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随着纳米科技的快速发展，纳米材料应用于检测诊断、药物治疗以及健康预防等方面，其生物安全性倍受关注，而其生物安全性和毒性研究刚刚起步，传统的生物安全性评价技术已不能满足需求。论文以纳米材料的生物安全性为切入点，基于激光烧蚀等离子体质谱法（Laser ablation inductivly coupled plasma mass spectrometry，LA-ICP-MS）高灵敏、多元素和原位微区分析的优势，建立生物组织中纳米颗粒粒径分布和元素成像分析方法，并应用于金纳米颗粒和稀土上转换发光纳米颗粒;探查稀土上转换发光纳米颗粒在小鼠肝和脾中的蛋白质变化。取得的主要结果有: (1)LA-ICP-MS的生物样品分馏效应研究:由于激光烧蚀分馏效应的存在，使LA-ICP-MS难以达到溶液进样-ICP-MS分析定量校准的线性和标准偏差。目前，人们对分馏效应的研究多集中在硅酸盐和金属样品，对于生物样品的分馏效应研究较少。论文以猪肾组织为研究对象，利用213 nm-纳秒激光烧蚀系统对其烧蚀颗粒进行研究。采用相对分馏因子考察元素的分馏效应，相较于玻璃基体，生物基体的元素分馏效应小，大多数的相对分馏因子为1.0±10％。研究发现，分馏效应与烧蚀量有直接关系，分馏效应与氧化物沸点呈负相关，与元素电离能和氧化物键能呈正相关。 (2)LA-ICP-MS在生物组织内的纳米颗粒粒径分布分析方法的应用研究:生物组织内的纳米颗粒表征方法存在耗时、成本高、或是需要复杂的前处理等问题，亟需建立生物组织内的纳米颗粒成像分析方法。论文基于LA-ICP-MS和单颗粒-ICP-MS法，建立生物组织中的金纳米颗粒(gold nanoparticles，GNPs)粒径分布成像分析方法。在较佳烧蚀条件下，对实验室自制基体匹配标准样品中的60和80 nm GNPs进行分析，结果表明该方法可行。小鼠肝组织中GNPs粒径分布成像结果表明，80 nm金颗粒大部分富集在肝脏，并未出现明显的颗粒团聚。 (3)LA-ICP-MS在稀土上转换发光纳米材料生物安全性探查的应用研究:稀土上转换发光纳米颗粒(Rare earth upconversion luminescent nanoparticles，UCNPs)广泛应用在生物检测、载药、DNA转化、淋巴成像和肿瘤成像等研究。目前，对于UCNPs毒性的研究还有限，尤其是对体内的毒性研究。论文针对UCNPs在体内分布研究的缺失及其分析方法的不足，以聚乙二醇改性的NaYF4∶Yb/Tm/Gd(PEG-UCNPs)作为研究对象，以小鼠为实验模型，借助LA-ICP-MS对脾、肝和肾的PEG-UCNPs、Fe、Cu和Zn进行成像研究。结果表明，通过尾静脉注射的PEG-UCNPs快速扩散，在肝脾中积累。PEG-UCNPs不产生免疫性或产生免疫性很弱，其主要清除途径为肝且其无肾毒性。 注射PEG-UCNPs的小鼠肝、脾的蛋白质定量分析结果表明，差异蛋白主要参与急性反应信号、LXR/RXR激活、Gα12/13信号和细胞凋亡信号通路。肝自由基清除通路研究发现，PEG-UCNPs被肝枯否氏细胞吞噬时产生超氧阴离子自由基，超氧化物歧化酶、谷胱甘肽s-转移酶、谷胱甘肽过氧化物酶和细胞色素P450参与了该通路。脾细胞凋亡信号通路研究发现，不同暴露时间(1 h、6h和1d)，不同剂量PEG-UCNPs(200 mgGd/kg和4mg Gd/kg)的小鼠脾中都出现了细胞凋亡，其引起的细胞凋亡不是单一的外源性或内源性凋亡，而是两途径的共同作用结果所致。高剂量PEG-UCNPs对外源性凋亡影响明显，反之，低剂量对内源性凋亡影响明显。