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纳米材料的生物学效应与其组成成分、尺寸、表面性质、形状等理化性质紧密相关。表面修饰是调控纳米材料理化性质最常用的方式之一。通过酸化处理、配体结合等实验方式,可有效改变纳米材料的极性、水分散性、表面电荷、离子释放等,从而使纳米材料具有不同的生物学效应。碳纳米管表面羧基化修饰,一方面可以很好改变其在水中分散的稳定性,另一方面也可以有效改变其与功能性蛋白的相互作用。采用60Co辐射多壁碳纳米管并进行酸化处理,可获得表面不同程度羧基化修饰的纳米材料。其与α-糜蛋白酶的结合研究发现,两者主要以静电力相互作用,碳纳米管羧基化程度越高,吸附蛋白量越大,对蛋白活性的抑制程度越强。[1]基于EpiskinTM重组人体表皮细胞3D模型研究表面带负电荷、零电荷与正电荷的柠檬酸、PVP与CTAB修饰的纳米金颗粒（Cit@GNP,PVP@GNP,CTAB@GNP）发现,表面带正电荷的CTAB@GNP具有最强的透皮效率。纳米金暴露可引起表皮细胞间通透性增加,表皮角质层脂质结构发生改变。与Cit@GNP和PVP@GNP不同,CTAB@GNP可通过破坏角化细胞紧密连接引起纳米金颗粒的细胞间渗透。[2]与表面带负电荷的聚苯乙烯磺酸钠修饰的纳米金棒（P-GNRs）相比,表面带正电荷的十六烷基三甲基溴化铵修饰的纳米金棒（C-GNRs）接触血红细胞可以有效引起溶血现象。低剂量纳米金棒可进入血红细胞,与细胞内丰度最高的血红蛋白相互作用,通过静电力结合形成纳米金棒-蛋白复合物,引起血红蛋白空间结构出现明显的改变,阻碍蛋白释放氧。血红素中结合氧的铁卟啉环在纳米金棒作用下可从血红蛋白上脱落下来,游离的铁卟啉可引起溶血现象。[3]针对纳米银的系列研究发现,表面带有负电荷的纳米银对血浆血管舒缓素-激肽系统（KKS）具有独特的级联激活效应,而表面带有正电荷或零电荷的纳米银、银离子或表面配体小分子本身并不具有这一效应。这与负电荷纳米银可有效结合KKS起始酶原FXII并引起其自激活有关,KKS的活化可调控血管内皮细胞黏合连接蛋白的内化降解,从而导致血管通透性增加。[4]通过大鼠大脑皮层星形胶质细胞比较聚乙烯吡咯烷酮包被的纳米银与银离子的毒性差异显示,纳米银暴露可诱导细胞产生活性氧化物,引起JNK磷酸化,进而导致细胞发生凋亡现象。银离子暴露可以导致胞外LDH含量增加,诱导细胞发生坏死。非细胞毒性剂量的纳米银暴露诱导星形胶质细胞细胞因子分泌增加,具有潜在的神经免疫毒性。[5]比较表面分别包被柠檬酸盐（Cit）、巯基丙酸（MPA）、巯基己酸（MHA）与巯基丙磺酸（MPS）的纳米银显示,这些配体可很好调控表面银原子的活性、氧接触能力以及银离子释放。各纳米银的银离子释放能力顺序为:Cit@AgNPs>MPS@AgNPs>MPA@AgNPs>MHA@AgNPs,这与它们的杀菌活性顺序一致。[6]综上,纳米材料表面功能团修饰、电荷调控、配体分子选择与离子释放能力大小可有效影响其生物毒性作用或杀菌行为,这些研究发现对于纳米生物学效应调控具有重要的科学指导意义。