Химический синтез наночастиц селена: исследование метода и перспектив его применения

Селен – жизненно важный микроэлемент, однако его биодоступность и токсичность сильно зависят от химической формы. Наночастицы селена (SeNPs) представляют значительный интерес благодаря повышенной биодоступности, низкой токсичности и выраженным антиоксидантным свойствам по сравнению с органическими и неорганическими формами селена. Ключевой проблемой в их применении остается агрегация частиц, ведущая к потере коллоидной стабильности. Цель исследования – изучить особенности получения наночастиц селена методом химического восстановления селенсодержащего прекурсора с использованием различных восстановителей; исследовать размер, морфологию и стабильность получаемых наночастиц и оценить перспективы их применения. Объекты исследования – стабильные дисперсии наночастиц селена (SeNPs). Синтез наночастиц селена проводили методом химического восстановления селенистой кислоты (H₂SeO₃) в водной среде. В качестве восстановителей исследовали аскорбиновую кислоту и тиосульфат натрия. Для стабилизации образующихся наночастиц применяли полисорбат 80 (Tween 80), альгинат натрия и кукурузный крахмал. Полученные золи характеризовали методами УФ-спектрофотометрии (концентрация селена, калибровочные зависимости) и сканирующей электронной микроскопии с энергодисперсионным детектором (размер, морфология, элементный состав, распределение частиц). Дополнительно измеряли вязкость стабилизированных систем. Установлено, что аскорбиновая кислота – более эффективный восстановитель, чем тиосульфат натрия. Наилучшая стабилизация достигнута с полисорбатом 80: образец на основе аскорбиновой кислоты и полисорбата 80 показал равномерное распределение селена с минимальным размером частиц (0,2–0,7 мкм) и максимальным содержанием Se (3,62 %). Высоковязкие стабилизаторы, напротив, провоцировали агломерацию. Оптимальное соотношение селенистая кислота:восстановитель составило 1:4. Система на основе аскорбиновой кислоты и полисорбата 80 формирует дисперсии наночастиц селена с равномерным распределением, гидродинамическим радиусом порядка десятков нанометров и повышенной коллоидной стабильностью. Такие системы перспективны для применения в качестве источника селена при обогащении пищевых продуктов (хлебобулочных, молочных и мясных), а также при создании препаратов для биофортификации сельскохозяйственных культур.

1. Mehdi Y, Hornick J-L, Istasse L, Dufrasne I. Selenium in the environment, metabolism and involvement in body functions. Molecules. 2013;18(3):3292–3311. https://doi.org/10.3390/molecules18033292

2. Trippe III RC, Pilon-Smits EAH. Selenium transport and metabolism in plants: Phytoremediation and biofortification implications. Journal of Hazardous Materials. 2021;404:124178. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124178

3. Filipović N, Ušjak D, Milenković MT, Zheng K, Liverani L, et al. Comparative study of the antimicrobial activity of selenium nanoparticles with different surface chemistry and structure. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2020; 8:624621. https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.624621

4. Salishcheva OV, Prosekov AYu. Antimicrobial activity of mono and polynuclear platinum and palladium complexes. Foods and Raw Materials. 2020;8(2):298–311. DOI: http://doi.org/10.21603/2308-4057-2020-2-298-311

5. Prasad J, Dixit A, Sharma SP, Mwakosya AW, Petkoska AT, et al. Nanoemulsion-based active packaging for food products. Foods and Raw Materials. 2024;12(1):22–36. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2024-1-585

6. Eremeeva NB. Nanoparticles of metals and their compounds in films and coatings: A review. Foods and Raw Materials. 2024;12(1):60–79. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2024-1-588

7. Hu J, Wang Z, Zhang L, Peng J, Huang T, et al. Seleno-amino acids in vegetables: A review of their forms and metabolism. Frontiers in Plant Science. 2022;13:804368. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124178

8. Gudkov SV, Shafeev GA, Glinushkin AP, Shkirin AV, Barmina EV, et al. Production and use of selenium nanoparticles as fertilizers. ACS Omega. 2020;5(28):17767–17774. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c02448

9. D’Amato R, Regni L, Falcinelli B, Mattioli S, Benincasa P, et al. Current knowledge on selenium biofortification to im prove the nutraceutical profile of food: A comprehensive review. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2020;68(14): 4075–4097. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c00172

10. Ao B, Du Q, Liu D, Shi X, Tu J, et al. A review on synthesis and antibacterial potential of bio-selenium nanoparticles in the food industry. Frontiers in Microbiology. 2023;14:1229838. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1229838

11. Tran TH, Le XC, Tran TNM, Nguyen NTT, Pham BN, et al. Nano selenium–alginate edible coating extends hydroponic strawberry shelf life and provides selenium fortification as a micro-nutrient. Food Bioscience. 2023;53:102597. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2023.102597

12. Bisht N, Phalswal P, Khanna PK. Selenium nanoparticles: A review on synthesis and biomedical applications. Materials Advances. 2022;3(3):1415–1431. https://doi.org/10.1039/d1ma00639h

13. Саримов Р. М., Асташев М. Е., Яныкин Д. В., Мартинович Г. Г., Семенова Н. А. и др. Наночастицы селена как полифункциональная добавка, обеспечивающая рост и развитие сельскохозяйственных культур: механизмы, эффективность, перспективы и ограничения. Агрохимия. 2025. № 6. С. 92–104.

14. Garza-García JJ, Hernández-Díaz JA, Zamudio-Ojeda A, León-Morales JM, Guerrero-Guzmán A, et al. The role of selenium nanoparticles in agriculture and food technology. Biological Trace Element Research. 2023;200(5):2528–2548. https://doi.org/10.1007/s12011-021-02847-3

15. Zhang T, Qi M, Wu Q, Xiang P, Tang D, et al. Recent research progress on the synthesis and biological effects of selenium nanoparticles. Frontiers in Nutrition. 2023;10:1183487. https://doi.org/10.3389/fnut.2023.1183487

16. Блинов А. В., Блинова А. А., Рехман З. А., Гвозденко А. А., Голик А. Б. и др. Исследование процесса восстановления наночастиц селена. Наноиндустрия. 2023. Т. 16. № 5. С. 288–296.

17. Ельяшевич М. А. Периодический закон Д. И. Менделеева, спектры и строение атома (К истории физической интерпретации периодической системы элементов). Успехи физических наук. 1970. Т. 100. № 1. С. 5–43.

18. Alvi GB, Iqbal MS, Ghaith MMS, Haseeb A, Ahmed B, et al. Biogenic selenium nanoparticles (SeNPs) from citrus fruit have anti-bacterial activities. Scientific Reports. 2021;11(1):4811. https://doi.org/10.1038/s41598-021-84099-8