纳米生物光子学是光学、纳米技术和生物医学研究的交叉学科,借助纳米材料独特的光学性质和生物特性,用光学的手段实现对细胞和生物体微纳米量级的操控、传感和成像。近十年来,随着纳米制造技术和激光技术的进步,各种功能和材料的纳米颗粒被大量合成出来,如半导体量子点、金属纳米颗粒、Fe2O3磁性纳米颗粒等,广泛应用于细胞成像、细胞内纳米传感、光热治疗、光动力治疗、靶向载药和转基因等技术。尤其是飞秒激光技术的进步,为纳米生物光子学提供了更优质的光源和理想的光操控手段,使其成为一个具有广阔前景的领域。本文首先综述了纳米生物光子学领域的研究内容和前沿应用,并对研究中应用最广泛的纳米颗粒进行简介,着重介绍了纳米金颗粒和纳米金棒的光学性质和生物相容性。同时,对细胞内信号调控、凋亡和坏死机制进行了简介,这是飞秒激光和纳米颗粒对细胞发挥作用的生物学基础。纳米生物光子学涉及纳米金棒、飞秒激光、体外培养的活细胞三者的相互作用,本文对其机理进行了详细介绍,阐明了飞秒激光调控细胞信号和光损伤的物理和生物机制,以及纳米金棒增强飞秒激光对生物细胞作用效果的原理。最后对不同重复频率和不同脉宽的飞秒激光调控含纳米金棒细胞内钙水平和光损伤的效果进行了实验研究。实验结果表明,通过调整飞秒激光曝光时间可以精确调控细胞内钙水平上升和下降,其中,飞秒激光调控细胞内钙水平下降的现象为本文首次发现。飞秒激光重复频率和脉宽对光损伤效果有重要影响,反映出热效应主导的光损伤特点。本文的研究成果可以用于各种钙相关的细胞生命过程的调控,如转基因、免疫调控等,对光热治疗、光动力治疗等光损伤治疗同样有指导意义。