综述：氧化锌纳米粒子的抗癌、抗氧化和抗菌特性：全面综述

本综述系统阐述了氧化锌纳米粒子（ZnO NPs）的合成方法、表征技术及其在抗癌（诱导ROS生成与细胞凋亡）、抗氧化（清除自由基与激活Nrf2通路）和抗菌（破坏微生物膜结构与离子释放）领域的多重生物医学应用，为开发新型纳米药物提供了重要理论依据。

　　

1. 引言

纳米技术的发展为医学领域带来了革命性突破，尤其在药物递送、诊断成像和治疗策略方面展现出巨大潜力。锌氧化物纳米粒子（ZnO NPs）因其独特的物理化学性质，如高比表面积、量子效应和增强的反应活性，在生物医学应用中备受关注。它们能够克服传统治疗剂的水溶性差、靶向能力不足和非特异性分布等局限性，为癌症治疗、氧化应激管理和感染控制提供了新途径。

2. 氧化锌纳米粒子的合成与表征

ZnO NPs的合成方法主要包括物理法、化学法和生物法。物理方法如气相沉积和激光烧蚀可制备高纯度纳米粒子，但依赖精密设备和较高能量输入。化学方法包括溶胶-凝胶法、水热合成和沉淀法，工艺简单且易于放大，但可能引入化学前驱体残留的杂质。生物合成利用微生物、植物提取物或酶作为生物模板，具有环境友好、低毒和生物相容性高等优点，但粒径和形状控制精度较低。

表征技术涵盖结构分析（X射线衍射、拉曼光谱）、形貌与尺寸观察（扫描电子显微镜、透射电子显微镜）以及化学组成与纯度检测（能量色散X射线光谱、傅里叶变换红外光谱），这些手段共同确保纳米粒子的质量与性能可控。

3. 氧化锌纳米粒子的抗癌特性

ZnO NPs通过多种机制发挥抗癌作用。其核心机制是诱导活性氧（ROS）过度生成，导致癌细胞氧化应激，进而引发线粒体功能障碍和细胞凋亡。此外，ZnO NPs可调控多条信号通路，如抑制PI3K/AKT/mTOR生存通路和激活MAPK通路中的p38和JNK分支，促进 caspase-3和-9的活化，增强癌细胞对氧化损伤的敏感性。

ZnO NPs还能诱导坏死，通过直接破坏细胞膜结构、释放锌离子（Zn²⁺）干扰细胞内稳态，以及引起炎症反应等途径杀死癌细胞。它们对多种癌症类型均显示抗增殖效果，包括乳腺癌、肺癌、前列腺癌和皮肤癌，并在体外和体内实验中表现出对癌细胞的选择性毒性。

4. 氧化锌纳米粒子的抗氧化特性

ZnO NPs通过直接清除自由基（如羟基自由基、超氧阴离子）和激活细胞内在抗氧化防御系统（如Nrf2信号通路及其下游基因HO-1、NQO1）来减轻氧化应激。在较低浓度下，ZnO NPs可稳定细胞内氧化还原平衡，保护细胞免受氧化损伤，从而在神经退行性疾病、心血管疾病和糖尿病等氧化应激相关疾病中发挥保护作用。

与传统有机抗氧化剂相比，ZnO NPs具有更高的稳定性、更大的比表面积和可定制的递送能力，适用于皮肤保护（防晒品）、抗炎制剂和食品包装等多种场景。

5. 氧化锌纳米粒子的抗菌特性

ZnO NPs对细菌、真菌和病毒均表现出广谱抗菌活性。其作用机制包括：与微生物细胞壁相互作用，破坏膜完整性；在光照下产生活性氧（ROS），引起细胞内组分损伤；释放Zn²⁺离子，干扰DNA复制与酶功能；以及影响群体感应，抑制生物膜形成。

在细菌中，ZnO NPs对革兰阳性菌（如金黄色葡萄球菌）和革兰阴性菌（如大肠杆菌）均有效；在真菌中，可抑制念珠菌和曲霉菌；在病毒方面，能干扰流感病毒和人类乳头瘤病毒（HPV）的复制。这些特性使其在伤口敷料、医疗器械涂层和水处理中具有广泛应用前景。

6. 生物相容性与毒性问题

ZnO NPs的生物相容性和毒性高度依赖于其尺寸、形状、剂量、表面修饰和暴露途径。体外研究表明，较高浓度的ZnO NPs可能导致细胞活力下降、ROS积累和DNA损伤；动物实验显示，NPs可在肝脏、肾脏和脾脏中积累，高剂量引发器官损伤和炎症。表面功能化（如PEG化）和可控释放策略能显著降低毒性，提高安全性。

7. 临床应用进展与挑战

ZnO NPs已在肿瘤靶向治疗、伤口愈合、皮肤病学和诊断成像等领域展现出应用潜力。然而，其临床转化仍面临长期安全性评估、规模化生产、 regulatory合规性以及 rigorous临床试验等挑战。未来需加强跨学科合作，推动智能给药系统和新颖诊疗一体化平台的发展。

8. 未来展望

ZnO NPs研究正朝着绿色合成、刺激响应型药物递送、多功能生物成像和联合治疗等方向快速发展。表面工程和靶向配体修饰将进一步优化其生物分布和治疗效果。深入探索ZnO NPs与生物系统的相互作用机制，并推进临床前和临床研究，有望最终实现其在精准医疗中的广泛应用。

9. 结论

ZnO NPs作为一种多功能纳米材料，在抗癌、抗氧化和抗菌方面表现出显著潜力，但其临床应用必须建立在对毒性、生物分布和长期安全性的全面理解之上。通过持续的技术创新和严谨的科学验证，ZnO NPs有望成为下一代生物医学应用的核心材料。