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纳米生物材料的理论和实验研究正成为现代生物和医用材料的研究热点。随着纳米技术和材料科学、生命科学的不断交叉，纳米生物医用材料已在新型医用植入材料和介入医用材料、组织工程和再生医学材料，特别是在新型药物和基因控释载体及高效生物诊断材料领域取得较大进展。目前，由无机纳米材料和高分子纳米材料或一些杂化材料所构成的纳米生物材料都得到了广泛的研究。但如何设计并制备多功能的、更具有生物相容性的纳米生物材料，并把它们设计成药物/基因载体，仍然是众多科学家所追求的目标。在本论文工作中，通过模板法制备了几种生物相容性的，并具有丰富纳米孔隙的复合纳米材料，并把它们设计成药物/基因载体，通过与肿瘤细胞相互作用，初步探索了材料在肿瘤细胞识别与药物靶向释放方面的应用价值。
首先，通过层层组装技术结合压力模板法制备了生物相容性的壳聚糖/海藻酸复合纳米管。壳聚糖和海藻酸被交替吸附在多孔聚碳酸酯模板孔道内壁，除去模板之后生成尺寸均一、形态可控的纳米管材料。壳聚糖/海藻酸复合组分表现出高的成膜能力，所得到的纳米管性质非常稳定，管壁的厚度可以通过改变自组装层数加以控制。当用DTAF标记的海藻酸作为纳米管的组分之一时，在荧光显微镜下纳米管具有较高的荧光强度。当把纳米管与胰酶作用一段时间发现纳米管具有一定的可降解性质。另外，纳米管可以吸附大量的单链DNA分子，DNA分子经过修饰后，纳米管又可以选择性识别生物大分子。更重要的是，这种纳米管可以很容易的被肿瘤细胞所吞噬，并表现出较低的细胞毒性。这些性质都使这种纳米管作为药物/基因载体具有重要的应用价值。
另外，制备了一种内部具有规则的六方孔道的SiO2纳米粒子。对粒子表面功能化，并通过原子转移自由基反应(ATRP)在粒子表面包裹了一层具有热敏性质的聚合物聚N-异丙基丙烯酰胺。聚合物层的厚度可以通过反应物单体和交联剂的浓度加以控制。这种多功能的复合材料具有多孔性的内核，这可以吸附更多的药物或生物分子，而且具有热敏性质的聚合物外壳，可以作为SiO2粒子内核孔道的热敏开关控制药物分子的出入。实验中，一种水溶性的模型分子—FITC—被装载到材料内部，并通过细胞内吞作用带入肿瘤细胞，整个过程材料表现出良好的细胞相容性，是一种智能的生物纳米材料。
这种多孔的SiO2纳米粒子也被作为一种药物载体用于肿瘤细胞体外的光疗实验(PDT)。实验中，一种非水溶性的光敏药物，竹红菌素B(HB)，通过溶剂蒸发法被装载到SiO2纳米孔道内部。为了增加材料的细胞相容性，在纳米粒子表面包裹了一层混合磷脂。这种复合材料通过与肿瘤细胞共同培养，发现包裹有混合磷脂的粒子会更容易被肿瘤细胞所吞噬且在避光条件下材料表现出一定的细胞相容性，而在光照条件下材料表现出明显的细胞毒性。因而，将这种多孔SiO2纳米粒子作为HB的载体，克服了药物非水溶性，混合磷脂的包裹增加了肿瘤细胞对材料的摄取效率。