近年来,磷基纳米材料凭借其高生物活性和良好的生物安全性越来越受到大家关注,其中一类非常重要的磷基纳米材料为单元素磷材料。本文设计合成了黑磷纳米片和红磷纳米片两种新型的二维磷纳米材料,并分别从三个不同的角度探索了其在生物医药领域中的新应用。首先,我们利用超声波辅助的液相剥离法成功制备出黑磷纳米片材料。在体外条件下,以血浆蛋白溶液模拟血液系统并研究黑磷纳米材料形成蛋白冠复合物的过程,并采用蛋白质组学的方法对蛋白冠上的蛋白进行种类及功能的分析,发现蛋白冠中有70%的蛋白为免疫相关蛋白。随后探索了黑磷-蛋白冠复合物与免疫细胞之间的相互作用,结果表明黑磷-蛋白冠复合物能有效激活巨噬细胞的钙调通路,从而诱导巨噬细胞从M0型向M1型分化以及从M2型逆转回M1型。同时,被细胞内化后的黑磷-蛋白冠复合物材料能够促进巨噬细胞向肿瘤细胞聚集并实现更有效的吞噬功能,而分泌细胞因子的能力也会在蛋白冠复合物的作用下进一步得到增强。最后通过小鼠肿瘤模型,我们发现黑磷在活体动物模型中具有促进静息状态下的巨噬细胞活化并极化为M1型巨噬细胞的能力,同时能够在肿瘤组织中增强巨噬细胞的肿瘤杀伤能力,说明黑磷材料在肿瘤免疫治疗中也有重要的应用价值。其次,我们在研究的过程中发现黑磷纳米片在水溶液环境中非常容易与水和氧气反应从而被氧化降解最终形成磷酸根、亚磷酸跟和焦磷酸根等磷酸盐。而在氧化过程中形成的中间产物,氧化黑磷具有类似于唑来膦酸的结构。通过与石墨烯的对比,我们发现黑磷氧化的中间产物具有特异性结合羟基磷灰石的功能,说明氧化黑磷具备骨靶向的能力,而同为二维材料的石墨烯不具备骨靶向能力。通过与唑来膦酸的对比,我们发现黑磷纳米材料在表面氧化后能够减弱破骨细胞前体细胞融合的能力,同时对于成熟的破骨细胞能够显著地抑制其对骨基质吸收的能力。机理研究表明:氧化黑磷能够有效地干扰破骨细胞的NF-κB通路;通路分析结果表明氧化黑磷抑制了p38、IKK和p100等蛋白的磷酸化,减弱了NF-κB p65蛋白核转移的能力从而抑制了相关关键基因的启动,最终导致新生破骨细胞数量的减少和成熟破骨细胞功能的减弱。随后我们构建小鼠骨质疏松模型来验证氧化黑磷的骨质疏松治疗潜力。动物模型结果显示,氧化黑磷能够增加骨微结构的密度,骨小梁数量,减少了骨结构的溶解和骨量流失,说明氧化黑磷在活体动物模型中具有良好的骨质疏松治疗能力。最后,我们尝试通过水热法合成红磷纳米片材料。通过透射电镜,原子力显微镜和X射线光电子能谱分析等多种物理化学表征手段相结合,我们确定了红磷纳米片为无定形结构,厚度仅为2 nm。而且该方法能够应用于合成金属原子掺杂的二维红磷纳米材料。此外,我们尝试利用设计的红磷纳米片合成方法应用于构建金属原子掺杂的红磷纳米片,并成功构建了Fe（II）和Ni（II）掺杂的红磷纳米片。通过对二维红磷抗肿瘤细胞增殖活性的筛选,我们发现红磷纳米片对肝癌细胞A549具有最强的抑制作用且对多种正常的组织细胞没有毒性。抗肿瘤机理表明红磷纳米片能够诱导A549细胞内活性氧的大量累积,并对细胞造成DNA损伤,随后特异性地诱导肿瘤细胞内部的自噬增强,引起肿瘤细胞自噬性死亡。动物模型结果显示,二维红磷能够有效抑制肿瘤组织的生长。通过组织免疫荧光分析发现,经过红磷纳米片治疗后的小鼠模型的瘤组织内部有显著的自噬活性。更重要的是,红磷纳米片在有效作用浓度下不会对小鼠的主要组织器官产生毒性,说明红磷纳米片具有良好的生物安全性。综上所述,通过新的研究思路,我们发现了黑磷不仅具有免疫治疗的功能,其氧化中间产物还能应用于骨质疏松症的治疗。此外,红磷处于二维形态时对肿瘤细胞,尤其是肝癌细胞具有高的选择性杀伤能力,是一种潜在的高效化疗制剂。我们的研究为磷基纳米材料的生物医药应用提供了新的思路。