细胞是构成生命体的最小生命单元,胞内纳米颗粒（生物分子、囊泡、病毒及人工纳米颗粒等）通过扩散机制进出细胞,生命得以获得外界营养,同时将代谢产物输送到细胞外,随细胞外液进入血液,进而代谢排出体外。而细胞内细胞骨架的网络结构会限制纳米颗粒的扩散运动,导致扩散不同于简单流体中纳米颗粒的布朗扩散。此外,细胞骨架参与的主动输运会引起胞内流动,多重效应影响下胞内纳米颗粒的扩散特性异常复杂,迄今难有准确认识。有鉴于此,本研究采用基于荧光显微成像的单粒子追踪法实时测量模型介质和活细胞中纳米颗粒的扩散运动,并依此实验观察来研究细胞骨架对胞内纳米颗粒扩散的影响,主要包括三方面内容:（1）以线性高分子溶液作为模拟细胞骨架网络结构的模型介质,改变高分子溶液浓度和纳米颗粒尺寸,测量并基于时间平均均方位移、系综平均均方位移、位移概率分布、非高斯性参数及遍历性破坏参数五个特征量对模型介质中纳米颗粒的扩散运动进行表征。结果表明,纳米颗粒扩散反常特性表现为短时间尺度的次扩散现象和长时间尺度的非高斯现象,且非高斯特性与介质的非遍历性高度相关。（2）通过细胞内吞作用向活细胞内引入纳米颗粒,测量胞内纳米颗粒的扩散运动并进行全面表征,对比分析模型介质、人脐静脉内皮细胞及骨肉瘤细胞的测量结果,发现胞内纳米颗粒扩散具有比模型介质中颗粒扩散更为强烈的非高斯特性,且肿瘤细胞比正常细胞中细胞骨架对纳米颗粒扩散的影响更为显著。（3）分别采用细胞松弛素D和微管蛋白抑制剂对肿瘤细胞的细胞骨架进行处理,测量不同细胞骨架状态下纳米颗粒的扩散并作对比分析。结果显示,细胞骨架破坏后纳米颗粒扩散的受限程度、非高斯特性及非遍历特性均显著降低。进一步分析得出,细胞骨架中微管蛋白比肌动蛋白对纳米颗粒扩散运动的影响更强烈。综上,本课题采用基于荧光显微成像的单粒子追踪法测量模型介质和活细胞中纳米颗粒的扩散运动,实验结果拓展了对复杂生理介质中纳米颗粒反常受限扩散的认识,有望为疾病诊断、药物运输、药物设计优化及缓释调控提供一定理论依据。