Повърхности и методи за дезинфекция

Резюме

Вирусните епидемии се развиват благодарение на появата на нови варианти инфекциозни вируси. Липсата на ефективни антивирусни лечения за нови вирусни инфекции, съчетано с бързото разпространение на инфекцията в общността, често води до огромни човешки и финансови загуби. Вирусна трансмисия може да се осъществи чрез близък контакт от човек на човек или чрез контакт с контаминирани повърхности. Следователно внимателната дезинфекция е от съществено значение за намаляване на разпространението на вируса. Има множество дезинфектанти/дезинфекциращи агенти/биоцидни агенти, които могат да инактивират вирусите. Тяхната ефективност зависи от много фактори като концентрация на веществото, време на действие, температура и органично натоварване. Напредъкът в нанотехнологиите е от голямо значение за инактивирането на вируси и за контрола на епидемията от COVID-19.

Ключови думи/фрази: дезинфекция, нанотехнология, COVID-19

1. Въведение

Вирусните инфекции и тяхното разпространение исторически са представлявали сериозна заплаха за човешкото здраве и благосъстояние и водели до големи социалноикономически проблеми. Преди век, през 1918 г., пандемията от „испански грип“ предизвика световна катастрофа с повече от 50 милиона смъртни случая и 500 милиона инфектирани [33]. При Либерия- една от страните, най-тежко засегнати от епидемията от Ебола в западна Африка през 2014 г., растежът на брутния вътрешен продукт (БВП) намаля от 8,7% през 2013 г. до 0,7% през 2014 г. [66]. Заплахата от глобална вирусна пандемия може да доведе до по-големи катастрофи от досега записаните в човешката история, тъй като вирусите могат да се разпространяват по целия свят с безпрецедентни темпове поради по-лесните глобални връзки и транспорт, както и поради лесната и интензивна човешка мобилност днес. Днес виждаме, че подобна пандемия несъмнено доведе до по-катастрофални резултати [7]. Новият коронавирус, който причинява заболяването COVID-19 (SARS-CoV-2 или по-рано HCoV-19), съобщен за първи път в Китай в края на 2019 г., доведе до повече от приблизително шест милиона смъртни случая към момента на написване на тази статия. Пандемията все още не е приключила и всеки ден се съобщава за нови заразени и нови смъртни случаи. Докато правителствата и държавите могат да повлияят на честотата и обхвата на огнищата [2], хората играят роля в ограничаване на разпространението на вируси в обществени и здравни заведения [47]. Предаването от човек на човек на обикновените грипни вируси и коронавирусите може да възникне чрез самоинокулиране на мукозни мембрани в носа, устата или очите чрез докосване на контаминирани сухи повърхности, както и с телесни течности съдържащи вируси [37]. В зависимост от вида на повърхността и условията на околната среда, вирусите могат да останат върху небиологични повърхности от 5 минути до повече от 28 дни [22]. Използването на дезинфектанти за лична хигиена и дезинфекцията на повърхности е от голямо значение за лимитиране на вирусната трансмисия чрез инактивиране на вирусите, преди те да имат шанса да влязат в човешкото тяло.

Тази глава предоставя информация за различните видове дезинфектанти, налични в търговската мрежа, с научно доказани вирицидни свойства, инактивиращи вируси в разтвори или върху повърхности. Предоставена е и информация относно използването на нанотехнологични материали за антивирусна дезинфекция- една от обещаващите нови разработки, за която е доказано, че инактивира вируси, но все още не е широко използвана на пазара.

2. Дезинфектанти с антивирусни свойства и основни принципи на действие

2.1. Вируси и инфекциозност

Вирусите обикновено са изградени от вирусен капсид, съдържащ нуклеинови киселини (Фиг.1). Нуклеиновата киселина играе роля на матрица за репликацията, докато капсида и асоциираните с него белтъци служат за предпазване на нуклеиновата киселина и за свързване към рецептори на клетката гостоприемник [29].

Фигура 1. Различни типове вируси.

Вирусите не могат да се размножават и увеличават броя си извън клетката гостоприемник. Въпреки това те могат да оцелеят дълго време в това състояние [67]. При среща с подходяща клетка гостоприемник, те я инфектират. Навлизат в клетката и използват клетъчните механизми за собствената си репликация (Фиг.2). Вирусите могат да инфектират клетки, включително бактериални, и могат да предизвикат редица заболявания. Тази ситуация се влошава при липса на ефективно лечение срещу много от вирусите.

Коронавирусите са едноверижни РНК вируси със суперкапсиди. Това означава, че техния генетичен материал се състои от една РНК верига и всяка вирусна частица е опакована в белтъчен суперкапсид (Фиг. 3). Всички вируси по същество следват един и същ път при заразяване на техните гостоприемници. Навлязъл в клетката, вирусът се самореплицира, използвайки някои от клетъчните компоненти. След това вирусните копия заразяват други клетки. РНК вирусите обаче имат една особеност. Тези вируси не могат да коригират грешки, възникващи по време на репликация на РНК, тъй като нямат механизмите за поправка на грешки, които клетките обикновено използват при реплициране на ДНК.

Фигура 2. Четирите етапа на вирусната инфекция в клетъчен модел.

Сред РНК вирусите, коронавирусите са групата вируси с най-дълъг геном- с 30 000 бази. При тези патогени, които нямат способността да коригират грешки по време на репликация, се увеличава вероятността за допускане на грешка, тъй като количеството азотни бази, което се реплицират, също се увеличава. Следователно всяка грешка води до нова мутация. Някои от тези мутации могат да придадат нови свойства на вируса, като например способността да заразява нови клетъчни типове или дори нови щамове. Коронавирусът се състои от четири структурни белтъка: нуклеокапсид, суперкапсид, мембрана и пръчковидни издатини (шипчета). Тъй като тези издатини се наричат „corona“, което на латински означава корона, тези вируси са наречени коронавируси. Нуклеокапсидът съдържа генетичния материал. Той е обграден от сферична структура, формирана от белтъци на суперкапсида и мембраната. Шипчестите издатини идентифицират клетките, които вирусът може да зарази. Чрез тях вирусът се прикрепят към клетъчните рецептори.

