随着碳纳米管的广泛使用,各种形式、尺寸的碳纳米管已经开始以不同途径应用于生产和生活。与此同时,碳纳米管的安全性问题也引起了各国政府、研究机构和公众的广泛关注。由于小尺寸效应、量子效应和巨大比表面积等,碳纳米管具有特殊的理化性质。进入人体后,它们与人体之间的相互作用与化学成分相同的常规物质有很大不同,甚至可能包含人类尚未充分了解的全新生物效应作用机制。碳纳米管可以通过呼吸道吸入、食物链经消化道摄入和皮肤接触等渠道进入生命体内,造成生命体组织器官的损伤。在进入生命体,通过组织液、血液到达组织器官之前,碳纳米管首先会与组织液、血液中的蛋白接触并发生作用,到靶器官后又与靶器官中的蛋白质发生作用,并呈现出一定的生物学效应。因此研究碳纳米管与功能性生物大分子的作用机理是非常必要的。关于碳纳米管毒性研究,目前的研究方法多以生物毒性实验为主,但该方法很难从分子水平上解释碳纳米管生物体的毒性作用机理。蛋白质是生命体的物质基础,是生命体各种功能的直接执行者,其结构变化将导致生命体功能的紊乱,导致很多疾病的产生。环境中的很多的小分子污染物进入机体后都能够对机体内的蛋白质产生毒性作用从而使其变性和功能的丧失。因此,研究环境污染物对蛋白质的毒性作用一直是环境污染与健康领域的热门课题。本论文选择牛血清白蛋白(BSA)和α-糜蛋白酶(α-CT)为靶分子在功能蛋白质分子水平上利用荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、圆二色性光谱、透射电镜等技术或手段从不同角度研究了碳纳米管与蛋白质的作用机理,建立了一种全面评价纳米材料与生物大分子作用的新方法。本论文共分五章内容,具体如下：介绍了主要的污染物毒性的评价方法、蛋白质分子的概况；分哺乳动物体内试验、体外实验,生物大分子实验,植物实验,水生生物实验、微生物实验几个方面对最近几年碳纳米管毒理研究的进展做了综述并对今后的研究方向做了前瞻性讨论。通过热重分析、红外光谱、荧光光谱、紫外可见光谱、时间-分辨荧光光谱、圆二色谱、透射电镜等技术研究了羧基化碳纳米管对BSA结构的剂量-效应关系；发现BSA分子可以非特异性地通过静电力与羧基化碳纳米管结合,使BSA分子结构变得疏松,通过去除荧光内滤效应发现,蛋白质原本处于一个相对疏水的环境中的三个发光基团也因此处于一个相对亲水的环境；通过分析紫外可见光谱,我们发现并解释了BSA骨架结构由不同量的碳纳米管而引起的微环境的改变。碳纳米管与BSA结合也会因两者比率不同而不同。通过分析荧光寿命可知两者结合属于静态猝灭过程。此外,蛋白质的二级结构也发生变化,α螺旋含量降低,p折叠含量上升。通过红外光谱、荧光光谱、紫外可见光谱、圆二色谱、透射电镜等技术在分子水平上研究了不同直径的碳纳米管对BSA结构变化的影响,并做了机理上的解释。实验发现碳纳米管可以使BSA荧光强度降低,且同等量的小直径碳纳米管比大直径碳纳米管对BSA的荧光猝灭更加明显。随后通过吸收光谱、透射电镜等方法表明碳纳米管在小直径碳纳米管上结合更紧密；圆二色谱研究对碳纳米管直径对BSA二级结构的影响做出了直观的反映。运用红外光谱、(电位测量、荧光光谱、紫外可见光谱、圆二色谱、透射电镜等方法研究了碳纳米管表面羧基密度对α-CT结构的影响：碳纳米管使α-CT分子二级结构中α-螺旋比例下降,骨架结构变得松散,同时使得α-CT内部疏水区的Trp等芳香环氨基酸的暴露增强,α-CT自身的特征荧光明显猝灭,且羧基密度越大,上述影响越明显。最后对本论文的研究部分进行了总结,并对这种新的评价方法今后的发展方向做了展望。本论文丰富了纳米材料对生物大分子毒性的研究手段,为碳纳米管毒性机理研究提供了参考,提高了人们对碳纳米材料安全性的认知度。