Araştırma makalesi

Kaplamalı filtreler ve ön filtrelerin aerosol Phi6 virüsünün enfektifliği ve konsantrasyonu üzerindeki etkisinin değerlendirilmesi

DOI:

10.3791/70877

⸱

29 Mayıs 2026

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

* These authors contributed equally

Bu makalede

Özet

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

Burada, bakır ve gümüş bazlı yüzey kaplamalarının hava filtreleri üzerindeki antiviral etkinliğini değerlendirmek için bir çalışma sunuyoruz. Biyoaerosol odası ve Phi6 bakteriyofajı kullanarak, bu yöntem viral inaktivasyonu ve mekanik filtrasyon verimliliğini kendinden dezenfekte eden iç hava teknolojileri için niceliklerini ölçer.

Özet

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

Koronavirüs hastalığı 2019 (COVID-19) pandemisinin ardından verimli iç mekan hava filtrasyon teknolojilerinin geliştirilmesi öne çıktı. Bu çalışmanın amacı, standart bir biyoaerosol odası ve solunum virüsleri için vekil olarak zarflanmış bakteriyofaj Phi6 kullanılarak hava filtreleri için çeşitli bakır ve gümüş bazlı yüzey kaplamalarının antiviral etkinliğini değerlendirmektir. Yüzey testleri, tüm kaplamaların anti-viral aktivite sergilediğini doğruladı; özel bakır bazlı kaplama formülasyonu (B4) Phi6 virüsünün 10 dakika içinde tam inaktivasyonu, A6'nın 25 dakikada ve VS-B'nin 60 dakikada inaktive edilmesini sağladı; enfektiflikteki erken azalmalar öncelikle damla kurumasına sebep olmuştur. Aerosol deneyleri, yüksek verimli partikül hava (HEPA) filtreleri ve ön filtrelerin kaplamalar olmadan bile viral enfektifliği önemli ölçüde azalttığını, mekanik filtrasyonun 1.0–2.0 log azalmasına yol açtığını ve yüksek verimli GF-2 cam fiber filtrelerin tespit edilebilir bulaşıcı virüsleri ortadan kaldırdığını gösterdi. Kaplamalar, muhtemelen kaplı yüzeylerle sınırlı virüs teması nedeniyle filtreleme verimliliğini önemli ölçüde artırmadı. Kullanılan GF-2 filtreleri, partikül birikimi ve filtre yoğunlaştırmasına bağlanan virüs uzaklaştırmasında iyileşme gösterdi; kaplamalar ise virüslerin kopya sayısını değiştirmedi. VS-B kaplı filtreler lipofilik özellikler sergiledi ve bu da ek fonksiyonel faydalar gösteriyordu. Bu metodoloji, filtre verimliliğinin esas olarak mekanik hapsolma ve parçacık birikimiyle belirlendiğini, ancak entegre yüzey kaplamalarının hapsolmuş viral partikülleri etkisiz hale getirerek kendini dezenfekte etme mekanizması sağladığını vurgular; Ultraviyole (UV) ışığın entegrasyonu, sistem etkinliğini daha da artırmak için potansiyel bir gelecekteki araştırma yönü olarak önerilmektedir.

Giriş

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

COVID-19 pandemisi sırasında hava yoluyla viral bulaşım anlayışı önemli ölçüde ilerlemiştir. İç mekan ortamlarının dış mekanlara göre belirgin şekilde daha yüksek bulaşım riski sunduğu için, daha etkili koruyucu stratejiler geliştirmeye zorunluihtiyaç vardır 1,2. Bu bağlamda, yüksek performanslı klima ve hava arıtma sistemleri, kapalı alanlarda virüs bulaşımını azaltmak için temel bileşenlerdir.

Hava filtreleme, hava arıtma sistemlerinde en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir; içsel fiziksel filtreleme özellikleri ve çok katmanlı filtreleme 3,4,5 üzerine dayanır. Bu genellikle büyük parçacıkları yakalayan kaba bir ön filtre içerir; örneğin orta verimli bir filtre, karbon filtre; ve en nüfuz edici parçacık boyutu 0,3 μm 6,7 olan parçacıkların en az %99,97'sini çıkaran yüksek verimli partikül hava (HEPA) filtresi. Filtrelerin fiziksel özellikleri birçok antimikrobiyal fayda içerir. Daha önce gözenekli malzemelerin virüsleri hapsedip kurutarak etkisiz hale getirebileceğigösterilmiştir 8,9,10. Hidrofobisite veya hidrofilisite de buna uygun olarak kullanılabilir. Hidrofobik örtülü virüsler, sorpsiyon için hidrofobik yüzeyleri tercih ederken, hidrofilik yüzeyler hidrofilik virüsleriçeker. Ayrıca, antiviral yüzey kaplaması saflaştırmayı daha da artırmak için kullanılabilir. Filtrelerin kaplaması, patojenleri filtreye dokunduklarında hemen etkisiz hale getirmeyiamaçlar 13,14. Bu özellikler, özellikle hastanelerde ve salgınlar sırasında kamusal ortamlarda operasyonel güvenliği artırabilir14.

Pratik uygulamalar için, filtre kaplamalarının etkisinin akış havasında kullanılabilecek kadar hızlı olması gerekir. Bu nedenle, kaplama ile virüs parçacıkları arasındaki doğrudan temas için yeterli yüzey alanı olmalı ve kaplama verilen temas süresi içinde virüsü etkisiz hale getirebilmelidir. Bakır ve gümüş gibi ağır metallerin antiviral etkileri olduğubilinir 15,16,17. Bu antiviral etki, poliovirüs, vaccinia virüsü, herpes simpleks 1, Phi6, papovirus SV-40, adenovirus, veziküler stomatit virüsü, SARS-koronavirüs, baculovirus ve kedi enfeksiyonlu peritonitvirüsü 18,19,20,21,22 gibi virüslerde gözlemlenmiştir. Mekanizmalar arasında bakır ve gümüş iyonlarının salınımı ve reaktif oksijen türlerinin (ROS) oluşumu yer alır; bunlar virüs proteinleriyle reaksiyona girip nükleinasitleri oksitler (23,24,25,26,27,28,29,30) oluşturur.

Bu araştırma için, Sofieva ve ark. (2022) tarafından sunulan önceki bir oda düzenine dayanarak, ayarlanabilir aerosol ve virüs örnekleme özelliklerine sahip bir aerosol filtre test odası geliştirilmiştir (bkz. Şekil 1 ve Ek Şekil 1)31. Uyarlanmış oda, patojenik solunum yolu hastalığına neden olan virüsler için model virüslerin filtrelerden etkilendiği kapalı bir sistem olarak tasarlandı ve kaplı ve kaplamasız filtrelerin anti-viral verimliliği değerlendirildi. Zarflı bakteriyofaj Phi6, viral aerosol çalışmaları için uygun, iyi incelenmiş ve yaygın kullanılan bir model olduğu için solunum yolu virüsleri için vekil olarak seçilmiştir. Phi6 insanlara patojenik olmadığı ve Biyogüvenlik Seviye 1 (BSL-1) olarak sınıflandırıldığı için, kurumsal güvenlik yönergelerine uygun olarak Biyogüvenlik Seviyesi 2 (BSL-2) laboratuvar ortamında antiviral kaplamaların güvenli ve pratik değerlendirilmesine olanak tanır. Ayrıca, Phi6, ağır akut respirator solunum sendromu koronavirüs 1 ve 2 (SARS-CoV-1 ve SARS-CoV-2) gibi solunum hastalıklarına neden olan zarf virüsleriyle yapısal benzerliklere sahiptir. Lipid zarfı ayrıca kurumaya ve kimyasal inaktivasyona karşı özel bir hassasiyet kazandırır ve antimikrobiyal yüzey kaplamaları ile filtrasyon sistemlerinin zarflanmış patojenlere karşı etkinliğini değerlendirmek için temsili bir modelsağlar (32,33,34,35,36,37,38,39).