Повърхностите, включително нашите ръце, играят важна роля в разпространението на вируси. Вируси като полиовирусите и бактериофагите показват много по-висока преживяемост, когато биват пренесени чрез директен контакт върху повърхности, за разлика от вируси, съдържащи аерозолни капчици или прах. Само 5 секунди контакт с ръка и лице са достатъчни, за да бъде прехвърлена значителна част от вируса, след което вирусите могат да се разпространят чрез докосване на носната лигавица или конюнктивата на окото. Вероятността за разпространение е пряко свързана с времето за оцеляване на вируса върху повърхността, което се различава значително между различните вируси. Съвсем скорошно проучване съобщава, че Covid-19 коронавирусът (SARS-CoV-2) може да се задържи най-дълго върху пропиленови пластмасови повърхности и неръждаема стомана, а активни вируси присъстват до 72 часа след първоначалното приложение, макар и със силно намален вирусен титър [60].

Фигура 3: Илюстрация на SARS-CoV-2 вирус

2.2. Фактори, повлияващи дезинфектантната активност

Основна мярка за ефективността на дезинфектанта е намаляването на вирусната инфекциозност. Измерването на инфекциозността на вируса обикновено се извършва чрез анализи с вирусни носители и суспензионни анализи. Основните параметри, влияещи върху ефективността на дезинфектантите срещу вируси, включват време за контакт и концентрация на дезинфектанта и вируса.

Освен това ефективността на дезинфекцията може да бъде повлияна и от фактори на околната среда. Ако дезинфекцията изисква протичане на определена химична реакция, както например при формалдехида, скоростта на дезинфекция ще бъде по-висока при по-високи температури. В студено време някои дезинфектанти могат да бъдат неефективни, тъй като нивото на дезинфекция ще бъде изключително ниско. Влажността е друг фактор, който може да повлияе на проникването на дезинфектанта във вируса. За реакции като тези при алдехидните дезинфектанти, промяната в pH също може да повлияе ефективността на дезинфектанта.

2.3. Фактори, повлияващи вирусната чувствителност

Вирусите, които биват инактивирани чрез процес на дезинфекция, имат определени уникални свойства. Разграничават се три основни типа вируси с различни структури. Те биват класифицирани по нарастваща трудност на химична инактивация: вируси със суперкапсид, големи вируси без суперкапсид и малки вируси без суперкапсид. Въпреки че има изключения, по-големите вируси обикновено са по-чувствителни към дезинфектанти [32]. Всички тествани дезинфекционни разтвори са ефективни срещу вирусите със суперкапсид- Herpes Simplex и вируса на човешката имунна недостатъчност (HIV) тип 1. Те биват по-малко ефективни срещу малкия вирус без суперкапсид- човешки коксаки вирус. Вирусите със суперкапсид съдържат липидна обвивка, която е от съществено значение за инфекцията. Ако тази обвивката бъде разрушена, това може потенциално да намали вирусното разпространение. За инактивиране на вируси със суперкапсид могат да бъдат използвани липофилни дезинфектанти. Обратно, вируси без суперкапсид използват белтъчна обвивка за осъществяване на инфекция и по този начин инактивирането често изисква денатуриране на вирусни капсидни белтъци или на есенциални репликативни белтъци [36]. Дезинфектанти, разграждащи белтъци, като глутаралдехид или натриев хипохлорит, са ефективни при инактивиране на вируси без суперкасид [32]. Проучвания на базата на електронна микроскопия показват значително структурно разрушаване на фага, включително натриев хипохлорит, инактивиращ бактериофаг PAO1 и увреждащ капсидните белтъци. Въпреки това, тъй като вируси като полиомиелитния вирус поддържат инфекциозност дори само с РНК, дезинфектантът трябва да навлезе, за да унищожи нуклеиновите киселини [32]. Докато грипният вирус със суперкапсид H1N1 може да бъде инактивиран от всички тествани дезинфектанти [16], малките норовируси без суперкасид са много по-трудни за инактивиране и някои често срещани дезинфектанти не могат да намалят потенциала им за осъществяване на инфекция [56].

Вирусите могат да бъдат устойчиви на дезинфекция и поради клетъчните компоненти, с които са свързани. Обикновено вирусите са зависими от клетките гостоприемници, за да се реплицират. Поради това, те често биват свързани с други компоненти като клетъчни остатъци, почва и аерозолни капки. Това са така наречените вирусни агрегационни защитни фактори и могат както да намалят възможността за навлизане на дезинфектанта във вируса, така и да намалят взаимодействието и активността на дезинфектантните съставки. Тези фактори имат голям ефект върху действието на дезинфектантите и поради това е необходима много по-висока концентрация на дезинфектанта за ефективна дезинфекция. Дезинфекцията е свързана и зависима от процесите на почистване, тъй като първичното отстраняване на органичната материя може да допринесе за осъществяване по-добър дезинфекционен процес [14]. В допълнение, вирусите могат да се натрупват в околната среда, което затруднява навлизането и достигането на дезинфектанти до вирусите [15].

Известно е, че COVID-19 е изключително заразно заболяване и може да има много начини за неговото разпространение. Скорошни проучвания показват, че SARS-CoV-2 се разпространява основно чрез микрокапки, разпространявани от човек на човек или чрез докосване на контаминирани повърхности (Фиг. 4) [58]. Известно е, че SARS-CoV-2 има способността да остане в аерозолна форма за повече от 3 часа. Установено е и, че в зависимост от повърхността, човешкия корона вирус може да персистира до 9 дни и при температури над 30 °C. В този контекст, използването на лични предпазни средства (ЛПС) и дезинфектанти е изключително важно. Световната Здравна Организация (СЗО) препоръчва употребата на физични и химични фактори за намаляване на контаминацията чрез дезинфекция на повърхности, особено на често докосвани повърхности като дръжки на врати, маси, столове, парапети и ключове, както и употребата на маски и грижа за личната хигиена. В литературата са описани различни дезинфекциращи агенти, като например натриев хипохлорит, водороден пероксид, алкохоли, сапуни/повърхностноактивни вещества и др. [31].

Фигура 4. Примери за разпространение на вируси чрез повърхности.

3. Комерсиално достъпни вируцидни дезинфекциращи агенти

3.1. Алкохоли

Алкохолите, и по-конкретно изопропиловия алкохол (също известен като изопропанол и пропан-2-ол) и етиловия алкохол (етанол), могат да инактивират широк спектър бактерии, гъби и вируси (Фиг. 5-6). Тези активни съставки играят важна роля в здравните заведения за кожна антисептка и дезинфекция на малки медицински инструменти. Въпреки, че са доказани като ефективни в унищожаването на инфекциозни микроорганизми, алкохолите нямат спороцидни свойства [44] и често биват комбинирани с други основни биоцидно активни вещества за повишаване на ефикасността на дезинфекцията.

