冠状病毒的结构是一个再熟悉不过的形象,其密集的表面受体类似一个棘手的皇冠。这些特殊蛋白质闩上健康细胞,引发病毒RNA的入侵。感染病毒的几何和策略通常理解,对其物理完整性。

一项新研究表明:在麻省理工学院机械工程系表明冠状病毒可能容易受到超声波振动,在频率用于医学诊断成像。

通过计算机模拟,团队建模的病毒的机械响应一系列超声振动频率。他们发现振动25和100兆赫之间引发了病毒的外壳和峰值崩溃,开始破裂在一毫秒的一小部分。这种效应被认为在模拟病毒在空气和水。

结果是初步的,基于有限的数据对病毒的物理性质。然而,研究人员说他们的发现第一次暗示可能ultrasound-based治疗冠状病毒,包括新型SARS-CoV-2病毒。超声波可以如何管理,如何有效的将是破坏性的病毒在人体的复杂性,科学家们将不得不解决主要问题。

“我们已经证明,超声激励下冠状病毒壳和峰值将振动,振幅的振动将会非常大,生产菌株可能破坏病毒的某些部分,可见损坏外壳和RNA可能看不见损坏内部,”托马斯说Wierzbicki,麻省理工学院应用力学教授。“希望我们的论文将发起一个讨论在各种学科。”

团队的研究成果在线发表在固体的力学和物理学杂志》上。刘Wierzbicki合作者李魏,媒体,和6月朱镕基在麻省理工学院。

的外壳

Covid-19流行世界各地抓住,Wierzbicki看起来有助于病毒的科学认识。他的团队的关注是在固体和结构力学,研究材料的断裂在不同压力和紧张。这个角度看,他想知道可以了解该病毒的骨折的潜力。

Wierzbicki的团队开始模拟新型冠状病毒和它的机械振动反应。他们用简单的概念固体力学和物理学的病毒的构造几何和计算模型的结构,基于有限的科学文献中的信息,如显微图像的病毒的外壳和峰值。

从之前的研究中,科学家们已经绘制出了冠状病毒的一般结构——一个家庭年代艾滋病的病毒,流感,小说SARS-CoV-2应变。这个结构由一个光滑的脂质蛋白,和密集的特殊受体的凸壳。

对于这个几何,团队建模的病毒作为一个弹性薄壳覆盖着大约100弹性峰值。随着病毒的确切物理性质不确定,研究人员模拟这个简单的行为结构的一系列弹性壳和峰值。

“我们不知道的材料属性暴涨,因为他们是那么小,大约10纳米高,“Wierzbicki说。“即使里面有什么更多的未知病毒,这不是空的,而是充满了RNA,这本身就是一种蛋白质衣壳壳包围。这个建模需要大量的假设。”

“我们相信这种弹性模型是一个很好的起点,“Wierzbicki说。“问题是,什么是压力和紧张会导致病毒破裂?”

电晕的崩溃

要回答这个问题,研究人员介绍了声学振动模拟,观察振动波及到了病毒的结构通过一系列的超声波频率。

100兆赫的团队开始振动,或每秒振动1亿次,他们估计是壳牌的自然振动频率,基于已知的病毒的物理特性。

当他们接触病毒100 MHz超声作用,病毒的自然振动最初探测不到。但在一毫秒的一小部分外部振动,产生共鸣与病毒的频率自然振荡,导致了壳牌和峰值向内扣,类似于一个球,酒窝反射地面。

随着人员的增加幅度或强度、振动、壳断裂——一个声学现象称为共振,也解释了歌剧歌手如何破解一个葡萄酒杯如果他们在正确的音高和音量唱。在较低频率的25兆赫和50 MHz,病毒变形和断裂的更快,在模拟环境的空气,和类似的水密度液体在体内。

“这些范围内的频率和强度,安全用于医学成像,”Wierzbicki说。

完善和验证他们的模拟,团队正在与微生物学家在西班牙,谁正在使用原子力显微镜观察超声振动的影响类型只在猪身上发现的冠状病毒。如果可以实验证明超声损伤冠状病毒,包括SARS-CoV-2,如果这种损害会有治疗效果,超声波的团队设想,已用于分解肾结石和通过脂质体释放药物,可能被用来治疗和预防冠状病毒感染。研究人员还设想,微型超声波传感器,安装在手机和其他移动设备,可能是保护人们免受病毒的能力。

Wierzbicki强调,有很多需要做更多的研究来证实超声能否对冠状病毒是一种有效的治疗和预防策略。作为他的团队工作来改善现有的模拟新的实验数据,他计划为零的特定力学的小说,迅速变异SARS-CoV-2病毒。

“我们看一般的冠状病毒家族,现在专门考察Covid-19的形态和几何,”Wierzbicki说。“可能是可能是伟大的在当前的紧急情况”。

参考:李Wierzbicki T, W,刘Y,朱j .受体对共振的影响和冠状病毒的暂态谐波振动。Mech J phy固体。2021;150:104369。doi: 10.1016 / j.jmps.2021.104369

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