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细胞是生物体基本的形态结构和功能单位。细胞的很多生物功能，如营养物质的摄入及与外界环境进行物质交换、能量转运和信息传导等，均涉及到物质进出细胞。因此研究物质与细胞的相互作用机理对于理解细胞乃至生物体的功能具有重要的指导意义。纳米材料因其尺寸、形状、表面电荷及表面官能团等物理化学性质可调，可以作为较好的模型物质来研究物质与细胞的作用机理及其细胞毒性。在本论文中，我们基于纳米材料对细胞膜的影响，在纳米-生物界面展开了一系列研究工作，主要包括以下几个部分: 1.采用没有内吞功能的红细胞，研究两性量子点通过被动渗透跨过质膜的过程。首先利用荧光显微镜，观察两性量子点穿透细胞膜的过程。同时，我们采用与红细胞膜相同的磷脂成分在固体支撑表面制备了模拟膜，并利用表面增强红外吸收光谱(SEIRAS)和电化学方法在模拟膜上探索了渗透引起的磷脂双层的结构变化。结果表明，两性量子点可以通过渗透作用穿过细胞膜，并显著增加磷脂双层的形变能力。整个渗透过程中，膜结构是保持完整的，磷脂双层结构上没有孔洞形成。 2.利用荧光光谱，系统地研究了两种不同粒径的硫代苹果酸保护的CdTe量子点(MSA-QDs)在各种不同pH值的缓冲溶液中以及激光照射下的稳定性，并利用共聚焦荧光显微镜进一步研究了MSA-QDs被HeLa细胞内吞的方式与粒径的关系。研究表明，较大的量子点稳定性更好。在磷酸缓冲溶液中，较大的MSA-QDs主要采用内吞的方式进入细胞，而部分较小的MSA-QDs则采用被动渗透的方式进入细胞。在细胞培养基中，MSA-QDs的表面性质改变，相应的摄取方式也发生变化，细胞毒性减小。 3.基于第二部分工作，又研究了MSA-QDs半导体量子点尺寸相关的毒性，并利用共聚焦荧光显微镜和傅利叶变换红外(FT-IR)光谱技术在分子水平上研究了MSA-QDs确切的毒性机理。发现较小的发绿色荧光的MSA-QDs会导致凝血，中等尺寸的发黄色荧光的MSA-QDs会引起裂口红细胞和棘红细胞的形成，而大粒径的发红色荧光的MSA-QDs则会引起严重的溶血及大量血影细胞的形成。FT-IR数据证明，所有的MSA-QDs都有可能结合到红细胞膜而引起的红细胞中磷脂和蛋白质的结构变化。但只有发红光的MSA-QDs引起磷酸二酯键的断裂，并因此可能导致严重的溶血。 4.通过检测材料溶血活性，观察红细胞形貌变化，检测红细胞中ATP含量的方法，系统的研究了两种石墨烯材料——氧化石墨烯(GO)和石墨烯量子点(GQDs)对红细胞的毒性，并且利用SEIRAS在模拟膜上研究红细胞磷脂的结构变化，进一步揭示毒性机理。分析表明，GO的吸附会通过抽提磷脂双层破坏膜的完整性，最终导致溶血和异常的形貌，而GQDs只是对磷脂的结构和构象造成扰动，造成异常的形貌。