Силните биоцидни агенти унищожават вируси и бактерии по различни механизми, например като унищожават клетъчната структура и коагулират и/или денатурират белтъците от които са изградени микроорганизмите. Въпреки, че не са осъществени много проучвания за пълното разбиране на биоцидната активност на алкохола, като цяло е прието, че алкохолите разрушават клетъчните мембрани и денатурират белтъците [4]. Вирусите и много други микроорганизми обикновено са чувствителни на този начин на действие на алкохолите. Проучвания показват, че инкорпорирането на вода в биоцидни системи увеличава ефективността на алкохола, тъй като водата улеснява по-бързото денатуриране на белтъците[44]. Още повече, добавянето на вода значително увеличава ефективността на алкохолите като забавя тяхното изпарение и по този начин увеличава влиянието на алкохолите към вируси и бактерии.

Въпреки това вируцидната активност на алкохола е силно зависима от концентрацията на активни вещества и типа на тест вирусите. Ефективността на алкохолите за инактивиране на вируси зависи от голяма степен от повърхностните свойства на микроорганизма. Общоизвестно е, че вирусите без суперкапсид са по-устойчиви на дезинфектанти, включително алкохоли, отколкото вирусите със суперкапсид.

Докато алкохолите показват ефективност при унищожаването на някои видове вируси, други дезинфектанти като четвъртични амониеви съединения (ЧАС), глутаралдехид и водороден пероксид надминават ефективността им [44]. Поради тази причина дезинфектанти, чиито основни активни съставки са алкохолите, обикновено не се използват за дезинфекция на оборудване, влизащо в контакт с васкуларната система или стерилни тъкани, както и за дезинфекция на околна среда която изисква пълна стерилност в здравните заведения [44]. Използването на изопропилов алкохол също е ограничено, тъй като той инактивира само липидните вируси. Това значително намалява възможностите за по-широко приложение на алкохола като дезинфектант. Тъй като алкохолите са запалими течности, големи количества алкохол увеличават риска и опасността за употреба на тези вещества като дезинфектанти. Точката на възпламеняване на алкохолен разтвор с по-висока концентрация е по-ниска от тази на алкохолен разтвор с по-ниската концентрация [4]. В допълнение, продължителната и повтаряща се употреба на алкохол компрометира целостта на материали като пластмаси и бои. Материалите, които са постоянно изложени на алкохол, могат да претърпят промяна в цвета, да се напукат и подуят поради въздействието на алкохола. Друго предизвикателство при употребата на алкохол е, че той се изпарява бързо при досег с въздуха. По този начин се намалява времето за контакт на алкохола с вируса. Максималната дезинфекция е трудна за постигане, освен ако инструментите не са били потопени във вана с алкохол за известно време.

Фигура 5. Фактори, повлияващи ефективността на дезинфектанти за ръце на алкохолна основа срещу SARS-CoV-2

Въпреки че възможностите на алкохолите са ограничени, те все още се използват широко в различни процедури за активна дезинфекция. Задължително е да се отбележи, че ролята на алкохола като дезинфектант наред с останалите му свойства е все още незаменима. Алкохолите често се използват в болници като ефективен дезинфектант за термометри, инструменти, които контактуват с интактна кожна повърхност и неинвазивни сонди [44]. Повърхностите на медицински инструменти за многократна употреба, които не изискват пълна стерилност, също се дезинфекцират със спирт. Друго предимство на използването на алкохола като дезинфектант е, че той е лесен за употреба. Алкохолните разтвори не оцветяват, изпаряват се бързо, имат ниска токсичност в сравнение с други дезинфектанти и имат мека, приемлива миризма. Тези функции са от решаващо значение в здравните заведения, тъй като те допринасят за ефективността и необходимата дезинфекция на системата.

Фигура 6. Антивирусен механизъм на действие на алкохоли срещу вируси със суперкапсид.

3.2. Сърфактанти

Сърфактантите са амфифилни съединения, които имат както хидрофилна, така и липофилна част. Те биват допълнително класифицирани като катионни, анионни, нейонни и цвитерйонни сърфактанти. Често се срещат като активни съставки в домакинските дезинфектанти и перилни препарати и доказано могат да инактивират вирусите. Вирусите със суперкапсид, като семейството на коронавирусите, което включва SARS-CoV-1, MERS и новия вирус SARS-CoV-2, са податливи на тези съединения. Въпреки това, някои сърфактанти не разчитат на разтварянето на вирусната липидна обвивка за инактивиране на вируса.

3.2.1. Катионни сърфактанти (Четвъртични амониеви съединения)

Четвъртичните амониеви съединения (ЧАС) формират по-голямата част от катионните сърфактанти. Те инактивират вирусите най-вече чрез разтваряне и разрушаване на техния липиден суперкапсид или мембрана. Разработки съобщават, че те запазват вируцидната си активност по-добре в твърда вода, както и в присъствието на анионни остатъци [38]. ЧАС са предпочитани за употреба, защото са относително нетоксични, безцветни и без мирис [19]. Те са добре известни с това, че инактивират вируси със суперкапсид, но тяхната вируцидна активност e зависима от концентрацията, времето на експозиция и температурата. Най-ефективна дезинфекция със сърфактанти, на основата на ЧАС, се постига в комбинация с топла вода и по-дълго време на действие на сърфактанта [30]. Едно от предимствата на дезинфектанти на основата на ЧАС е тяхната относително висока толерантност към наличието на странична органична контаминация. Това е така, защото способността им да инактивират вирусите обикновено не намалява от наличието на органична материя, както се наблюдава при други дезинфектанти като алкохола и хлорните дезинфектанти.

3.2.2. Анионни сърфактанти

Често срещани анионни сърфактанти, използвани в ежедневието, са продукти като сапуни, шампоани, паста за зъби и детергенти [49].

