近年来,纳米材料由于固有的结构特性以及独特的小尺寸效应,使得其与常见的微米尺度上的材料在性能上有着巨大的差异。这种差异给纳米材料带来了无限的应用潜能。因此,纳米材料除了在微纳米电子和半导体领域成功的广泛应用之外,也越来越多的被应用于生物医学。纳米材料由于其尺寸及结构的特殊性,具有非凡的表面/界面效应、量子隧道效应以及小尺寸效应等独特的性能。实际应用中,纳米材料通常表现出比表面积大、活性位点数量多、反应活性高、吸附能力强、催化活性高、毒性较低等优点。这为碳纳米材料在生物医学领域的应用打下了坚实的基础。与此同时,越来越多的研究表明,纳米材料在生物领域中也逐渐体现出其双刃剑的一面。当外源性的纳米材料进入到复杂的生物体内后,其独特的性能是否能继续显现?还是会导致一些不好的生物学效应?纳米材料由于其巨大的比表面积和良好的吸附性能,在进入到生物体内后会与体内的部分蛋白质与酶发生吸附作用,从而形成蛋白晕,而这种吸附作用会在一定程度上改变蛋白质的正常的电性,结构,和生理功能。在一定的条件下与蛋白发生相互作用的纳米材料自身也会受到影响。这就意味着特定的碳纳米材料在进入到生物体系中后,其分布、毒性和生物效应都存在不确定性。因此,生物医药领域中纳米材料与蛋白质相互作用的研究成为了这些新型材料安全性研究的基础问题。碳纳米材料要进入到细胞内首先要通过的就是细胞骨架,本研究中我们选择了细胞骨架主要构成成分单体肌动蛋白与纤维肌动蛋白做为研究对象,来研究几种常见的纳米材料对这两者性能的影响及其作用机制。1.利用吸收光谱、荧光光谱等光学研究手段,探讨了两亲性的纳米金颗粒与单体肌动蛋白之间的相互作用。我们发现两亲性的纳米金颗粒与肌动蛋白单体会自发的形成纳米颗粒-蛋白质复合体。通过荧光光谱淬灭的方法研究得到了两者之间的结合常数、吉布斯自由能等热力学参数的信息。通过进一步分析发现,两亲性纳米金颗粒会严重的淬灭肌动蛋白单体的内源性荧光,两者的吸附是自发进行的,而且这种吸附作用十分牢靠,即这是一个相对稳定的体系。两亲性纳米金颗粒并不会改变肌动蛋白单体的二级结构,这些结果表明我们合成的两亲性纳米金颗粒会对肌动蛋白单体产生一定的影响,两者的简单吸附并不会改变蛋白的结构,在一定程度上证明了纳米金颗粒在这一体系中应用的安全性。日后,通过进一步的深入研究我们也许可以利用这一体系制造出一些安全,易得的高级纳米结构。2.碳纳米材料由于其优良的吸附能力和巨大的比表面积,被越来越多应用于生物载药和疾病治疗方面。已有研究表明,碳纳米材料除了可以携带抗癌药物外,还可以通过影响细胞骨架中肌动蛋白的活性来抑制某些癌细胞的增殖、移动等生理行为。因此,我们在分子水平上研究了碳纳米材料(氧化石墨烯、石墨烯量子点)对肌动蛋白的影响。我们通过圆二色谱、扫描共聚焦显微镜、原子力显微镜等研究手段发现氧化石墨烯与石墨烯量子点会在一定程度上改变肌动蛋白单体的二级和三级结构,因此进一步影响了其聚合成为纤维肌动蛋白的能力。上述实验结果可在分子水平上对碳纳米材料对细胞骨架的影响做出解释。