物质达到纳米尺度时,其理化特性会发生较大的变化,而外源性物质的生物学效应与物质本身的物理化学性质直接相关。因此,纳米材料在生物体中的生物学效应与常规尺度的材料可能会有很大的不同。由此产生的一个重要问题是现行的常规尺度材料毒理学安全性评价模式和方法是否适合用于纳米材料,如何回答这个问题成为目前迫切需要解决的重大问题和研究热点之一。本研究以纳米材料通常接触途径的“门户”细胞,即永生化人支气管上皮细胞系（BEAS-2B）,永生化人表皮细胞系（HaCaT）,人结肠癌细胞系（Caco-2）和常见的作用靶之一――免疫系统的人单核细胞系（THP-1）为受试细胞,研究三种类型的纳米材料,即二氧化钛（TiO₂）、单壁碳纳米管（SWNCT）、聚苯乙烯以及相应常规尺度材料（TiO₂,炭黑颗粒,聚苯乙烯）的细胞毒性及毒作用特征的差异,并研究了荧光标记对聚苯乙烯纳米材料细胞内分布和细胞毒性的影响,目的是进一步揭示纳米材料的毒作用特征,探索荧光标记纳米材料用于细胞动力学研究的可行性,从而为确定纳米材料的安全性评价方法提供依据。研究结果如下:1)荧光标记对于纳米聚苯乙烯进入细胞的时间、细胞内分布无明显影响;对于纳米聚苯乙烯的细胞毒性大小和毒作用特征也无明显影响。2)三种类型纳米材料的细胞毒性均大于常规尺度材料,其中纳米材料TiO₂的细胞毒性存在尺寸依赖关系,随着尺寸的减小,细胞的毒性增大,TiO₂（<25nm ）>TiO₂（<75nm）>TiO₂（<100nm）>TiO₂（常规尺度）;纳米材料的细胞毒性作用存在明显的剂量-效应关系、时间-效应关系;与常规尺度材料相比,纳米材料产生毒性效应的时间更早、剂量更低;在毒作用性质方面,观察到纳米TiO₂（<25nm）对BEAS-2B细胞和THP-1细胞可引起细胞凋亡,常规尺度TiO₂未观察到;纳米TiO₂可造成THP-1细胞细胞器空泡化、细胞核固缩、核质凝集等毒性,常规尺度TiO₂未观察到。3)同种材料对四种细胞毒性大小存在差异,三种类型纳米材料对BEAS-2B和THP-1细胞毒性较Caco-2和HaCaT细胞敏感;常规TiO₂和纳米TiO₂、单壁碳纳米管和炭黑颗粒、微米聚苯乙烯和纳米聚苯乙烯对暴露途径三种“门户”细胞的毒性从大到小均为BEAS-2B> Caco-2> HaCaT,这与上述常规和纳米尺度物质在已有整体动物试验中显示三种暴露途径毒性的大小顺序是一致的。表明体外培养的三种“门户”细胞的毒性大小可在一定程度上反映机体对同种物质不同暴露途径的敏感性,这可能有助于整体动物试验中暴露途径的选择或确定。4)单壁碳纳米管作用24h可在80μg/ml以上剂量,作用48h可在40μg/ml以上剂量引起小鼠淋巴瘤细胞体外微核试验阳性,高剂量组微核率高于阴性对照组的3倍以上;在小鼠淋巴瘤细胞Tk基因突变试验中,阳性对照4-NQO和CP诱发突变频率为溶剂对照组的2倍以上,单壁碳管最高剂量RTG（%）在10%～20%内,各剂量组的突变频率与溶剂对照组比较均无统计学差异,基因突变试验结果为阴性。通过本研究,表明荧光标记聚苯乙烯可以代替同尺寸未标记聚苯乙烯用于细胞动力学研究以及体内代谢动力学研究;与常规尺度材料相比,纳米材料产生毒性效应的时间更早、剂量更低;纳米TiO₂的毒作用性质与常态TiO₂有差异,纳米TiO₂可引起细胞凋亡和细胞核损伤;三种门户细胞的体外毒性可在一定程度上反映机体对同种物质不同暴露途径的敏感性;单壁碳管可导致小鼠淋巴瘤细胞染色体损伤,但不引起基因突变。