Szelén nanorészecskék Alkalmazások

Sarah K. Walsh, Naghmeh Kamali, Joe McGrath, John J. Hogan, John. P. Hanrahan

Glantreo Limited, ERI Building, Cork City, Ireland, www.glantreo.com

Bővebben

• Enhancing Health and Technology with Monodisperse Selenium Nanoparticles
• Szelén nanorészecskék felhasználása a COVID-19 kimutatására
• Nano méretű részecskék a takarmányokban és az emberi táplálékkiegészítőkben rejlő táplálkozási előnyök fokozására
• Szelén nanorészecskék mint antimikrobiális bevonat orvosi eszközökben
• A szelén nanorészecskék mechanizmusai és alkalmazásai a rákterápiában
• A szelén potenciálja a napelemekben
• Selén nanorészecskék a gyógyszerhordozásban és a fokozott bőrbehatolásban
• Selén nanotechnológia a mezőgazdaságban: A nanorészecskés műtrágyák előnyei a növénytermesztésben és a talaj egészségében
• A szelén és a cukorbetegség közötti kapcsolat: Bizonyítékok és következmények
• A szelén mint antioxidáns szerepe a gyulladásos betegségekben: Implikációk a cukorbetegség, a cöliákia és a HIV esetében
• Se nanorészecskék mint antibakteriális szerek: Tulajdonságok és hatásmechanizmusok
• A maszk COVID-19 elleni hatékonyságának megismerése: Új vizsgálati módszerek szelén nanorészecskék felhasználásával
• Kapcsolódó termékek

Az egészség és a technológia javítása monodiszperz szelén nanorészecskékkel

A szelén egy alapvető nyomelem, amely létfontosságú mind az emberi, mind az állati táplálkozásban. Legalább 25 emberi szelenoprotein és szelenociszteint tartalmazó enzim szükséges étrendi alkotórésze. Számos egészségügyi előnye miatt a szelén az állati takarmányok és tápszerek gyakori adalékanyaga. Ezenkívül, mivel a szelén félvezető és fotoelektromosan aktív, fejlettebb alkalmazásokat is talál, például a xerográfiában és a napelemek összeszerelésében. A szelén ritkán fordul elő elemi állapotban, és jellemzően szerves (szelenometionin, szelenocisztein) vagy szervetlen (szelenát, szelenid, szelenit) formáiban figyelhető meg.

Az egységes, monodiszperz, nanométeres méretű szelénrészecskék kifejlesztése kereskedelmi érdeklődésre tart számot, mivel a nanorészecskék gyakran egyedülálló elektromos, optikai, mágneses és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek az ömlesztett anyagokkal összehasonlítva. A szelén nanorészecskék (SeNP-k) alkalmazása különösen érdekes, mivel kimutatták, hogy fokozzák a szelén biológiai és fotoelektromos tulajdonságait. A SeNP-k továbbá biokompatibilisek és nem mérgezőek, valamint alacsony citotoxicitást mutatnak társaikhoz, a szelenithez (SeO_{3^2-) és a szelenáthoz (SeO4^2-) képest.} 

1. ábra. Monodiszperz szelénkolloidok: Hat, 20 és 240 nm közötti részecskeátmérőjű részecske fotográfiai felvételei. A részecskék balról jobbra haladva láthatóak, balra a legkisebb, jobbra a legnagyobb átmérőjűek (20±6,71±9, 102±10, 146±23, 183±33 és 240±32 nm).

2. ábra. TEM mikroszkópos felvétel monodiszperz szelén nanorészecskékről, kiemelve az egységes méretet és alakot, kevés eltéréssel a részecskék között. [Lin et al Materials Chemistry and Physics 92 (2005) 591-594].

