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近几年来,纳米技术发展迅速,纳米材料已经在食品、医药、化妆品等领域得到广泛的应用,人体接触纳米材料的机会越来越多,其潜在毒性正引起科学界越来越多的关注。纳米二氧化钛（nano-TiO2）作为一种典型的低毒纳米材料,目前许多研究人员正致力于研究分析这类纳米材料对细胞、机体等的潜在影响。然而,目前对这一类材料的细胞毒性研究依旧众说纷纭,缺乏系统性的比较和分析。而nano-TiO2进入人体后,不仅对其接触的细胞会产生毒性,它对免疫系统的影响也是不容忽视的。因此,本文系统研究nano-TiO2对细胞产生毒性效果及其机理研究,以及对机体免疫功能的影响。在细胞层次,本文系统性地阐述了nano-TiO2的毒理学效应,对这类材料的细胞毒性及引起毒性的机理进行了深入探讨。其中细胞毒性研究从细胞表面和细胞内纳米材料引起的毒性来综合评价;机理研究则从细胞表面纳米材料对离子交换及胞排过程的影响出发进行了综合论述。我们模拟细胞表面上粘附的nano-TiO2沉积膜对离子通过的影响,研究发现nano-TiO2沉积并粘附在细胞表面,阻碍营养离子交换过程,模拟研究发现,通过沉积膜后营养离子K+,Ca2+,Na+,Mg2+和SO42-浓度显著降低。例如,长时间（48 h）,高浓度（200 mg/L）四种不同形貌不同粒径nano-TiO2形成的沉积膜,使通过的Na+浓度从2958.01mg/L分别降低为2775.72,2749.86,2757.36和2719.82 mg/L;类似地,SO42-浓度从38.83 mg/L降低为35.00,35.80,35.40和35.27 mg/L。纳米材料对离子的吸附和离子表面的水合壳结构强烈影响离子通过纳米沉积膜。胞吞进入细胞的纳米材料可以顺利从细胞内代谢出来,而不引起细胞毒性及正常细胞生理过程。阻碍离子交换和干扰胞排过程是细胞表面过量nano-TiO2引起细胞毒性的主要原因。此外,在机体层次,本文研究了二氧化钛纳米棒（TiO2-NRs）进入机体后对免疫系统的影响,研究其对免疫功能产生的调节作用。研究结果表明,TiO2-NRs对主要免疫细胞显示出免疫调节作用。即使在低浓度下（10 mg/L）条件下,TiO2-NRs显著增强免疫反应,刺激免疫细胞释放更多细胞因子。对于不同细胞因子,时间剂量效应有所不同。在主要免疫细胞中,TNF-α和IL-2比起其他细胞因子,如IL-4,IL-10和IFN-γ,具有更为显著的上调特征,而这两种细胞因子在抑制肿瘤生长方面起重要作用。高剂量（50 mg/L）TiO2-NRs与巨噬细胞孵育12 h后,TNF-α含量为530.4 pg/m L,而空白对照组的含量为238.2 pg/m L,含量升高了2.2倍;类似地,在淋巴细胞中其含量增高了4.9倍。RT-PCR数据进一步证明了TiO2-NRs的免疫调节功能。从我们的研究成果得出,TiO2-NRs会触发T细胞增殖,偏向Th1型免疫反应,在BALB/c小鼠体内形成长期适应性免疫而非先天性免疫。综上,nano-TiO2对细胞产生毒性效果主要是细胞表面过量粘附的部分引起的,且毒性是由于阻断离子交换以及干扰胞排过程引起的。这些研究结果为低毒无机纳米材料的毒性研究提供一个统一的研究标准,为后续毒性研究提供一定借鉴。此外,Nano-TiO2对机体免疫功能的作用是通过与主要免疫细胞相互作用,释放细胞因子,从而增强机体免疫反应。研究nano-TiO2对免疫功能产生的影响,对于其健康发展及后续生物应用具有重要意义。