CeO2纳米酶活性与抗菌性能研究进展

背景介绍自20世纪40年代初抗生素被用于疾病治疗以来，因细菌感染而导致的高发病率和高死亡率得到有效控制。抗生素可通过破坏细菌细胞壁、细胞膜形成，抑制脱氧核糖核酸复制，阻碍蛋白质合成等方式杀死病原菌。然而，由于长期无节制使用抗生素，导致耐药性细菌迅速出现，给医学界带来更多新的难题。因此，迫切需要开发一种治疗效果显著、不易产生耐药性的抗菌剂，以应对当前传染病治疗面临的挑战，既能有效杀灭细菌，又能确保生物安全性。纳米材料的出现，为这一难题的解决带来希望。其中，二氧化铈纳米颗粒（CeO2

NPs）作为一种新型抗菌剂，具有生产成本低、结构稳定性高、催化活性可调、生物安全性高等优点，因而具有重要研究价值。文章亮点综述了CeO2

NPs在抗菌领域的研究进展，对其结构与功能特性进行介绍；对CeO2

NPs纳米酶活性与抗菌性能间的联系进行阐述，对其抗菌活性的影响因素进行分析；对CeO2

NPs未来多方面的发展进行展望。图文介绍1CeO2纳米酶特性CeO2通常以萤石相形式存在，具有面心立方（Facecenteredcubic，Fcc）晶体结构，其中每个Ce4+与8个O2-配位，每个O2-又与4个Ce4+配位（如图1a所示）。按照化学计量比，CeO2中的Ce原子以正四价存在，但由于Ce3+与Ce4+之间的可逆转化，O2-释放，在晶体结构中容易形成Ovs。随着晶格中O2-的去除，在两个Ce4+中留下两个电子，并将其从Ce4+氧化为Ce3+（如图1b所示）。a.CeO2的理想晶体结构;b.

一个氧空位伴随两个Ce3+生成物存在时CeO2的晶体结构图1

CeO2结构示意图Fig.1

StructurediagramofCeO22抗菌机理2.1

机械破坏CeO2

NPs的杀菌潜力归因于它强大的静电性能。由于革兰氏阳性细菌（Grampositivebacteria，G+）和革兰氏阴性细菌（Gramnegativebacteria，G−）表面都带负电荷，因此带正电荷的CeO2

NPs可通过静电作用很容易吸附到细菌细胞壁表面。研究也表明这一观点。他们检测了纳米CeO2与荧光假单胞菌（Pseudomon-asfluorescens）和耻垢分枝杆菌（Mycobac-teriumsmegmatis）生物膜的相互作用（如图2所示）。图2

CeO2

NPs与细菌生物膜作用机制Fig.2

MechanismofinteractionbetweenCeO2

NPsandbacterialbiofilms2.2

ROS调节大量研究表明，CeO2纳米材料与细菌细胞膜的相互作用严重损坏了细胞完整性，导致细菌内部生物系统整体紊乱。ROS水平随纳米粒子表现出的不同模拟酶活性升高或降低。具有OXD和POD活性的CeO2NPs促进ROS水平提高，引起氧化应激，紧接着这些ROS会对细胞内的蛋白质、核酸、脂质等大分子物质发起攻击，导致细胞死亡，CeO2

NPs也停止与细菌细胞壁的电子传递（如图3所示）。2.3

次卤酸生成生物污染是一种重要的环境污染现象，主要由细菌群体感应（Quorumsensing，QS）引起。QS是一种细胞间通讯过程，它使细菌能够在生物膜形成、生物发光和毒性发作所有阶段协调群体行为。3影响因素CeO2

NPs抗菌活性的影响因素较为多样，它的特性、作用菌种及各种生理和化学外部环境等均对抗菌活性有影响。已有的研究，对CeO2

NPs合成的原料、方法和条件，纳米粒子的大小、浓度、分散介质，以及不同作用菌株等方面均有都有很多详细报道。4结论与展望CeO2

NPs拥有Ce3+与Ce4+的可逆转化，并展示出多种纳米酶活性调节ROS水平，这是其能够代替抗生素杀死细菌的重要原因。纳米CeO2抗菌的关键步骤是其与微生物细胞之间的静电相互作用。CeO2

NPs吸附到细菌膜上后，即可以触发ROS的产生，又可以诱导细菌的物理损伤。而且一系列的研