此项目属于生物与医药技术领域。要实现碳纳米材料在疾病诊疗中的应用，必须阐明纳米材料的独特生物学效应，解决生物安全性问题，利用独特纳米效应，拓展在疾病诊疗中的应用。在国家纳米重大科技专项、国家杰出青年基金等的支持下，本项目开展了碳纳米材料如碳纳米管、氧化石墨烯、碳点的生物学效应研究，利用碳纳米材料的纳米效应，解决在疾病多种标志物同步检测、诊疗一体化中的应用基础科学问题。主要发现如下： 1. 碳纳米材料的生物学效应机制: （1）发现单壁碳纳米管能够抑制细胞增殖，主要机制是诱导细胞凋亡，降低细胞粘附分子的表达，高效率进入细胞内部，干扰细胞的功能，且呈剂量和时间依赖性；碳纳米管诱导细胞内活性氧含量与共育时间有关。（2）发现氧化石墨烯对细胞和动物具有剂量依赖性毒性，如诱导细胞凋亡和肺肉芽肿形成，并且沉积在肺部、肝脏和脾脏中。发现PVP-GO具有显著不同的免疫毒性，通过表面修饰，可以调节其免疫毒性。（3）发现碳点具有好的生物相容性，具有独特的光电特性。 2. 碳纳米材料的表面功能化及用于多种标志物检测的机制：（1）发现不同基团修饰的碳纳米管能够淬灭量子点的荧光信号，呈现出规律特性；提出了碳纳米管与量子点自组装基础上的超敏感检测核酸与抗原的技术原理方法，利用量子点的体积依赖性的不同颜色荧光信号，实现了多成份的同步检测。（2）发现氧化石墨烯具有自我催化功能，利用此功能在原子单层表面原位合成金纳米颗粒，制备出表面增强拉曼散射传感器，增强拉曼分析的检测信号，实现呼出气体标志物同步检测，有效区分早期胃癌患者与中晚期胃癌患者及健康人群。（３）发现利用紫外照射氧化石墨烯，可打开其能带，制备出石墨烯纳米筛，呈现出半导体特性与光致发光现象，制备场效应器件，表现出优越的光电特性，同时获得石墨烯量子点，具有强的荧光特性。 3. 碳纳米材料在诊疗一体化中的应用机制：（1）发现碳纳米管、氧化石墨烯、碳点通过修饰，与siRNA、药物、光敏剂等偶联，可高效进入肿瘤细胞，是一种高效基因与药物递送载体。（2）制备了碳量子点C-Dots-Ce6复合物，制备叶酸修饰的氧化石墨烯结合光敏剂Ce6，能够靶向肿瘤成像，实现光动力治疗。（3）阐明了氧化石墨烯银纳米粒子复合结构杀灭真菌的机制。（４）证明负载肌肽的氧化石墨烯，是一种好的免疫佐剂，提出了其作用机制。 论文与知识产权情况：发表SCI论文60余篇，代表性8篇论文被SCI他引用1074次，作为副主编，编写了《纳米毒理学》专著1本，授权发明专利3项，发表的论文被Nature Nanotechnology、Chem Review等杂志引用与正面评论。 推广与应用前景：利用碳纳米材料的独特效应，探讨了在肿瘤药物的靶向递送、诊疗一体化、自组装超敏感检测方面的应用，为临床转化奠定了理论基础。