生物膜是指由双层磷脂、蛋白质等组成的选择性半透膜。它们将细胞以及细胞器与其周围的环境分隔开来，不仅防止细胞内容物的流失，还保持细胞化学组成的相对稳定，其主要功能为能量转换、物质传输、信息的识别与传递，这对维持细胞的生命活动极为重要。由于生物膜具有重要的研究意义，近一个世纪，生物膜的研究一直都是物理、化学、生物等多学科交叉一个十分活跃的研究领域。但是由于自然生物膜具有流动性及其结构的复杂性，利用目前的实验手段很难实现直接观察和研究自然生物膜内部的结构、自组织。基于上述原因，人们采用了一系列的成分、结构都更简单，更便于实验观测的人工合成膜模型来模拟和研究生物膜的结构和自组织行为。巨型单层囊泡作为人工膜最典型的、最广泛采用的模型之一，有着重要的研究意义。　　 本文采用实空间自洽平均场理论，详细地研究了不同体系中巨型囊泡的构型以及体系能量的变化。本文的主要内容包括:　　 第一章，简单的介绍了生物膜的实验模型以及近几年来生物膜自组织的研究进展，同时介绍了自洽场方法在生物膜研究中的应用。自治场理论作为一种粗粒化的模型，能很好的反映生物膜中的磷脂分子的两亲性、有效形状以及链的柔性等性质。因此，本文采用了自洽场方法来研究生物膜的自组织行为。　　 第二章，模拟了纳米粒子穿透单磷脂巨型囊泡的过程。探讨了磷脂分子浓度和磷脂分子头尾的相互作用对体系自由能的影响。随着磷脂分子浓度和磷脂分子头尾的相互作用的增大，体系自由能也呈现了增大的变化趋势。纳米粒子穿透巨型囊泡的过程中，体系的自由能大体呈现先减小后增大的趋势。而后改变纳米粒子大小和表面特性，通过对体系能量进行分析，选择利于纳米粒子在膜内运输的最佳条件。　　 第三章，通过模拟纳米粒子穿透由两种具有不同有效形状的磷脂分子形成的巨型囊泡，探讨了过程中粒子与囊泡的相互作用和磷脂双层膜的构型变化。分析了膜组成（磷脂分子浓度比和同种磷脂头尾相互作用）对体系自由能的影响，并以此选定膜的组成。最后，改变粒子的大小和粒子本身的表面特性，探讨其对体系中各个能量的影响，并由此推断粒子在膜内运输最佳粒子半径大小和表面场强度。　　 第四章，模拟了有两种磷脂分子形成的巨型囊泡间的融合。囊泡构型经历半融合，全融合和囊泡出芽的变化过程。从能量角度分析过程的是否自发及囊泡在融合中对体系中各个能量的影响。首先，固定混合磷脂总的体积分数，通过改变磷脂的浓度比分析膜融合前后的能量差，选定磷脂体积分数比。而后探讨同种磷脂分子的头尾作用参数对膜融合前后的能量差的影响，选定同种磷脂分子头尾相互作用。改变囊泡半径比，探讨对体系自由能的影响，巨型囊泡半径差越大，膜融合前后的能量差越大，这表明膜融合也随之越难发生。　　 最后，在第五章中总结了这篇论文的主要结论，同时对巨型囊泡进一步的理论研究进行了展望。