A szelén nanorészecskék felhasználása a COVID-19 kimutatására

A nanorészecskéket (NP-k) gyakran használják számos orvosi alkalmazásban, beleértve a bioérzékelést, a gyógyszeradagolást, a képalkotást és az antimikrobiális kezelést. Nagy felületük és ultrakicsi méretük miatt az NP-ket más vírusdetektálási módszerek mellett a reverz transzkripciós polimeráz láncreakció (RT-PCR) módszerekben is alkalmazták, beleértve az enzimhez kötött immunszorbens vizsgálatot (ELISA) és a reverz transzkripciós hurokközvetített izotermikus amplifikációt (RT-LAMP). A súlyos akut légzőszervi szindrómás koronavírus 2 (SARS-CoV-2) egy 60-140 nm átmérőjű, részecske-szerű tulajdonságokkal rendelkező burkolt vírus (3. ábra). Funkcionális mag-héj nanorészecskének (NP) tekinthető, és képes kölcsönhatásba lépni a környezetében lévő különféle anyagokkal, változó ideig kötődve marad, miközben megőrzi bioaktivitását. Megfigyelték, hogy a szintetikus NP-k morfológiai hasonlóságuk miatt képesek a vírust szorosan utánozni és erősen kölcsönhatásba lépni annak fehérjéivel. 

3. ábra. A SARS-CoV-2 szerkezetének rajzos ábrázolása.

A Wang és munkatársai által készített tanulmány egy SeNP-alapú, az anti-SARS-CoV-2 IgM és IgG kombinált kimutatására szolgáló, SeNP-alapú teszt kifejlesztését tárgyalta emberi szérumban és vérben. A teszt egy szelén nanorészecskékkel módosított SARS-CoV-2 nukleoproteinre épülő laterális áramlásos immunpróba-készletet tartalmazott, amely kimutatja az anti-SARS-CoV-2 IgM és az anti-SARS-CoV-2 IgG-t emberi szérumban, 10 percen belül vizuálisan kimutatható eredményt produkálva (a tesztkészlet illusztrációját lásd 4. ábra).

A SeNP-k tehát jelölőszondaként használhatók laterális kromatográfiás kísérletekben. Az ilyen NP-k felületi plazmonhatással és kis mérethatással rendelkeznek, és fehérjék vagy nukleinsavak jelölésére használhatók. Pozitív eredményt jelenthet a látható narancssárga vonalak jelenléte, mivel a SeNP-k narancssárga színűek. A SeNP-k előnyösek, mivel nagyobb érzékenységet mutatnak és költséghatékonyabbak, mint más szondatípusok.

4. ábra. A SARS-CoV-2 antitest immunpróba tesztcsík összetevői és értelmezése. (a) Az ábra a tesztcsík különböző összetevőit ábrázolja; (b) A vizuális értékelési útmutató segíti a felhasználót a tesztcsík eredményeinek értelmezésében a kontrollvonal és a tesztvonal (C és T), valamint az IgM és IgG antitestek jelenlétének vagy hiányának azonosításával. [Wang et al. Lab Chip, 2020, 20, 4255].

Nano méretű részecskék a takarmányokban és az emberi táplálékkiegészítőkben a táplálkozási előnyök fokozására

A nano méretű részecskék táplálkozási előnyöket kínálhatnak, például a nanoanyagok fokozott felszívódását, biológiai hozzáférhetőségét, antimikrobiális aktivitását és kiválasztását. Az állati takarmányok SeNP-kkel való kiegészítése rendkívül ígéretes eredményeket mutatott, amikor monogasztrikus, kérődzők és víziállatok takarmányához adták (lásd 5. ábra. a SeNPS állati takarmányokban való alkalmazásáról). Az ásványi anyagok nanorészecskékkel történő adagolása hatékonyan javítja a takarmányátalakítási arányt, elősegíti az izomsejtek növekedését és fejlődését, javítja a bél mikrobiális környezetét, kezeli a gyakori parazitás betegségeket, mint például a kokcidiózis, és csökkenti az elhullást a baromfiknál. A szelént hagyományosan szervetlen (szelenit) vagy szerves (szeleno-metionin) formában adják az állati takarmányokhoz. A szelén nanorészecske formájában történő takarmányozás azonban vonzó alternatíva lehet, mivel nem kell metabolizálódnia, mielőtt beépülne a szelenoproteinekbe, és így biológiailag jobban hasznosul, mint a szervetlen szelén. Jelenleg hiányoznak a humán SeNP kiegészítéssel kapcsolatos kísérletek és kereskedelmi termékek. Ez azonban egy rendkívül ígéretes kutatási terület. 

