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纳米材料具有优良的物理化学特性,使得其在众多领域具有很好的应用前景,但已有的一些研究表明纳米材料存在潜在的毒性效应,因此在细胞及分子水平对纳米材料的生物效应及毒理学机制进行研究非常有必要。功能化的多壁碳纳米管由于其特殊的的理化性质,有望在生物医学领域得到广‘泛应用,但其生物安全性问题也逐渐成为关注的热点。就目前来看,有关功能化的多壁碳纳米管的细胞毒理学研究还不够深入,已公开报道的研究结果也存在着极大的争议。研究表明功能化碳纳米管经呼吸,口腔,皮肤或静脉注射暴露于机体之后能进入循环系统,由于肝脏具有首过效应,且已有文献也表明碳纳米管能在肝脏中有大量的积累,所以探讨功能化碳纳米管与正常肝细胞的相互作用具有重要意义。本研究我们选用人正常肝细胞系L02细胞作为模型细胞,探讨了羧基化壁碳纳米管、羟基化壁碳纳米管以及未经修饰的多壁碳纳米管与L02细胞相互作用及其机制,从而为纳米材料生物学效应的深入开展提供理论依据和实验基础。具体内容主要包括以下几个方面：(1)利用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X-射线光电子能谱仪(XPS)对原始多壁碳纳米管(MWCNT)、羧基化多壁碳纳米管(MWCNT-COOH)和羟基化多壁碳纳米管(MWCNT-OH)进行了表征。透射电镜显示三种碳纳米管平均管径均为10～20m,长度均为10～30μm,扫描电镜显示碳纳米管形貌相似,XPS分析显示功能化多壁碳纳米管分别在289ev和286ev处特征峰峰值明显增高,说明材料分别修饰上了羧基和羟基。样品中未检测出金属催化剂杂质,各样品纯度均大于98%。(2)研究三种多壁碳纳米管对L02细胞的毒性。将浓度分别为12.5、25、50、100、200μg/ml的三种多壁碳纳米管分别与L02细胞共育24h、48h、72h,采用WST法和CellTiter-Glo发光法考察碳纳米管的对细胞活力的影响。WST法和CellTiter-Glo发光法均显示碳纳米管的细胞毒性作用呈现浓度依赖性并与作用时间具有一定关系。总的看来,羧基化的多壁碳纳米管比原始碳纳米管在低浓度的时候具有更好的生物相容性,而后两者之间差异不显著。说明细胞毒性与其表面修饰的化学官能团有关,并且具有剂量依赖性。从细胞形态学观察,Hoechst33342染核分析及细胞凋亡／坏死比例检测发现多壁碳纳米管能导致L02细胞凋亡,并呈现浓度和时间依赖性,功能化的多壁碳纳米管相对原始多壁碳纳米管不容易导致细胞凋亡(3)研究三种多壁碳纳米管对L02细胞的氧化应激,细胞膜完整性和细胞周期的影响。多壁碳纳米管可以诱导活性氧自由基(ROS)的产生,增加谷胱甘肽(GSH)的耗竭。碳纳米管诱导细胞内活性氧生成与共育时间有关：碳纳米管与细胞作用36h以内时,细胞内ROS含量随时间逐渐增加；36h后细胞内ROS含量随作用时间延长逐渐降低。通过GSH-GloTM试剂盒检测胞内还原型谷胱甘肽(GSH)的含量发现,L02细胞暴露于200μg/mL的多壁碳纳米管24h时,细胞内GSH含量显著下降；暴露48h时,L02细胞内GSH含量下降缓慢,提示多壁碳纳米管诱导L02细胞发生氧化应激。乳酸脱氢酶(LDH)的测定结果显示多壁碳纳米管呈时间、剂量依赖性破坏质膜的完整性,增加了LDH的漏出。不同浓度的MWCNT作用L02细胞24h后,细胞周期分布情况出现轻微的改变,与对照组相比,G0/G1期细胞百分数有所上升,G2/M期细胞百分数下降。说明多壁碳纳米管可以导致细胞周期阻滞于G0/G1期,这也可能是其导致细胞毒性的机制之一。(4)研究三种多壁碳纳米管对L02细胞的线粒体和细胞凋亡信号通路的影响。结果显示多壁碳纳米管诱导L02细胞的凋亡可通过增加线粒体膜通透性,促使线粒体膜电位(MMP)的降低,使细胞色素C从线粒体释放到细胞质,激活Caspase-3和Caspase-9,同时还可以激活细胞凋亡死亡受体通路关键的酶Caspase-8。这些结果表明了多壁碳纳米管可能是通过线粒体通路和死亡受体通路作用而导致L02细胞凋亡。同时发现功能化多壁碳纳米管不容易通过线粒体途径导致细胞凋亡,这可能是导致其细胞毒性低于原始多壁碳纳米管的原因之一。