнения после хок теста.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительная таблица 11: Статистика тестов: результаты тестов Крускаля–Уоллиса, сравнивающие вирусную инфекцию между неиспользованными фильтрами GF-2 и фильтрами, используемыми в ресторанах. Переменной группировки является тип фильтра. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительная таблица 12: Результаты многократного сравнения вирусной инфекции между предфильтрами и безфильтрационной установкой по данным Games-Howell Многократные сравнения пост-хок теста.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительная таблица 13: результаты тестов Крускаля–Уоллиса, сравнивающие количество вирусных копий между типами префильтров, фильтром GF-2 и безфильтровой. Переменной группировки является тип фильтра. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительная таблица 14: Результаты многократного сравнения числа вирусных копий между предфильтрами, фильтром GF-2 и установкой без фильтра согласно тесту Games-Howell Multiple comparisons post-hoc.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительный файл 1: Исходные данные этого исследования.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Обсуждение

В этом исследовании мы представляем протокол оценки эффективности противовирусных и предфильтрующих поверхностных покрытий в микробиологической аэрозольной камере. Произведенная камера представляет собой контролируемую, закрытую систему, подходящую для асептических микробиологических анализов, поскольку она автоклавируемая, портативная, прозрачная и маломасштабная (3 л) по сравнению с некоторыми ранее описаннымикамерами 31,50,51.

Все материалы покрытия, протестированные в этом исследовании, были подтверждены с противовирусной активностью (рисунок 2A), при этом экспериментальное поверхностное покрытие на основе меди B4 показало наивысшую эффективность, снижая вирусную инфекцию ниже предела обнаружения в течение 10 минут. Затем следовало покрытие на основе меди A6, полностью инактивировав вирус за 25 минут (рисунок 2A). Эти результаты согласуются с предыдущими сообщениями о противовирусных свойствах меди исеребра 17,18,20,21,22,52. В первые 5 минут до высыхания капель не наблюдалось инактивации, что указывает на то, что раннее снижение инфекции в основном было связано с высыханием, а не с самим покрытием (контроль, рисунок 2A, рисунок 2B)36. Покрытия B4 и A6 демонстрировали более высокую кинетику инактивации по сравнению с покрытиями VS и VS-B, тогда как VS-B требовало до 60 минут для достижения предела обнаружения (рисунок 2A). Предварительные фильтры с покрытиями B4 и A6 были недоступны; поэтому VS-B был выбран для последующих экспериментов с фильтрующими аэрозолями.

Результаты этого исследования подчёркивают, что HEPA-фильтры и предварительные фильтры эффективно уменьшают количество вирусов, проходящих через них, даже при отсутствии противовирусного покрытия. Механический стресс на аэрозольные вирусы во время фильтрации приводил к снижению вирусной инфекции на 1,0–2,0 (с ~8 × 105 – 1 × 107 ПФУ/мл до ~5 × 104 – 10 5, рисунок 3A). Это снижение стабильно наблюдалось во всех тестах до фильтрации, подтверждая предыдущиерезультаты 50, 53 и 54. Для фильтра типа GF-2 HEPA потеря вирусной инфекционности была ещё выше, при этом в пределах чувствительности метода не было обнаруженных инфекционных частиц (рисунок 3A). Низкая инфективность относительно общего количества копий генома свидетельствует о том, что фильтрация наносит механические повреждения вирусным частицам, что особенно заметно для покрытого Phi6 вируса. Поскольку оболочённые вирусы более подвержены механическим нарушениям, эта разница может быть меньше для непокрытыхвирусов 55.

В аэрозольных испытаниях покрытия не оказывали статистически значимого влияния на фильтрационные характеристики предварительных фильтров. Это, вероятно, связано с ограниченным контактом между покрытием и вирусами, проходящими через фильтр, что даёт схожие результаты для покрытых и непокрытых предфильтров (см. рисунок 3B, рисунок 4B). Рассчитанные время пребывания менее секунды свидетельствуют о том, что кинетика противовирусной инактивации должна происходить в очень быстрых сроках, чтобы быть эффективной при реальных условиях воздушного потока. Кроме того, наши результаты показывают, что исследуемые покрытия не проявляют электростатической аффинности, характерной для ионов меди к отрицательно заряженным биологическим молекулам, которые в противном случае могли бы привлечь вирусы к фильтру и уменьшить ихпроход 56. Таким образом, основное преимущество предварительно фильтрующих покрытий может заключаться в их самодезинфицирующих свойствах после захвата, как показано в поверхностных испытаниях, а не в повышении эффективности механической фильтрации. Важно, что эксперименты, проведённые в этом исследовании, представляют собой условия однопроходной фильтрации, при которых аэрозольные частицы взаимодействуют с фильтром только один раз. Это приводит к очень коротким срокам пребывания и ограниченному контакту между вирусом и поверхностью, что, вероятно, снижает наблюдаемое воздействие противовирусных покрытий. В отличие от этого, реальные системы очистки воздуха обычно работают в рециркуляционных условиях, где многократное прохождение воздуха увеличивает кумулятивный контакт и может повысить эффективность покрытия.