5. ábra. A szelén nanorészecskék alkalmazása az állati takarmányokban.

Selén nanorészecskék mint antimikrobiális bevonat orvosi eszközökhöz

A nanorészecskéket széles körben vizsgálták különböző orvosi alkalmazásokban, mivel nagy felület-térfogat arányuk és a hagyományos mikron méretű részecskékhez képest kisebb méretük miatt. Nagy felületük több helyet biztosít a biológiai entitásokkal való kölcsönhatáshoz és más bioaktív molekulákkal, például rákellenes és antibakteriális gyógyszerekkel való funkcionalizáláshoz. A nanoszerkezetű szelén növeli a baktériumokkal való kölcsönhatásra és azok elpusztítására rendelkezésre álló felületet, emellett megváltoztatja a felület morfológiáját, hogy végső soron gátolja a baktériumok megtapadását. Emellett a SeNP-k hétszer alacsonyabb akut toxicitást mutattak ki egerekben, mint a nátrium-szelenit, ami kevesebb prooxidatív hatást mutat.

A biofilmek az orvostechnikai eszközökön a tartós fertőzések gyakori okai, mivel könnyen kialakulnak és nehezen kezelhetők. A SeNP-ket az orvosi eszközök (például katéterek, ortopédiai protézisek, kontaktlencsék, szívbillentyű-protézisek stb.) felületére lehet bevonni a biofilmképződés megakadályozása érdekében. Wang és munkatársai tanulmánya kimutatta, hogy a SeNP-kkel bevont polikarbonát orvosi eszközök 24 és 72 óra elteltével erősen, 91%-kal, illetve 73%-kal gátolták a S. aureus baktériumok növekedését a felületen a bevonat nélküli polikarbonát felülethez képest. Fontos, hogy ezt antibiotikumok, hanem egy, az emberi szervezet számára természetes elem használata nélkül sikerült elérni.  A 6. ábra szemlélteti a S. aureus sűrűségének csökkenését a polikarbonát felületén lévő szelén koncentrációjának növekedésével. 

6. ábra. A szelénnel bevont polikarbonát fóliák antibakteriális tulajdonságainak vizsgálatának eredményei. Az ábra a különböző mennyiségű szelénen különböző ideig tenyésztett S. aureus baktériumok sűrűségét mutatja. Az adatok arra utalnak, hogy a szelénnel bevont polikarbonát felületek hatékonyan gátolják a baktériumok szaporodását, ami potenciális alkalmazásokat jelent az élelmiszercsomagolásban és az orvosi eszközökben. [Wang et al. Lab Chip, 2020, 20, 4255].

Mechanizmusok és alkalmazások a szelén nanorészecskékkel a rákterápiában

A szelénpótlást erőteljes rákellenes terápiaként javasolták. Nagyszabású, kettős vak, randomizált humán intervenciós vizsgálatok kimutatták, hogy 200 µg/nap szelénpótlás nem szignifikáns csökkenést eredményezhet a teljes halálozásban és szignifikáns csökkenést a teljes rákos halálozásban, valamint a tüdő-, vastagbél- és prosztatarák előfordulási gyakoriságában. Bár a kifejezetten SeNP-ket alkalmazó humán intervenciós kísérletek ritkák, in vitro vizsgálatokban megfigyelték, hogy a folsavval funkcionalizált SeNP-k apoptózist indukálhatnak rákos sejtvonalakban (emlőrákos sejtvonal (MCF-7). Továbbá kimutatták, hogy a SeNP-k sejtzsugorodást és károsodást okoznak a prosztataráksejtekben a tenyésztés során, citotoxikus aktivitást okozva. Kis méretük és nagy felületük miatt a kiegészítő SeNP-k növelhetik a szelén biológiai hozzáférhetőségét és antikarcinogén hatásait.

