CeO2納米酶活性與抗菌性能研究進展

背景介紹自20世紀40年代初抗生素被用于疾病治療以來，因細菌感染而導致的高發(fā)病率和高死亡率得到有效控制?？股乜赏ㄟ^破壞細菌細胞壁、細胞膜形成，抑制脫氧核糖核酸復制，阻礙蛋白質合成等方式殺死病原菌。然而，由于長期無節(jié)制使用抗生素，導致耐藥性細菌迅速出現(xiàn)，給醫(yī)學界帶來更多新的難題。因此，迫切需要開發(fā)一種治療效果顯著、不易產生耐藥性的抗菌劑，以應對當前傳染病治療面臨的挑戰(zhàn)，既能有效殺滅細菌，又能確保生物安全性。納米材料的出現(xiàn)，為這一難題的解決帶來希望。其中，二氧化鈰納米顆粒（CeO2

NPs）作為一種新型抗菌劑，具有生產成本低、結構穩(wěn)定性高、催化活性可調、生物安全性高等優(yōu)點，因而具有重要研究價值。文章亮點綜述了CeO2

NPs在抗菌領域的研究進展，對其結構與功能特性進行介紹；對CeO2

NPs納米酶活性與抗菌性能間的聯(lián)系進行闡述，對其抗菌活性的影響因素進行分析；對CeO2

NPs未來多方面的發(fā)展進行展望。圖文介紹1CeO2納米酶特性CeO2通常以螢石相形式存在，具有面心立方（Facecenteredcubic，F(xiàn)cc）晶體結構，其中每個Ce4+與8個O2-配位，每個O2-又與4個Ce4+配位（如圖1a所示）。按照化學計量比，CeO2中的Ce原子以正四價存在，但由于Ce3+與Ce4+之間的可逆轉化，O2-釋放，在晶體結構中容易形成Ovs。隨著晶格中O2-的去除，在兩個Ce4+中留下兩個電子，并將其從Ce4+氧化為Ce3+（如圖1b所示）。a.CeO2的理想晶體結構;b.

一個氧空位伴隨兩個Ce3+生成物存在時CeO2的晶體結構圖1

CeO2結構示意圖Fig.1

StructurediagramofCeO22抗菌機理2.1

機械破壞CeO2

NPs的殺菌潛力歸因于它強大的靜電性能。由于革蘭氏陽性細菌（Grampositivebacteria，G+）和革蘭氏陰性細菌（Gramnegativebacteria，G?）表面都帶負電荷，因此帶正電荷的CeO2

NPs可通過靜電作用很容易吸附到細菌細胞壁表面。研究也表明這一觀點。他們檢測了納米CeO2與熒光假單胞菌（Pseudomon-asfluorescens）和恥垢分枝桿菌（Mycobac-teriumsmegmatis）生物膜的相互作用（如圖2所示）。圖2

CeO2

NPs與細菌生物膜作用機制Fig.2

MechanismofinteractionbetweenCeO2

NPsandbacterialbiofilms2.2

ROS調節(jié)大量研究表明，CeO2納米材料與細菌細胞膜的相互作用嚴重損壞了細胞完整性，導致細菌內部生物系統(tǒng)整體紊亂。ROS水平隨納米粒子表現(xiàn)出的不同模擬酶活性升高或降低。具有OXD和POD活性的CeO2NPs促進ROS水平提高，引起氧化應激，緊接著這些ROS會對細胞內的蛋白質、核酸、脂質等大分子物質發(fā)起攻擊，導致細胞死亡，CeO2

NPs也停止與細菌細胞壁的電子傳遞（如圖3所示）。2.3

次鹵酸生成生物污染是一種重要的環(huán)境污染現(xiàn)象，主要由細菌群體感應（Quorumsensing，QS）引起。QS是一種細胞間通訊過程，它使細菌能夠在生物膜形成、生物發(fā)光和毒性發(fā)作所有階段協(xié)調群體行為。3影響因素CeO2

NPs抗菌活性的影響因素較為多樣，它的特性、作用菌種及各種生理和化學外部環(huán)境等均對抗菌活性有影響。已有的研究，對CeO2

NPs合成的原料、方法和條件，納米粒子的大小、濃度、分散介質，以及不同作用菌株等方面均有都有很多詳細報道。4結論與展望CeO2

NPs擁有Ce3+與Ce4+的可逆轉化，并展示出多種納米酶活性調節(jié)ROS水平，這是其能夠代替抗生素殺死細菌的重要原因。納米CeO2抗菌的關鍵步驟是其與微生物細胞之間的靜電相互作用。CeO2

NPs吸附到細菌膜上后，即可以觸發(fā)ROS的產生，又可以誘導細菌的物理損傷。而且一系列的研