3.2.3. Нейонни и цвитерйонни сарфактанти

Нейонните сарфактанти са най-често използвани като емулгатори. Тези нейонни сарфактанти инактивират вирусите чрез разтваряне на вирусния суперкапсид и разрушаване на нуклеокапсида. Цвитерйонните сарфактанти са молекули, които носят както катионни, така и анионни заряди, но обикновено цялата молекула е неутрално заредена [63]. Механизмът на дезинфекция с цвитерйонен детергент се осъществява чрез вирусно разграждане, а не чрез разтваряне на повърхностните белтъци [8]. Чрез тази си способност те инактивират вирусите, но запазват биологичната активност на повърхностните антигени. Това позволява използването на цвитерйонни детергенти при разработването на ваксини.

3.3. Окислители

Дезинфектанти като натриев хипохлорит, водороден пероксид и пероцетна киселина използват окислителните си свойства, за инактивиране на вирусите. Силните окислители са сред най-ефективните дезинфектанти срещу трудните за инактивиране малки вируси без суперкапсид, като норовирусите [17].

3.3.1. Натриев хипохлорит

Натриевият хипохлорит, активната съставка в белината, е мощен окислител. Разтворена във вода, тя образува хипохлорна киселина, която се редуцирана до вода и хлориден анион [13]. Ефективността на дезинфекцията намалява с повишаване на pH, вероятно поради намаляване на количеството присъстваща хипохлорна киселина [3]. Натриевият хипохлорит действа бързо и е ефективен при ниски концентрации. Установено е, че ефектът му е пропорционален на концентрацията и времето на контакт. Натриевият хипохлорит може да се използва за трудни за инактивация вируси без суперкапсид, като норовирусите.

3.3.2. Натриев дихлороизоцианурат

В сравнение с натриевия хипохлорит, натриевият дихлороизоцианурат има по-дълготрайна дезинфекционна активност, по-толерантен е към присъствието на органична материя и има по-добра обща дезинфекционна ефективност.

3.3.3. Водороден пероксид

Водородният пероксид е мощно широкоспектърно инактивиращо сиединение. При разпадане образува вода, кислород и силно реактивоспособни хидроксилни свободни радикали, които могат да разградят или свържат голямо разнообразие от биомолекули, включително белтъци, нуклеинови киселини и липиди. Водородният пероксид също е ефективен срещу норовируси, въпреки че обикновено изисква по-висока концентрация от натриевия хипохлорит.

3.4. Пероцетна киселина

Пероцетната киселина се разпада по подобен на водородния пероксид начин, за да образува силно реактивоспособни свободни хидроксилни радикали, както и оцетна киселина и кислород [42]. Предлаганата на пазара пероцетна киселина е разработена с цел осигуряване на по-голяма молекулна стабилност и може да бъде разтворена на място, за да формира дезинфектантният разтвор.

3.5. Халогенирани съединения

3.5.1. Повидон-йод

Повидон-йод е широкоспектърно вируцидно средство. Използва се в клиничната практика като стерилизиращ агент, в хирургически тампони, за почистване на кожата на ръцете и предмишниците преди и след операция, както и в продукти за ежедневна употреба като антисептични продукти за измиване на ръце, вода за уста, както и вода за уста, съдържаща по-ниски концентрации на йодофор [12]. Не е подходящ за използване със силиконови продукти като например силиконови катетри, тъй като йодът може да причини по-бързо разграждане на материала. Въпреки че като цяло е по-безопасен и по-ефективен при инактивирането на вируси от много други антисептични средства, при продължителна употреба повидон-йодът може да причини дисфункция на щитовидната жлеза [27] и алергичен контактен дерматит, изискващи внимателен медицински мониторинг [61]. Механизмът на широката вируцидна активност на повидон йод все още не е напълно изяснен. Много вероятно е той да действа по повече от един механизъм. Това намалява вероятността за появата на резистентност, в следствие от случайни вирусни мутации. Има доказателства, че йодът може да блокира рецепторите на вируса, отговорни за свързването към повърхността на клетката гостоприемник [50]. Йодът може и да предотврати разпространението на вируса в други неинфектирани клетки чрез инхибиране на активността на вирусни ензими (напр. невраминидаза), необходими за освобождаването на вируса от клетките гостоприемници [12]. Предполага се, че при вирусите със суперкапсид вирусната мембрана може да бъде дестабилизирана от взаимодействието на йода с мембранни мастни киселини с ненаситени C=C връзки.

3.5.2. Хлорхексидин диглюконат

Хлорхексидинът е широкоспектърен катионен биоцид, открит в много антисептични продукти. Среща се като активна съставка в препарати за измиване на ръце, води за уста, орални гелове, дезинфектанти и консерванти. Хлорхексидинът обикновено не предизвиква дразнене на кожата, задържа се добре върху нея и има бърза бактерицидна активност. Въпреки това, неговата активност е силно зависима от състава. При наличието на анионни сърфактанти, фосфолипиди, органични вещества, включително серум, може да се наблюдава намалена активност. Активността му е зависима и от pH. В сравнение с бактериите, неговата вируцидна активност е по-променлива от повидон-йод. Той е значително по-слабо активен и по-бавно действащ. Като цяло хлорхексидинът е неефективен срещу вируси без суперкапсид (полиомиелитен вирус и аденовируси), но показва променлив потенциал за инактивиране на вируси с суперкапсид.

3.5.3. Хлороксиленол

Хлороксиленолът е халогениран фенолен антисептик. Бива широко използван в дезинфектанти в домакинството, за почистване на рани и за дезинфекция на хирургическо оборудване. Той е най-ефективен срещу бактерии, но има и променлива вируцидна активност. За неговия механизъм на действие срещу вируси и бактерии се знае изненадващо малко, въпреки широката му търговска употреба от дълго време. Обикновено хлороксиленолът е безопасен за външна употреба при хора, но има случаи при които се съобщава, че причинява контактен дерматит и контактна депигментация [62].

3.6. Алдехиди

3.6.1. Формалдехид

Формалдехидът е най-простият алдехид и е изключително силен дезинфектант с много добри свойства за вирусно инактивиране. Обикновено продаван като воден разтвор, наречен формалин, той се използва за инактивиране на вируси при производството на ваксини [35] и в научни изследвания [35]. Като дезинфектант от най-високо ниво, той може ефективно и бързо да инактивира много различни видове вируси, както в разтвор, така и върху повърхности. Той алкилира амино и сулфхидрилните групи на белтъците, както и амино групи в азотните бази на ДНК и РНК [23]. Въпреки това, високата му реактивоспособност го прави вреден за здравето на човека, тъй като причинява дразнене на откритите повърхности на тялото (напр. кожа и очи) [43], има мутагенни свойства и е предполагаем канцероген [52]. В резултат на това той подлежи на строги разпоредби по отношение на използването му като дезинфектант и стерилизиращ агент в болници и здравни заведения, с изключение на употребата му в добре проветриви помещения. Поради тези причини не се използва като дезинфектант в домакинството.

