纳米氧化锌抗菌性能及机制

中国组织工程研究第16卷第3期2012–01–15出版ChineseJournalofTissueEngineeringResearchJanuary15,2012Vol.16,No.3ISSN1673-8225CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH527纳米氧化锌抗菌性能及机制*★◆胡占江1，赵忠1，王雪梅2Antibacterialpropertiesandmechanismofnano-zincoxideHuZhan-jiang1,ZhaoZhong1,WangXue-mei2AbstractBACKGROUND:Thezincoxidehasagoodbiocompatibility,securityandlongeffectiveness,andcanbeusedasatypeofantibacterialmaterialofactiveoxidecategory.OBJECTIVE:Tosummarizetheantibacterialpropertiesandmechanismofnano-zincoxide(nano-ZnO).METHODS:Acomputer-basedonlinesearchofrelatedpapersfromDecember1995toFebruary2011wasperformedinElsevier(ScienceDirect)andWebofSciencedatabasesusingthekeywordsof“antibacterialpropertiesofnano-ZnO”inEnglish,andinCNKIandWanfangdatabasesusingthekeywordsof“antibacterialpropertiesofnano-ZnO”inChinese.Totally75literatureswereselected.RESULTSANDCONCLUSION:Thenano-ZnOhasastrongbactericidalpropertyinmanyfields.Itcanreplaceothermaterialsofactiveoxidecategorybasedonitsgoodbiocompatibility,securityandlongeffectiveness.Theantibacterialpropertiesandmechanismofnano-ZnOweresummarizedinthisstudyfromthesidesofmodifiedantibacterialpropertiesandtheeffectsofmorphologyandstructureofnano-ZnOonantibacterialproperties.However,morestudiesareinneedtosolvehowtoimprovetheutilizationandantibacterialproperties,andtoexpandtheapplicationsofnano-ZnOinantibacterialandotherfields.HuZJ,ZhaoZ,WangXM.Antibacterialpropertiesandmechanismofnano-zincoxide.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiu.2012;16(3):527-530.[]摘要背景：氧化锌作为一种活性氧化物类抗菌材料，拥有良好的生物相容性、安全性以及长效性。目的：总结纳米氧化锌的抗菌性能及其抗菌机制。方法：应用计算机检索1995-12/2011-02Elsevier(ScienceDirect)及WebofScience期刊引文索引数据库相关文章，检索词为“antibacterialpropertiesofnano-zincoxide”，并限定文章语言种类为English。同时计算机检索1995-12/2011-02CNKI学术总库及万方数据库相关文章，检索词为“纳米氧化锌抗菌性能”，并限定文章语言种类为中文。共检索到文献75篇。结果与结论：纳米氧化锌在很多方面的杀菌性能都很强，并且由于其良好的生物相容性、安全性以及长效性，可以取代医学上其他活性氧化物抗菌材料。文章从纳米氧化锌抗菌性能改性，以及形貌与结构对抗菌性的影响等方面，详细总结了纳米氧化锌的抗菌性能及其抗菌机制，但是如何提高纳米氧化锌的利用率和杀菌性能，如何使纳米氧化锌应用于更多细菌的抑制或更广阔的领域，都需要人们的继续努力。关键词：纳米氧化锌；抗菌材料；抗菌机制；生物材料；综述文献doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.03.033胡占江，赵忠，王雪梅．纳米氧化锌抗菌性能及机制[J].中国组织工程研究，2012，16(3):527-530.[]0引言近年来随着资源的过度开发，环境破坏日益严重，由此导致各种致病细菌、真菌和病毒引起的疾病(例如非典，禽流感，猪流感等)严重威胁着人类的健康，因此，各种抗菌材料(也称抗菌剂)成为医学研究的重点。其中无机抗菌材料由于其优良的安全性、耐久性、缓释性和化学稳定性，且使用方便，得到了越来越重要的应用。目前应用比较广泛的无机抗菌材料主要有：银系抗菌材料、金属离子抗菌材料、光催化抗菌材料、活性氧化物类抗菌材料等。活性氧化物类抗菌材料拥有良好的生物相容性、安全性以及长效性，越来越受到青睐。对于活性氧化物抗菌材料的研究，人们最先关注的是以氧化锌(ZnO)、氧化钙、氧化镁为代表的活性氧化物，发现它们都具有良好的抗菌性，甚至较低浓度的氧化物在无光条件下也显示出了优异的抗菌性能。ZnO是一种宽禁带Ⅱ，Ⅵ族化合物半导体材料，具有规整的六角形纤锌矿结构，本身为白色，稳定性好，高温下不变色、不分解、价格低廉、资源丰富，己成为无机抗菌剂研究的热点之一。