A szelén kemoprotektív hatásainak hatásmechanizmusa nem teljesen ismert. Azonban számos hipotézist javasoltak a szelén tumorellenes hatásának magyarázatára. Ezek közé tartozhat az oxidatív károsodás elleni védelem (az antioxidáns enzim, a glutation-peroxidáz alkotórészeként betöltött funkcióján keresztül), a rákkeltő anyagcsere változásai, az endokrin és immunrendszerre gyakorolt hatások, a citotoxikus szelén-metabolitok termelése, a fehérjeszintézis gátlása, specifikus enzimek gátlása; és az apoptózis stimulálása. A 7. ábra a szelén lehetséges kemopreventív szerepét tárja fel.

7. ábra. A Se szerepe a rák megelőzésében és kezelésében. A (A) panel a rák megnövekedett kockázatához vezető különböző tényezőket és a szelén ezekkel szembeni védőhatását mutatja be. A (B) panel a rákos sejtek apoptózisának sematikus modelljét szemlélteti a rákos sejtek pusztulását elősegítő szelén nanorészecskék jelenlétében. [Maiyo et al Nanomedicine 2017 Vol 12 No 9].

A szelén lehetőségei a napelemekben

A szelénnek számos olyan kulcsfontosságú tulajdonsága van, amely kívánatos napelemkomponenssé teszi, például a nagy fényérzékenység, a könnyű feldolgozhatóság és a stabilitás. Ez az elem magas abszorpciós együtthatót és mobilitást mutat, ami vonzó abszorberré teszi a nagy sávszélességű vékonyrétegű napelemek számára. Ezen túlmenően az egyetlen elemet tartalmazó abszorber egyszerűsége (ami jelentősen leegyszerűsíti a leválasztási folyamatot) és a saját környezeti stabilitása lehetővé teszi a szelén felhasználását rendkívül olcsó és méretezhető napelemekben. A szelénalapú napelemek előnyös tulajdonságokkal rendelkeznek a szilíciummal és más újonnan megjelenő fotovoltaikus anyagokkal szemben. A szilícium vagy a CdTe feldolgozási hőmérsékleténél lényegesen alacsonyabb hőmérsékleten (200 °C alatt) feldolgozhatók. A szelén napelemek a környezeti körülményekkel (pl. nedvességgel és oxigénnel) szemben is stabilak. A szelén továbbá p-típusú félvezető, és vizsgálatok kimutatták, hogy a szelén kétpólusú transzporttulajdonságokkal rendelkezik, és egyszerre képes nagyszerű transzporterként és fényelnyelőként is működni. Pejjai et al. tanulmánya sikeresen építette be az ón-monoszelenid (SnSe) NP-ket vékonyréteg napelemekbe, amelyek 0,43%-os hatásfokot mutattak. A 8. ábra a SnSe NP napelemek vázlatát és jellemzőit mutatja be. 

8. ábra. SnSe NPs napelem: (a) A heterojunction napelem vázlata (b), az áramsűrűség-feszültség (J-V) karakterisztika, (c) és az SnSe abszorberréteg SEM képe, amely részletezi a SnSe NPs abszorberréteg morfológiáját és vastagságát. [Pejjai et al. J Mater Sci: Mater Electron 27, 5491-5508 (2016).

