巨型单层囊泡膜类似于所有生物细胞质膜的自封闭脂质基质,是理想的细胞膜模型。目前,巨型单层囊泡被用于研究生物膜的某些方面,例如,由添加的化合物引起的膜渗透,横向脂质异质性,或膜的出芽和裂变等,其形状可以直接在光学显微镜下观察到。本论文基于仿细胞膜模型,采用电形成法制备巨型单层囊泡技术,使用高分辨率倒置荧光显微镜表征技术和荧光泄漏实验技术为主的实验表征技术,研究了渗透梯度协同自发曲率介导仿细胞膜的再组装。渗透压可以打破细胞内和细胞外溶液之间的流体平衡,在低渗透溶液中溶质浓度差的驱动下,水分子穿过半透膜进入细胞并破裂,间歇破裂的复杂动力学过程以前已经观测到,然而,其潜在的物理机制还有待于深入的探索和分析。本论文第三章第一节,采用实验与理论相结合的方法,定量研究了在低渗透介质中单组分巨型单层囊泡内含物的间歇式释放。实验研究中我们采用了一种高灵敏度的电子倍增电荷耦合装置来获取间歇式动态图像,我们注意到,磷脂囊泡的组分影响了拉伸速度,以及制备囊泡的溶液可调节释放时间。理论研究中我们运用方程组和数值模拟的方法分阶段量化了动态过程,并探讨了双分子层渗透率和溶液粘度等物理参数对此过程的影响。得出的结论是,巨型单层囊泡达到平衡所需的时间高度依赖于脂类的分子结构;巨型单层囊泡的孔隙寿命与内部溶液环境密切相关;在粘性溶液中制备的囊泡能够看到长寿命的孔隙。此外,通过内含物释放速度定量测量了线张力,与理论模拟结果具有相同的数量级,实验值与理论值吻合较好。我们的研究明确了间歇性孔隙形成和内含物释放的物理调控机制,为基于跨膜转运的基因治疗、基于脂质体的控释药物等新技术的开发提供了重要参考。巨型单层囊泡是最简单的细胞状封闭腔室,尽管水分子很容易在囊泡壁上保持平衡,但溶质的被动渗透受到了强烈阻碍,因此很容易在封闭的囊泡和周围的自由浴之间建立渗透梯度,从而触发渗透作用。本论文第三章第一节对低渗介质中调控单组分GUVs间歇式释放进行了研究,然而,由于人体细胞的多样性,以及多组分膜与活细胞中可能出现的较温和的渗透梯度相耦合。本论文第三章第二节,基于巨型单层囊泡仿细胞膜模型,实验结合理论分析了渗透梯度介导多组分仿细胞膜的再组装行为。实验研究中,选取胆固醇（Chol）、鞘磷脂（SM）和不饱和磷脂（POPC）三元脂质混合物组成GUVs,渗透梯度通过去离子水建立。研究得出,多组分膜表面出现以大微观域为特征的状态（相分离）和光学均匀状态（均相）之间翻转,这种振荡相分离是等温发生的。此外还观察到振荡相分离中时序级联瞬时孔隙,依据子代囊泡通过孔隙的排出过程,理论研究中分析其内在的生物物理机制,研究得出孔隙寿命足以允许部分溶质泄漏。水的渗透流入、压力、膜张力、孔隙形成和溶质流出的这种循环模式表明了准稳态自我调节行为,允许由简单分子成分（即水、渗透性物质和脂类）产生的囊泡室在负反馈回路中感知和调节其微环境。单糖（如葡萄糖和蔗糖）的一个显著特性是它们能够保护生物膜免受脱水损伤,这种性质反映了潜在的糖-脂质相互作用,在低水合作用下,脂质双分子层与单糖相互作用已被广泛研究。本论文第四章,基于巨型单层囊泡仿细胞膜模型来研究与两种糖（葡萄糖和蔗糖）接触的完全水合的脂质膜。实验研究中当膜内部溶液含有蔗糖（/葡萄糖）,而外部溶液含有葡萄糖（/蔗糖）,糖不对称会引起磷脂双层膜的自发弯曲,产生向外出芽（/向内出芽）的囊泡形状,其弯曲的方向可以通过交换内部和外部溶液来逆转,表明糖-脂相互作用产生了一个显著的正自发曲率（/负自发曲率）,这是由有效的排斥和吸引糖-脂相互作用引起的。理论研究中我们将尝试通过体积面积比和归一化自发曲率两个无量纲物理参量,使用Matlab软件模拟获得稳定膜形状的参数范围,并讨论可能的分子机制。理论和实验之间详细的比较表明囊泡的向内出芽（/向外出芽）形状在广泛的参数范围内都是稳定的,在不同的稳定性制度之间有显著的重叠,反映了形状空间中崎岖的自由能景观。此外,相图的获得有助于确定仿细胞膜形状过渡的路径（实验中我们采集了两种向外出芽囊泡以及一种向内出芽囊泡的可能路径）,为我们进一步深入研究以可控和可靠的方式打开和关闭这些形状的膜颈奠定了实验和理论基础。最后,对本论文已有的研究内容结论进行了总结,并对未来研究方向进行了展望。