Наши результаты показывают, что фильтры GF-2 показали улучшение удаления инфекционных вирусов после трёх месяцев непрерывного использования в очистителях воздуха в ресторанах и столовой для персонала высокой кухни (Дополнительный рисунок 3 и Дополнительный рисунок 4) по сравнению с неиспользуемыми фильтрами (Рисунок 5). Это улучшение можно объяснить несколькими факторами. Во-первых, накопление пыли и других частиц было сообщено для инактивациивирусов 57. Во-вторых, постепенное накопление загрязнителей воздуха в помещении может уплотнять структуру фильтра, потенциально временно повышая еёэффективность 57,58,59. Примечательно, что наличие покрытий существенно не повлияло на инфекцию вирусов или количество копий генома, обнаруженных с помощью qRT-PCR. Проход неинфекционных вирусных частиц также был схожим независимо от фильтрующих покрытий или использования, что указывает на то, что наблюдаемая эффективность фильтрации фильтрационных фильтров и предварительных фильтров типа GF-2 HEPA в первую очередь отражает их механические свойства. Тем не менее, накопление фильтрованных частиц на поверхности фильтра GF-2 оказало заметное влияние на уменьшение числа инфекционных вирусов, проходящих через него (рисунок 5).

Для понимания различий в производительности фильтров, наблюдаемых на рисунках 5 и рисунке 6, были проведены дополнительные тесты. Все фильтры проявили сильную гидрофобность при воздействии капель воды, тогда как тестирование капель масла выявило заметные различия: фильтры с покрытием VS демонстрировали выраженную липофилность. Основной механизм этой вариации остаётся неясным, но эти результаты свидетельствуют о том, что возраст фильтра или история использования могут не быть основными факторами производительности. Вместо этого тип предварительной обработки поверхности может изменять физические свойства фильтра, что влияет на удержание и проход вируса. В совокупности эти результаты показывают, что противовирусные покрытия обеспечивают функциональные преимущества, выходящие за рамки механической фильтрации, особенно благодаря своему самодезинфицирующему потенциалу, который может снизить риски для здоровья персонала, работающего с использованными фильтрами.

Хотя этот протокол предоставляет надёжную основу для оценки противовирусной фильтрации, следует учитывать ряд ограничений. Во-первых, окутывающий бактериофаг Phi6 использовался как суррогат для человеческих респираторных патогенов. Хотя Phi6 имеет структурные и химические сходства с коронавирусами, различия в устойчивости окружающей среды и поверхностных белках могут влиять на точную кинетику инактивации. Во-вторых, хотя некоторые покрытия демонстрировали значительную эффективность, в этом исследовании рассматривался ограниченный набор формул при специфических аэрозольных условиях; Будущие исследования должны расширить сферу деятельности, включив более широкий спектр антимикробных агентов. Наконец, эксперименты проводились в контролируемой аэрозольной камере с регулируемым потоком воздуха и влажностью. Хотя эти условия обеспечивают воспроизводимость, они не полностью воспроизводят сложный, турбулентный поток воздуха и колеблющиеся параметры окружающей среды, характерные для реальных внутренних помещений.

В целом, это исследование показывает, что хотя стекловолокновые фильтры и предварительные фильтры GF-2 эффективно удаляют инфекционные вирусы, особенно после длительного использования из-за уплотнения частиц, основная роль покрытий на основе меди и серебра — инактивация вирусов при прямом контакте. Эти результаты подчёркивают надёжность механической фильтрации в контроле воздушно-капельных вирусов и предполагают, что в будущем следует оценивать сочетание противовирусных покрытий с дополнительными вмешательствами, такими как ультрафиолетовое облучение, чтобы дополнительно снизить риск передачи. Предварительныйфильтр 60,61. Кроме того, будущие полевые исследования по интеграции этих покрытий в существующие системы вентиляции зданий будут необходимы для проверки их эффективности на месте.