Selenium nanorészecskék a hatóanyag-leadáshoz és a fokozott bőrbehatoláshoz

A nanotechnológia széleskörű alkalmazása egyre inkább terjed a kozmetikai és nanokozmetikai termékekben, amelyeket bőr, haj, köröm, ajakápolás és olyan állapotok kezelésére használnak, mint a ráncok, a fényöregedés, a hiperpigmentáció, a korpásodás és a hajápolás károsodása. Nagy felületüknek köszönhetően az új nanohordozók, például a SeNP-k előnyei a fokozott bőrbehatolás, a szabályozott és tartós hatóanyag-felszabadulás, a nagyobb stabilitás, az oldhatóság és a fokozott biológiai hozzáférhetőség, valamint a helyspecifikus célzás és a magas beékelődési hatékonyság (lásd 9. ábra a nanokozmetikai szerek előnyeit).

A szelenoproteinek kulcsszerepet játszanak az antioxidáns védelemben és a redukált sejtkörnyezet fenntartásában. Az UV-sugárzás reaktív oxigénfajokat (ROS) tartalmazhat, amelyek az oxidatív bőrkárosodás kulcsfontosságú közvetítői. Az ismételt UV-A és UV-B sugárzásnak való kitettség növelheti a leégés kockázatát. Továbbá az oxidatív stressz (amelyet elsősorban az UV-A sugárzás okoz) idő előtti öregedést, barnulást és bőrrákot eredményezhet. A szelént nanorészecskék formájában beépítették a fényvédő termékekbe, mivel az általánosan használt társaihoz képest csökkentett toxicitással rendelkezik. A szelén antioxidáns aktivitása fokozza a szabadgyök-mentesítésben részt vevő redox enzimek aktivitását, hatékony alternatívát kínálva a leégés szövődményeinek kezelésére. A SeNP-k helyi alkalmazásának antioxidáns hatása csökkentheti az oxidatív stresszt a ROS-ok eliminálásával és savas pH-értékkel (4,2-5,6 közötti tartományban), ami segíti a patogén baktériumok kolonizációjának megelőzését, az enzimaktivitás szabályozását és a nedvességben gazdag környezet fenntartását. 

9. ábra. A nanorészecskék pozitív aspektusai a kozmetikumokban a bőrápolásban.

Selenium nanotechnológia a mezőgazdaságban:

A talajok szeléntartalma világszerte igen eltérő, és 0,005-1200 µg g^-1 között változhat, bár jellemzően 0,1 és 10 µg g^-1 között van. Az ember étrendi szelénbevitele és így a plazma szelénszintje nagymértékben függ az elfogyasztott élelmiszerek talajszeléntartalmától. A talaj szelénkoncentrációjának normalizálása szeléntartalmú műtrágyák alkalmazásával érhető el. A nano szelén a műtrágyák adalékanyagaként nagy érdeklődésre tart számot. A szerves és szervetlen szelénvegyületekhez képest a SeNP-k nem oldódnak vízben és vizes oldatokban, és nem mosódnak ki gyorsan a talajból. A Se a talajból a nanorészecskék felületének fokozatos oxidációja és a talajoldatba történő oxidfelszabadulás révén juthat el a növényekhez.

A tanulmányok megállapították, hogy a SeNP-kkel trágyázott talaj nagyobb terméshozamot eredményez gyümölcsökből, rizsből és tealevelekből, a gyümölcsök magasabb szeléntartalma mellett. Továbbá a műtrágyához adott SeNP-k javították az áfonya növekedési ciklusát, amely jobb minőségű volt és hosszabb tárolási idővel rendelkezett (lásd a 10. ábra a különböző SeNP-trágyázási koncentrációk hatását egy reteknövényre). A SeNP-kről kimutatták, hogy fokozzák a növények betegségelnyomó és gombaellenes képességeit. Emellett a nanoanyagok nagy felülete és kis mérete a nanotrágyákban lehetővé teszi a szelén fokozott kölcsönhatását és hatékony felvételét a növények trágyázása érdekében. A felvételi hatékonyság növelése jelentős gazdasági és környezeti előnyökkel járhat.