Bu çalışmanın amacı, bakır ve gümüş içeren seçilmiş filtre kaplama malzemelerinin yüzey üzerinden antiviral etkinliğini, hava filtrasyonunda kullanılmadan önce Phi6 bakteriyofajlarıyla yüzey testleriyle analiz etmekti. Daha sonra, bu bakır ve gümüş bazlı yüzey işleme malzemeleri, havada yayılan virüslere karşı hem filtreleme hem de eliminasyon özelliklerini artırma kapasiteleri değerlendirmek için hava ön filtrelerinde değerlendirildi.

Protokol

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

Virüs, suşlar, büyüme ortamı ve enfeksîyoncu virüs sayıları
Phi6 bakteriyofajı, araştırma grubuna Dr.Anne K. Vidaver 40 tarafından sağlanan ve Pseudomonas syringae pv kullanılarak çoğaltıldı. phaseolicola HB10Y, konak bakteri olarak kullanır. Ev sahibi 22 °C'de Luria–Bertani (LB) ortamında yetiştirildi. Phi6 agar stokları, Bamford ve ark. (1995)41 protokolüne uygun olarak dondurulmuş malzemeden seri seyreltme yoluyla hazırlanmış ve hem yüzey canlılık testleri hem de virüs arıtmasında kullanılmıştır.

Phi6'nın arıtılması ve konsantrasyonu, Bamford ve ark. (1995)41 tarafından geliştirilen protokole göre gerçekleştirilmiştir. Ortaya çıkan süspansiyon, 1 mM magnezyum klorür (MgCl₂) içeren 20 mM potasyum fosfat (K₃PO₄) tamponu içinde seyreltildi ve pH 7.2'ye ayarlandı; böylece mililitre başına 5 ×10 10–10 11 plak oluşum birimi (PFU/mL) nihai titri elde edildi. Bu hazırlanmış süspansiyon daha sonra aerosol üretim deneylerinde kullanıldı.

Enfeksif viral partiküllerin sayılması, bakteriyofaj Phi642 için optimize edilmiş standart çift katmanlı agar kaplama plak testi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kısaca, her virüs veya kontrol örneği için LB ortamında ilk seri seyreltmeler hazırlandı; ardından her seyreltmeden 100 μL, 200 μL konak bakteri süspansiyonu ve 3 mL yumuşak agar eklendi. Yumuşak agar karışımları LB agar plakalarının üzerine yerleştirildi ve plakalar gece boyunca 22 °C'de kuluçka edildi. Daha sonra plaklar sayılır ve PFU/mL sayısı (plak × seyrelme faktörü) / hacim kaplaması olarak hesaplanır.

qRT-PCR analizi
Nicel ters transkripsiyon gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu (qRT-PCR) için örnek hazırlığı, Gregorova ve ark. (2022)43 protokolünü takip etmiştir. P2 ve P8 RNA için standart eğriler, 10katlık seyreltme serisi kullanılarak 10 2 ile 10μL başına 9 molekül arasında üretilmiştir. Her seyreltme, kloroform ekleme, vorteks, 10000 × g'de 22 °C'de 1 dakika boyunca santrifüjleme ve döngü dahil deneysel örneklerle aynı şekilde işlendi (döngü ve primer bilgileri Ek Tablo 1 ve Ek Tablo 2'de). Negatif kontroller, RNA şablonunun yerine 5 μL ultrasaf su konarak hazırlandı. qRT-PCR verileri, özel tasarım ve analiz yazılımı kullanılarak analiz edildi ( bkz. Materyal Tablosu).

Aerosol odası kurulumu
Virüs aerosolizasyonu ve filtre testi için özel yapım, otoklavulabilir bir aerosol odası geliştirildi; bu oda, daha önce tanımlanan System31 modeline dayandı. Deneysel oda, uyumlu bir kapaklı silindirik cam gövde, iç metal iskele ve hava geçirmez bir conta sağlamak için yalıtımlı contalardan oluşuyordu ( bkz. Malzeme Tablosu ve Ek Şekil 1).

Çalışma odası dahil genel çalışma düzeni, Şekil 1'de gösterilmiştir. Viral aerosollerin stabil ve tekrarlanabilir girdisini sağlamak için, bir nebulizator hava pompası ile birlikte kullanıldı (bkz. Malzeme Tablosu).

Odada, nebulizör dakikada 8 L/d aerosol akışı üretirdi. Bu akışın yaklaşık dörtte üçü HEPA filtresi aracılığıyla egzoza yönlendirilirken, kalan dörtte biri (2 L/dakika) odaya giriyordu. Bu bölünme, uzun süreli ölçümler sırasında nemi azaltmak için tasarlanmıştır. Aerosoller, akışı filtre veya ön filtre yüzeyine yönlendiren metal huni aracılığıyla odaya getirilirdi.

Aerosol deneyleri biyolojik bir güvenlik kabinde gerçekleştirildi. Odadan geçtikten sonra, HEPA filtresi ve akış ölçerini aşırı nemden korumak için hava akışı bir kurutucu ile nem arındırıldı. Dış bir pompa hava akışını daha da destekleyerek sistem içinde negatif basınç oluşturuyor ve çıkış portundan verimli egzoz sağlıyordu.

figure-protocol-1
Şekil 1: Deneysel aerosol odasının şeması ve örnek koleksiyonu. Bu şekilin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Çalışma tasarımı
Bu çalışma, Tablo 1, Ek Tablo 3 ve Ek Tablo 4'te listelenen kaplamaların ve filtre/ön filtre malzemelerinin antiviral özelliklerini değerlendirdi (ayrıca bkz. Materyal Tablosu). Araştırma iki aşamada gerçekleştirildi: yüzey testleri ve aerosol odasında ön filtre testleri.

Yüzey testlerinde, tüm kaplama malzemeleri önce düz test parçalarında değerlendirilerek anti-viral aktiviteleri belirlendi. Kaplamalı test parçaları Clean Touch Medical Ltd tarafından sağlandı (Tablo 1 ve Malzeme Tablosu). Tüm kaplamalar, özel matrislere gömülü bakır ve/veya gümüş aktif bileşenlere dayanır; formülasyonlar arasındaki farklar öncelikle metal bileşimi, konsantrasyon ve yüzey uyumluluğu ile ilgilidir (örneğin, düz yüzeyler vs gözenekli filtreler) (Ek Tablo 3).

Aerosol odasında ön filtre testleri: Mevcut kaplamalar arasında sadece bakır ve gümüş bazlı kaplama VS-B ön filtrelere uygulanabildi. VS-B ile işlenmiş ön filtreler, aerosol odasında incelenerek aerosol maruziyet koşullarında anti-viral performanslarını değerlendirdi. Çalışmada kullanılan tüm filtreler ve ön filtrelerin fotoğrafları Ek Şekil 2'de sunulmaktadır.

Anti-viral etkinliği iki tamamlayıcı yöntemle nicelendirildi: enfeksîyonel viral partiküllerin sayısını ölçmek için plak testi (bkz. "Virüs, suşlar, büyüme ortamları ve enfeksiyon virüs sayıları" bölümü) ve viral genom kopya sayılarını belirlemek için nicel PCR (qPCR) (bkz. "qRT-PCR analizi").

