生物膜是分隔细胞或细胞器与外界环境的界面,在生物体内起着重要的作用。生物膜的基本结构是厚度约为5个纳米左右的双分子层,其成分主要是脂质、蛋白质、胆固醇和糖类等。生物膜在细胞内外的物质输运、能量及信息的转换和传递等生命活动中,是一种必不可少的结构。因此,理解生物膜结构、功能产生的机制以及其与外界物质的相互作用是一项十分重要的研究工作。在本文中,我们采用计算机模拟的方法研究了生物膜与双亲分子和纳米粒了的相互作用及其影响因素。　　 第一章,我们简要介绍了生物膜的结构、组成和功能。此外,对于磷脂分子自组装特性、膜的流动性以及侧向的不均匀性等性质也进行了介绍。在本章中,我们着重介绍在当前生物膜研究的一些重要领域,如生物膜的形变、分裂、融合以及膜与纳米粒子的相互作用等,并对可能存在的影响因素进行了描述和分析。　　 第二章,我们介绍了生物膜研究中常采用的理论和模拟方法。其中,主要介绍了我们所采用的耗散粒子动力学方法。耗散粒子动力学(Dissipative PanicleDvnamics,DPD)是一种粗粒化的介观模拟方法,能有效的研究大量分子在较长时间和空间尺度上的动力学行为。而且,耗散粒子动力学能产生正确的流体动力学行为,也使其非常适合生物膜的研究。因此,耗散粒子动力学在近年来被广泛地应用于生物膜的自组织、相变、膜的融合、分裂等问题的研究。此外,我们还在本章中简要介绍了磷脂双层膜基本形貌形成和一些性质的模拟计算方法。　　 第三章,我们研究了外加双亲嵌入物和与磷脂双层膜的相互作用。我们发现在外加双亲嵌入物的作用下,磷脂囊泡的畴结构会发生出芽和分裂现象。这与实验观察类似。模拟结果表明,畴的变形主要是由于双亲嵌入物插入到畴的外叶造成的。当超过一定阈值浓度的嵌入物插入到膜的外叶,会产生足够强的面积差效应;再在一定的界面张力作用下,畴最终会从囊泡上分裂出去。双亲嵌入物的浓度、链长、链刚性、囊泡的面积体积比等都会对膜的分裂产生影响。在这些因素的作用下,囊泡的分裂过程会被加速、延缓,甚至被抑制。我们的结果对于人们理解细胞中蛋白质导致的生物膜分裂的物理机制以及实际应用中药物控制释放制剂的制备等有很大的帮助。　　 第四章,我们进一步研究了磷脂在双层膜两叶中非对称分布对膜变形的影响。我们发现在磷脂非对称分布及囊泡的面积体积比等因素的作用下,多组分囊泡上的畴会沿不同方向发生变形,从而形成不同曲率的构型:而且在一定的条件下,畴还能实现沿两种不同路径下的分裂:胞外分裂和内吞分裂。我们发现磷脂的非对称分布程度,畴的大小(面积)、磷脂的自发曲率以及囊泡的面积体积比等因素都会影响畴的变形方向、程度或分裂路径。这些结果表明,磷脂的非对称分布造成的血积差效应和磷脂分子自发曲率都能有效地控制磷脂膜的变形方向和程度。我们的结果将加深人们对于生物膜调控自身变形方向和不同分裂路径的物理机制的理解。　　 第五章,我们的模拟表明粒子的几何性质会影响粒子与磷脂膜的相互作用。通过模拟不同体积和形状(球形、椭球形、棒状、碟状和螺钉形等)的粒子的穿膜行为,我们发现在粒子与磷脂膜的相互作用中,粒子形状的影响主要取决于其形状各向异性的程度以及粒子相对于膜的取向。这两个因素会进一步影响粒子与膜可能的接触面积和在接触点附近粒子的局部曲率特征。而这些决定了粒子穿膜的难易程度。相对于粒子形状来说,体积并不直接影响粒子的穿膜过程。它的影响主要取决于粒子的形状、体积变化的方式以及粒子的取向等。在某些情况下,粒子体积的增加对其穿膜过程基本上没有影响,甚至会更有利于其穿透。此外,我们的模拟表明,充分利用粒子的几何性质,会大大丰富粒子与膜可能的作用方式,为纳米粒子的实际应用提供新的功能和特性。这些结果对今后高性能和低毒副作用的纳米尺度基因和药物输运载体的设计和制备具有重要的指导意义。此外,我们的结果也有助于人们对生物大分子与生物膜作用机制的理解。　　 第六章,我们对本文的工作进行总结,并对今后的工作进行了展望。