10. ábra. A retek palántanövények növekedése a SeNPs trágyázásra adott válaszként. (a) trágyázatlan talajban és (b) 1, (c) 5, (d) 10 és (e) 25 µg g-1 SeNP-vel trágyázott talajban nevelt retek palánták. A legnagyobb növényi növekedési sebességet 5 és 10 μg SeNPs koncentráció esetén figyeltük meg, amint az a (c) és (d) képeken látható.

A szelén és a cukorbetegség közötti kapcsolat:

Bár a szelén cukorbetegségre gyakorolt hatására vonatkozó bizonyítékok némileg hiányoznak, a vizsgálatok során megfigyelték, hogy a cukorbetegek szelén-állapota alacsonyabb a kontrollcsoporthoz képest. A cukorbetegség előfordulási gyakorisága általában nagyobb az alacsony plazma-szelénszinttel rendelkező férfiaknál. Továbbá egy tanulmány megállapította, hogy a terhességi cukorbetegségben szenvedő terhes nők szérumplazmaszintje alacsonyabb volt a kontrollokhoz képest, és szignifikáns negatív korrelációt találtak a szérum szelénszint és a CRP, az össz- és LDL-koleszterin szintje között. A szelén antioxidáns ereje semlegesítő hatással lehet az oxidatív stresszel szemben, amely jelentős szerepet játszik a cukorbetegség patogenezisében. Továbbá feltételezték, hogy a szelén befolyásolhatja a glükózanyagcserét. Kimutatták, hogy a szelénpótlás csökkenti a gyulladásos fehérjék, például az interleukinok és a tumor nekrózis faktorok expresszióját cukorbetegeknél. A szelén toxicitási tartománya azonban nagyon szűk, és a kedvező terápiás hatások biztosítása érdekében óvatosságra van szükség. Más kutatások szerint a cukorbetegség előfordulási gyakorisága nagyobb azoknál, akiknek magas a plazma szelén státusza. Jelenleg a plazma szelénszintjéről és a cukorbetegség kockázatáról rendelkezésre álló adatok egy u alakú grafikonnal ábrázolhatók (11. ábra). Ez azt jelenti, hogy mind az alacsony, mind a magas szelénbevitel befolyásolhatja a cukorbetegség és más klinikai halálokok kockázatát. Ezért, bár megfigyelési bizonyítékok arra utalnak, hogy az alacsony szelénstátusz növelheti a cukorbetegség kialakulásának kockázatát, további kutatásokra van szükség a biztonságos kiegészítő szelénbevitel feltárásához, hogy kedvező terápiás hatásokat érjünk el.

11. ábra. U alakú grafikon, amely az egészségügyi szövődmények kockázatát szemlélteti a szelén állapot függvényében.

A szelén mint antioxidáns szerepe a gyulladásos betegségekben:

A szelénium fontos antioxidáns elem, amely redoxireakciókat katalizáló enzimeken keresztül fejti ki hatását. Ezek a szelenoproteinek kulcsszerepet játszanak a sejt antioxidáns védelmi rendszerében. Erős bizonyítékok utalnak arra, hogy a szelén hatással lehet számos gyulladásos betegség (cukorbetegség, cöliákia, HIV) lefolyására és kimenetelére. A jelenlegi adatok arra utalnak, hogy a vírusos, bakteriális vagy stressz által kiváltott gyulladást a szelén elérhetősége változóan befolyásolhatja. 