3.6.2. Глутаралдехид

Подобно на формалдехида, глутаралдехидът (известен още като глутардиалдехид) е мощен широкоспектърен дезинфекциращ и стерилизиращ агент. Той е силно ефективен срещу много вируси след кратко време на действие. Въпреки че не се предполага, че е канцерогенен [54], известно е, че причинява дерматит в очите, носа и устата, както и дразнене на лигавиците. Поради тези причини не се използва като дезинфектант в домакинството. Като цяло инструменти от метал, каучук, пластмаса и такива използващи лещи са толерантни към глутаралдехид, но не се препоръчва употребата му за дезинфекция на повърхности които не изискват пълна стерилност, поради високата му цена.

3.6.3. Орто-фталалдехид (OPA)

Орто-фталалдехидът или 1,2-дикарбоксибензалдехидът е друг дезинфектант на високо ниво. Подобно на формалдехида и глутаралдехида, неговите вируцидни свойства са резултат от реакции, при които свързват белтъци и нуклеинови киселини. OPA няма силно доловима миризма и не дразни кожата, очите или носната лигавица [9]. В допълнение, неговата отлична съвместимост с материали [1] му позволява да се използва като дезинфектант в болниците при много случаи, като например при ендоскопи [45] и урологични инструменти. Въпреки това, OPA може да превърне контактната кожа в сива и поради това трябва да бъде изплакван с обилно количество вода или да се използва с лични предпазни средства (напр. ръкавици и предпазни очила). Поради тази причина той не се използва широко като дезинфектант в домакинството.

4. Нанотехнология

4.1. Наноматериали за повърхностна деконтаминация

Нанотехнологията предлага много възможности за развитието на по-ефективни и обещаващи дезинфекционни системи (Фиг. 7). Употребата на маркери, базирани на наночастици, може да подпомогне проучвания за вирусите и механизма на инфектиране на клетките гостоприемници. От базираните на нанотехнологиите проучвания, днес обикновено се разработват такива за повърхности със самопочистващи се свойства [39]. Тези системи могат да имат антимикробна активност или бавно да освобождават химически дезинфектанти, удължавайки продължителността на тяхното действие. Могат да допринесат и за въвеждането на допълнителни функции като реагиращи системи, които доставят активни вещества в отговор на различни стимули, като фототермални, електротермални, фотокаталитични и други [10]. Някои метални наночастици имат широк спектър на действие срещу вируси и други микроорганизми [11]. Rai и колеги [41] правят преглед на литературата за антибактериалния, противогъбичния и антивирусния потенциал на металните наночастици. Според резултатите от това проучване металните наночастици, особено сребърните, могат да се използват като мощно и широкоспектърно антивирусно средство със или без повърхностна модификация. Въпреки това, антивирусната активност на тези наночастици все още не е достатъчно добре проучена.

Днес нанотехнологиите представляват решение на много проблеми в приложенията на дезинфекцията. През последните няколко десетилетия, нанотехнологиите се доказаха като една обещаваща нова технология за синтезата на наноматериали. Това са частици с големина до 100 нанометра, които проявяват антимикробния си ефект благодарение на високото съотношение площ/обем и уникалните им химични и физични свойства. Много наноматериали, като металните наночастици и графените нанолистове, имат естествен антивирусен ефект благодарение на техните уникални физикохимични свойства [53]. Обикновено те действат по общ механизъм който включва директно взаимодействие със суперкапсидните или капсидни белтъци на вирусите. По този начин разрушават структурния интегритет и инхибират инфектирането. Някои наноматериали могат и да попречат на вирусната репликация в инфектирани клетки [20, 28, 18]. Необходими са допълнително разработки за употребата на нанотехнологиите като по-ефективни дезинфектанти, както и за постигането на самодезинфектиращи се повърхности, за да бъде увеличена ефективността на инфекциозен контрол и безопасност за здравето и околната среда.

Таблица 1 показва публикувани проучвания и патенти за различни системи, базирани на нанотехнология за приложение като дезинфектанти.

Фигура 7: Схематично представяне на SARS-CoV-2 инфекция и нанотехнологични средства за предотвратяване и контрол на COVID-19.

Вирусът навлиза в клетката чрез ангиотензин-превръщаш ензим 2 (ACE2) рецептор и използване на механизмите на клетката гостоприемник за възпроизвеждане и контаминиране на нови клетки. Нано-базираните материали могат да помогнат в: (1) подобряване на скороста и чувствителността за вирусна детекция; (2) да помогнат за разработването на по-безопасно и по-ефективно лечение и ваксини и (3) подобряване на безошпасността на здравните работници чрез разработването на нано-базирани лични предпазни средства (ЛПС).

Таблица 1. Статии и патенти в литературата за нано-базирани дезинфектанти.

Класификация	Система носител	Матрица
Статия	Нанофилм	Поливинилов алкохол (PVA) Полиолефин (POD) Натриев хлорит (NaClO2)
	Нанокомпозит	Силициев диоксид/Сребро
	Мезо-структуни наночастици	Електрически зареден дезинфектант (CAC-717)
	Наноструктура	Целулоза
	Нанокомпозит	Силициев диоксид/Сребро
	Наночастици	Титаниев диоксид
	Фотокаталитични наноструктурни филми	Титаниев диоксид Силикон
	Полийонни комплексни наночастици (PCNs)	Поли[3-(акриламидо) пропил] Триметиламониев хлорид (PAMPTMA)
	Биогенни наночастици	Желязо Сребро
Патенти	Полимерни наночастици	C1–C4 едновалентни алкохоли и различни липиди
		Поли (млечна-ко-гликолова киселина) (PLGA) есенциално масло
		Полиетиленамин (PEI) Полидиалилдиалкиламониева сол Поли(акриламид-ко-диалил-диалкиламониевхалид) хитозан
		Сулфонилалкилциклодекстрани
	Биогенни наночастици	Сребро
	Фотокаталитични системи	Волфрамов триоксид Паладий
		Винена киселина Титаниев изопропоксид (IV)
	Метални наночастици	Титаниев диоксид Лимонени екстракти
		Сребро
		Сребро Четвъртична амониева сол

