纳米材料从暴露到产生毒理学效应,涵盖了生物分子吸附、降解、催化、氧化还原等物理化学过程。阐明生物学效应的化学机制,迫切需要研究宏观生物体系中纳米颗粒的状态与行为,需要建立纳米材料的精确定位、准确定量分析方法。针对纳米材料分析难题,我们以同步辐射等技术为基础,发展了原位、灵敏的定量与定位分析方法,系统地研究了纳米材料的生物学效应,并阐明机制。建立纳米材料与蛋白质吸附界面结构的解析及原位成像方法,揭示蛋白质稳定吸附于纳米材料表面可降低毒性的规律。提出以化学形态为基础来实现金属纳米材料可靠成像的策略,并发展三维高分辨单细胞成像方法,阐明纳米材料化学转化、自由基产生等协同诱导毒性的机制。发展纳米材料催化过程中自由基测定与成像方法,阐明自由基调控细胞信号通路,实现细胞对化疗药物增敏机制。这些创新的分析方法,为纳米生物学效应机制研究提供了准确、可靠的化学形态、结构、成像信息,将为纳米生物医学研究提供重要的分析方法。