A szérum szelénszintjének csökkenését figyelték meg akut és krónikus gyulladásos állapotokban, magas CRP értékekkel. Alacsony szelénszintet figyeltek meg súlyos gyulladásos válasz szindrómában is, amelyet az aktivált makrofágok által termelt reaktív oxigénfajok (ROS) fokozott termelődése, oxidatív károsodás indukciója és szöveti sérülés jellemez. A nukleáris faktor kappa-B (NF-_KB) jelátviteli útvonalat kapcsolatba hozták a fokozott gyulladásos válasszal, és aktiválódása szignifikánsan korrelált az interleukin-6 és TNF-alfa termeléssel. A szelén feltételezhetően gátolja az NF-_KB aktiválódását a génexpresszió modulálásával. A szelénpótlás krónikus gyulladásban helyreállítja a kimerült máj- és szérum-szelénszintet a szelenoprotein bioszintézis fokozásával. Ez a hatás a CRP-termelés elfojtásához vezet, és így mérsékli a gyulladásos választ. A 12. ábra szemlélteti a szelenoenzimek és a gyulladásos válasz közötti kapcsolatot. Bár jelenleg kevés a publikált humán vizsgálat, amely a SeNP-kiegészítés gyulladáscsökkentő hatását vizsgálja, ez egy ígéretes terület a jövőbeli kutatások számára, mivel a nano-méretű részecskék nagyobb biológiai hozzáférhetőséggel rendelkezhetnek, mint nagyobb méretű társaik, és így fokozott terápiás hatásuk lehet.

12. ábra. A szelénpótlás gyulladásra gyakorolt hatásmechanizmusainak bemutatása. A szelénpótlás gátolhatja az NF-KB promóter génekhez való kötődését, csökkentheti a citokin felszabadulást és elnyomhatja a CRP szintézisét. A plazma szelénszintje befolyásolja a szelenoenzimek aktivitását, amelyek gátolják a protein-kinázok aktiválódását és az IκBα foszforilációját.

Se nanorészecskék mint antibakteriális szerek:

A SeNP-k nagy felület-térfogat aránya, célpont-specifikussága, nagyfokú biokompatibilitása és magas reaktivitási tulajdonságai sikeres antibakteriális szerekké tehetik őket. A nanorészecskék kölcsönhatásba léphetnek olyan sejtkomponensekkel, mint a riboszómák, a DNS és az RNS, és változásokat okozhatnak ezekben a folyamatokban. Feltételezhető, hogy a nanorészecskék endocitózison keresztül áthatolnak a sejtmembránon, majd a citoszolba, és károsítják a baktériumsejtek genetikai komponenseit.

A SeNP-k hatékony antimikrobiális szereknek bizonyultak a gram-pozitív baktériumokkal szemben. Egy Glantreo Ltd. által végzett kísérlet megállapította, hogy amikor vizes SeNP-oldatot vittek fel polietilén fedőlemezre, az hatékonyan, több mint 98%-kal csökkentette az MRSA baktériumok kolóniaképző egységeinek számát/ml 2 órás inkubációs időn belül. Mivel az MRSA köztudottan antibiotikum-rezisztens, a SeNP-k antimikrobiális hatóanyagként való felhasználása biomedicinális alkalmazásokban így rendkívül bíztató lehet.

A SeNP-k antibakteriális aktivitását Huang és munkatársai erősen méretfüggőnek mutatták ki. A kb. 80 nm-es SeNP-k mutatták a maximális növekedésgátló és elpusztító hatást az MRSA-ra. Arra a következtetésre jutottak, hogy a SeNP-k méretfüggő, multimodális hatásmechanizmusokat mutattak, beleértve a belső ATP kimerítését (13. ábra), a ROS-termelés indukálását és a membránpotenciál megzavarását. 

13. ábra. A S. aureus ATP-szintje különböző méretű SeNP-kkel. Stevanovic et al. (Front. Bioeng. Biotechnol. 8:624621.)

A SeNP-k antimikrobiális hatásai számos ipari és orvosi alkalmazással rendelkeznek. Khiralla et al. megállapította, hogy a biogén SeNP-k (MIC₉₀ 25 µg/ml) antimikrobiális hatást mutattak 6 élelmiszer eredetű kórokozóval szemben: B. cereus, E. faecalis, S aureus, E. coli 0157:H7, S. Typhimurium, és S. Enteritidis (14. ábra). 

