纳米材料的大量生产给环境和人类健康带来了很大风险。然而，由于纳米毒性评估方法的局限性，目前对于纳米毒性效应的理解和认识仍很欠缺。发展新的研究方法，有助于从新的角度增加对纳米毒性的认识。表面增强拉曼光谱(SERS)是基于分子振动的光谱技术，可以提供细胞内不同生物分子的指纹图谱，目前已被广泛应用于多种生物分子和生物体系的研究。本论文建立了基于SERS技术的适用于多种纳米材料毒性效应研究的新方法，并结合多元变量统计分析研究了纳米ZnO的剂量和时间毒性效应，并对比比较了三种不同纳米材料（ZnO、Ag、氧化石墨烯GO）的毒性效应。取得的主要研究结果如下:　　(1)建立了适于多种纳米材料毒性效应研究的SERS方法。通过添加具有生物相容性和SERS活性的纳米Au，本研究成功将SERS用于研究无SERS活性纳米材料的毒性效应。并且，通过发展一种新型的真空抽滤样品制备方法，获得了厚度和SERS信号高度均匀的细菌样品，保证了谱图变化仅来自细菌对毒性纳米材料的响应。这些优势将确保SERS结合PCA-LDA多元统计分析方法提取出细菌对纳米材料响应的特征生化变化，从而揭示纳米材料的毒性效应。　　(2) SERS研究了纳米ZnO对细菌的剂量和时间效应。低剂量范围(0-3 mg/L)纳米ZnO引起的谱图变化大于高剂量范围(3-480 mg/L)，说明纳米ZnO的生物有效性随浓度升高而降低。另外，低剂量纳米ZnO(3 mg/L)在0.5h内即可对细菌产生影响，证明作用速度快。此外，低剂量长时间暴露具有和高剂量类似的毒性效应，说明环境低剂量纳米粒子长时间暴露应该成为健康风险评估的关注点。通过进一步提取细菌的关键生化变化，初步解析出ZnO的毒性作用机制，即细菌的代谢活性随剂量和时间的增加而降低，但细菌可能通过产生含脂质外膜囊泡的短期保护策略来减缓纳米粒子的毒性作用。另外，纳米ZnO的毒性与释放的Zn离子无直接联系。　　(3) SERS结合ROS、细菌存活能力对比研究纳米ZnO、Ag和GO的毒性效应。细菌对纳米材料的毒性响应与材料种类、浓度（亚致死和致死）、暴露时间都相关，对同种纳米材料的响应机制也与剂量和时间相关。另外，三种纳米材料对细菌的作用方式不同。GO对细菌的毒性作用可能来自于其表面活性官能团与细胞膜的相互作用。纳米Ag的作用机制包括氧化损伤、细胞膜裂解和蛋白质变化。纳米ZnO的毒性效应是基于ROS的产生，导致DNA氧化损伤，后期的氧化应激反应可能还包括ROS解毒酶的表达。　　(4) SERS研究纳米毒性的优势和展望。SERS是研究纳米材料毒性效应的高灵敏工具，可在细菌存活能力不变、ROS未检出的情况下，获得细菌对纳米材料的灵敏响应。与多变量统计分析结合，可进一步获得不同剂量或时间条件下，细菌响应的大小和生化组成变化等分子水平信息，对毒性机制的揭示有一定帮助。考虑到纳米科技的快速发展和各种新型纳米材料的出现，通过归纳总结细菌暴露于更多种类纳米材料后的SERS谱图特征变化，有望为预测新型纳米材料对细菌的毒性效应和机理提供指导，对纳米科技的健康发展有一定的帮助。