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近年来,超顺磁氧化铁纳米颗粒（SPIONs）因其独特的性质逐渐在生物医学领域获得高度认可,因此常被用做医疗诊断用的MRI成像造影剂、治疗用的药物输送系统、磁热疗系统等。但是,纳米药物临床转化的障碍也有很多。主要挑战是:体内环境下的不稳定性、安全性问题、对疾病异质性和患者差异性的忽视。因此,需要充分理解纳米药物的体内和体外行为,准确评估其安全性和功效性。与较大尺寸的相同材料相比,纳米材料表现出显著性差异性质如巨大的比表面积使其具有很强的化学反应活性,这些性质可能会改变它们与细胞及生物分子间的相互作用以及它们的生物分布,从而显著影响它们的安全性和功效性评估。另一方面,SPIONs的尺寸非常小,与生物分子相当。如此小的尺寸可能导致纳米材料分散到身体的各种系统中,从而可能干扰身体各部位的正常功能。纳米材料胞内代谢途径、代谢负担、清除方式、毒副作用等,不仅与纳米材料的安全性能紧密相关,且与其功效紧密相关。安全性是纳米材料应用于临床医学的基础,量化细胞与纳米粒子之间的相互作用,提出优化纳米材料的安全使用方案,已成为现研究阶段的当务之急。目前许多研究团队试图揭示由纳米材料引起细胞死亡的内机理,但是并没有系统的建立起纳米颗粒与细胞死亡通路之间的信息网。因此本研究立足于SPIONs的生物安全性和功效性层面,一方面构建了纳米颗粒理化参数与人乳腺癌细胞MCF7氧化应激动态量化模型,提出纳米粒子功效实现的安全使用方案。另一方面深入研究了SPIONs的尺寸效应引起细胞内氧化应激和激活肿瘤细胞死亡调节通路,充分发挥SPIONs本身治疗肿瘤的功效。通过热分解法制备了三种尺寸油相SPIONs（3 nm、7 nm、14 nm）,为了使SPIONs能分散在水溶液中,我们在油相颗粒表面修饰磷酸化的聚乙二醇（PEG）,修饰后的水相Fe3O4纳米颗粒粒径分别为7.3 nm、15.1 nm和30 nm。在模拟体内的环境,将此纳米粒子与人乳腺癌细胞MCF7共培养,用等离子体电感耦合发射光谱法（ICP-AES）定量分析水相Fe3O4纳米颗粒的入胞量,并建立入胞动力学模型;并通过流式细胞技术、基因干扰等方法探究颗粒引起细胞死亡的机制。研究结果表明:（1）SPIONs的尺寸是胞吞行为的重要决定因素,SPION1（3 nm）代表物质跨膜运输被动运输模型,在6小时内入胞速度由快到慢且6小时之后的入胞量基本达到稳定状态。SPION2（7 nm）和SPION3（14 nm）代表了物质跨膜运输主动运输模型。在8 h时SPION2（7 nm）和SPION3（14 nm）的入胞速率达到最大,并且此后SPION2（7 nm）和SPION3（14 nm）的入胞速率变小,入胞量在24小时后趋于平稳。不同尺寸的氧化铁纳米颗粒具有不同的胞吞动力学曲线,三种尺寸的纳米颗粒入胞速率变化趋势不同,氧化铁纳米颗粒入胞速率过快使细胞代谢紊乱造成细胞死亡。在后续研究中我们试图寻找导致细胞死亡的根本原因,建立纳米颗粒入胞速率与细胞死亡之间的联系。（2）胞吞速率与细胞死亡关联的直接因素是活性氧,活性氧的生成量随纳米颗粒的胞吞速率增大而逐渐增加,活性氧主要来源于细胞质和线粒体中,过量的活性氧造成胞内氧化应激失衡从而引起细胞死亡。Fe3O4纳米颗粒的入胞造成细胞氧化损伤具有存在明显的时间效应、浓度效应、尺寸效应。通过对细胞氧化应激指标的分析发现,Fe3O4纳米颗粒的入胞造成胞内氧化应激程度随浓度的增大而增多,随时间延长先增大后减小并在6小时达到峰值。3纳米的颗粒引起胞内质活性氧含量最低,7纳米和14纳米的颗粒引起的胞质活性氧最高且基本一致,不同尺寸的SPIONs在6小时造成线粒体极化程度3纳米最大,其余两个尺寸造成线粒体损伤程度和较低。根据线粒体和胞质活性氧产生情况,我们得出纳米颗粒与细胞共孵育6小时造成胞内总活性氧含量由多到少依次是7 nm、14 nm、3 nm,这是因为6小时时7 nm和14 nm的入胞速率已经超过3 nm。三种尺寸纳米颗粒造成膜过氧化损伤程度由大到小依次是3 nm、7 nm和14 nm,说明细胞在与纳米颗粒共孵育6小时之内,3 nm颗粒造成细胞死亡最多,14 nm颗粒造成细胞死亡最少。这是因为3 nm颗粒在6小时内胞吞速率增长过快且大于7 nm和14 nm。（3）胞质活性氧和线粒体活性氧的产生是由多种氧化应激通路调节的,3纳米颗粒激活5条氧化应激通路,7纳米和14纳米分别激活三条氧化应激通路。通过数据对比我们可知,3纳米的颗粒引起细胞氧化应激主要通过线粒体通路,这与前面相同条件下3纳米颗粒造成线粒体活性氧含量最高数据一致;7纳米和14纳米的颗粒引起细胞氧化应激主要通过胞质途径,这与前面相同条件下7纳米和14纳米颗粒造成胞质活性氧活性氧含量最高数据一致。（4）纳米颗粒颗粒入胞造成细胞氧化损伤是这四种细胞死亡途径共同作用的结果。说明不同尺寸的纳米颗粒引起各细胞死亡途径的通量有较大差异,表现出颗粒的尺寸效应。3 nm颗粒引起的坏死途径受到抑制,7 nm颗粒引起的凋亡途径受到轻微抑制,14 nm颗粒引起的坏死和凋亡途径受到抑制。通过对四种细胞死亡关键基因CASP3、RIPK3、ATG9B、ALOX5AP表达量及干扰分析得知SPION1（3 nm）在铁死亡、坏死、凋亡、自噬、这四种途径的分配占比分别为20%、10%、35%、35%;SPION2（7 nm）在铁死亡、坏死、凋亡、自噬这四种途径的分配占比分别为25%、25%、20%、30%,SPION3（14 nm）在铁死亡、坏死、凋亡、自噬这四种途径的分配占比分别为35%、0%、30%、35%。不同尺寸纳米颗粒造成细胞死亡途径流通率的差异据与上述关键基因表达量的数据相符。