关于ZnO抗菌性能的研究[1]，称ZnO的光催化活性甚至强于二氧化钛，在很多方面，ZnO完全可以作为二氧化钛的替代材料。二氧化钛在未进行紫外光照射时是一种生物兼容性很好的材料，但是经使用UVA进行照射后，又可以显示出极强的细胞毒性[2-3]。因此，与二氧化钛相比ZnO更具有实用价值。1KeyLaboratoryforMagnetismandMagneticMaterialsoftheMinistryofEducation,SchoolofPhysicalScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,GansuProvince,China;2SchoolofStomatology,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,GansuProvince,ChinaHuZhan-jiang★,Master,KeyLaboratoryforMagnetismandMagneticMaterialsoftheMinistryofEducation,SchoolofPhysicalScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,GansuProvince,[e-mail]:WangXue-mei,Lecturer,SchoolofStomatology,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,GansuProvince,[e-mail]:NaturalScienceFoundationofGansuProvince,No.1010RJZA112*Received:2011-05-13Accepted:2011-07-301兰州大学物理科学与技术学院，磁学与磁性材料教育部重点实验室，甘肃省兰州市730000；2兰州大学口腔医学院，甘肃省兰州市730000胡占江★，男，1984年生，河北省邯郸市人，满族，2010年邯郸学院毕业，硕士，主要从事表面物理化学的研究。[e-mail]通讯作者：王雪梅，讲师，兰州大学口腔医学院，甘肃省兰州市[e-mail]中图分类号:R318文献标识码:A文章编号:1673-8225(2012)03-00527-04收稿日期：2011-05-13修回日期：2011-07-30(20110513019/WL·L)胡占江，等．纳米氧化锌抗菌性能及机制P.O.Box1200,Shenyang110004cn.zglckf.com528纳米粒子由于具有小尺寸等特性，可以通过多种方式(如内吞作用)进入细胞，如果将某些具有特定功能的药物分子或物质与纳米粒子相结合，纳米粒子就携带特定的官能团或药物分子进入细胞并聚集在靶细胞的一些特定部位，产生特定的生物学效应。纳米材料可以发挥特殊的功能和作用，例如纳米药物载体能够提高靶区的药物浓度，药物利用率和疗效，降低药物的毒副作用以及一些不良反应。此外，纳米尖端的表面原子数量远多于传统粒子，表面原子由于缺少邻近的配位原子而具有很高的能量，可增强纳米ZnO与细菌的亲和力，提高抗菌效率[4]。因此，纳米ZnO越来越多的应用于抗菌材料中，在生物化学及生物医学与工程等领域有着十分广阔的应用前景[5-7]。1资料和方法1.1文章由第一作者于2010-11/2011-02进行检索。中文以“纳米氧化锌抗菌性能”为检索词，检索中国CNKI学术总库及万方数据库。英文以“antibacterialpropertiesofnano-zincoxide”为检索词，检索Elsevier(ScienceDirect)及WebofScience期刊引文索引数据库。共检索到文献75篇。1.2纳入标准：ZnO实验及数据的真实性，可靠性，创新性以及与课题相关。排除标准：文献中结论重复，数据不充分，不真实可靠的，以及与课题关联较少的。1.3计算机初检得到75篇文献，阅读标题和摘要进行初筛，排除因研究目的与本文无关及内容重复的研究26篇，共保留其中的49篇归纳总结。1.4符合纳入标准的49篇文献中，有26篇是国内的，其余都是国外的相关研究报道。其中7篇为讨论ZnO应用现状[1-7]；24篇综述ZnO抗菌性能在各个方面的应用[8-31]，8篇介绍ZnO抗菌剂机制及形貌和结构对其抗菌性的影响[32-39]，10篇有关抗菌性能改性[40-49]。2结果2.1纳米ZnO对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有很强的抑制作用，在体外对原核细胞、真核细胞及大肠杆菌的生长均可以产生抑制作用[8-10]，且随着ZnO含量的增加，其抗菌能力提高[11-19]。纳米ZnO与细菌的作用时间也影响杀菌能力[15]。周希萌等[20]采用菌落计数法及纸片扩散法对甲、乙、丙、丁4种纳米ZnO晶须ZnOw复合抗菌材料进行抑菌效果检验。表明这4种复合材料均有一定的抗菌与抗病毒效果，其中丙药物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、巨大芽胞杆菌、枯草杆菌、四联球菌基本达到100%的抑制效果，并且随着时间的延长抑菌效果也增强。光照情况也影响纳米ZnO对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制作用：相同浓度与温度条件下，紫外光照射的杀菌效果优于自然光照射的杀菌效果；有光照的情况下，纳米ZnO的抑菌作用更明显[13-14]。纳米ZnO对其他细菌也有抑制作用且基本没有毒副作用，可以做防腐剂，调理剂等[21-26]。纳米ZnO还可以抑制癌细胞，不同尺寸的ZnO纳米粒子体外均可以明显抑制人肝癌细胞；紫外线的照射可以增强ZnO纳米粒子对肝癌细胞的杀伤作用及白血病细胞的增殖抑制作用，同时还使ZnO纳米粒子以及柔红霉素对白血病细胞的增殖产生明显的协同抑