Covid-19 pandemiyasiga qarshi kurash kontekstida, vaksinalar va dorilar muhim boʻlgan boʻlsa-da, yangi favqulodda holatlar ehtimoli ilmiy tadqiqotlarning davom etishini ragʻbatlantirmoqda. Unesp va USP olimlari ishtirok etayotgan tashabbus mikroorganizmlarni yoʻq qilish uchun tovush toʻlqinlarining salohiyatini oʻrganmoqda.
Topilmalar ilmiy jurnal Scientific Reportsda eʼlon qilindi. Vaksinalar va dori vositalari kimyoviy va biologik yoʻllar orqali harakat qilsa, yaqinda oʻtkazilgan tadqiqot jismoniy xususiyatlarga asoslangan terapiyalarga eʼtibor qaratmoqda, masalan, nafas olish viruslarining tuzilishini buzish va virus yuklamasini nazorat qilish uchun ultra-toʻlqinlardan foydalanish.
In vitro oʻtkazilgan tajribalarda braziliyalik olimlar ultra-toʻlqin toʻlqinlari Covid-19 (SARS-CoV-2) va Influensa A (H1N1) viruslarining ikkalasini ham beqarorlashtirish mumkinligini koʻrsatdilar. Bu jarayon virus qobigʻining buzilishi, zarrachalarning fragmentlanishi va bu viruslarning hujayralarni infeksiya qilish qobiliyatining kamayishiga olib keldi.
Bu texnikalarni inson davolashida qoʻllash qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi, chunki koʻpgina in vitro yoki atrof-muhit dezinfeksiyasi usullari yuqori intensivlikni talab qiladi, bu esa ularni tirik toʻqimalar uchun mos kelmaydigan qiladi. Masalan, ultra-violet nurlanish viruslarni tezda inaktivatsiya qiladi, lekin u shuningdek toʻqima shikastlanishi yuqori xavfini tugʻdiradi, shu kabi boshqa turdagi ionlashtirilmagan nurlanishlar.
Boshlangʻich sinovlarda olimlar ultra-toʻlqinlarga ekspozitsiya namunalarning harorati yoki pH qiymatlarida sezilarli oʻzgarishlar kuzatilmagan holda samarali ekanligini qayd etdilar. Bu virusni faqat jismoniy yoʻq qilish strategiyasiga yoʻl ochadi, bu kimyoviy moddalarga yoki yuqori dozadagi nurlanishga tayanmasdan, zarrachalarning shakli kabi mexanik xususiyatlaridan foydalanadi.
Koʻp fanli jamoa fizika, virologiya va materiallarni xarakterizatsiya qilish boʻyicha mutaxassislarni oʻz ichiga oladi. Aʼzolar orasida USPning São Carlosdagi Fizika instituti professori Odemir M. Bruno, Unespning Presidente Prudente kampusi boʻyicha Fan va Texnologiya fakulteti professori Carlos José Leopoldo Constantino va postdoktorant Gilia Cristine Marques Ruiz mavjud.
Tadqiqot Covid-19 pandemiyasi davrida boshlandi, chunki Bruno guruhining virusni aniqlash uchun sensorlar ishlab chiqardi. Aynan shu davrda virus zarrachalari maʼlum akustik toʻlqinlar bilan rezonansga kirishi mumkinligini koʻrsatuvchi nazariy model paydo boʻldi, bu esa tadqiqotni 2021-yildan boshlab ilgari surdi.
Asosiy tushuncha rezonansdir. Tovush toʻlqinining mos chastotada tebranishga qodir obyektga duch kelganda, uzatiladigan energiya toʻplanishi va tebranishni kuchaytirishi mumkin, bu esa obyektning qulab ketishiga olib kelishi mumkin. Bruno buni kristal stakanga violin bilan urish bilan solishtirib tushuntiradi, taʼkidlashicha, ultra-toʻlqin yondashuvi yumshoq va uygʻun strategiyadan foydalanadi.
Virusning sferik shakli juda muhim, chunki u tebranishning butun tuzilish boʻylab bir tekis tarqalishiga imkon beradi, rezonans effektini optimallashtiradi. Zarrachaning tabiiy tebranish chastotasiga yaqinlashganda, ultra-toʻlqin energiyani yanada samaraliroq uzatadi, virus qobigʻida takroriy deformatsiyalarni hosil qiladi. Agar tebranish yetarli darajada kuchli boʻlsa, mexanik kuchlanishlar tuzilish mustahkamligini ortiqcha bosib oʻtib, deformatsiyalar, buzilishlar va zarrachaning fragmentlanishiga olib keladi.