Filtreler ve ön filtrelerFiltre tarafından sağlanmıştırKaplamalar
(Hepsi Clean Touch Medical tarafından sağlanmıştır)
Polyester ön filtre FMR-5, kaplamasız (FMR-5)M-filter LTDDeneysel bakır bazlı yüzey ajanı A6 (A6)
Deneysel bakır bazlı yüzey ajanı B4 (B4)
Bakır ve gümüş yüzey ajanı Viral Safe (VS)
Bakır ve gümüş yüzey ajanı Viral Safe B (VS B)
Polyester ön filtre FMR-5, VS B (FMR-5 VS B) ile kaplanmış
Polyester ön filtre S-11, kaplamasız (S-11)
Polyester ön filtre S-11, VS B ile kaplanmış (S-11 VS B)
Çift katmanlı cam fiber filtre GF-2, kaplamasız, (HEPA tipi filtre) (GF-2)
Bulpren ön filtre BP-6, 6 mm, kaplamasız (BP-6)Clean Touch Medical LTD
Bulpren ön filtre BP-6, 6 mm, VS B (BP-6 VS B) ile kaplanmış

Tablo 1: Bu çalışmada kullanılan filtreler ve yüzey kaplamaları.

Antiviral yüzey kaplamalarının verimliliği
Farklı kaplama malzemelerinde viral enfektifitenin kalıcılığını değerlendirmek için bir yüzey canlılık testi geliştirildi. Kısaca, 20 μL Phi6 stoku ("Virüs, suşlar, büyüme ortamları ve bulaşıcı virüs sayıları" bölümüne bakınız) kaplanmış test parçalarına pipetlendi ve steril cam üçgenle 2 cm × 2 cm arasında eşit bir alana yayıldı. Örnekler, 22 °C sıcaklıkta bir biyogüvenlik kabininde 1 dakika, 5 dakika, 1 saat veya 3 saat kuluçka içindeydi.

Virüsler, yüzeye 180 μL taze LB suyu eklenerek ve tekrar tekrar pipetleme ile yıkanarak kurtarıldı. Plastik bir Petri kabı kontrol yüzeyi olarak kullanıldı. Tüm deneyler 22 °C'de yapıldı. Bulaşıcı viral parçacıkların sayısı, plak testi41 kullanılarak nicelendirildi.

Antiviral kaplama VS-B'nin filtre/ön filtre etkinliği üzerindeki etkisi
Virüs toplama ve filtre verimliliği testi, ya 20 mM HEPES tamponu (pH 7.2) içeren bir petri kabı ile bir sıkışma yöntemi veya tamamen cam bir girdap darbesi (bundan sonra "çarpıcı" olarak adlandırılır; bkz. Malzemeler Tablosu)44 kullanılarak gerçekleştirildi. Çarpma örnekleme için, parçacık birikimini maksimize etmek amacıyla filtrenin doğrudan altına bir petri kabı yerleştirilmiştir (Şekil 1). 3 ay boyunca kullanılan GF-2 filtreleriyle yapılan deneylerde, hassasiyeti artırmak için petri kabı yerine empinger kullanılmıştır. Çarpıtıcı, üç nozlu cam bir cihazdır ve sıvıya hava örnekleme için harici bir pompa gerektirir. Nozullardan geçen hava akışı toplama sıvısının iç duvar boyunca dönen bir hareketini oluşturur ve parçacıkların nazikçe çıkarılmasını kolaylaştırır. Bu konfigürasyonda, filtreden geçen hava akışı 2 L/dakika olarak tutuluyordu ve odadan çıktıktan sonra ek bir valf toplam hava girişini 10 L/da'ya çıkardı. Aerosoller, 5 mL 20 mM HEPES tamponu (pH 7.2) içinde yakalanmış, buharlaştırılmış tampon her 30 dakikada bir yenilenmiştir. Baskı deneyleri için hem petri kabı hem de bulpren ön filtre (hava akışı eşitleme için kullanılır; Ek Şekil 1 ve Ek Şekil 2B) kaldırıldı.

Detaylı örnekleme protokolü Tablo 2'de sunulmaktadır. Viral aerosoller, 20 mL 20 mM HEPES tamponu (pH 7.2) içeren Petri kabından 1 mL süspansiyon elde edilerek toplandı. Bunun 800 μL'si qRT-PCR analizi için, 200 μL ise virüs titrasyonu için kullanıldı. Her filtre veya ön filtre üçlü olarak test edildi ve filtre/ön filtre olmadan kontrol çalışmaları her odalı deneyden önce ve sonra 15 dakika boyunca gerçekleştirildi. Deney öncesi kontrolün ardından, ilgi çekici filtre veya ön filtre odaya yerleştirilir, 3 saat çalıştırılır, ardından filtre/ön filtre çıkarılır ve deney sonrası kontrol çalışması yapılır. qRT-PCR ve virüs titrasyonu örnekleri her 30 dakikada bir toplandı ve her deneyde sekiz qRT-PCR ve sekiz titrasyon örneği elde edildi. Empinger deneylerinde, titrasyon örnekleri sadece 3 saat sonunda bir kez toplandı. Her qRT-PCR örneği sıvı azotta dondurularak -80 °C'de saklandı ve daha fazla kullanıma kadar saklandı; virüs titrasyon örnekleri ise deneyden hemen sonra plak testi ile işlendi. Nebulizatorda kullanılan virüs çözeltisi her deneyden önce ve sonra stabiliteyi izlemek için titrlendi.

Üç farklı ön filtre olan BP-6, S-11 ve FMR-5 ile GF-2 filtresi (Tablo 1 ve Ek Şekil 2, Ek Tablo 4) VS-B ile kaplandı. Ön filtreler, esas olarak kaba partikül uzaklaştırılması ve hava akışı stabilizasyonu için tasarlanmış farklı yapısal yoğunluklara sahip sentetik lifli malzemelerden oluşurken, GF-2 filtresi HEPA tipi performansa sahip yüksek verimli bir cam fiber filtredir. Aerosol odasında kaplamasız ön filtreler ve filtresiz kurulum karşılaştırma için test edildi.

Zaman NoktasıKurulumÖrnekler
Kontrol0-15 dakikaFiltre/ön filtre yok, 20 mL HEPES içeren Petri kabıTitrasyon için 200 μl, qRT-PCR için 800 μl donmuş
Deney0-30 dakikaİlgilendirici filtre/ön filtre, 20 mL HEPES içeren yeni Petri kabı
30-60 dakikaİlgi çekici filtre/ön filtre, aynı Petri kabı ve 19 mL HEPES
60-90 dakikaİlgi çekici filtre/ön filtre, aynı Petri kabı ve 18 mL HEPES
90-120 dakikaİlgilenecek filtre/ön filtre, aynı Petri kabı ve 17 mL HEPES
120-150 dakikaİlgilenecek filtre/ön filtre, aynı Petri kabı ve 16 mL HEPES
150-180 dakikaİlgileneceğim filtre/ön filtre, aynı Petri kabı ve 15 mL HEPES
Kontrol0-15 dakikaFiltre/ön filtre yok, 20 mL HEPES ile yeni Petri kabı

Tablo 2: Örnek toplama zaman çizelgesi.

