疫苗是预防和控制传染性疾病最有效的手段,关系到人民群众健康和公共卫生安全。佐剂作为一种能够增强和指导免疫反应的物质,已经成为重组亚单位疫苗、蛋白质毒素疫苗和灭活疫苗制剂中的必要成分。其中,铝盐佐剂因其良好的生物安全性和有效性,在减少抗原用量和接种次数、提高免疫功效和免疫持久性方面显示出独特优势。然而随着疫苗制剂临床研究的深入和铝佐剂的大量使用,对其种类及特性的要求不断提高,传统铝佐剂正面临关键技术突破和产品性能提升的问题。铝佐剂物性不明确、免疫作用机制不清晰、细胞免疫相对薄弱,极大地限制了疫苗制剂的稳定性和免疫效力。基于此,本文以工程纳米铝佐剂为基础,精确调控纳米佐剂的关键物性参数。基于纳米材料-生物界面研究体系,明确工程纳米佐剂理化性质与免疫效应之间的构效关系,揭示佐剂的体内外作用机制和免疫应答规律,为新型预防性和治疗性疫苗的设计和研发提供理论依据。详细内容如下:采用化学沉淀法,基于材料制备过程中磷酸根离子(PO43-)对羟基（-OH）的取代过程,成功构建了表面电荷可控的工程纳米磷酸铝佐剂。通过佐剂-细胞相互作用的探究,明确了工程纳米磷酸铝佐剂表面电荷依赖的细胞膜扰动行为和NLRP3炎性小体的活化过程,揭示了表面羟基与脂膜磷酸基团之间配体交换介导的溶酶体损伤机制。结合金黄色葡萄球菌（S.aureus）和人类乳头瘤病毒样颗粒（HPV VLPs）两种抗原模型的抗体水平,验证了工程纳米磷酸铝佐剂表面电荷与体内免疫应答之间的构效关系。在金葡菌肠毒素B（m SEB）抗原模型中,表面正电性磷酸铝佐剂表现出75%的抗感染存活率,提供了显著优于商业化磷酸铝佐剂的保护效果。采用水热合成法,基于溶液氢氧根离子（OH-）过饱和水平主导的羟基氧化铝（Al OOH）晶体成核-生长过程的微观控制,成功实现了长径比可控的工程纳米羟基氧化铝佐剂的构建,调控范围为7～51。基于晶体结构和生长取向所导致的材料表面自由能差异,揭示了工程纳米羟基氧化铝佐剂长径比特性与表面亲疏水性的内在关联。通过单层脂质（SLBs）模型的构建实现了佐剂-细胞膜作用的探究,明确了羟基氧化铝佐剂长径比特性依赖的“佐剂-细胞”相互作用,提出了表面疏水性能对材料-细胞膜作用的潜在调控机制。通过乙肝表面抗原病毒样颗粒（HBs Ag VLPs）和新冠病毒刺突蛋白受体结合域（SARS-Co V-2 RBD）作为抗原模型进行体内免疫效力评估,验证了工程纳米羟基氧化铝佐剂长径比特性与免疫应答之间的构效关系。机制性研究进一步揭示了长径比依赖的细胞摄取、抗原淋巴结迁移和树突细胞活化是影响羟基氧化铝佐剂体内免疫刺激能力的主控因素。基于羟基氧化铝佐剂的表面羟基性质和CpG ODN 1826的核酸分子特性,提出了共价结合的化学偶联策略,设计并构建了基于Al OOH表面改性的Al-CpG复合佐剂。通过对线性混合复合佐剂的作用方式分析,发现了Al OOH表面羟基与CpG ODN分子之间可能存在的配体交换机制,进一步明确了基于化学偶联策略的复合佐剂中CpG分子暴露的潜在优势。基于HBs Ag VLPs抗原模型的体内实验评估,比较了共价偶联和线性混合两种复合佐剂配方的免疫增强作用,明确了共价偶联复合佐剂诱导更均衡的Th1/Th2免疫应答的能力,其Ig G2c/Ig G1比值为0.57,表明了基于Al OOH表面改性的化学修饰策略在佐剂、抗原低剂量条件下诱导高效的体液和细胞免疫协同应答的可行性。细胞免疫分析结果揭示了化学偶联的复合佐剂有效诱导T细胞和B细胞活化以及CTL杀伤介质CD107α和Fasl的表达的潜力。机制性研究进一步表明了Al-CpG复合佐剂显著增强HBs Ag VLPs抗原的淋巴结转运与树突细胞活化、促进Tfh细胞的有效分化和诱导B细胞激活的潜在优势。