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由冠状病毒引起的人类相关疾病严重影响到人类的健康与安宁。2003年春夏席卷全球,给中国带来沉重灾难的SARS就是冠状病毒的一种。所以与冠状病毒有关的各种研究也逐渐得到各界的重视。目前灭活病毒的研究大都只限于体外的病毒灭活,如放射线等,但其不能直接施加于活体生物。本文从病毒的质量和形态等物理参数上下手,采用“物理场”即通过特定频率和特定功率的电场,直接作用于活体生物上,有选择的使冠状病毒产生最大介电松弛吸收,来降低病毒活性,将具有很大的现实意义,可以用于冠状病毒引发的疾病的辅助治疗。为了安全起见,我们主要对冠状病毒的代表种鸡传染性支气管炎病毒进行物理特性方面的研究,本研究主要集中在冠状病毒在电场下的介电行为及其灭活现象。
介电谱方法能在相当宽的频率范围研究物质的弛豫过程,新兴的用于测试生物电介质的介电谱分析测试是分析生物微观信息的有力工具。能够提供被测的分子级微观水平上的结构和特性。测量介电谱时所用的电极包括二电极系统和三电极系统,采用与标准液比较的方法来换算液体介质的介电常数,给出实验数据的修正及处理方法。研究了经脉冲电场处理的蛋白质水溶液的介电谱及处理前后的比较。通过对介电常数以及损耗的分析,得出脉冲电场使蛋白质变性的结论。根据球壳介电模型,分析了病毒在培养液中的介电特性。应用阻抗分析仪测定病毒在培养液中,体系的介电谱,并通过复合介质介电模型扣除了测试中器皿、培养液等因素的影响。
用冠状病毒的介电松弛吸收峰峰值频率的交变电场作用于病毒,通过半数鸡胚感染剂量滴定实验E以。测定病毒活性与所加电场强度的关系是电场强度对病毒的灭活效果呈现出窗口效应。研制用于灭活冠状病毒的特定频率的电场发生装置,电场分布电极,给出电极的修正方法。分析了串联复合介质在低频和高频下的电场分布,频率太高或太低,实验结果会被其它因素所淹没。分析了电场作用时间、不同频率电场对病毒的灭活效果呈现窗口效应。分析了周期矩形脉冲电场对病毒灭活效果的影响,通过傅立叶展开方法对电场进行了解析,并分析了各个频率分量、脉冲幅值、脉冲宽度、脉冲上升沿陡度以及重复周期等因素对病毒的灭活效果有窗口效应。
采用与离体实验等强度等频率的电场对活体鸡处理。通过对鸡的肺、气管和支气管的病理组织切片的光学显微镜照片行了量化和统计学处理,并给出了统计学上的结果表明经电场处理过的感染了鸡传染性支气管炎病毒的鸡的肺、气管和支气管及其间质的炎症反应有减轻的趋势。
根据实验结果,建立包含周围组织在内的病毒在电场作用下的物理模型,根据病毒及组织液的介电常数、电导率、损耗、极化强度和偶极矩等参数,计算病毒在电场中所受电场力作用的大小;根据病毒的尺度、质量和弹性模量等物理参数,计算病毒的转动惯量;根据周围组织的粘度、正压力等流变参数,计算病毒在取向极化转动或摆动中所受阻力大小;根据松弛极化平衡条件,病毒所受电场的驱动力与所受阻力平衡时,计算病毒的转动或摆动频率;建立病毒颗粒作为偶极子在电场作用下的介电行为的数学模型及其微分方程。计算结果表明电场强度和频率对病毒的运动状态的影响呈现窗口效应,与实验结果吻合较好。
本文首次提出将病毒粒子看作为一个大偶极子,构建了病毒在电场作用下的转动或摆动的物理模型,在电磁非热生物效应中提出了一个新的灭活病毒的物理模型,该模型可以为灭活其它病毒如SARS病毒或HIV毒提供参考。