Antiviral kaplamanın kullanılmış filtreler üzerindeki etkisi
Bakır-gümüş yüzey ajanı Viral Safe (VS) ile kaplanmış HEPA tipi GF-2 filtrelerindeki antiviral etkinin dayanıklılığı, hem enfeksiyon virüs sayısı hem de viral genom kopya sayıları temelinde 3 ay boyunca kullanılan filtrelerin filtreleme verimliliği ölçülerek değerlendirildi. Bu deneyler için, her biri bir HEPA filtresi ve aktif kömür tabakasıyla donatılmış dört hava temizleyicisi ( bkz. Malzeme Tablosu) kullanıldı. Filtreler, toplanma ve analiz yapılmadan önce iki restoranda 3 ay boyunca işletilmişti: biri kaliteli restoran, diğeri ise bir fabrikada personel kafeteryasıydı (daha fazla bilgi Ek Şekil 3 ve Ek Şekil 4'te). Bu kullanılan filtrelerin performansı, temiz, kaplamasız GF-2 filtrelerle karşılaştırıldı.

Oda testlerinden önce, kullanılan filtreler hava temizleyici metal kafeslerinden çıkarıldı, açıldı ve biyogüvenliği sağlamak ve çapraz kontaminasyonu en aza indirmek için aerosol odası için uygun boyutta parçalara kesildi. Fine dining restoran ve personel kafeteryasından toplanan GF-2 filtreleri, "çalışma tasarımı" bölümünde tanımlanan deneysel kurulumda, aerosol toplama için modifiye edilmiş 5 mL bir impinger kullanılarak test edildi.

Antiviral verimliliğe ek olarak, filtrelerin fiziksel yüzey özellikleri de değerlendirildi. Lipofilisite, 50 μL kolza yağı damlaları uygulanarak değerlendirildi; hidrofobiklik ise 50 μL deionize su damlalarının kesilmiş filtre şeritlerine uygulanmasıyla belirlendi. temas açıları, Xiao ve Wiesner (2012)45 prosedürünü takip ederek fotoğraflı olarak belgelenmiştir. Su iticiliği, Lichner ve ark. (2006) tarafından tanımlanan su damlası penetrasyon süresi (WDPT) ölçümleriyle nicelendirildi ve tüm değerler 7200 s46'yı aştı.

İstatistiksel analiz
İstatistiksel analiz, test edilen kaplama malzemeleri ile filtreler arasındaki gözlemlenen varyasyonların anlamlılığını değerlendirmek için standartlaştırılmış istatistiksel yazılım kullanılarak ( bkz. Malzemeler Tablosu) gerçekleştirildi. Tüm deneyler için istatistiksel analiz iki aşamada gerçekleştirildi: Kruskal-Wallis H testi ve Games-Howell post-hoc testi. Kruskal-Wallis H testi, gözlemlenen anlamlı farkların olup olmadığını değerlendirmek için kullanıldı ve örnek türleri arasındaki özel varyasyon, Games-Howell post hoc testiyle çoklu ortalama karşılaştırmaları kullanılarak belirlendi.

Kaplama verimlilik testleri, enfeksîyoncu virüs konsantrasyonlarındaki 1 ve 5 dakikadaki azalmanın başlangıç konsantrasyonlarına göre karşılaştırılmasıyla istatistiksel olarak analiz edildi. Kaplamaları filtrelerde kullanma amacıyla, testin ilk dakikalarında kontrole kıyasla virüsün canlılıkta istatistiksel olarak anlamlı sapması aradık.

Ön filtrelerin kaplamalı ve kaplamasız verimliliğinde enfeksîyoncu sayı ve qPCR sonuçları açısından önemli farkları belirleyen istatistiksel analiz, her zaman noktası için ayrı ayrı olarak 30 dakika, 60 dakika, 90 dakika, 120 dakika, 150 dakika ve 180 dakika gerçekleştirildi. Veriler daha sonra ön filtre türü ve ön filtre yüzeyindeki kaplama varlığına göre gruplandırıldı. Benzer şekilde, kullanılan GF-2 filtrelerinin sonuçları, verilerin konuma ve filtre yüzeyindeki kaplama varlığına göre gruplanarak virüs inaktivasyonu ve filtrasyon verimliliği açısından verimliliği değerlendirildi.

Sonuçlar

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

Antiviral yüzey kaplamalarının verimliliği
Yüzey canlılık testleri, test edilen tüm kaplama malzemelerinin antiviral özelliklere sahip olduğunu doğruladı; VS kaplama ise virüs inaktivasyon oranının en yavaş olduğunu gösterdi (Şekil 2A). İstatistiksel analiz, her kaplama ve kontrol için başlangıç konsantrasyonuna göre 1 dakika ve 5 dakika içinde enfeksif virüs konsantrasyonlarında anlamlı bir azalma olduğunu doğruladı (p < 0.001, Şekil 2B, Ek Tablo 5). Deneysel bakır bazlı yüzey kaplaması B4, en hızlı azalmayı sağladı; 5 dakika içinde bulaşıcı virüs sayısını üç mertebeye kadar azalttı ve virüsler 15 dakika sonra tespit edilemez hale geldi (tespit sınırı: 100 PFU/mL). Diğer kaplamalar olan A6 ve VS-B, benzer şekilde Phi6'nın tamamen inaktivasyonunu sırasıyla 25 ve 60 dakika içinde gerçekleştirmiştir (Şekil 2A).

figure-results-1
Şekil 2: Yüzey kaplamalarının virüs bulaşıcılığı üzerindeki antiviral etkisi. (A) Zamanın bir fonksiyonu olarak enfektif parçacıkların kaybı. (B) Enfeksîyonel virüs parçacık kaybının 0 dakika ile karşılaştırıldığında oranı. Kaplama özellikleri Tablo 1'de ve Ek Tablo 3'te listelenmiştir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Kontrol ile karşılaştırıldığında, ilk 5 dakika içinde virüs inaktivasyonu A6 kaplama ile en az verimli oldu (p = 0.006 1 dakikada ve p = 0.012 5 dakikada, Ek Tablo 6), hemen ardından kaplama VS geldi (p = 0.001 1 dakikada ve p = 0.017 5 dakikada, Ek Tablo 6). B4 kaplaması, 1 dakikalık zaman noktasında kontrol ile karşılaştırıldığında inaktivasyonu azalmıştı (p = 0.001, Ek Tablo 6) ancak 5 dakikalık zaman noktasındaki kontrolden anlamlı bir şekilde fark etmedi (p > 0.05, Ek Tablo 6). Daha uzun bir zaman diliminde, VS-B, B4 ve A6'ya benzer şekilde virüsün inaktivasyonunda artış gösterdi. İstatistiksel analizin ayrıntılı sonuçları Ek Tablo 6'da sunulmaktadır.

Antiviral kaplama VS-B'nin filtre/ön filtre etkinliği üzerindeki etkisi
Deneyler, incelenen üç ön filtrenin tamamının, BP-6, S-11 ve FMR-5'in, filtresiz kuruluma kıyasla enfeksîyoncu virüs sayısını 1,5–2,0 merteme kadar önemli ölçüde azaltmada eşit derecede etkili olduğunu gösterdi (Şekil 3A, Ek Tablo 7). GF-2 filtreleri viral yükü en az altı kat azaltmış ve tespit sınırı içinde ( Şekil 3A'da tespit edilmemiş veri olarak gösterilmiştir) bulaşıcı Phi6 virüs plaketleri tespit edilmemiştir.