Раскрытие информации

Авторы не заявляют о конфликте интересов.

Благодарности

Сари Корхонен благодарится за отличную техническую помощь. Павлина Грегорова отмечена за советы по протоколу qRT-PCR. Мы благодарим покойного профессора Денниса Х. Бэмфорда за его неоценимый вклад в проектирование камеры и за всю поддержку на протяжении всех экспериментов. Доктор А.-П. Hyvärinen благодарен за помощь в организации аэрозольной тестовой камеры. Высоко ценятся возможности и экспертиза подразделения биокомплекса Instruct-HiLIFE в Хельсинкском университете, входящего в состав Instruct-ERIC Centre Finland, FINStruct и Biocenter Finland. Исследование было профинансировано Исследовательским советом Финляндии, специальной 335681 COVID-финансирования, а также 368144 НСА. Исследовательский совет Финляндии отмечен финансированием ACCC Flagship (грант No 337552). Мы раскрываем о финансовой поддержке от Clean Touch Medical LTD, M-Filter Ltd и UniqAir LTD для завершения экспериментов, при этом компании не участвуют в проектировании, реализации, отчетности или написании какой-либо части рукописи.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Стеклянный цилиндр и крышка камеры аэрозоляLaborexin OyN/AИндивидуальный стеклянный цилиндр и крышка для содержания аэрозоля.
Внутренняя металлическая конструкция камеры аэрозоляClean Touch Medical Ltd.N/AИндивидуальная опорная конструкция из нержавеющей стали для крепления фильтра.
Изолирующие прокладки крышки камеры аэрозоляEtra Oy (Etola Group)N/AИндивидуальные резиновые прокладки для герметичного уплотнения.
Воздушный насос, WI 53082Thomas Industries Inc.N/AМембранный насос, используемый для поддержания регулируемого потока воздуха через камеру.
BioSamplerSKC Inc.https://international.skcinc.com/products/air/bioaerosol-samplers/biosamplerПолностью стеклянный вихревой импинжер, используемый для высокоэффективного сбора воздухоносных вирусов.
Покрытые испытательные образцыClean Touch Medical Ltd.www.cleantouchmedical.comГлянцевые бумажные слайды, покрытые антимикробными формулировками для тестирования эффективности поверхности.
Небулизер CompAir Pro NE-C900Omron HealthcareNE-C900 Компрессорный небулайзер с высокой производительностью, используемый для создания вирусных аэрозолей.
Программное обеспечение SPSS StatisticsIBM Corp.https://www.ibm.com/products/spssПрограммное обеспечение для статистического анализа, версия 28.0.
Программное обеспечение для проектирования и анализа QuantStudioThermo Fisher Scientifichttps://www.thermofisher.com/in/en/home/technical-resources/software-downloads.html#pcrПрограммное обеспечение для анализа данных qRT-PCR, версия 1.3.1.
Очиститель воздуха UniqAir PROUniqAir Oyhttps://www.uniqair.fi/Коммерческий очиститель воздуха, используемый для очистки камеры.

