目前,应用于生物医学中的功能纳米材料种类繁多,其中研究最为热门的是半导体荧光量子点。由于量子尺寸效应和介电限域效应的影响,量子点具有独特的光电性质,使得量子点除了在光电领域有巨大应用潜力外,在生物医学领域也显示出广阔的应用前景。近几年来,量子点等纳米材料的生物效应及其毒理学研究,已经引起了非常广泛的关注。迄今为止的各种研究结果表明,量子点的毒性与量子点的粒径大小、浓度、表面修饰基团、团聚、重金属元素Cd2+的释放、表面电荷、细胞内吞作用、氧化过程中活性氧的产生以及活性氧自由基介导的氧化应激等多种因素有关。就目前而言,所有的研究都局限于某一个角度去探讨其毒性,还未曾有从生态环境、个体(胚胎)、细胞、生物大分子等多个层次上,系统阐明量子点生物效应的内在机制的研究。本论文在探索合成新型量子点方法的基础上,从表面修饰、粒径和壳层等角度,较全面地比较了CdSe和CdTe两种类型量子点对胚胎发育(斑马鱼,合作)、原生动物(四膜虫)代谢、真菌和细菌代谢以及生物大分子(血清蛋白和酶)活性等的影响,并相应提出了量子点可能的作用机制。本论文共分六章：第一章：本章对量子点的概述、合成研究进展、表面化学修饰及其在生物医学中的应用和毒性研究进展等方面做了较全面的介绍。第二章：采用有机相共溶剂方法,合成了高质量CdSe核和CdSe／ZnS核／壳量子点,为了后面体系的需要,在合成的量子点表面修饰了亲水性小分子和生物大分子。以N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)为稳定剂,快速合成出高质量CdTe核量子点,并在此核量子点表面包覆CdS层,得到高质量CdTe／CdS核／壳型量子点,然后在此基础上进一步包覆ZnS层,得到光学性能和生物相容性均极好的CdTe／CdS／ZnS核／壳／壳型量子点。第三章：利用微量热方法,研究了CdSe核型量子点和CdSe/ZnS核壳量子点对四膜虫T. thermophila BF5生物活性的影响,相应半抑制浓度分别为：1.14×10-6 mol L-1和1.18×10-6 mol L-1。说明CdSe量子点表面生长ZnS层后能够提高稳定性,有效地减小其对四膜虫生长过程的影响。当量子点表面修饰生物分子和聚乙二醇(Polyethylene glycol, PEG)时,其具有更好的生物相容性。进一步通过荧光显微成像,发现量子点对四膜虫的毒性作用是通过四膜虫吞噬量子点进入细胞质,而在细胞内进行。结果表明,量子点对四膜虫具有较强的细胞毒性,可能的作用机制为量子点本身独特的物理化学性质和释放的毒性离子协同作用的结果。第四章：本章用微量热方法,研究了包壳(ZnS)前后CdSe量子点对大肠杆菌(E. coli)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)生物活性的影响,不同修饰(巯基乙酸,MAA和巯基乙胺,CA)量子点对两种细菌(E. coli和S. aureus)和两种真菌(酿酒酵母S. cerevisiae和白色念珠菌C. albicans)生物活性的影响。结果表明：CdSe量子点表面包覆ZnS层后能够提高稳定性,有效地减少毒性离子暴露在QDs表面,从而在一定程度上避免由Cd2+等引起的细胞毒性；相同条件下,革兰氏阴性菌对QDs更为敏感,表现为其生长速率常数同QDs浓度直接存在明显的剂量效应,而革兰氏阳性菌则不存在此效应；在实验条件下,带有正电荷的CA-QDs具有更大的细胞毒性,很容易通过静电相互作用吸附到细胞表面,甚至是通过细胞屏障,进入细胞内部,从而影响细胞正常代谢过程,而MAA-QDs则较难同细胞发生相互作用。第五章：本章系统研究了两种不同表面修饰(MAA和CA)的CdSe／ZnS量子点和四种不同粒径巯基丙酸(MPA)修饰的CdTe量子点与血清白蛋白之间的相互作用,并探讨了因表面修饰及粒径不同而引起量子点对血清白蛋白作用差异的可能机制。第六章：本章成功合成了粒径均一、单分散MPA修饰的CdTe核量子点；并利用荧光光谱,研究了模拟生理条件下MPA修饰的CdTe量子点与四种酶(木瓜蛋白酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶和溶菌酶)相互作用,探讨了各体系的猝灭作用机理,计算了反应的结合常数、结合位点数及作用力类型等。同时,本章还根据荧光共振能量转移理论计算了相互作用体系中量子点与四种酶分子中色氨酸残基间的平均距离。此外,通过圆二色谱和三维荧光光谱考察了量子点对四种酶二级结构的影响。