VS-B kaplaması, enfeksiyon virüs filtrasyon etkinliğini anlamlı şekilde etkilemedi (Şekil 3B). Ön filtreler S-11 ve FMR-5 için, kaplamalı ve kaplamasız ön filtrelerden geçen enfeksîyoncu virüs sayısındaki fark standart sapma (SD) içindeydi ve bu farkın önemsizliğini gösterir (Ek Tablo 8). Şaşırtıcı bir şekilde, kaplamasız ön filtre BP-6, ilk 90 dakika boyunca kaplanmış BP-6 ön filtresinden daha iyi performans gösterdi. Ancak, kaplamalı ve kaplamasız ön filtreler arasındaki farkların istatistiksel olarak önemsiz olduğu kanıtlanmış (p > 0.05, Ek Tablo 8).

figure-results-2
Şekil 3: Nebulize Phi6 virüsünün impaction plakalarında ortalama enfasyonel virüs konsantrasyonları. (A) GF-2 filtresi için, filtresiz kurulum ve ön filtre ön filtreleri. (B) Sadece ön filtreler için. Hata çubukları standart sapmayı (SD) temsil eder ve filtre türleri Tablo 1'de listelenmiştir. VS-B kaplamalı filtreleri gösterir. GF-2 filtre verileri tespit sınırının altında kalmış ve noktalı çizgi ile işaretlenmiştir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

qRT-PCR deney sonuçları, ön filtrelerin ön filtrelerden geçen virüslerin genom kopya sayılarını iki mertebeye kadar düşürdüğünü, GF-2 filtresinin filtresiz kuruluma kıyasla dört mertebeye kadar azaldığını gösterdi (Şekil 4A, Ek Tablo 9). İlk 30 dakika boyunca ön filtreler ile filtresiz kurulum arasındaki farklar küçük kaldı; 60 dakikalık zaman noktasından itibaren ön filtreler mekanik filtreleme verimliliğinin arttığını gösterdi (Şekil 4A, Ek Tablo 10). VS-B kaplaması, filtreden geçen virüs genom kopya sayısını etkilemedi (Şekil 4B). Genom kopya sayılarındaki farklar standart sapma içinde yer alıyordu (p > 0.05, Ek Tablo 10).

figure-results-3
Şekil 4: Nebulize Phi6 virüsünün impaction plakalarında ortalama virüs genom kopya sayı konsantrasyonları. (A) GF-2 filtresi, filtresiz kurulum ve ön filtreler için. (B) Sadece ön filtreler için. Hata çubukları standart sapmayı (SD) temsil eder ve filtre türleri Tablo 1'de listelenmiştir. VS-B kaplamalı filtreleri gösterir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3 ve Şekil 4 , filtreden geçen virüslerin toplam virüs genom kopya sayısına kıyasla enfeksîyon virüs sayısının (PFU/mL) ön filtreler ve GF-2 filtresi için yaklaşık iki mertebe daha az, filtre olmadan ise sadece bir merteme daha az olduğunu göstermektedir. Bu, filtreleme etkisinin, hafif hava akışında bile, virüs parçacıkları için mekanik olarak yıkıcı olabileceğini ve enfeksiyonun kaybına yol açabileceğini göstermektedir.

Deneysel hava akışı (2 L/dakika) ve tahmini filtre yüzey alanı (~20 cm2) temelinde, yüz hızı yaklaşık 0,01–0,02 m/s idi. Lifli filtreler için tipik gözeneklilik değerleri, malzeme ve ambalaj yoğunluğuna bağlı olarak yaklaşık 0,7 ila 0,98 arasında değişir; cam fiber HEPA tipi filtreler genellikle daha açık sentetik ön filtrelere (~0,85–0,98) kıyasla daha düşük gözeneklilik gösterir (~0,7–0,98). Filtre gözenekliği ve iç akış koşulları göz önüne alındığında, filtre matrisi içindeki ara hızın yüz hızından biraz daha yüksek olduğu tahmin edildi (0,02–0,03 m/s). Filtre kalınlıkları ve burkülülük faktörleri (1.2–2.0) kullanılarak aerosol parçacıklarının filtre yapısı içindeki etkin kalma süresi yaklaşık 0.03 ile 0.4 s49 arasında tahmin edildi. Bu saniye altı etkileşim süreleri, virüs-yüzey temasının oldukça geçici olduğunu ve tek geçişli filtrasyon sırasında antiviral kaplamaların katkısını sınırladığını gösterir.

Antiviral kaplamanın kullanılmış filtreler üzerindeki etkisi
İki seçilen restoranda (Ek Şekil 3 ve Ek Şekil 4) hava temizleyicilerde 3 ay boyunca kullanılan kaplamalı ve kaplamasız GF-2 filtreler, filtreleme kapasiteleri açısından incelendi. Aynı deneysel koşullarda, kullanılmamış, kaplamasız (kontrol) filtreler 1,23 × 10adet 2 PFU/mL enfeksîyoncu virüslerden geçti. Finening restoranı ve personel kafeteryasından alınan kaplamasız filtreler sırasıyla ~3 PFU/mL ve 2.3 ×10 PFU /mL enfeksîyon virüs geçirdi. Buna karşılık, bir fine dining restoranı ve personel kafeteryasından alınan VS kaplamalı filtreler sırasıyla 5,3 ×10 1 PFU/mL ve 4,6 × 10,1PFU /mL enfeksiyon virüsünü geçti (Şekil 5). Filtreler arasında enfeksîyoner virüs sayısında istatistiksel olarak anlamlı farklılıklar gözlemlenmiş, 3 ay kullanılan, kaplamasız GF-2 filtreler en belirgin azalmayı göstermiştir (Şekil 5; χ2(2) = 11.432, p = 0.022, Ek Tablo 11). Kaplamalı 3 aylık GF-2 filtreleriyle elde edilen sonuçlar, p > 0.05 aralığında kullanılmayan kaplamasız GF-2 filtreleriyle benzer sonuçlar sağlamıştır (Ek Tablo 12).

figure-results-4
Şekil 5: Üç aylık kullanılmış filtrelerin test edildiği bulaşıcı virüs konsantrasyonları. Her veri noktası, üç deneyin ortalamasını ve üç tekrar boyunca hesaplanan standart sapmayı temsil eder. VS = Bakır ve gümüş yüzey ajanı Viral Safe; GF-2 = çift katmanlı cam fiber filtre GF-2, kaplamasız (HEPA tipi filtre); Kutular, ortalama için %95 güven aralığını gösterir; bu, alt ve üst güven aralığı arasındaki siyah çizgidir. Hata çubukları, her filtre tipi için standart sapmayı (SD) temsil eder. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Kullanılan, kullanılmamış, kaplamalı ve kaplamasız filtrelerin qRT-PCR sonuçları Şekil 6'da sunulmaktadır. Kullanılmamış, kaplanmamış (kontrol) filtrelerin qRT-PCR verileri viral genom kopyalarından 2,7 ×10 3 mL kopya gösterdi. Fine-dining restoranı ve personel kafeteryasından alınan kullanılmış, kaplamasız filtrelerin verileri sırasıyla 3,6 ×10 2 kopya/mL ve 2,4 ×10 3 kopya/mL viral kopyalar gösterdi; fine-dining restoranı ve personel kafeteryasından alınan VS kaplamalı filtreler ise sırasıyla 2,8 ×10 3 kopya/mL ve 4,6 ×10 3 kopya/mL viral kopyalar gösterdi (Şekil 6). Fine-dining restoranından alınan kaplanmamış GF-2 filtresi, personel kafeteryasından alınan kaplanmamış filtreye (p = 0.012), fine dining restoranından kaplanmış VS filtresine (p < 0.001) veya personel kafeteryasından alınan VS kaplamalı filtreye (p = 0.005) kıyasla viral genom kopya sayılarını azaltmada önemli ölçüde daha verimliydi (Ek Tablo 13 ve Ek Tablo 14)). Ancak, kullanılmamış, kaplamasız GF-2 filtresine kıyasla, fine dining restoranından alınan kaplamasız GF-2 filtresi istatistiksel olarak anlamlı bir fark yaratmadı (p>0.05). Ayrıntılı istatistiksel analiz sonuçları Ek Tablo 14'te sunulmaktadır.