4.2. Метални наночастици

Среброто и неговите соли имат дълга история на употреба като антисептик и дезинфектант. Техния широк спектър от биоцидни свойства e добре познат [21]. Сребърните наночастици са най-проучения антивирусен наноматриал. Доказано е, че наночастици със или без покритие могат да инхибират голямо разнообразие от вируси [40]. Вирусите трудно развиват резистентност към този тип на третиране. Това прави тези системи изключително привлекателни за употреба срещу вируси с висока честота на мутация. Установено е, че сребърните наночастици са ефективни както в блокиране на навлизането на вириони в клетката, така и в инхибиране на репликацията вътре в инфектираните клетки. Като цяло сребърните наночастици са ефективни биоциди в малки дози [55], но тяхната потенциална токсичност за хората все още е под въпрос [26]. Съвременните методи позволяват синтез на сребърни наночастици с добре дефинирани форми, размери и полидисперсност. Това са важни параметри, определящи тяхната крайна биоцидна активност, биологична съдба и токсичност [25].

Вируцидните свойства на сребърните наночастици все още не са проучени достатъчно, но първоначалните резултати са окуражаващи. Сребърните наночастици могат да инхибират вируси по редица механизми, включително чрез свързване и взаимодействие с вирусните повърхностни белтъци и чрез денатуриране на ензими чрез взаимодействие с амино, карбоксилни, имидазолни и сулфхидрилни групи [6].

Сребърните наночастици в продукти, се появяват все повече на пазара. Това включва дрехи, превръзки, мазила и материали за опаковката на храни. Техните биоцидни активности са резултат от бавно, продължително освобождаване на сребърни нанопродукти [6]. Въпреки това трябва да се отбележи, че както всички дезинфекциращи агенти споменати по-горе, вируцидната активност на сребърните наночастици се различава от вирус до вирус. Още повече, количеството, формата, размерите и типа на освобождаваните сребърни нанопродукти зависи от тяхното приложение в реалния свят. Всичко това влияе върху техните вируцидни свойства. Следователно, ефикасността на тези продукти срещу вируси в реална обстановка, както и тяхната токсичност за хората трябва да бъдат внимателно оценени и проучени.

Освен сребърните наночастици, златните наночастици (AuNPs) също са обещаващи вируцидни агенти. AuNPs с чеснов екстракт със среден размер от 6 nm показват вируцидна активност срещу морбилния вируса. Те се свързват с повърхностни вирусни рецептори и впоследствие предотвратяват свързване към клетката гостоприемник и предизвикване на инфекция [34]. Въпреки това, поради цената на златните химически прекурсори, дезинфектантите с AuNP са малко вероятно да станат евтини и широко достъпни в търговската мрежа.

През последните години използването на метални наноматериали за създаване на самодезинфекциращи се повърхности придоби значителен интерес поради дългосрочната персистентност на вируси върху контаминирани повърхности. Самодезинфекциращите се повърхности инактивират вирусите, които влизат в контакт с тях in situ, намалявайки възможността за вирусна трансмисия чрез контакт с контаминирани повърхности. В един дизайн самодезинфекциращата се повърхност е оформена с фотоактивни метални нанокристали, за които е необходим стимул от видимата светлина за вирусна инактивация. Тези повърхности, произведени от CuInZn4S6 (CIZS), могат да абсорбират видима светлина и да произвеждат активни окислители. Те могат да инактивират influenza А вируса чрез окисляване на аминокиселинни остатъци, представени в белтъците на вирусния суперкапсид (Фиг. 8). Въпреки че са силно вирусоцидни, практичността на системата е ограничена от присъствието на видима светлина, което е задължително условие, за да бъде гарантиран ефектът на самопочистване.

Фигура 8. Илюстрация на вирусна дезинфекция, използваща самодезинфекцираща се повърхност активирана чрез видимата светлина

