近十年来，无机纳米材料的生物医学应用受到越来越多的关注，其在纳米尺度的特性使其非常适用于各种医学研究，如长时间非损伤全身成像和癌症治疗中的应用等。在这些研究或应用中，了解并阐明纳米材料与细胞的相互作用和其在亚细胞水平的生物学效应，是纳米材料在生物学或医学领域中成功应用的前提。但是，迄今有关纳米材料在细胞内的行为的研究还不十分系统和深入，与纳米技术的迅速发展相比，对其作用的生物学机制更待阐明。　　本文对两种代表性的无机纳米材料—金纳米颗粒和单壁碳纳米管的细胞生物学效应进行了系统而深入研究，同时还对不同表面性质的金纳米棒在肿瘤光热治疗中的应用进行了有意义的初步探讨。　　金纳米颗粒对细胞、亚细胞及细胞球结构的生物学效应研究中发现:1、用不同粒径（10、25和50nm）的金纳米颗粒处理NRK细胞的研究结果表明:金纳米颗粒明显聚集于胞内，而被吞噬的金纳米颗粒累积到溶酶体中引起其碱化，这可能与金纳米颗粒通过损伤维持溶酶体酸性环境的膜Ⅴ-ATPase酶活性相关。这一重要结果，为金纳米颗粒通过影响细胞溶酶体酶活性阻碍溶酶体与自噬体的融合，影响细胞自噬降解功能提供了有力的实验证据。2、在50nm金颗粒处理细胞中，不仅观察到细胞的自噬体、溶酶体发生了变化，而且，细胞的高尔基体形态也发生了很大变化，高尔基体片段化程度增高，并影响糖蛋白的成熟过程，糖蛋白虽仍可被运送到细胞表面，但并不具有成熟糖蛋白的功能。这些结果充分说明细胞内的细胞器是相互联系的统一体，纳米颗粒打破一种细胞器的稳态时，其它细胞器也会受到牵连而最终影响细胞整体稳态。基于金纳米颗粒与其它纳米颗粒的相似性，将纳米颗粒用于以激活自噬为基础的治疗时，研究者们需要谨慎考虑纳米颗粒可能对自噬途径的干扰。3、用纳米材料在体外标记治疗性细胞是一个新兴研究热点，许多纳米材料的应用研究中都是将细胞在体外标记后再移植到体内。所以我们必须仔细探讨纳米材料对培养细胞的生物效应，为潜在医学治疗提供依据。为此，我们对小尺寸(4nm)金纳米颗粒的亚细胞生物效应也进行了必要的研究。分别以肿瘤细胞和正常细胞为研究对象，对TAMRA cadaverine修饰的PMA包裹的4nm荧光金纳米颗粒对多种细胞器和亚细胞结构影响的研究结果表明，随着金纳米颗粒处理浓度的增加，在癌细胞和正常细胞中，均出现线粒体片断化、细胞面积变小、溶酶体占据面积上升、细胞骨架排列扰乱等变化。同时，也观察到不同细胞的细胞微丝骨架质地变化和溶酶体大小变化等有所差异。这些结果提示，运用多种检测方法探讨纳米颗粒与细胞相互作用的重要性，对今后类似的纳米颗粒与细胞相互作用的研究方法的选择有一定借鉴作用。4、目前的研究显示，金纳米棒的光热转换效应在其医学应用方面具有独特优势，我们对三种不同表面包被的金纳米棒在肿瘤细胞球的穿透和热疗效果进行了研究。结果表明，与表面带有正电荷的金纳米棒相比，表面带有负电荷的金纳米棒能够进入肿瘤细胞球深部，并呈现更好的热疗效果，这一结果对于选择性修饰纳米材料表面，从而提高临床肿瘤热疗治疗效果具有一定的指导作用。　　单壁碳纳米管以其独特的物化性质，在纳米载药、胞内成像和肿瘤光热治疗方面有着重要的医学应用前景。但是，单壁碳纳米管进入细胞后，与细胞、细胞器或生物大分子的相互作用及对这些对象的功能影响还不十分清楚。我们对单壁碳纳米管影响线粒体的研究表明，单壁碳纳米管可以定位于线粒体中，引起线粒体膜电位下降和细胞耗氧量下降。同时，对呼吸链中关键组分细胞色素c的电子传递影响的研究进一步表明，单壁碳纳米管引起呼吸链中关键组分细胞色素c由氧化型向还原型转化，使得细胞色素c的电子传递量减少，传递速度减慢，从而干扰线粒体正常功能。这些实验结果为单壁碳纳米管通过影响线粒体呼吸链关键组分，导致线粒体功能改变提供了较有力的实验证据，对深入揭示和阐明碳纳米管作用的生物学机制，以及对以碳纳米管为基础的纳米治疗都有着重要的启示作用。　　随着无机纳米材料在工业界和医学领域的应用日益深入，对这些纳米材料在细胞内可能引起的不良生物效应进行详细和精确的研究和考量是非常必要的，这对于保证纳米材料应用的安全性，真正造福于人类至关重要。本文通过对两种重要的无机纳米材料在细胞和亚细胞水平上的生物学效应进行研究，试图深入地了解和阐明纳米材料在细胞中的行为，为其对细胞功能的影响提供可靠的实验证据，并为制订纳米材料应用的安全计量以确保纳米药物安全性提供了一定的理论根据。