figure-results-5
Şekil 6: Üç aylık kullanılan filtrelerden sonra viral genom kopya sayılarının konsantrasyonu. Her veri noktası, üç deneyin ortalamasını ve hesaplanan standart sapmayı temsil eder. VS = Bakır ve gümüş yüzey ajanı Viral Safe; GF-2 = çift katmanlı cam fiber filtre GF-2, kaplamasız (HEPA tipi filtre); Kutular, ortalama için %95 güven aralığını gösterir; bu, alt ve üst güven aralığı arasındaki siyah çizgidir. Hata çubukları, her filtre tipi için standart sapmayı (SD) temsil eder. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Filtre performansındaki gözlemlenen farkları netleştirmek için hidrofobisite ve lipofilisite testleri yapıldı. Fine Dining restoran ve personel kafeteryasında kullanılan tüm filtreler, her iki yüzeyde de yüksek hidrofobisite göstermiştir (iç taraf—gelen hava akışına bakıyor; dış taraf—çıkış hava akışına bakıyor), su damlalarının ilk temas açısı fotoğraflarda (gösterilmemiş) olarak sürekli olarak 120 derecenin üzerindeydi. Su damlası nüfuz süresi (WDPT) ölçümleri, tüm değerlerin 7200 saniyeyi aştığı güçlü bir su itici özelliği göstermiştir. Tekrarlanan testler arasındaki değişkenlik, filtre türleri arasındaki değişkenlikten daha fazlaydı; bu da kullanılan filtrelerin mekanik bozulmalarından kaynaklanabilirdi. Sonuç olarak, bu yöntemleri kullanan filtreler arasında anlamlı bir fark tespit edilmedi.

Lipofilisite, filtre yüzeylerine kolza yağı damlaları uygulanarak değerlendirildi. Kaplamasız filtreler sürekli olarak düşük lipofilisite gösterdi ve damla temas açısı test boyunca 120 derecenin üzerinde kaldı. Buna karşılık, Viral Safe kaplamalı filtreler hızlı damla yayılımı gösterdi ve uygulamadan sonra yaklaşık 30 dereceden az bir açı kaydedildi (Ek Şekil 5). Bu artan lipofilisitenin kaplamanın kendisinden mi yoksa uygulama sürecinden mi kaynaklandığı belirsizdir.

VERI ERIŞILEBILIRLIĞI
Bu çalışmanın bulgularını destekleyen ham veriler Ek Dosya 1'de mevcuttur.

Ek Şekil 1: Özel yapımı aerosol odası ve bileşenleri.Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 2: Filtreler, ön filtreler ve kaplamaların resimleri. (A) Polyester FMR-5 ön filtre, (B) Bulpren BP-6 ön filtre, (C) Polyester S-11 ön filtre, (D) Çift katmanlı cam fiber GF-2 filtre. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 3: Hava temizleyicilerin kullanıldığı (bkz. Malzeme Tablosu) ince-dining restoran odasının düzeni, mavi dikdörtgenlerle işaretlenmiş. Sarı dikdörtgenler masaları işaretler ve kapıyı koyu gri bir dikdörtgen işaret eder. Izgaradaki bir kare 1 m2'yi temsil eder. Oda büyüklüğü ~60m 2. Günde yaklaşık 30 misafir ziyaret ediyor. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 4: Hava temizleyicilerin kullanıldığı şekerleme fabrikası, personel kafeteryasının düzeni, mavi dikdörtgenlerle işaretlenmiş.Sarı dikdörtgenler masaları, koyu gri dikdörtgenler kapıları, gri dikdörtgenler kendi kendine hizmet eden masaları ve siyah dikdörtgenler destek sütunlarını işaretler. Izgaradaki bir kare 1 m2'yi temsil eder. Oda büyüklüğü ~160m 2. Günde yaklaşık 20-50 misafir ziyaret ediyor. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 5: Restoran testlerinde kullanılan GF-2 filtre yüzeylerinde kolza yağı damlacıkları (50 μL). Viral Safe (VS) kaplama ile kaplanmış filtreler (1–5), kaplamasız filtrelere göre anlamlı derecede az lipid iticiydi (1, 6–7). Fotoğraflar, damlanın uygulanmasından 60 saniye sonra 40 x büyütme ile hazırlık mikroskobunun gözlerinden çekildi. "In" filtrenin hava akışının girdiği tarafını ifade eder; "out" havadan çıkan tarafı ifade eder. VS-B kaplaması dışarıda. 1, fine-dining restoranından eski bir filtreyi ifade eder; 2 ve 3, kaliteli restoranda kullanılan VS-B kaplamalı filtrelerdi; 4 ve 5, personel kafeteryasında kullanılan VS-B kaplamalı filtrelerdi; 6 ve 7 ise personel kafeteryasında kullanılan kaplamasız filtrelerdi. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Tablo 1: qRT-PCR döngü bilgisi. Kapak sıcaklığı 105 °C, 45 döngü, 62 °C adımında veri toplama. Gregorova ve ark.43'ten uyarlanmıştır. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Tablo 2: qRT-PCR primer bilgisi. Gregorova ve ark.43'ten uyarlanmıştır. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Tablo 3: Bu çalışmada kullanılan kaplama malzemelerinin ayrıntılı tanımı. Kaplamaların kesin kimyasal bileşimleri üreticiye (Clean Touch Medical Ltd.) aittir. Açıklamalar, fonksiyonel sınıflandırma ve bilinen aktif bileşenlere (bakır ve/veya gümüş) dayanır. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Tablo 4: Bu çalışmada kullanılan filtre malzemelerinin ayrıntılı tanımı. Ticari ön filtrelerin kesin malzeme bileşimleri üreticiler tarafından tam olarak açıklanmaz; açıklamalar, HVAC filtrasyon sistemlerinde kullanılan tipik malzemelere ve gözlemlenen yapısal özelliklere dayanmaktadır. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Tablo 5: Test istatistikleri: Anti-viral yüzey kaplamalarında viral enfektifliğin Kruskal–Wallis analizi. Gruplama değişkeni kaplama tipidir. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Tablo 6: Games-Howell ile 1 dakika ve 5 dakika arasındaki zaman noktalarında kaplamalar arasında viral bulaşıcılıkta istatistiksel olarak anlamlı farklar Çoklu karşılaştırmalar sonrası test sonuçları. Tablonun ilk iki panelinde, 1 dakika ve 5 dakikalık zaman noktalarında istatistiksel anlamlılık Evet olarak işaretlenmiştir. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Tablo 7: Test istatistikleri: Kruskal–Wallis filtre türleri ve filtresiz koşullar arasında viral enfeksiyon analizi. Gruplama değişkeni filtre tipidir. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Tablo 8: Games-Howell Çoklu karşılaştırmalara göre 30 dakika, 60 dakika, 90 dakika, 120 dakika, 150 dakika ve 180 dakika zaman noktalarında ön filtre ile filtresiz kurulum arasındaki viral enfektiflik testi için çoklu karşılaştırma sonuçları.Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Tablo 9: Test İstatistikleri: Kruskal–Wallis test sonuçları, ön filtre tipleri arasında virüs kopya sayılarındaki farkları değerlendiriyor, GF-2 filtresi ve filtresiz kurulum. Gruplama değişkeni filtre tipidir. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Tablo 10: Games-Howell Çoklu karşılaştırmalarına göre 30 dakika, 60 dakika, 90 dakika, 120 dakika, 150 dakika ve 180 dakikalık zaman noktalarında ön filtreler, GF-2 filtre ve filtresiz kurulum arasındaki virüs kopya sayılarının çoklu karşılaştırma testi sonuçları.Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Tablo 11: Test İstatistikleri: Kruskal–Wallis test sonuçları, kullanılmayan GF-2 filtreleri ile restoranlarda kullanılan filtreler arasındaki viral enfeksiyonu karşılaştırıyor. Gruplama değişkeni filtre tipidir. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Tablo 12: Games-Howell sonrası çoklu karşılaştırmalara göre ön filtreler ve filtresiz kurulum arasında viral enfeksiyon testi için çoklu karşılaştırma sonuçları.Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Tablo 13: Kruskal–Wallis test sonuçları, ön filtre türleri, GF-2 filtre ve filtresiz kurulum arasında virüs kopya sayılarını karşılaştırıyor. Gruplama değişkeni filtre tipidir. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Tablo 14: Games-Howell sonrası çoklu karşılaştırmalara göre ön filtreler, GF-2 filtresi ve filtresiz kurulum arasındaki virüs kopya sayılarının çoklu karşılaştırma testi sonuçları.Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Dosya 1: Bu çalışmanın ham verileri.Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Tartışma

