纳米生物学作为一门多学科交叉科学开启了生物学研究的新篇章。然而,纳米粒子与生物细胞具体的相互作用机制尚未明了。由于纳米粒子的大小与DNA、蛋白质等生物大分子以及病毒的尺寸相当,某些纳米粒子的生物效应可能涉及到当前尚未充分了解的生物与环境相互作用的机理,深入系统地研究纳米粒子与生物体系的相互作用,一方面不仅可以大大推动纳米科学在生物科学领域的交织发展,同时也可以为全面了解纳米粒子对人类生存环境和健康的影响提供理论依据。本研究选用了磁性纳米粒子及多壁碳纳米管两种纳米粒子,探讨了它们与细胞的相互作用及其生物学效应和机制。磁性纳米粒子已经在纳米医学等诸多领域有应用。本研究报道了吞噬细胞RAW264.7细胞摄入磁性纳米粒子有时间及剂量依赖性,摄入的磁性纳米粒子主要出现在细胞浆内,而内质网、线粒体及细胞核等细胞器内未见。而且,RAW264.7细胞摄入磁性纳米粒子的过程是能量依赖的,提示是经由内吞途径进入细胞的。通过特异性内吞抑制剂分别干扰各途径,结果发现clathrin-、caveolae介导的内吞途径,巨胞饮及清道夫受体介导的吞噬等途径均有可能参与磁性纳米粒子的入胞过程,而非某单一途径参与。同时,我们比较了三种不同吞噬能力的细胞摄入磁性纳米粒子的差异。结果发现,红细胞不能摄入磁性纳米粒子,吞噬能力强的RAW264.7细胞摄入磁性纳米粒子比弱吞噬能力的3T3L1细胞快且多,提示在不同类型细胞纳米粒子入胞途径的选择有差异。本研究还进一步探索了进入细胞内的磁性纳米粒子的生物学效应。结果表明,本研究所用的磁性纳米粒子有良好的生物相容性,对RAW264.7细胞的细胞活力、ROS生成及线粒体膜电位等无显著影响。另外,关于入胞的磁性纳米粒子的归宿提出3种可能：1)摄入的磁性纳米粒子随细胞分裂被分至子代细胞；2)摄入的磁性纳米粒子被降解并释放游离铁离子；3)磁性纳米粒子经胞吐释放至细胞外。而且,摄入的磁性纳米粒子对细胞内铁代谢相关蛋白质有影响,能使铁贮存蛋白质ferritin-L在蛋白质及mRNA水平表达均有升高,铁输出蛋白ferroportin1 mRNA水平表达有明显升高但蛋白质水平未见明显改变,而上述两种蛋白质的变化不是通过降解铁调节蛋白2来实现的。这些研究结果为磁性纳米粒子作为造影剂及药物载体等的应用研究提供了理论依据。作为最有应用前景的纳米材料之一,碳纳米管已经成为了纳米生物技术研究领域里的热点。但是,碳纳米管与生物体细胞相互作用的性质及其作用机制尚不明了,尤其对于细胞膜上离子通道的影响。离子通道负责机体可兴奋细胞的信号传导,对正常生理活动起至关重要的作用。以钾通道为例,它参与可兴奋细胞动作电位的复极化。钾通道功能异常会导致动作电位复极化失调、静息电位不能正确复位,最终导致机体功能障碍。在前期工作中我们发现末端羧基化的多壁碳纳米管(长300-800nm,内径10-20nm,外径40-50nm)可抑制未分化的嗜铬细胞瘤(PC12)细胞上3种钾通道(Ito、IK、IKl)电流。在此实验结果的基础上,我们对多壁碳纳米管抑制钾通道的可能机制进行了探讨。多数内外源性有害物质都是经由氧化应激的信号通路引起细胞毒性,因此,我们推测多壁碳纳米管可能通过诱导PC12细胞的氧化应激,进而抑制了3种钾电流。然而,结果表明,多壁碳纳米管未能引起PC12细胞内ROS生成增多、线粒体膜电位降低及细胞内钙水平升高。此结果提示我们多壁碳纳米管不是通过氧化应激的信号通路抑制钾通道的。尽管如此,将多壁碳纳米管用于纳米医学领域时,应该考虑其可能会抑制可兴奋细胞上的钾通道。