随着纳米稀土氧化物（REOs）的应用不断增加,其不可避免地被释放到环境,并对人类造成潜在危害。进入人体的REOs可以破坏生物膜,并诱发一系列不良生物效应,包括炎症和纤维化效应。REOs破坏生物膜作为不良效应的分子起始事件,其潜在的分子机制仍存在争议。为了明晰REOs破坏生物膜的分子机制,本研究以Gd2O3和CeO2两种典型的REOs作为研究对象,以红细胞作为模型细胞,分析了 REOs和细胞膜之间的相互作用。通过电镜可视化和囊泡仿生膜实验揭示REOs破坏细胞膜的关键事件,并结合理论计算进一步阐明关键事件潜在的分子机制。测定了 REOs对红细胞的溶血率以提供细胞膜损伤的直接证据。溶血结果表明,Gd2O3相比于CeO2表现出更高的溶血性,显著破坏了红细胞膜的形态。通过电镜可视化细胞膜界面以及使用液相色谱串联质谱联用仪（LC-MS/MS）分析REOs对磷脂的吸附和去磷酸化作用,揭示了两个损伤细胞膜的关键事件:首先表面电荷为正的Gd2O3更容易聚集在带负电的细胞膜表面;其次,由于对磷酸盐具有较强的亲和力,聚集的Gd2O3能从磷脂头部剥离磷酸盐,在细胞膜界面处发生生物转化,在10 mg/L的浓度下导致3.3%磷脂发生去磷酸化,并最终诱导了细胞膜损伤。此外,通过验证磷酸盐的钝化作用可以缓解REOs对细胞膜的损伤,进一步证实了两个关键细胞膜损伤事件。为了揭示去磷酸化作用的机理,使用密度泛函理论（DFT）揭示了 REOs从磷脂头部剥离磷酸盐的反应路径和机理。磷脂头部在REOs表面解离断键的能量台阶图表明,在Gd2O3（222）和CeO2（111）表面上P-O键解离的能垒远低于C-O键,并且Gd2O3（222）表面（能垒:0.55 eV）相较于CeO2（111）表面（能垒:0.88 eV）更容易诱导磷脂头部解离P-O键。该结果表明,Gd2O3（222）通过解离P-O键夺取磷脂分子中的磷酸盐,对磷脂头部产生去磷酸化作用,并诱导细胞膜损伤。基于DFT计算,进一步模拟了磷酸盐在REOs表面的吸附行为,发现Gd2O3（222）表面对磷酸盐的吸附能（-3.79 eV）较CeO2（111）表面（-1.61 eV）更高。结合分子轨道理论以及态密度分析构造了 REOs吸附磷酸盐的分子轨道能级图,发现Gd原子高于费米能级的d轨道与磷酸盐氧原子的p轨道发生杂化作用,分裂出高于费米能级的反键轨道,从而稳定了吸附体系。引入用于表征吸附质-金属相互作用的描述符—d-band center,定量描述了稀土原子d轨道的能级结构,以评价REOs对磷酸盐的吸附能。基于此,本研究提出了基于晶面调控稀土原子d-bandcenter的新机制。最后,以REOs的d-bandcenter和Zeta电势作为描述符,定量解析了 REOs对细胞膜损伤的潜势（R2=0.87）。本研究全面揭示了 REOs破坏细胞膜的关键事件和分子机制,提出了基于d-band center调控REOs与细胞膜相互作用的新机制,研究结果为调控REOs的生物效应以及纳米材料安全设计提供了理论依据。