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

Bu çalışmada, mikrobiyolojik aerosol odasında antiviral filtre ve ön filtre yüzey kaplamalarının verimliliğini değerlendirmek için bir protokol sunuyoruz. Üretilen oda, daha önce tanımlanan bazı31,50,51 numaralı odalara kıyasla otoklavlanabilir, taşınabilir, şeffaf ve küçük ölçekli (3 L) olduğu için aseptik mikrobiyolojik analizler için uygun kontrollü, kapalı bir sistem sunar.

Bu çalışmada test edilen tüm kaplama malzemelerinin anti-viral aktiviteye sahip olduğu doğrulanmış (Şekil 2A), deneysel bakır bazlı yüzey kaplaması B4 en yüksek etkinliği göstererek virüs bulaşıcılığını tespit sınırının altına düşürmüştür. Bakır bazlı kaplama A6 yakından takip etti ve 25 dakikada tam viral inaktivasyon sağlandı (Şekil 2A). Bu bulgular, bakır ve gümüşün antiviral özelliklerine dair önceki raporlarlatutarlıdır 17,18,20,21,22,52. Damla kurutmasından önceki ilk 5 dakika boyunca virüs inaktivasyonu gözlemlenmedi; bu da enfektiflikteki erken azalmaların büyük ölçüde kaplamanın kendisinden ziyade kurutmadan kaynaklandığını göstermektedir (kontrol, Şekil 2A, Şekil 2B)36. B4 ve A6 kaplamaları, VS ve VS-B kaplamalarına kıyasla daha hızlı inaktivasyon kinetiği gösterirken, VS-B tespit sınırına ulaşmak için 60 dakikaya kadar sürede kullanılıyordu (Şekil 2A). B4 ve A6 kaplamalı ön filtreler mevcut değildi; bu nedenle, sonraki filtre aerosol deneyleri için VS-B seçildi.

Bu çalışmanın sonuçları, HEPA filtreleri ve ön filtrelerin, antiviral kaplama olmasa bile virüs sayısını etkili bir şekilde azalttığını vurgulamaktadır. Filtrasyon sırasında aerosol virüslere uygulanan mekanik stres, viral enfektiflikte 1.0–2.0 log azalmaya yol açtı (~8 × 105 – 1 × 107 PFU/mL'den ~5 × 104 – 105'e, Şekil 3A). Bu azalma, tüm ön filtre testlerinde tutarlı şekilde gözlemlendi ve öncekibulguları destekliyor 50,53,54. GF-2 HEPA tipi filtre için, viral enfektiflik kaybı daha da fazlaydı; yöntemin hassasiyet sınırları içinde tespit edilebilir enfeksîyon parçacıkları bulunmamıştır (Şekil 3A). Toplam genom kopya sayılarına göre daha düşük bulaşışlık, filtrasyonun virüs parçacıklarına mekanik zarar verdiğini gösterir; bu olgu özellikle zarflı Phi6 virüsü için belirgindir. Zarflı virüsler mekanik bozulmaya daha duyarlı olduğundan, bu fark zarf dışıvirüsler için daha küçük olabilir 55.

Aerosol testlerinde, kaplamaların ön filtrelerin filtreleme performansı üzerinde istatistiksel olarak anlamlı bir etkisi olmamıştır. Bu muhtemelen kaplama ile filtreden geçen virüsler arasındaki sınırlı teması yansıtır ve kaplı ve kaplamasız ön filtreler için benzer sonuçlar verirler (Şekil 3B, Şekil 4B). Hesaplanan saniye altı kalma süreleri, anti-viral inaktivasyon kinetiklerinin gerçekçi hava akışı koşullarında etkili olabilmesi için çok hızlı bir zaman çizelgesinde gerçekleşmesi gerektiğini göstermektedir. Ayrıca, sonuçlarımız test edilen kaplamaların bakır iyonlarının negatif yüklü biyolojik moleküllere karşı karakteristik elektrostatik ayaklanma göstermediğini gösteriyor; aksi takdirde bu moleküller virüsleri filtreye çekip geçişleriniazaltabilir 56. Bu nedenle, ön filtre kaplamalarının temel faydası, yüzey testlerinde gösterildiği gibi mekanik filtreleme verimliliğini artırmakta ziyade, yakalama sonrası kendini dezenfekte etme özelliklerinde olabilir. Önemli olarak, bu çalışmada yapılan deneyler, aerosol parçacıkların filtreyle yalnızca bir kez etkileşime girdiği tek geçişli filtreleme koşullarını temsil eder. Bu durum, çok kısa kalma sürelerine ve sınırlı virüs-yüzey temasına yol açar; bu da antiviral kaplamaların gözlenen etkisini muhtemelen azaltır. Buna karşılık, gerçek dünya hava arıtma sistemleri genellikle tekrar eden hava geçişinin birikimli teması artırdığı ve kaplama etkinliğini artırabileceği sirkülasyon koşullarında çalışır.

Sonuçlarımız, GF-2 filtrelerinin, fine-dining restoran ve personel kafeteryasında hava temizleyicilerde üç ay boyunca sürekli kullanıldıktan sonra (Ek Şekil 3 ve Ek Şekil 4) kullanılmayan filtrelere (Şekil 5) kıyasla enfeksiyon virüslerinin daha iyi uzaklaştırıldığını göstermektedir. Bu iyileşme birkaç faktöre bağlanabilir. İlk olarak, toz ve diğer partiküllerin birikiminin virüsleri etkisiz hale getirdiğibildirilmiştir 57. İkinci olarak, iç mekan havası kirleticilerinin kademeli olarak birikimi filtre yapısını yoğunlaştırabilir ve etkinliğini geçici olarakartırabilir 57,58,59. Özellikle, kaplamaların varlığı virüs bulaşıcılığını veya qRT-PCR ile tespit edilen genom kopya sayılarını anlamlı şekilde etkilemedi. Enfeksiyesiz virüs parçacıklarının geçişi de filtre kaplamaları veya kullanımı ne olursa olsun benzerdi; bu da GF-2 HEPA tipi filtrelerin ve ön filtrelerin gözlemlenen filtrasyon verimliliğinin öncelikle mekanik özelliklerini yansıttığını gösterir. Buna rağmen, GF-2 filtre yüzeyinde filtrelenmiş parçacıkların birikmesi, bulaşıcı virüslerin geçiş sayısını azaltmada belirgin bir etkiye sahip olmuştur (Şekil 5).

