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金纳米棒(Gold nanorods，Au NRs)是一种新型金纳米材料，金纳米棒制备简单、形状和尺寸可控、生物相容性好，具有独特的光学性质如表面增强拉曼散射效应和依赖于长径比的表面等离激元共振效应等特性，在纳米生物医学领域有着非常广泛的应用前景，如肿瘤治疗、药物与基因载体、近红外活体成像、生物传感、CT成像等。然而，Au NRs在未来生物医学领域中的安全应用，高度依赖于对其生物效应的了解，即研究它们与生物体系相互作用的规律和机理。目前，国内外相关研究非常有限；因此，本论文从以下三个方面着手，探讨Au NRs-生物界面相互作用的规律：
首先，研究了Au NRs在动物体内的吸收、分布、代谢、排泄和形态转化。我们发现，在动物体内Au NRs以血浆蛋白-Au NRs复合物形式循环，血液半衰期很短，迅速分布于肝脏、脾脏、肺脏中。少量Au NRs可通过粪便排出，大多数长期蓄积于肝脏和脾脏并定位于其吞噬性细胞的溶酶体中。利用同步辐射X射线吸收光谱(X-rayabsorption-fine structure，XAFS)以及透射电镜技术，发现在组织中长期蓄积的Au NRs仍然为原型分布，金的化学形态不会转变为有毒的离子态。该研究中建立的研究金纳米棒在生物体内命运的系统集成分析方法，为其他金属纳米材料的生物效应研究提供了很好的参考和借鉴。
其次，研究了生理、病理状态的不同细胞对Au NRs的差异性应答，发现CTAB/AuNRs能选择性杀伤肿瘤细胞，而不干扰正常细胞和成体干细胞的生理功能。原因是Au NRs在不同细胞内有着不同的转运途径。肿瘤细胞的溶酶体对CTAB耐受性差，Au NRs表面的CTAB分子引起溶酶体膜通透性增加，而导致Au NRs被释放到胞浆；最终CTAB/Au NRs靶向线粒体，影响线粒体结构和功能，导致细胞死亡。而正常细胞与成体干细胞对CTAB有较高的耐受性，能保留在溶酶体中，而不影响细胞活力。病理和生理状态下的不同细胞对金纳米棒的敏感性与生物效应明显不同，这一现象为人工设计细胞差异性应答的纳米载体和药物提供了新的研究思路。
最后，研究了血清蛋白对Au NRs细胞毒性的屏蔽与保护作用。在无血清培养体系中，CTAB/Au NRs会破坏细胞膜结构，导致细胞死亡；而血清蛋白或者其他分子的包被可屏蔽或缓解CTAB的细胞毒性。该研究说明，纳米材料生物效应的评价，不应该孤立地研究表面电荷或者表面修饰对细胞的影响，应该充分考虑纳米材料-生物环境界面间的多重因素及其在细胞效应中所起的作用。本论文的研究工作获得了具有较好应用前景的结果，为金纳米棒在生物医学领域中的应用提供了大量基础数据。