目的:研究二氧化钛纳米粒子（TiO₂-NPs）与Cu²⁺联合,对牛血红蛋白（Bovine Hemoglobin,BHb）、人支气管上皮细胞（Human bronchial epithelial cells,16HBE）、斑马鱼胚胎的毒性作用,从分子、细胞和动物整体水平评价TiO₂-NPs与Cu²⁺联合产生的毒性效应。方法:采用透射电镜等表征TiO₂-NPs及其与Cu²⁺混合物的表面形貌、粒径及Zeta电位。以BHb为模型蛋白,采用紫外-可见吸收光谱法、荧光光谱法、同步荧光光谱法、时间分辨荧光光谱法及圆二色光谱法结合,探讨TiO₂-NPs、Cu²⁺及二者联合与BHb的相互作用,并评价它们对BHb的毒性作用。以16HBE细胞为研究对象,采用噻唑蓝（MTT）比色法测定TiO₂-NPs、Cu²⁺及二者联合对16HBE细胞的毒性作用,利用吖啶橙（AO）/溴化乙锭（EB）荧光双染色法检测16HBE细胞凋亡。选用斑马鱼胚胎为动物模型,以斑马鱼胚胎的孵化率、死亡率、畸形率及鱼鳔正常发育率为指标,构建体内评价TiO₂-NPs、Cu²⁺及二者联合的毒性体系。结果:TiO₂-NPs粒径约20 nm,Zeta电位为0.0606 mV,在水溶液中的平均粒径为76.44nm。光谱学结果表明,TiO₂-NPs、Cu²⁺及二者混合物与BHb均发生相互作用,均使BHb的荧光发生猝灭,其猝灭机制主要为静态猝灭;TiO₂-NPs、Cu²⁺及二者联合均使BHb的构象及二级结构发生变化,螺旋结构变得更为松散,三者对BHb均产生毒性效应。TiO₂-NPs、Cu²⁺及二者联合对16HBE细胞的毒性作用均呈剂量效应、时间效应;AO/EB结果证明TiO₂-NPs、Cu²⁺及二者联合均可以诱导16HBE细胞凋亡;0-800mg·L-1的TiO₂-NPs联合10 mg·L-1的Cu²⁺对16HBE细胞的毒性作用强于TiO₂-NPs。当TiO₂-NPs浓度介于0-200 mg·L-1时,斑马鱼胚胎死亡率均小于15%,畸形率、孵化率及鱼鳔正常发育率与对照组均无显著性差异;当Cu²⁺浓度大于0.125 mg·L-1时,斑马鱼胚胎72 h孵化率（<26%）和染毒终点时鱼鳔正常发育率（<27%）较低、染毒终点时的死亡率（>8%）和畸形率（>25%）较高,且存在剂量依赖关系;0-1mg·L-1 TiO₂-NPs与0.125 mg·L-1 Cu²⁺联合对斑马鱼胚胎的毒性作用与单独Cu²⁺相近,当TiO₂-NPs的浓度为5-200 mg·L-1时,二者联合后斑马鱼胚胎的孵化率和鱼鳔正常发育率均增高,死亡率和畸形率均降低。结论:TiO₂-NPs、Cu²⁺及二者联合均对BHb具有一定的毒性作用。体外0-800 mg·L-1的TiO₂-NPs联合10 mg·L-1 Cu²⁺对16HBE细胞呈增毒效应。体内5-200 mg·L-1的TiO₂-NPs与0.125 mg·L-1的Cu²⁺联合对斑马鱼胚胎呈减毒效应。