细胞膜是分隔细胞内部物质与外部环境的重要生物界面,在细胞内外的物质传递、能量传输、信号传导等活动中发挥着关键性的作用。表面活性剂等分子具有与脂质分子相似的双亲结构,容易与细胞膜发生相互作用,因而在药物输送、杀菌、蛋白质纯化、材料表面修饰等领域皆展现出广泛的应用前景。对双亲分子与细胞膜界面相互作用的动态过程进行研究可以深入了解双亲分子的作用机制及潜在毒性,对药物设计、筛选等应用有重要意义。包括原子力显微成像技术、光谱学技术、电化学工作站及膜片钳技术、石英晶体微天平技术等在内的不同实验方法被广泛用于活性分子与细胞膜表面的研究,但这些方法都还存在着一定的缺点,尤其是在细胞膜与外界物质相互作用的动态性及其相应的结构动态实时演变等方面,现有的实验方法能获取的有用信息还非常有限。针对这些问题,本工作参与开发了一种新型表征手段——光电压瞬态技术。该技术通过追踪半导体材料光电响应产生的电子流在仿生细胞膜上的充放电过程,从而分析仿生细胞膜的结构与性质随时间的变化,具有灵敏、全面、实时、非侵入和无需标记的优势;将其与其它研究手段相结合,可以提供活性分子与细胞膜界面作用的分子机制和时间信息。本论文各部分的主要内容如下:（1）第一章,首先概述了细胞膜的结构功能,并介绍了两种常用的仿生细胞膜模型,之后综述了双亲分子与细胞膜相互作用的研究进展。此外,对常用的细胞膜界面研究方法做了归纳,并分别分析了其优势与局限。（2）第二章,具体介绍了光电压瞬态技术的原理,包括光电压瞬态设备的构成、光电压瞬态技术的理论推导与数据选取原则。同时,分析了电荷弛豫时间τ与细胞膜结构状态的对应关系:一般τ增加代表活性分子的吸附,τ减小代表细胞膜的损坏。（3）在第三章中,利用光电压瞬态技术研究了十四烷基三甲基溴化铵（TTAB）与仿生细胞膜的相互作用,揭示了 TTAB与脂膜作用的浓度依赖性。在低浓度（≤ 10μM）TTAB作用下,τ从40 ms减小至＜30 ms、并最终增大到60 ms以上,整个过程体现为TTAB对膜结构的初始扰动、以及TTAB分子在膜界面的吸附过程。其中,1 μM浓度下TTAB与SLB作用约22 min后达到动态平衡,10 μM浓度下该时间被缩短到约4 min。高浓度（≥ 100 μM）情况下,τ经历初始增大后迅速降低、最终减小至约10 ms,意味着TTAB迅速完成吸附并且最终严重破坏脂膜结构。GUV泄漏实验与原子力显微镜（AFM）表征验证了不同浓度下TTAB对脂膜结构扰动及破坏的不同影响。结合分子动力学模拟可以推测,TTAB引起脂膜形变的效果应是由于TTAB分子的插入引起脂膜双分子层不对称性导致的。（4）在第四章中,将光电压瞬态技术运用在另一种电中性双亲分子Tween 20与仿生细胞膜的相互作用研究。结合GUV泄漏实验,我们发现1 μM Tween 20在0～9分钟内吸附到SLB表面,9～15分钟内对SLB产生破坏作用。而在10 μM情况下,吸附作用与破膜作用共存,经过25分钟的相互作用,最终Tween 20分子与磷脂分子形成杂化结构。当浓度更高时,Tween 20的破膜作用占主导,在1分钟之内使SLB裂解。本工作参与开发了光电压瞬态技术,并将该方法应用在TTAB和Tween 20两种典型双亲分子与仿生细胞膜的相互作用过程研究中。尽管该技术目前仍处于发展初始阶段,相关改进正在进行中,然而本论文的工作展示了光电压瞬态技术在研究细胞膜界面动态过程、尤其是提供膜发生相变的时间信息方面的优势,以及光电压瞬态技术在生物医药与材料科学领域潜在的应用前景。