Bu morfologik oʻzgarish virusning inaktivatsiyasiga olib keladi, bu esa uning koʻpayish va infeksiya qilish qobiliyatini yoʻqotishiga sabab boʻladi. Jamoa diagnostika tasvirni olish uskunalari yordamida 3 dan 20 megahertz (MHz) oraligʻidagi yuqori chastotali ultra-toʻlqinlardan foydalandi. Muayyan sinovda, tuzilish oʻzgarishlarini tahlil qilish uchun 7,5 MHz besh daqiqa davomida qoʻllanildi.
Qizib ketish yoki kimyoviy oʻzgarishlarni istisno qilish uchun olimlar harorat va pH ni kuzatib borishdi va ular rezonans sharoitida barqaror qolganini aniqladilar. Bu maʼlumot muhimdir, chunki u oʻrganilayotgan mexanizmni pastroq chastotalardagi (kilohertz) ultra-toʻlqinlarning kavitatsiyasi hodisasidan ajratib turadi, bu esa faqat antiseptika uchun foydali, ammo terapiya uchun emas.
Bruno foydalanilgan ultra-toʻlqinni homiladorlik oldi tekshiruvlaridagi ultra-toʻlqin bilan solishtirib, uni zararli boʻlmagan deb taʼriflaydi. Biroq, u terapevtik qoʻllash hali ham tirik organizmlar ustida sinovlardan oldin hodisani yanada oʻrganish va tushunishni talab qilishini taʼkidlaydi.
Skanning elektron mikroskopiya va atom kuchlari mikroskopiyasi kabi texnikalar SARS-CoV-2 yuzasida oʻzgarishlarni oshkor qildi: sferik zarrachalar notoʻgʻri konturlarga, kichikroq diametrga va qobiq buzilishlariga ega boʻldi. Oʻrtacha diametrda ham kamayish kuzatildi; SARS-CoV-2 ning davolanmagan namunalari taxminan 107 nanometr boʻlsa, ultra-toʻlqindan soʻng kichikroq komponentlar paydo boʻldi.
H1N1 holatida taʼsir yanada keskinroq boʻldi, tahlil qilingan hajmdagi zarrachalarning belgisi aniqlanmadi. Bu nuqtada Presidente Prudentedagi Unesp hamkorligi nanometr zarrachalarni xarakterizatsiya qilishda muhim boʻldi, ular anʼanaviy optik mikroskopiya bilan kuzatish qiyin. Gilia jamoa suyuqlikdagi tarqalgan zarrachalarning oʻrtacha oʻlchamini ularning tarqalgan yorugʻlikning tebranishini tahlil qilish orqali oʻlchaydigan Dynamic Light Scattering (DLS) texnikasidan foydalanganini tushuntirdi. DLS SARS-CoV-2 ning fragmentlanishini va H1N1 ning yoʻqligini tasdiqlab, virus namunalari oʻlchamlarini ultra-toʻlqinga ekspozitsiyadan oldin va keyin oʻlchashga imkon berdi.
DLS ni haqiqiy virus namunalari uchun moslashtirish uskuna optimallashtirishni, algoritmlarni sozlashni va erituvchi hamda muzlash kabi omillarga eʼtibor berishni talab qildi.
Jismoniy yoʻq qilishdan tashqari, olimlar biologik taʼsirlarni baholashdi. Davolangan va davolanmagan SARS-CoV-2 namunalari Vero E6 hujayralarini infektsiya qilish uchun ishlatildi. 24 soatdan soʻng, virus koʻpayishini tahlil qilish ultra-toʻlqinga ekspozitsiyadan soʻng infeksiya kamayishini koʻrsatdi, eng kuchli taʼsir 7,5 MHz yaqinida kuzatildi.
Tadqiqot Gamma va Delta variantlarini ham oʻz ichiga oldi. Ultra-toʻlqin bu variantlarning infektivligini kamaytirgan boʻlsa-da, ular yuqori chidamlilikni namoyish etdi va samaradorlik foydalanilgan chastota va uskuna qarab farqlandi.
Bruno ideal rezonans chastotasi virusning jismoniy xususiyatlariga (oʻlcham, geometriya va mexanik xususiyatlar) bogʻliq boʻlishi mumkin, uning genetik ketma-ketligiga bevosita bogʻliq emasligini taʼkidlaydi. U boshida sferik viruslar muayyan chastota diapazonlariga javob berishi mumkin, bu molekulyar mutatsiyalarga kamroq bogʻliq yoʻlni ochadi deb taʼkidlaydi.
Biroq, Gamma va Delta variantlarida kuzatilgan farqlar shuni koʻrsatadiki, qattiqlik, qobiq qalinligi va viskoelastik xususiyatlar kabi jismoniy xususiyatlar tebranish modlarini va, natijada, rezonans samaradorligini oʻzgartirishi mumkin.