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一些碳纳米材料在光照下可经能量转移和电子传递途径产生活性氧物种(ROS),引发氧化应激效应,进而对生物产生毒性作用。石墨烯作为新型碳纳米材料,其毒理学研究主要关注氧化石墨烯。不同种类的表面官能团如何改变石墨烯的电子结构,影响其诱导产生ROS导致氧化应激效应需要进一步的研究。本研究采用电子自旋共振光谱(EPR)技术和分子探针方法测定了羧基化石墨烯、氨基化石墨烯和未官能化石墨烯光致产生ROS的种类和水平,同时基于密度泛函理论研究了石墨烯及其表面官能化衍生物诱导产生ROS的反应途径。利用能带结构预测石墨烯及表面官能化衍生物的氧化应激效应,并以大型溞为模式生物,测定氧化应激效应的生物标志物,验证了氧化应激效应的预测结果。(1)基于EPR技术测定光致产生ROS的种类,发现羧基化石墨烯和氨基化石墨烯在紫外光照下具有经能量转移产生单线态氧(102)和经电子传递产生羟基自由基(·OH)的能力。基于分子探针方法,定量测定了石墨烯及其表面官能化衍生物光致产生ROS的水平,发现产生102的能力大小：羧基化石墨烯>氨基化石墨烯,产生超氧阴离子(O2·-)的能力大小：羧基化石墨烯>氨基化石墨烯>未官能化石墨烯,产生·OH的能力大小：氨基化石墨烯≈羧基化石墨烯。(2)基于密度泛函理论计算了石墨烯及其表面官能化衍生物的能带结构,发现羧基化石墨烯和氨基化石墨烯的能隙值(Eg)大于分子态氧的跃迁能(0.97 eV),表明光照下它们可经能量转移产生102,而未官能化石墨烯不具有产生102的能力。石墨烯及其表面官能化衍生物的最低未占据轨道能(ELUMO)均大于-4.30 eV,表明它们可经电子传递产生02·-。然而,石墨烯及其表面官能化衍生物的最高占据轨道能(EHOMO)的均大于-6.70 eV,表明它们不能直接氧化H20产生·OH,·OH产生可能是O2·-发生歧化反应而生成的。(3)羧基化石墨烯和未官能化石墨烯的ELUMO计算值在生物体内标准氧化还原电势(-4.12 eV--4.84 eV)范围内,表明它们可能对生物体具有氧化应激效应。通过测定大型溞体内氧化应激标志物,发现未官能化石墨和羧基化石墨烯可显著地提高体内总ROS的水平,且趋势为：未官能化石墨烯>羧基化石墨烯。未官能化石墨烯和羧基化石墨烯使体内总超氧化物歧化酶活性显著升高,而经氨基化石墨烯处理后总超氧化物歧化酶活性活性无显著改变。维生素C的加入降低了未官能化石墨烯和羧基化石墨烯诱导的体内总ROS水平。结果表明：羧基化石墨烯和未官能化石墨烯具有氧化应激效应,而氨基化不具有氧化应激效应。