综述：揭示金属氧化物纳米颗粒（ZnO、TiO2、CuO和Ag2O）及其杂化物在抗菌应用中的新前沿：机制见解与毒性的综述

这篇综述系统阐述了ZnO、TiO2、CuO和Ag2O等金属氧化物纳米颗粒（MONPs）的抗菌机制与毒性特征，重点分析了其尺寸、形貌、合成方法对抗菌活性的影响，并探讨了ROS生成、细胞膜破坏等关键作用通路，为开发抗耐药菌（MDR）新型纳米材料提供了重要理论依据。

　　

金属氧化物纳米颗粒的抗菌革命

金属氧化物纳米颗粒（MONPs）正成为对抗抗生素耐药危机的利器。本文聚焦四种最具潜力的MONPs——氧化锌（ZnO）、二氧化钛（TiO₂）、氧化铜（CuO）和氧化银（Ag₂O），揭示它们如何通过独特机制杀灭细菌，同时剖析其潜在毒性风险。

合成方法的艺术

MONPs的抗菌效能与其物理化学特性密切相关，而合成方法是调控这些特性的关键。传统化学法如溶胶-凝胶法和水热法可制备尺寸均一的颗粒，而新兴的绿色合成法利用植物提取物作为还原剂，不仅能减小颗粒尺寸（如用柑橘皮合成的ZnO仅10-20nm），还增强了生物相容性。特别有趣的是，特殊形貌如海胆状TiO₂和花状CuO展现出更强的抗菌活性，这归因于它们更大的比表面积和更多活性位点。

抗菌武器库

这些纳米战士通过多管齐下的方式攻击细菌：

细胞膜破坏：带正电的MONPs通过静电作用吸附在细菌表面，ZnO的粗糙表面能物理刺穿膜结构，而CuO则引发脂质过氧化，导致细胞内容物泄漏。有趣的是，Ag₂O对革兰氏阴性菌（如大肠杆菌）更有效，因其能更易穿透较薄的外膜。

细胞内破坏：纳米颗粒进入细胞后，Ag⁺会劫持含硫醇基的酶（如琥珀酸脱氢酶），阻断能量代谢；Cu²⁺则与DNA碱基结合，干扰复制过程。TiO₂在紫外光激发下产生的空穴能直接氧化胞内蛋白质。

光催化攻击：当光照激活时，TiO₂和Ag₂O会启动"光合作用"般的链式反应，产生超氧自由基（O₂^-）和羟基自由基（·OH），这些活性氧（ROS）如同分子级"炸弹"，无差别攻击细菌的各个组分。

ROS风暴：所有MONPs都能引发氧化应激，但方式各异。ZnO通过释放Zn²⁺干扰抗氧化酶系统，CuO则通过Cu(I)/Cu(II)循环持续产生过氧化氢（H₂O₂）。这种氧化压力最终压垮细菌的防御系统。

毒性两面性

尽管抗菌效果显著，MONPs也存在潜在风险：

CuO表现出最强的细胞毒性，能诱发自噬性死亡；ZnO虽被列为GRAS（公认安全），但高浓度下会损伤神经细胞；Ag₂O在抗癌方面展现选择性毒性，对正常细胞影响较小；而TiO₂长期暴露可能导致肺部炎症。在生态环境中，这些颗粒可能干扰微生物平衡，需警惕其生物累积效应。

未来展望

其他金属氧化物如Fe₂O₃和MgO也显示出抗菌潜力，但研究尚在初期。要实现MONPs的临床转化，还需解决三大挑战：优化合成工艺以获得均一稳定的颗粒；开发表面修饰技术提高靶向性；建立完善的毒性评价体系。随着这些问题的解决，纳米抗菌剂有望成为对抗"超级细菌"的新一代武器。