Şekil 5 ve Şekil 6'da gözlemlenen filtre performansındaki farklılıkları anlamak için ek testler yapıldı. Tüm filtreler su damlalarına maruz kaldıklarında güçlü hidrofobiklik sergilerken, yağ damlası testleri belirgin lipofilisite gösterdiği VS kaplamalı filtrelerde belirgin farklılıklar ortaya koydu. Bu varyasyonun temel mekanizması belirsizdir, ancak bu sonuçlar filtre yaşı veya kullanım geçmişinin performansın başlıca belirleyicisi olmayabileceğini gösteriyor. Bunun yerine, yüzey ön işlem türü filtrenin fiziksel özelliklerini değiştirebilir ve bu da virüsün tutulmasını ve geçişini etkileyebilir. Bu bulgular, antiviral kaplamaların mekanik filtrelemenin ötesinde, özellikle de kendini dezenfekte etme potansiyeliyle fonksiyonel faydalar sağladığını ve bu da kullanılmış filtrelerle çalışan personel için sağlık risklerini azaltabileceğini göstermektedir.

Bu protokol, anti-viral filtreleme değerlendirmesi için sağlam bir çerçeve sağlasa da, birkaç sınırlama dikkate alınmalıdır. İlk olarak, insan solunum yolu patojenleri için vekil olarak zarflı bakteriyofaj Phi6 kullanıldı. Phi6, koronavirüslerle yapısal ve kimyasal benzerliklere sahip olsa da, çevresel kararlılık ve yüzey proteinlerindeki farklılıklar tam inaktivasyon kinetiklerini etkileyebilir. İkincisi, bazı kaplamalar önemli etkinlik gösterse de, bu çalışma belirli aerosol koşullarında sınırlı sayıda formülasyonu değerlendirdi; Gelecekteki araştırmalar, kapsamı daha geniş bir antimikrobiyal ajanlar yelpazesini kapsayacak şekilde genişletmelidir. Son olarak, deneyler kontrollü bir aerosol odasında düzenlenmiş hava akışı ve nem ile gerçekleştirilmiştir. Bu koşullar tekrarlanabilirliği garanti etse de, gerçek dünya iç mekan ortamlarında bulunan karmaşık, türbülanslı hava akışını ve değişken çevresel parametreleri tam olarak taklit etmezler.

Genel olarak, bu çalışma GF-2 cam lifi filtreleri ve ön filtrelerin, özellikle parçacık yoğunlaştırması nedeniyle uzun süreli kullanımdan sonra enfeksiyon virüslerini etkili bir şekilde uzaklaştırdığını göstermektedir; bakır ve gümüş bazlı kaplamaların birincil rolünün virüslerin doğrudan temas halinde inaktive edilmesi olduğunu göstermektedir. Bu bulgular, havada yayılan virüslerin kontrolündeki mekanik filtrasyonun sağlamlığını vurguluyor ve gelecekteki çalışmaların anti-viral kaplamaların UV ışınlanması gibi tamamlayıcı müdahalelerle birleşimini değerlendirmesi gerektiğini ve bulaşma riskini daha da azaltması gerektiğini öne sürüyor. Ön filtre60,61. Ayrıca, bu kaplamaların mevcut bina havalandırma sistemlerine entegre edilmesi için gelecekteki saha çalışmaları, performanslarının yerinde doğrulanması için hayati öneme sahip olacaktır.

Açıklamalar

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

Yazarlar çıkar çatışması olmadığını belirtmektedir.

Teşekkürler

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

Sari Korhonen'e mükemmel teknik destek için teşekkür edilir. Pavlina Gregorova, qRT-PCR protokolü hakkında tavsiyeleri nedeniyle teşekkür edilmektedir. Merhum Profesör Dennis H. Bamford'a, oda düzeninin tasarımındaki paha biçilmez katkıları ve deneyler boyunca verdiği tüm destek için teşekkür ediyoruz. Dr. A.-P. Hyvärinen, aerosol test odasının kurulmasında yardımcı olduğu için teşekkür edilir. Helsinki Üniversitesi'ndeki Instruct-ERIC Centre Finland, FINStruct ve Biocenter Finland'ın üyesi olan Instruct-HiLIFE Biocomplex biriminin tesisleri ve uzmanlığı minnettarlıkla takdir edilmektedir. Çalışma, Finlandiya Araştırma Konseyi, COVID özel fon 335681 ve N.S.A. 368144 tarafından finanse edildi. Finlandiya Araştırma Konseyi, ACCC Amiral gemisi fonu (hibe numarası 337552) için tanınmaktadır. Clean Touch Medical LTD, M-Filter Ltd ve UniqAir Ltd'den deneylerin nihai hale getirilmesi için finansman desteğini açıklıyoruz; şirketler deneysel tasarım, yürütme, raporlama veya makalenin herhangi bir bölümünü yazmada hiçbir rol oynamamaktadır.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Aerosol chamber glass cylinder and lidLaborexin OyN/AAerozol içerme amaçlı özel yapım cam silindir ve kapak.
Aerosol chamber inner metal scaffoldClean Touch Medical Ltd.N/AFiltre montajı için özel yapım paslanmaz çelik destek yapısı.
Aerosol chamber lid insulating gasketsEtra Oy (Etola Group)N/AHava geçirmez sızdırmazlık için özel yapım lastik contalar.
Air pump, WI 53082Thomas Industries Inc.N/AOdanın içinden düzenli hava akışını sürdürmek için kullanılan diyafram pompası.
BioSamplerSKC Inc.https://international.skcinc.com/products/air/bioaerosol-samplers/biosamplerHavadaki virüslerin yüksek verimli bir şekilde toplanması için kullanılan camdan yapılmış döner darbe emme cihazı.
Coated test piecesClean Touch Medical Ltd.www.cleantouchmedical.comYüzey etkinliği testi için antimikrobiyal formülasyonlarla kaplanmış parlak kağıt slaytlar.
CompAir Pro NE-C900 nebulizerOmron HealthcareNE-C900 Virüs aerosol üretimi için kullanılan yüksek çıkışlı kompresör nebülizatörü.
SPSS Statistics softwareIBM Corp.https://www.ibm.com/products/spssİstatistiksel analiz yazılımı, sürüm 28.0.
QuantStudio Design and Analysis SoftwareThermo Fisher Scientifichttps://www.thermofisher.com/in/en/home/technical-resources/software-downloads.html#pcrQRT-PCR veri analizi için kullanılan yazılım, sürüm 1.3.1.
UniqAir PRO air purifierUniqAir Oyhttps://www.uniqair.fi/Odanın temizlenmesi için kullanılan ticari sınıf hava temizleme ünitesi.

Kaynaklar

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

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Hava FiltrasyonuHEPA FiltrelerBak r KaplamalarG m KaplamalarBioaerosol OdasViral EnfektiviteMekanik FiltrasyonY zey naktivasyonu

İlgili makaleler