在各行各业焕发生机的21世纪,信息、生物技术、能源、环境和国防等领域的高速发展对材料提出了新的需求,要想实现微型、智能、集成等目标,就需要更“微小”的材料,纳米科技应运而生且飞速发展。然而在纳米技术蓬勃发展的同时,人们暴露于纳米材料的风险也越来越高,纳米材料在造福人类的同时也对人类的健康产生了威胁,因此纳米材料的安全性受到了广泛的关注,本论文就三种纳米材料,氧化锌纳米颗粒（Zn O NPs）,四氧化三铁纳米颗粒（Fe₃O₄ NPs）和石墨烯量子点（GQDs）展开研究,探讨了纳米材料的生物效应和安全性及其影响因素。本论文分为以下三部分:第一部分是Zn O NPs与磷添加剂的复合作用及磷添加剂对Zn O NPs的生物效应的影响。我们从公司选购了6种常用的Zn O NPs,通过TEM和水合粒径DLS表征发现,Zn O NPs与磷添加剂相互作用后形成了复合物,粒径增大;且由于磷添加剂溶于水后呈现出不同的p H,导致Zn O NPs产生不同程度溶解和Zn²⁺释放,并进一步影响Zn O NPs的生物效应和毒性。因此,我们通过多种生物测试方法评估了Zn O NPs的生物毒性,结果发现18 mg/L Zn O NPs对GES-1细胞和IEC-6都具有明显的毒性,达到半致死浓度,这是由于Zn O NPs溶解释放Zn²⁺,进入细胞后破坏了细胞稳态,导致了活性氧升高,线粒体膜电位下降,细胞内钙离子浓度升高等一系列变化,细胞核形变皱缩,细胞膜破损,进而导致细胞凋亡坏死;然而当磷添加剂存在时,促进了Zn O NPs溶解,并且与溶出的Zn²⁺络合,促进细胞对锌的摄取,而络合物对细胞的生理活动无明显影响,从而抑制了Zn O NPs对细胞的毒性。同时,我们还发现在小肠外翻肠囊模型上,磷添加剂也促进了小肠对锌的吸收。第二部分研究了蛋白质和磁场对Fe₃O₄ NPs生物效应和毒性的影响。首先通过DLS,Zeta电位及蛋白质荧光光谱等手段发现当Fe₃O₄ NPs与蛋白质共孵育后,其粒径和电位以及荧光光谱都发生了变化,说明Fe₃O₄ NPs与蛋白质发生了相互作用,导致了蛋白质微环境发生了改变。然后通过对比Fe₃O₄ NPs在完全培养基和无血清培养基中的细胞毒性,研究了蛋白质对Fe₃O₄ NPs生物毒性的影响,结果表明蛋白质与Fe₃O₄ NPs相互作用后,降低了Fe₃O₄ NPs的细胞毒性。另外通过放置0.5 T的稳恒磁场,研究了磁场对Fe₃O₄ NPs细胞毒性的影响,发现磁场加剧了Fe₃O₄ NPs的细胞毒性。为了进一步研究其机理,我们研究了蛋白质和磁场对Fe₃O₄ NPs细胞摄取能力的影响。通过ICP定量发现在无血清培养基中,细胞明显摄取了更多的Fe₃O₄ NPs;同样在磁场的作用下,细胞也摄取了更多的Fe₃O₄ NPs,这些结果与其毒性评价结果呈正相关,细胞摄取越多的Fe₃O₄ NPs导致了越高的毒性。第三部分是探索官能团修饰及材料本身的稳定性与石墨烯量子点生物效应的相关性。选取本实验室通过简单水热法合成的三种不同官能团修饰的石墨烯量子点,1)HSO₃-GQDs-1（GTTN:本实验室证明了其具有肿瘤细胞核靶向的特殊功能,特命名为graphene-based tumor cell nuclear targeting fluorescent nanoprobe,GTTN）;2)HSO₃-GQDs-2（S-GQDs）;3)NH₃-GQDs（A-GQDs）,发现它们在生物分布和毒性上有很大的差异。通过CCK-8毒性测试发现,携带有磺酸基的GTTN和S-GQDs都对细胞无明显毒性;小鼠体内毒性测试也显示无明显毒性。而无论是在体外细胞层面还是体内小鼠实验,A-GQDs都表现出较强的毒性,说明官能团的修饰对生物毒性有较大影响。然后我们通过细胞膜染料和溶酶体染料与石墨烯量子点共定位,发现S-GQDs和A-GQDs都可进入细胞,并分布于溶酶体;而GTTN却难以进入细胞。为了进一步研究其机理,我们选用官能团相同,形貌尺寸相似的GTTN和S-GQDs作为研究对象,通过TEM表征,紫外光谱和荧光光谱研究了两者自身性质的稳定性差异,发现S-GQDs在溶液中性质不稳定,容易团聚沉淀,更容易落到细胞表面,与细胞接触从而被细胞摄取;经尾静脉注射进小鼠体内30 min后,主要分布于肝脏和肾脏;经尿液代谢后,发现其红外光谱发生了改变,说明其与体内的蛋白质等组分发生反应,侧面也体现了其性质的不稳定。而无论是在溶液中还是在体内循环,GTTN都保持自身性质稳定且不与蛋白质等组分发生相互作用,在溶液中分散性极好,故难以与细胞接触,进入细胞。因此我们认为两者在生物效应上的差异可能与其自身的稳定性质有关。