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纳米材料与生命体系的相互作用及其健康效应问题，是纳米科技领域的重要前沿问题。由于纳米材料本身具有独特的理化性质，传统毒理学评价方法已不能满足纳米材料生物效应研究的需求，实验中体内、体外结果不一致的矛盾日益凸显，这就要求发展快速、简单、准确的毒理学评价模型体系。而纳米材料在复杂生物体系内可能发生的多种理化性质改变更为其后续毒理学研究带来了巨大的挑战，这就要求在方法学上有所突破创新。 本文利用生物学经典的模式生物——秀丽线虫（Caenorhabditis elegans，C.elegans）结合各种先进的实验方法，建立了综合评价纳米材料生物效应的方法学平台。并将其应用于多种纳米材料在体内的代谢、转运以及纳米材料对生殖、发育等生理活动影响的研究，揭示了纳米材料在生理条件下发生改变的关键过程，并对其具体影响机制进行了深入探讨。此外，本文还选用了高等动物雌性生殖系统中具有重要分泌功能的原代大鼠卵巢颗粒细胞(Granulosa Cell)作为模型，对于纳米材料进入高等动物生殖系统后可能对细胞功能产生的影响做了初步探讨。本文的具体内容分为以下四个部分。 在第一部分工作中，以具有优异光学特性的量子点(Quantum Dot)纳米颗粒作为代表性纳米材料建立了利用秀丽线虫评综合评价纳米材料生物效应的方法学平台。通过研究量子点在线虫体内的分布、代谢、转化和长期毒理效应，发现量子点经过摄食过程伴随食物（大肠杆菌）一同被秀丽线虫吞食进入并积累在消化系统，能进入消化道内皮细胞定位于溶酶体，而其代谢方式则与大肠杆菌有明显差异，长期积累会导致量子点从消化系统向生殖系统迁移，并导致生殖障碍和子代毒性。通过比较量子点荧光的光学图像与量子点组成元素的X射线荧光图像，以及对线虫体内不同部位的量子点进行原位化学结构分析，揭示了量子点在线虫消化系统微环境内降解、氧化和代谢的过程。 在第二部分工作中，详细讨论了多功能纳米载药体系Au@SiO2-DOX在体内的代谢过程。Au@SiO2-DOX的各个组分可以通过不同的方法进行成像对比，结合阿霉素(DOX)的单光子荧光，金纳米棒的双光子荧光以及X射线荧光（XRF）元素成像的方法，发现Au@SiO2-DOX各个组分的代谢速率并不相同。DOX小分子迅速在消化系统内扩散进入相邻细胞，而Au@SiO2则相对较慢，原因一方面是由于Au@SiO2尺寸较大本身迁移速率较慢，另一方面，Au@SiO2在消化环境下容易团聚成大颗粒，且发生结构改变，对正常食物代谢流动过程造成阻碍。 在第三部分工作中，探讨了多功能纳米载药体系Au@SiO2-DOX多代暴露后后对线虫的生殖、发育的影响以及其从母体向子代的转运途径。发现纳米材料短期暴露并不会导致明显的生殖发育毒性。而长期、持续、高剂量的多代暴露则会导致生殖障碍和子代发育毒性。对长期暴露后所产生的卵进行进一步研究，发现Au@SiO2-DOX多功能纳米载药体系中的不同组分在卵中的分布及可能从母体转运至受精卵的途径不同。这一部分工作还在进行中，具体机制仍有待进一步探讨。 在第四部分工作中，采用原代培养的大鼠卵巢颗粒细胞，分别用不同长度的羧基化多壁碳纳米管进行处理，研究其对孕酮分泌的影响及作用机制。发现碳纳米管能通过下调颗粒细胞内StAR蛋白的表达来抑制卵巢颗粒细胞的孕酮分泌。并且碳纳米管对StAR蛋白表达的抑制作用在撤除碳纳米管后有可能恢复，而P450scc蛋白的表达则并无明显变化。其作用机制可能是碳纳米管处理提高了卵巢颗粒细胞的氧化应激水平，导致细胞线粒体膜轻度破坏造成的。 综上，本文建立了以秀丽线虫为模式生物评价纳米材料生物效应的研究平台，并创新性地将多种同步辐射技术如X射线原位微区元素成像与化学结构分析技术应用于材料在体内代谢过程的研究，揭示了纳米材料在线虫消化系统微环境内降解、氧化和代谢的过程，并指出了利用纳米材料光学特性进行分布研究的不可靠性，提出了集成光学成像、原位元素成像与结构分析、细胞生物学、毒理学等多种方法来研究纳米材料在生物体系内分布代谢等重要问题的系统研究方法。从纳米材料毒理学评价方法学的建立、应用和机理揭示等方面进行了有意义的研究具有重要意义，并有望在后续研究中推广应用于多种重要纳米材料的研究，在不同层次阐明纳米材料与生物体系相互作用的机制。对于纳米材料长期持续多代暴露后对生殖及发育功能影响的研究，揭示了可能的作用机制。大鼠卵巢颗粒细胞模型的应用，补充了线虫作为低等动物生殖系统不具有激素分泌功能的缺陷，对于纳米材料生殖毒性研究具有重要意义。