14. ábra. A SeNP-k (0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 és 40 µg/ml) antimikrobiális hatása 3 gram-negatív élelmiszerrel terjedő kórokozóval szemben. A vizsgált törzsek növekedését az 595 nm-en mért optikai sűrűségben (OD595) mértük. További kontrollként 40 µg/ml SeO2/ml-t vizsgáltunk. A különböző kisbetűs oszlopok az egyes csoportokon belüli szignifikáns hatást (p < 0,05) jelzik. A csillaggal jelölt oszlop (*) a törzsek közötti szignifikáns különbséget (p < 0,05) jelzi azonos SeNP-koncentráció mellett. (Khiralla et al. LWT-Food Science and Technology 63 [1001-7])

A maszkok COVID-19 elleni hatékonyságának megértése:

A jelenlegi COVID-19 világjárványt az új koronavírus, a SARS-CoV-2 okozza, amely nagyrészt légúti úton terjed (vide infra). A legújabb tanulmányok szerint az arcmaszk viselése csökkenti a COVID-19 terjedését populációs szinten, és következésképpen tompítja a járványgörbe növekedését.

A SARS-CoV-2 mérete 60 és 140 nm között mozog, kisebb, mint a baktériumoké, a poré és a polleneké. Ezért a nagyobb pórusméretű anyagokból, például pamutból és szintetikus szövetből készült maszkok nem lesznek képesek hatékonyan kiszűrni ezeket a vírusokat vagy az apró, vírusokkal teli cseppeket, szemben a sokkal kisebb pórusméretű anyagokból készült maszkokkal.  Továbbá, korábbi kutatások azt mutatják, hogy a szövetanyagok korlátozott védelmet nyújtanak a SARS-CoV-2 méretrendszere szerinti részecskékkel szemben. 

Amikor a részecskék kölcsönhatásba lépnek egy szűrőszállal, általánosan elfogadott, hogy azokat a szál "összegyűjti" és a van Der Waals-erők révén visszatartja. A kis részecskék esetében a Brown-mozgás növeli annak valószínűségét, hogy egy részecske kölcsönhatásba lép a szűrőszállal. Nagyobb méreteknél a részecskéket a szál akkor tudja elfogni, ha azok egy részecske sugarán belül vannak.

A maszk hatékonyságának meghatározása összetett téma, amely még mindig aktív terület. Azt javasolták, hogy a SARS-CoV-2 mérettartományához hasonló méretű nanorészecskéket tartalmazó aeroszolos oldat átvezetésével egy maszkanyagon és a visszatartott oldat mennyiségének megfigyelésével következtetni lehet a maszkanyag hatékonyságára a vírussal terhelt cseppek terjedésének csökkentésében.

A szelén nanorészecskék szintetizálhatók úgy, hogy a SARS-CoV-2-re jellemző mérettartományba (60 - 140 nm) eső nanorészecskéket képezzenek. Mivel ezek a gömb alakú, monodiszperz nanorészecskék vizes formában jellegzetes narancsvörös színt képeznek (15. ábra). 

15. ábra. A narancssárgától a vörösig terjedő színű szelén nanorészecskék vizes diszperzióinak fényképe.

Azt lehet javasolni, hogy a színes nanorészecskék porlasztott aeroszolos oldatának egy maszk anyag felé irányításával és a maszk által befogott oldat szintjének, valamint a nem befogott részecskék (a maszk anyagán áthaladó színes aeroszol) későbbi szintjének megfigyelésével meghatározható a vizsgált anyag hatékonysága a SARS-CoV-2 terjedésének gátlásában. Ábra. 16. ábra a maszkanyagok vírusfertőzési hatékonyságának értékelésére szolgáló tervet szemlélteti.

16. ábra. A hatlépcsős Andersen-mintavevő segítségével készült tervrajz a maszkanyagok baktériumokkal és vírusokkal szembeni hatékonyságának értékelésére.