近年来纳米材料在生物、医学、工业、催化等领域等得到了广泛的应用,这与其独特的物理化学性质密切相关。纳米材料与生物体系间的性质-活性关系的建立不仅有利于深入了解纳米材料的毒性机理、前瞻性地预测纳米材料的潜在危害,更可以对纳米材料进行安全性再设计,使得在不改变其原有功能的情况下更好地拓展其生物应用领域。在基于性质-活性关系更深入的了解纳米材料与生物体之间作用机理的基础上,能够设计出生物兼容性好、功能性多样的纳米粒子用于疾病的诊断、治疗及康复。本论文研究了多种纳米材料引发生物效应的分子机制、提出了安全性纳米材料的获取路径、构建了多种纳米系统用于癌症的光热光动力治疗及伤口愈合进程的促进,主要研究成果如下:(1)研究了不同形貌的Cu2O多面体(八面体,截角八面,立方八面体和立方体)在不同时间内晶面依赖性的生物信号响应。这些Cu2O多面体除了晶面暴露特性外其他一系列物理化学性质均相同,但在不同时间内对细胞的杀伤能力却大不相同。在短期暴露后,{100}晶面百分比高的Cu2O多面体具有更强的毒性,源于{100}晶面可以产生更多的活性氧物质(ROS);在长期暴露后,不同Cu20多面体具有相似的毒性,而且毒性与总表面相关,这主要源于长时间暴露促进表面Cu离子大范围解离,毒性主要与Cu离子相关。(2)基于电子补偿效应精细调节Au@Ag核壳纳米结构,获得Ag+解离能力低、等离子共振特性强的银基纳米材料,拓宽其生物应用领域。Au@Ag核壳结构中存在电子补偿效应,电子可以从Au核流向Ag壳,使得Ag壳富含电子,不容易被氧化,从而降低其形成Ag+的能力。我们在同一尺寸的Au纳米粒子上包覆不同厚度的Ag壳,研究在不同核壳比的条件下电子的补偿能力及其对细胞和小鼠的毒性影响,筛选出生物安全性高且保持优良等离子共振性能的Au@Ag核壳纳米粒子用于细胞拉曼成像和体内拉曼生物传感。(3)合成具有相同强度局部表面等离子体共振(LSPR)峰的Au纳米棒,纳米壳和纳米笼,研究其在同等入射光条件下的光热和光动力性能。结果表明,这些Au纳米结构在相同光照条件下可以诱导产生相似水平的光热特性但展示不同水平的光动力特性,其中Au纳米笼可以产生最多的ROS,其次是Au纳米壳,最小为Au纳米棒。体外和体内光疗评估进一步支持Au纳米笼可导致最严重的肿瘤细胞死亡和小鼠肿瘤生长消退能力。这意味着相同的入射能量对Au纳米结构的光热和光动力性能有不同的贡献,Au纳米笼的空心和尖角结构可以更有效地将光子能量转换成光动力学性质。因此,Au纳米笼由于其高效的能量利用能力而具有很大的光疗潜力。(4)设计了一种光化疗体系,在Au纳米笼表面分别包覆pH响应和近红外光(NIR)响应的智能聚合物层,分别载入具有协同治疗效应的的厄洛替尼(Erl)和盐酸阿霉素(Dox)药物。酸性肿瘤微环境和NIR光照射可以先后选择性地激活Er1和Dox的释放。当两种药物释放的时间间隔被精确控制在6小时的时候,可以达到最好的体外和体内化疗效果。该设计可以在时间和空间上精确控制药物释放的顺序及两种药物之间的时间间隔,并与光热治疗联合使用,实现化疗光疗法的最优化。(5)设计金钯海胆状异质结构(AuPd HSs),用于多阶段程序性地促进伤口愈合。AuPd HSs的纳米尺度特性使其具有很好的纳米桥效应,可以强力粘附皮肤并快速密封伤口,促进伤口愈合的止血期进程;Au和Pd的异质特性使得AuPd HSs在白光照射下可以产生活跃的自由电子和丰富的氧自由基,从而能够有效抑制细菌生长,促进伤口愈合的炎症期进程;AuPd HSs的海胆状形貌可以诱导巨噬细胞极化为M2表型,分泌IL-10和TGF-β释放,用于成骨,血管生成和骨整合,促进伤口愈合的增殖期和重构期进程。该纳米材料制备简捷、结构紧凑、功能多样,能够程序性促进伤口愈合过程的各个阶段,实现对伤口愈合的加速。