本文目的是为了提供纳米颗粒生物毒性机制研究的有效方法，以及提供评价常用纳米颗粒生物安全性所需要的数据，并为其后续毒性机制研究的计量选择以及生物安全性指标识别提供依据。本研究主要采用透射电镜研究不同粒径、不同浓度的纳米颗粒对细胞亚结构的影响，及利用基于GC/TOFMS的代谢组学，分析纳米颗粒对细胞代谢水平的影响，为建立下游代谢物变化与信号通路变化的关系提供有效数据，以期对其毒性效应的全面理解。选择2种应用比较广泛的典型纳米材料，金属氧化物纳米颗粒二氧化钛和高分子纳米颗粒聚苯乙烯检测了两种纳米材料对小鼠成纤维细胞(L929cell line)的毒性效应。透射电镜观察研究结果表明，L929细胞亚细胞结构受损程度随纳米颗粒浓度增加和作用时间增长而增加，参照细胞结构主要为细胞内泡状结构和线粒体等。同时，浓度效应对纳米颗粒毒性的影响大于时间效应。基于代谢组学的二氧化钛纳米颗粒毒性研究中，有7条氨基酸代谢通路是被严重干扰的(impact-value>0.10)。其中，有10个明显变化的氨基酸。这些结果表明受干扰的氨基酸在纳米TiO2引起的毒性效应中起到重要作用。与前期研究结果结合，纳米TiO2可能是通过引发氧化应激、能量损伤及DNA和RNA受损而导致毒性效应。基于代谢组学的聚苯乙烯纳米颗粒毒性研究中，发现13个在浓度梯度中均有明显变化的代谢物。分析表明，无论浓度高低，聚苯乙烯纳米颗粒主要通过扰动细胞内糖代谢通路和氨基酸代谢通路而导致毒性效应，并持续抑制核酸合成通路。同时，研究结果表明生物型透射电镜和基于GC/TOFMS的代谢组学方法对纳米颗粒毒理学研究的有效性。