近年来,纳米医学及其相关研究正在飞速发展。全球基于纳米医学的产业规模亦快速扩张,目前已形成估值1600亿美元的庞大市场。纳米技术在纳米医学中有广泛的应用,包括药物输送,纳米造影剂,纳米生物材料,纳米药物和医学纳米机器人等。功能性纳米材料的特性对纳米医学应用的影响是纳米医学研究的重要方向。前人研究表明,纳米材料的尺度、形状和表面功能化等理化特性均不同程度影响细胞对其的摄取效率。硅纳米材料由于自身良好的生物相容性,优异的半导体性能和深厚的产业基础在药物递送,纳米传感器,纳米机器人等纳米医学研发方向上极具应用前景。其中硅纳米棒作为一种高纵横比的一维材料,被细胞摄取的机制尚未明晰。本研究通过新型刻蚀技术方案制作直径和长度可控的硅纳米棒,并对其表面涂覆肿瘤细胞膜蛋白功能化;同时,结合成像流式、荧光共聚焦显微镜和电镜等技术系统定量分析硅纳米棒细胞摄取效率。本研究集中探讨了表面功能化对硅纳米棒细胞摄取的影响。我们通过多种不同方式证明细胞膜蛋白提取物确实涂覆于硅纳米棒表面。透射电镜直接观测到经涂覆处理的硅纳米棒上出现19.09 ± 0.47 nm的薄层。蛋白银染检测涂覆硅纳米棒与膜蛋白提取物有一致的条带模式。共聚焦显微镜观察细胞膜离子通道ATP1A1荧光染色与细胞膜涂覆硅纳米棒有共定位。Cy3荧光标记的人表皮生长因子可结合至细胞膜蛋白涂覆的硅纳米棒,且不结合未涂覆细胞膜蛋白的硅纳米棒。同时,本研究通过荧光共聚焦三维成像验证了涂覆细胞膜硅纳米棒被细胞摄取至细胞内部。溶酶体荧光共染色显示涂覆硅纳米棒与溶酶体有共定位,表明细胞膜蛋白涂覆的硅纳米棒被细胞摄取过程涉及细胞内吞机制。本研究利用成像流式技术系统地评估了来自不同癌细胞系的细胞膜蛋白的五种表面涂覆,包括MCF7,MD231,Hela,Panc-PDX和Panc-1。结果证明,与未涂覆的硅纳米棒相比,涂覆细胞膜蛋白涂层的硅纳米棒具有显著提高的内化效率。同时,以该五种细胞系为靶细胞时,同源细胞膜涂覆纳米棒与异源涂覆纳米棒并未在细胞内化效率上有显著差异。为了阐明细胞膜涂覆改进细胞内化效率的分子机制,我们利用质谱技术分析了五种细胞系的细胞膜蛋白质组,并鉴定了由不同细胞来源共享的601种蛋白质。这些蛋白质中富集了细胞基质粘附分子,可能增强细胞内化纳米棒。我们还测试了每种细胞系对具有不同涂覆纳米棒的内化效率,以确定来自靶细胞内部的影响因子。我们发现不同靶细胞的内化效率不同,平均效率排序如下:Hela>Panc-PDX>MD231>MCF7>Panc-1。生物信息学分析表明,Panc-1细胞的低内化效率可能与ATXN2基因的高表达有关,ATXN2是内吞作用的负调节因子。我们进一步证明ATXN2特异性siRNA敲降显著上调了 Panc-1细胞对纳米棒的内化效率,表明ATXN2可以作为纳米颗粒向肿瘤细胞递送的效率预测的参考。综上,我们研究了不同癌细胞膜蛋白涂覆对硅纳米棒细胞摄取效率的影响,深化了对硅纳米棒细胞内化机制的了解。