随着纳米生物技术的迅猛发展,纳米材料与细胞及生物膜等生物体系的相互作用越来越受到广泛的关注。在众多的纳米材料中,磁性纳米粒子由于具有良好的生物相容性,其在生物医学方面的应用已被广泛的关注和研究。除了可以作为体内核磁共振技术成像应用的增强剂,近年来,磁性纳米粒子在生物医学工程领域的直接应用也已经取得了巨大的进展,例如将粒子进行表面生物功能修饰以后用于细胞的捕获及分离、体内的细胞定位和追踪、多细胞组织工程的建设、细胞的迁移及黏着斑吸附行为调控等。与其它纳米材料相比,磁性纳米粒子具有其独特的优点,即可以在外磁场调制下、以远距离和无接触的方式实现调控,这一性质尤其适合于体内的实时调控及相关研究。在本论文工作中,我们首次实现了利用细胞内部的四氧化三铁纳米粒子实现对细胞取向和迁移行为的有效调控。工作主要包括三部分:(1)四氧化三铁粒子的细胞内吞,实时观测不同粒子浓度下细胞内吞的生物学过程,验证粒子在细胞内的位置及粒子的细胞毒性。(2)利用内吞的磁性粒子实现对细胞行为的调控。实验发现,这一调控效果具有粒子浓度依赖性。在粒子浓度较低时,内吞的粒子分散的排布在细胞核的周围;在外磁场中,它将引导细胞的取向沿着磁场的方向。相比之下,当粒子浓度较高时,粒子在细胞内部聚集成为团簇,粒子团簇在细胞内沿磁场方向移动至细胞膜的边缘位置,导致细胞发生明显的、与外磁场方向相一致的形貌变化和迁移行为。(3)利用磁性粒子和外磁场,实现多细胞行为调控。另外,我们研究了另一种最近广受关注的生物纳米材料--氧化石墨烯与生物膜模型--巨囊泡的相互作用,揭示其界面相互作用机制。本工作基于磁性纳米粒子,展示了一种完全没有毒性的、调制细胞行为的有效方法,不仅具有重要的生物学研究价值,更将在组织工程学等生物医药领域具有巨大的应用潜力。