Ссылки

  1. Beggs, C. B., et al. Airborne transmission of SARS-CoV-2: the contrast between indoors and outdoors. Fluids. 9 (3), 54 (2024).
  2. Qian, H., et al. Indoor transmission of SARS-CoV-2. Indoor Air. 31 (3), 639-645 (2021).
  3. Han, S., Kim, J., Ko, S. H. Advances in air filtration technologies: structure-based and interaction-based approaches. Materials Today Advances. 9, 100134 (2021).
  4. Wang, P., Liu, Z., Chen, D. R. Performance of composite filters assembled from multiple layers of basic filtration media. Aerosol Air Qual Res. 20 (11), 2299-2308 (2020).
  5. Xu, Z. . Fundamentals of air cleaning technology and its application in cleanrooms. , (2014).
  6. Mao, N. . Advances in technical nonwovens. , (2016).
  7. Xie, Q., et al. The effect of pre-filter and main-filter media matching on the performance of an ultra-high-efficiency two-stage filtration system. Processes. 13 (4), 1075 (2025).
  8. Chattopadhyay, D., Chattopadhyay, S., Lyon, W. G., Wilson, J. T. Effect of surfactants on the survival and sorption of viruses. Environ Sci Technol. 36 (19), 4017-4024 (2002).
  9. G, R., et al. Bactericidal–bacteriostatic foam filters for air treatment. ACS Appl Polym Mater. 2 (4), 1569-1578 (2020).
  10. Xue, X., et al. All surfaces are not equal in contact transmission of SARS-CoV-2. Matter. 3 (5), 1433-1441 (2020).
  11. Tiwari, A., et al. Survival of two avian respiratory viruses on porous and nonporous surfaces. Avian Dis. 50 (2), 284-287 (2006).
  12. Yasui, M., et al. Virus removal by microfiltration: effects of electrostatic and hydrophobic interactions. Sep Purif Technol. 350, 127902 (2024).
  13. Kaushik, R., et al. . Indoor environmental quality. , (2024).
  14. Watson, R., et al. Efficacy of antimicrobial and anti-viral coated air filters to prevent the spread of airborne pathogens. Sci Rep. 12 (1), 2803 (2022).
  15. Jung, S., et al. Sustainable antibacterial and anti-viral high-performance copper-coated filter produced via ion beam treatment. Polymers. 14 (5), 1007 (2022).
  16. Lee, K. H., et al. Development of nano-sized copper-deposited antimicrobial air filters using a mixed melt-blown process. Nanomaterials. 13 (14), 2071 (2023).
  17. Rakowska, P. D., et al. Anti-viral surfaces and coatings and their mechanisms of action. Commun Mater. 2 (1), 53 (2021).
  18. Bright, K. R., et al. Assessment of the anti-viral properties of zeolites containing metal ions. Food Environ Virol. 1 (1), 37 (2009).
  19. Govind, V., et al. Anti-viral properties of copper and its alloys to inactivate COVID-19 virus: a review. Biometals. 34 (6), 1217-1235 (2021).
  20. Han, J., et al. Efficient and quick inactivation of SARS coronavirus and other microbes exposed to the surfaces of some metal catalysts. Biomed Environ Sci. 18 (3), 176-180 (2005).
  21. Montes, L. F., et al. Response of varicella zoster virus and herpes zoster to silver sulfadiazine. Cutis. 38 (6), 363-365 (1986).
  22. Silvestry-Rodriguez, N., et al. . Reviews of environmental contamination and toxicology. , (2007).
  23. Carubelli, R. Cytotoxic effects of autoxidative glycation. Free Radic Biol Med. 18 (2), 265-269 (1995).
  24. Chaturvedi, U. C., Shrivastava, R. Interaction of viral proteins with metal ions: role in maintaining the structure and functions of viruses. FEMS Immunol Med Microbiol. 43 (2), 105-114 (2005).
  25. Ermini, M. L., Voliani, V. Antimicrobial nano-agents: the copper age. ACS Nano. 15 (4), 6008-6029 (2021).
  26. Foster, A. W., et al. Metal preferences and metallation. J Biol Chem. 289 (41), 28095-28103 (2014).
  27. Kubo, A. L., et al. Antibacterial and anti-viral effects of Ag, Cu and Zn metals, respective nanoparticles and filter materials thereof against coronavirus SARS-CoV-2 and influenza A virus. Pharmaceutics. 14 (12), 2549 (2022).
  28. Thurman, R. B., et al. The molecular mechanisms of copper and silver ion disinfection of bacteria and viruses. Crit Rev Environ Control. 18 (4), 295-315 (1989).
  29. Warnes, S. L., et al. Inactivation of murine norovirus on a range of copper alloy surfaces is accompanied by loss of capsid integrity. Appl Environ Microbiol. 81 (3), 1085-1091 (2015).
  30. Zhang, Y., et al. Probing the viral metallome: searching for metalloproteins in bacteriophage λ–the hunt begins. Metallomics. 3 (5), 472 (2011).
  31. Sofieva, S., et al. Effects of temperature and salinity on sea-spray-aerosol formation simulated with a bubble-generating chamber. Aerosols/Laboratory Measurement/Instruments and Platforms. , (2022).
