M-CeO2纳米颗粒的超声合成及其细胞毒性（Cytotoxicity）与抗菌活性（Antibacterial Activities）研究

本综述系统探讨了通过超声法合成的M-CeO2（M = Ag, Cu, Te, Ta）纳米颗粒（NPs）在抗癌与抗菌领域的应用潜力。研究显示，Te-CeO2 NPs对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）表现出卓越抗菌活性，最低抑菌浓度（MIC）分别达0.25 mg·mL?1和4 mg·mL?1；CeO2 NPs对结直肠癌（HCT-116）和宫颈癌（HeLa）细胞具显著细胞毒性，且对正常细胞（HEK-293）毒性较低，展现出良好的生物安全性与应用前景。

　　

引言

纳米颗粒（NPs）因其独特的物理化学性质在生物医学领域展现出广泛的应用前景。金属氧化物纳米颗粒如氧化锌、氧化铁等已被广泛研究，而氧化铈纳米颗粒（CONPs）凭借其特殊的氧化还原特性及低生物毒性，近年来在抗癌治疗、抗菌应用及组织工程等领域受到高度关注。CONPs能够模拟活性氧（ROS）相关酶的功能，在肿瘤微环境中调节ROS水平，诱导癌细胞凋亡，同时对正常细胞具有保护作用。本研究通过超声法合成银、铜、碲和钽掺杂的M-CeO₂纳米颗粒，并系统评估其细胞毒性及抗菌活性。

材料合成与表征

采用超声法成功合成CeO₂、Ag-CeO₂、Cu-CeO₂、Te-CeO₂和Ta-CeO₂纳米颗粒。X射线衍射（XRD）分析显示所有样品均呈现立方相CeO₂晶体结构，掺杂元素的存在通过额外衍射峰证实。Scherrer方程计算得出CeO₂、Ag-CeO₂、Cu-CeO₂、Te-CeO₂和Ta-CeO₂的平均晶粒尺寸分别为19.22 nm、21.93 nm、21.91 nm、21.30 nm和46.39 nm。透射电子显微镜（TEM）显示纳米颗粒呈球形、类球形或六边形，分散性良好，掺杂后出现轻微团聚现象。能谱分析（EDX）及元素映射证实Ag、Cu、Te、Ta元素均匀分布于CeO₂基质中。紫外-可见漫反射光谱（DR-UV）显示所有样品在可见光区有吸收，带隙值在3.0–3.14 eV之间。动态光散射（DLS）分析表明Ag-CeO₂和Cu-CeO₂具有较高的Zeta电位（分别为20.2 mV和17.6 mV），预示其良好的胶体稳定性。

细胞毒性研究

通过MTT法评估纳米颗粒对结直肠癌细胞（HCT-116）、宫颈癌细胞（HeLa）及正常胚胎肾细胞（HEK-293）的毒性作用。结果显示，CeO₂纳米颗粒对HCT-116和HeLa细胞均表现出显著的增殖抑制效应，而Ag-CeO₂虽也能降低癌细胞存活率，但统计差异不显著。值得注意的是，所有纳米颗粒对HEK-293细胞的毒性均较低，细胞存活率显著高于癌细胞，表明这些纳米颗粒对癌细胞具有选择性毒性。CeO₂纳米颗粒的细胞毒性机制可能与其诱导细胞凋亡及ROS生成有关。

癌细胞DNA断裂分析

通过DAPI染色进一步验证CeO₂纳米颗粒对癌细胞核的损伤作用。结果显示，经CeO₂处理的HCT-116和HeLa细胞均出现明显的核浓缩、断裂及凋亡小体形成，而对照组细胞核形态完整、染色均匀。这一结果证实CeO₂纳米颗粒可通过诱导DNA损伤及细胞凋亡途径抑制癌细胞生长。

抗菌活性评估

采用微量肉汤稀释法测定纳米颗粒对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的最低抑菌浓度（MIC）。结果表明，Te-CeO₂纳米颗粒表现出最优的抗菌活性，对E. coli和S. aureus的MIC分别为0.25 mg·mL^?1和4 mg·mL^?1，显著优于其他掺杂样品及纯CeO₂纳米颗粒。抗菌活性强弱顺序为：Te-CeO₂ > Ag-CeO₂ ≈ Cu-CeO₂ > CeO₂ > Ta-CeO₂。

细菌形态与超微结构分析

通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察Te-CeO₂纳米颗粒处理后的E. coli细胞形态变化。SEM结果显示，对照组E. coli细胞呈典型的杆状、表面光滑、细胞膜完整；而Te-CeO₂处理组细胞出现严重变形、膜表面粗糙、局部破裂及胞内容物泄漏。TEM超微结构分析进一步揭示，Te-CeO₂纳米颗粒可吸附于细菌表面，穿透细胞膜，导致膜结构解体、胞内物质外溢，最终引起细胞死亡。其抗菌机制可能与纳米颗粒诱导的氧化应激及物理性膜损伤相关。

结论

本研究成功通过超声法合成了一系列M-CeO₂（M = Ag, Cu, Te, Ta）纳米颗粒，并系统评价了其生物活性。CeO₂纳米颗粒对HCT-116和HeLa癌细胞表现出显著细胞毒性，且对正常细胞毒性较低，具备良好的选择性；Te-CeO₂纳米颗粒则展现出优异的抗菌性能，尤其对革兰氏阴性菌E. coli具有强烈抑制作用。这些结果表明M-CeO₂纳米颗粒在抗癌及抗菌领域具有广阔的应用前景，为其进一步开发为新型纳米药物奠定了实验基础。