---

Тест LO 2.2

---

Литература

1. 1. Akamatsu, T., Minemoto, M., & Uyeda, M. (2005). Evaluation of the antimicrobial activity and materials compatibility of orthophthalaldehyde as a high-level disinfectant. Journal of international medical research, 33(2), 178-187.
   2. Bell, D. M. (2004). Public health interventions and SARS spread, 2003. Emerging infectious diseases, 10(11), 1900.
   3. Block, S. S. (Ed.). (2001). Disinfection, sterilization, and preservation. Lippincott Williams & Wilkins.
   4. Boyce, J. M. (2018). Alcohols as surface disinfectants in healthcare settings. infection control & hospital epidemiology, 39(3), 323-328.
   5. Campos, E. V., Pereira, A. E., De Oliveira, J. L., Carvalho, L. B., Guilger-Casagrande, M., De Lima, R., & Fraceto, L. F. (2020). How can nanotechnology help to combat COVID-19? Opportunities and urgent need. Journal of Nanobiotechnology, 18(1), 1-23.
   6. Castro-Mayorga, J. L., Martínez-Abad, A., Fabra, M. F., Lagarón, J. M., Ocio, M. J., & Sánchez, G. (2016). Antimicrobial Food Packaging.
   7. Christophersen, O. A., & Haug, A. (2006). Why is the world so poorly prepared for a pandemic of hypervirulent avian influenza? Microbial ecology in health and disease, 18(3-4), 113-132.
   8. Conley, L., Tao, Y., Henry, A., Koepf, E., Cecchini, D., Pieracci, J., & Ghose, S. (2017). Evaluation of eco‐friendly zwitterionic detergents for enveloped virus inactivation. Biotechnology and bioengineering, 114(4), 813-820.
   9. Cooke, R. P. D., Goddard, S. V., Whymant-Morris, A., Sherwood, J., & Chatterly, R. (2003). An evaluation of Cidex OPA (0.55% ortho-phthalaldehyde) as an alternative to 2% glutaraldehyde for high-level disinfection of endoscopes. Journal of Hospital Infection, 54(3), 226-231.
   10. Dalawai, S. P., Aly, M. A. S., Latthe, S. S., Xing, R., Sutar, R. S., Nagappan, S., … & Liu, S. (2020). Recent advances in durability of superhydrophobic self-cleaning technology: a critical review. Progress in Organic Coatings, 138, 105381.
   11. Dyshlyuk, L., Babich, O., Ivanova, S., Vasilchenco, N., Prosekov, A., & Sukhikh, S. (2020). Suspensions of metal nanoparticles as a basis for protection of internal surfaces of building structures from biodegradation. Case Studies in Construction Materials, 12, e00319.
   12. Eggers, M. (2019). Infectious disease management and control with povidone iodine. Infectious diseases and therapy, 8(4), 581-593.
   13. Fukuzaki, S. (2006). Mechanisms of actions of sodium hypochlorite in cleaning and disinfection processes. Biocontrol science, 11(4), 147-157.
   14. Gallandat, K., Wolfe, M. K., & Lantagne, D. (2017). Surface cleaning and disinfection: efficacy assessment of four chlorine types using Escherichia coli and the Ebola surrogate Phi6. Environmental Science & Technology, 51(8), 4624-4631.
   15. Gerba, C. P., & Betancourt, W. Q. (2017). Viral aggregation: impact on virus behavior in the environment. Environmental science & technology, 51(13), 7318-7325.
   16. Jeong, E. K., Bae, J. E., & Kim, I. S. (2010). Inactivation of influenza A virus H1N1 by disinfection process. American journal of infection control, 38(5), 354-360.
   17. Girard, M., Mattison, K., Fliss, I., & Jean, J. (2016). Efficacy of oxidizing disinfectants at inactivating murine norovirus on ready-to-eat foods. International journal of food microbiology, 219, 7-11.
   18. Huang, S., Gu, J., Ye, J., Fang, B., Wan, S., Wang, C., … & Cao, S. (2019). Benzoxazine monomer derived carbon dots as a broad-spectrum agent to block viral infectivity. Journal of colloid and Interface Science, 542, 198-206.
   19. Heuschele, W. P. (1995). Use of disinfectants in zoos and game parks. Revue Scientifique et Technique (International Office of Epizootics), 14(2), 447-454.
   20. Jackman, J. A., Lee, J., & Cho, N. J. (2016). Nanomedicine for infectious disease applications: innovation towards broad‐spectrum treatment of viral infections. Small, 12(9), 1133-1139.
   21. Jung, W. K., Koo, H. C., Kim, K. W., Shin, S., Kim, S. H., & Park, Y. H. (2008). Antibacterial activity and mechanism of action of the silver ion in Staphylococcus aureus and Escherichia coli. Applied and environmental microbiology, 74(7), 2171-2178.
   22. Kampf, G., Todt, D., Pfaender, S., & Steinmann, E. (2020). Persistence of coronaviruses on inanimate surfaces and their inactivation with biocidal agents. Journal of hospital infection, 104(3), 246-251.
   23. Kamps, J. J., Hopkinson, R. J., Schofield, C. J., & Claridge, T. D. (2019). How formaldehyde reacts with amino acids. Communications Chemistry, 2(1), 1-14.
   24. Lara, H. H., Garza-Treviño, E. N., Ixtepan-Turrent, L., & Singh, D. K. (2011). Silver nanoparticles are broad-spectrum bactericidal and virucidal compounds. Journal of nanobiotechnology, 9(1), 1-8.
   25. Lee, S. H., & Jun, B. H. (2019). Silver nanoparticles: synthesis and application for nanomedicine. International journal of molecular sciences, 20(4), 865.
   26. Liao, C., Li, Y., & Tjong, S. C. (2019). Bactericidal and cytotoxic properties of silver nanoparticles. International journal of molecular sciences, 20(2), 449.
   27. Lithgow, K., & Symonds, C. (2017). Severe thyrotoxicosis secondary to povidone-iodine from peritoneal dialysis. Case Reports in Endocrinology, 2017.
   28. Liu, H., Bai, Y., Zhou, Y., Feng, C., Liu, L., Fang, L., … & Xiao, S. (2017). Blue and cyan fluorescent carbon dots: one-pot synthesis, selective cell imaging and their antiviral activity. RSC advances, 7(45), 28016-28023.
   29. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S. L., Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Viruses: Structure, function, and uses. In Molecular Cell Biology. 4th edition. WH Freeman.
   30. Louie, W., & Reuschlein, D. (2011). 8 Cleaning and Disinfection in the Bottled Water Industry. Technology of Bottled Water, 223.
   31. Lukasik, J., Bradley, M. L., Scott, T. M., Dea, M., Koo, A., Hsu, W. Y., … & Farrah, S. R. (2003). Reduction of poliovirus 1, bacteriophages, Salmonella Montevideo, and Escherichia coli O157: H7 on strawberries by physical and disinfectant washes. Journal of food protection, 66(2), 188-193.
   32. McDonnell, G. E. (2007). Antiseptics, disinfection, and sterilization. Types, action, and resistance.
   33. Martini, M., Gazzaniga, V., Bragazzi, N. L., & Barberis, I. (2019). La pandémie de grippe espagnole: une leçon de 100 ans après 1918. J Prev Med Hyg, 60, E64-E67.
   34. Meléndez-Villanueva, M. A., Morán-Santibañez, K., Martínez-Sanmiguel, J. J., Rangel-López, R., Garza-Navarro, M. A., Rodríguez-Padilla, C., … & Trejo-Ávila, L. M. (2019). Virucidal activity of gold nanoparticles synthesized by green chemistry using garlic extract. Viruses, 11(12), 1111.