  32. Aquino de Carvalho, N., et al. Evaluation of Phi6 persistence and suitability as an enveloped virus surrogate. Environ Sci Technol. 51 (15), 8692-8700 (2017).
  33. Barros, J., et al. Bacteriophage Φ6 as surrogate and human-harmless viruses to study anti-SARS-CoV-2 approaches. COVID-19 Pandemic Case Studies Opin. 2 (1), 175-177 (2021).
  34. Dulbecco, R., Vogt, M. Some problems of animal virology as studied by the plaque technique. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 18, 273-279 (1953).
  35. Fedorenko, A., et al. Virus survival in evaporated saliva microdroplets deposited on inanimate surfaces. Microbiology. , (2020).
  36. Prussin, A. J., et al. Survival of the enveloped virus Phi6 in droplets as a function of relative humidity, absolute humidity, and temperature. Appl Environ Microbiol. 84 (12), e00551-e00618 (2018).
  37. Sanmark, E., et al. Safe use of PHI6 in experimental studies. Heliyon. 9 (2), e13565 (2023).
  38. Serrano-Aroca, &. #. 1. 9. 3. ;. Anti-viral characterization of advanced materials: use of bacteriophage Phi 6 as surrogate of enveloped viruses such as SARS-CoV-2. Int J Mol Sci. 23 (10), 5335 (2022).
  39. Turgeon, N., et al. Comparison of five bacteriophages as models for viral aerosol studies. Appl Environ Microbiol. 80 (14), 4242-4250 (2014).
  40. Vidaver, A. K., et al. Bacteriophage φ6: a lipid-containing virus of Pseudomonas phaseolicola. J Virol. 11 (5), 799-805 (1973).
  41. Bamford, D. H., et al. . Methods in molecular genetics. , (1995).
  42. Gratia, A. . Annales de l’Institut Pasteur. , (1936).
  43. Gregorova, P., et al. An improved RT-qPCR method for direct quantification of enveloped RNA viruses. MethodsX. 9, 101737 (2022).
  44. Grinshpun, S. A., et al. . Manual of environmental microbiology. , (2015).
  45. Xiao, Y., Wiesner, M. R. Characterization of surface hydrophobicity of engineered nanoparticles. J Hazard Mater. 215–216, 146-151 (2012).
  46. Lichner, L., et al. Evaluation of different clay minerals as additives for soil water repellency alleviation. Appl Clay Sci. 31 (3-4), 238-248 (2006).
  47. Lee, K. W., Liu, B. Y. H. Theoretical study of aerosol filtration by fibrous filters. Aerosol Sci Technol. 1 (2), 147-161 (1982).
  48. Lee, K. W., Liu, B. Y. H. Experimental study of aerosol filtration by fibrous filters. Aerosol Sci Technol. 1 (1), 35-46 (1982).
  49. Piekaar, H. W., Clarenburg, L. A. Aerosol filters—the tortuosity factor in fibrous filters. Chem Eng Sci. 22 (12), 1817-1827 (1967).
  50. Cao, G., et al. Development of an improved methodology to detect infectious airborne influenza virus using the NIOSH bioaerosol sampler. J Environ Monit. 13 (12), 3321 (2011).
  51. Dubuis, M. E., et al. Ozone efficacy for the control of airborne viruses: bacteriophage and norovirus models. PLoS ONE. 15 (4), e0231164 (2020).
  52. Law, C. K., et al. . Proceedings of the 5th International Conference on Building Energy and Environment. , (2023).
  53. Ge, S., et al. Airborne virus survivability during long-term sampling using a non-viable Andersen cascade impactor in an environmental chamber. Aerosol Sci Technol. 48 (12), 1360-1368 (2014).
  54. Holton, J., Webb, A. R. An evaluation of the microbial retention performance of three ventilator-circuit filters. Intensive Care Med. 20 (3), 233-237 (1994).
  55. Firquet, S., et al. Survival of enveloped and non-enveloped viruses on inanimate surfaces. Microbes Environ. 30 (2), 140-144 (2015).
  56. Imani, S. M., et al. Antimicrobial nanomaterials and coatings: current mechanisms and future perspectives to control the spread of viruses including SARS-CoV-2. ACS Nano. 14 (10), 12341-12369 (2020).
  57. Joe, Y. H., et al. Evaluation of Ag nanoparticle coated air filter against aerosolized virus: anti-viral efficiency with dust loading. J Hazard Mater. 301, 547-553 (2016).
  58. Thomas, D., et al. Clogging of fibrous filters by solid aerosol particles: experimental and modelling study. Chem Eng Sci. 56 (11), 3549-3561 (2001).
  59. Zhang, W., et al. Modeling the surface filtration pressure drop of PTFE HEPA filter media for low load applications. Build Environ. 177, 106905 (2020).
  60. Barnewall, R. E., Bischoff, W. E. Removal of SARS-CoV-2 bioaerosols using ultraviolet air filtration. Infect Control Hosp Epidemiol. 42 (8), 1014-1015 (2021).
  61. Shang, M., et al. Removal of virus aerosols by the combination of filtration and UV-C irradiation. Front Environ Sci Eng. 17 (3), 27 (2023).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

HEPA

Похожие статьи