   35. Möller, L., Schünadel, L., Nitsche, A., Schwebke, I., Hanisch, M., & Laue, M. (2015). Evaluation of virus inactivation by formaldehyde to enhance biosafety of diagnostic electron microscopy. Viruses, 7(2), 666-679.
   36. Nuanualsuwan, S., & Cliver, D. O. (2003). Infectivity of RNA from inactivated poliovirus. Applied and environmental microbiology, 69(3), 1629-1632.
   37. Otter, J. A., Donskey, C., Yezli, S., Douthwaite, S., Goldenberg, S., & Weber, D. J. (2016). Transmission of SARS and MERS coronaviruses and influenza virus in healthcare settings: the possible role of dry surface contamination. Journal of hospital infection, 92(3), 235-250.
   38. Perry, K., & Caveney, L. (2012). Chemical disinfectants. Veterinary infection prevention and control, 129-143.
   39. Querido, M. M., Aguiar, L., Neves, P., Pereira, C. C., & Teixeira, J. P. (2019). Self-disinfecting surfaces and infection control. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 178, 8-21.
   40. Rai, M., Kon, K., Ingle, A., Duran, N., Galdiero, S., & Galdiero, M. (2014). Broad-spectrum bioactivities of silver nanoparticles: the emerging trends and future prospects. Applied microbiology and biotechnology, 98(5), 1951-1961.
   41. Rai, M., Deshmukh, S. D., Ingle, A. P., Gupta, I. R., Galdiero, M., & Galdiero, S. (2016). Metal nanoparticles: The protective nanoshield against virus infection. Critical reviews in microbiology, 42(1), 46-56.
   42. Rokhina, E. V., Makarova, K., Golovina, E. A., Van As, H., & Virkutyte, J. (2010). Free radical reaction pathway, thermochemistry of peracetic acid homolysis, and its application for phenol degradation: spectroscopic study and quantum chemistry calculations. Environmental science & technology, 44(17), 6815-6821.
   43. Rovira, J., Roig, N., Nadal, M., Schuhmacher, M., & Domingo, J. L. (2016). Human health risks of formaldehyde indoor levels: an issue of concern. Journal of environmental science and health, part a, 51(4), 357-363.
   44. Rutala, W. A., & Weber, D. J. (2008). Guideline for disinfection and sterilization in healthcare facilities, 2008.
   45. Rutala, W. A., & Weber, D. J. (2015). Disinfection, sterilization, and control of hospital waste. Mandell, Douglas, and Bennett’s principles and practice of infectious diseases, 3294.
   46. Santos, I. D. A., Grosche, V. R., Bergamini, F. R. G., Sabino-Silva, R., & Jardim, A. C. G. (2020). Antivirals against coronaviruses: candidate drugs for SARS-CoV-2 treatment? Frontiers in microbiology, 1818.
   47. Saunders-Hastings, P., Crispo, J. A., Sikora, L., & Krewski, D. (2017). Effectiveness of personal protective measures in reducing pandemic influenza transmission: A systematic review and meta-analysis. Epidemics, 20, 1-20.
   48. Singh, D., Joshi, K., Samuel, A., Patra, J., & Mahindroo, N. (2020). Alcohol-based hand sanitisers as first line of defence against SARS-CoV-2: a review of biology, chemistry and formulations. Epidemiology & Infection, 148.
   49. Sirisattha, S., Momose, Y., Kitagawa, E., & Iwahashi, H. (2004). Toxicity of anionic detergents determined by Saccharomyces cerevisiae microarray analysis. Water Research, 38(1), 61-70.
   50. Sriwilaijaroen, N., Wilairat, P., Hiramatsu, H., Takahashi, T., Suzuki, T., Ito, M., … & Suzuki, Y. (2009). Mechanisms of the action of povidone-iodine against human and avian influenza A viruses: its effects on hemagglutination and sialidase activities. Virology journal, 6(1), 1-10.
   51. Straughn, J. C., & Barker, F. B. (1987). Avoiding glutaraldehyde irritation of the mucous membranes. Gastrointestinal endoscopy, 33(5), 396-397.
   52. Swenberg, J. A., Moeller, B. C., Lu, K., Rager, J. E., Fry, R. C., & Starr, T. B. (2013). Formaldehyde carcinogenicity research: 30 years and counting for mode of action, epidemiology, and cancer risk assessment. Toxicologic pathology, 41(2), 181-189.
   53. Szunerits, S., Barras, A., Khanal, M., Pagneux, Q., & Boukherroub, R. (2015). Nanostructures for the inhibition of viral infections. Molecules, 20(8), 14051-14081.
   54. Takigawa, T., & Endo, Y. (2006). Effects of glutaraldehyde exposure on human health. Journal of occupational health, 48(2), 75-87.
   55. Tian, X., Jiang, X., Welch, C., Croley, T. R., Wong, T. Y., Chen, C., … & Yin, J. J. (2018). Bactericidal effects of silver nanoparticles on lactobacilli and the underlying mechanism. ACS applied materials & interfaces, 10(10), 8443-8450.
   56. Tung, G., Macinga, D., Arbogast, J., & Jaykus, L. A. (2013). Efficacy of commonly used disinfectants for inactivation of human noroviruses and their surrogates. Journal of food protection, 76(7), 1210-1217.
   57. URL-1: https://www.genome.gov/genetics-glossary/Virus
   58. URL-2: https://news.arizona.edu/story/continuously-active-surface-disinfectants-may-provide-barrier-against-spread-viruses
   59. Vafadar, S., Shahdoust, M., Kalirad, A., Zakeri, P., & Sadeghi, M. (2021). Competitiveexclusionduringco-infection as a strategytopreventthespread of a virus: A computationalperspective. PloSone, 16(2), e0247200.
   60. Van Doremalen, N., Bushmaker, T., Morris, D. H., Holbrook, M. G., Gamble, A., Williamson, B. N., … & Munster, V. J. (2020). Aerosol and surface stability of SARS-CoV-2 as compared with SARS-CoV-1. New England journal of medicine, 382(16), 1564-1567.
   61. Velázquez, D., Zamberk, P., Suárez, R., & Lázaro, P. (2009). Allergic contact dermatitis to povidone-iodine. Contact Dermatitis, 60(6), 348-349.
   62. Verma, G., Mahajan, V., Shanker, V., Tegta, G., Jindal, N., & Minhas, S. (2011). Contact depigmentation following irritant contact dermatitis to chloroxylenol (Dettol). Indian Journal of Dermatology, Venereology and Leprology, 77(5), 612.
   63. Viana, R. B., da Silva, A. B., & Pimentel, A. S. (2012). Infrared spectroscopy of anionic, cationic, and zwitterionic surfactants. Advances in physical chemistry, 2012.
   64. Weng, D., Qi, H., Wu, T. T., Yan, M., Sun, R., & Lu, Y. (2012). Visible light powered self-disinfecting coatings for influenza viruses. Nanoscale, 4(9), 2870-2874.
   65. Wilton, T., Dunn, G., Eastwood, D., Minor, P. D., & Martin, J. (2014). Effect of formaldehyde inactivation on poliovirus. Journal of virology, 88(20), 11955-11964.
   66. World Bank. (2016). 2014–2015 West Africa Ebola crisis: impact update.
   67. Yeargin, T., Buckley, D., Fraser, A., & Jiang, X. (2016). The survival and inactivation of enteric viruses on soft surfaces: a systematic review of the literature. American journal of infection control, 44(11), 1365-1373.